一种声波谐振器及其设计方法、声波滤波器

技术领域

本公开实施例涉及声波器件技术领域，尤其涉及一种声波谐振器及其设计方法、声波滤波器。

背景技术

薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)利用压电材料的压电效应，将电信号转化为声波信号，从而形成谐振。鉴于薄膜体声波谐振器具有超高频段和微型化特点，且与半导体工艺兼容，成为目前极具优势的移动通信、电子对抗和雷达等军民用装备的滤波器、双工器射频前端模块。薄膜体声波谐振器作为传感器时具有超高灵敏度和微型化的优势，使其逐渐在武器装备的气氛监测、振动加速度传感器、高频引力波探测等领域也释放出众多颠覆性的应用潜力。薄膜体声波谐振器传感器以其独特的性能和广阔的前景，成为学界和业界研究和关注的热点。

声波可分为横波和纵波，当电信号的频率和薄膜体声波谐振器纵波谐振频率一致时，薄膜体声波谐振器产生电-声共振，此时电信号的频率即为谐振频率；当电信号的频率和薄膜体声波谐振器横波谐振频率一致时，薄膜体声波谐振器也产生电-生共振，此时横波的谐振即为寄生谐振。理想的薄膜体声波谐振器需要的是沿压电层厚度方向传播的纵波，而不是带走声波谐振器能量的横波。横向寄生谐振往往产生等效电阻增大、分辨率降低等不良影响。

因此，如何抑制甚至消除横向寄生谐振是目前亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种声波谐振器及其设计方法、声波滤波器。

为达到上述目的，本公开的技术方案是这样实现的：

第一方面，本公开实施例提供一种声波谐振器，所述声波谐振器包括：

衬底；

依次位于所述衬底上的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层；其中，所述第一电极层、所述压电层和所述第二电极层之间的重叠区域在所述衬底上的正投影的外轮廓包括一条弧线边和至少两条直线边连接形成的封闭图形，所述封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值小于0.5。

在一些实施例中，所述封闭图形中分别和所述弧线边的两端连接的两条直线边的边长相同。

在一些实施例中，所述弧线边的圆心角为180度。

在一些实施例中，任意相邻两条直线边的连接点和所述弧线边所在圆的圆心之间的距离和所述弧线边所在圆的半径不同。

在一些实施例中，所述封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值范围为0.05至0.22或者0.318至0.5。

在一些实施例中，所述封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值范围为0.11至0.22。

在一些实施例中，所述封闭图形包括一条弧线边和三条直线边。

在一些实施例中，所述封闭图形包括一条弧线边、第一直线边、第二直线边和第三直线边；其中，所述第一直线边、所述第二直线边分别和所述弧线边的两端连接，所述第三直线边的两端分别和所述第一直线边、所述第二直线边连接；

所述第一直线边和所述第三直线边之间的夹角大于90度；和/或，

所述第二直线边和所述第三直线边之间的夹角大于90度。

在一些实施例中，所述第一直线边和所述第三直线边之间的夹角与所述第二直线边和所述第三直线边之间的夹角相同。

在一些实施例中，所述封闭图形关于第一对称轴呈轴对称图形，所述第一对称轴所在直线经过所述第三直线边的中点和所述弧线边所在圆的圆心。

在一些实施例中，在所述封闭图形包括一条弧线边和两条直线边的情况下，所述封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值范围为0.318至0.5。

在一些实施例中，所述封闭图形关于第二对称轴呈轴对称图形，所述第二对称轴所在直线经过两条直线边的连接点和所述弧线边所在圆的圆心。

第二方面，本公开实施例提供一种声波滤波器，所述声波滤波器包括：多个如上述技术方案中所述的声波谐振器，相邻两个所述声波谐振器之间串联连接或者并联连接。

第三方面，本公开实施例提供一种声波谐振器的设计方法，所述声波谐振器包括衬底、依次位于所述衬底上的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层；其中，所述第一电极层、所述压电层和所述第二电极层之间的重叠区域在所述衬底上的正投影的外轮廓包括一条弧线边和至少两条直线边连接形成的封闭图形；所述设计方法包括：

分别获取所述封闭图形的面积和所述封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值作为预设参数值和测试参数值；

在所述预设参数值相同的情况下，得到不同所述测试参数值对应的所述声波谐振器的寄生谐振；

根据所述声波谐振器的寄生谐振，确定所述测试参数值的目标范围。

本公开实施例提供一种声波谐振器及其设计方法、声波滤波器。所述声波谐振器包括：衬底；依次位于所述衬底上的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层；其中，所述第一电极层、所述压电层和所述第二电极层之间的重叠区域在所述衬底上的正投影的外轮廓包括一条弧线边和至少两条直线边连接形成的封闭图形，所述封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值小于0.5。本公开实施例中，将重叠区域(即，谐振区域)的外轮廓设置为包括一条弧线边和至少两条直线边连接形成的封闭图形，且该封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值小于0.5，从而可以有效地改善声波谐振器的寄生谐振，进而优化声波谐振器的性能。

附图说明

图1为本公开实施例提供的声波谐振器的剖面结构示意图；

图2为实施例一提供的封闭图形的俯视示意图；

图3为实施例一提供的封闭图形的面积计算原理示意图；

图4为实施例一提供的封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值；

图5为实施例一提供的封闭图形的史密斯曲线示意图；

图6为实施例二提供的封闭图形的俯视示意图；

图7为实施例二提供的封闭图形的面积计算原理示意图；

图8为实施例二提供的封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值；

图9为实施例二提供的封闭图形的史密斯曲线示意图；

图10为实施例三和实施例四提供的封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值；

图11为实施例三和实施例四提供的封闭图形的史密斯曲线示意图；

图12为实施例五提供的封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值；

图13为实施例五提供的封闭图形的史密斯曲线示意图；

图14为实施例四中编号S41和实施例五中编号S54的封闭图形的史密斯曲线示意图；

图15为本公开实施例提供的声波滤波器的示意简图；

图16为本公开实施例提供的声波谐振器的设计方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施方式及附图，对本公开实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本公开的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本公开保护的范围。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本公开更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本公开可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本公开发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本公开教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本公开必然存在第一元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本公开的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本公开，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本公开的技术方案。本公开的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本公开还可以具有其他实施方式。

参考图1，图1为本公开实施例提供的声波谐振器的剖面结构示意图。如图1所示，本公开实施例提供一种声波谐振器，该声波谐振器100包括：

衬底101；

依次位于衬底101上的反射结构102、第一电极层103、压电层104和第二电极层105；其中，第一电极层103、压电层104和第二电极层105之间的重叠区域在衬底101上的正投影的外轮廓包括一条弧线边和至少两条直线边连接形成的封闭图形，封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值小于0.5。

需要说明的是，图1仅用于示意出的声波谐振器中衬底、反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层之间的相对位置关系。并且，图1示意出的声波谐振器仅为本公开实施例的一种可选示例，其不构成对本公开实施例中声波谐振器结构特征的限定。

示例性地，衬底101的材料可以包括但不限于硅(Si)、锗(Ge)等。

示例性地，第一电极层103也可以称为下电极；相应地，第二电极层105也可以称为上电极，电能可以通过该上电极和下电极施加到声波谐振器上。第一电极层103和第二电极层105的组成材料可以相同，该组成材料可以包括：铝(Al)、钼(Mo)、钌(Ru)、铱(Ir)、铬(Cr)或者铂(Pt)等导电金属或者上述导电金属的合金组成的导电材料。在一具体示例中，第一电极层103和第二电极层105的组成材料均为钼(Mo)。

实际应用中，压电层104可以用于根据逆压电特性产生振动，将加载在第一电极层103和第二电极层105上的电信号转化为声波信号，实现电能到机械能的转化。

示例性地，压电层104的组成材料可以包括具有压电特性的材料。例如，氮化铝、氧化锌、钽酸锂、锆钛酸铅或者钛酸钡等。压电层104的组成材料还可以包括掺杂具有压电特性的材料，可以掺杂过渡金属或者稀有金属，例如，掺杂钪的氮化铝等。

示例性地，反射结构102用于反射声波信号。当压电层104产生的声波信号向反射结构102传播时，声波信号可在第一电极层103和反射结构102接触的界面处发生全反射，使得声波信号反射回压电层104中。如此，压电层104产生的声波信号的能量能够被局限在压电层104中，可减少声波信号的能量损失，提高声波谐振器主谐振模态的声波能量。

需要说明的是，图1示意出的声波谐振器仅为本公开实施例的一种可选示例。实际应用中，声波谐振器根据反射结构102形态的不同，具体可以分为：第一类空腔型声波谐振器和第二类空腔型声波谐振器。

示例性地，当声波谐振器包括第一类空腔型声波谐振器时，反射结构包括第一电极层向上凸起和衬底表面之间形成的第一空腔；当声波谐振器包括第二类空腔型声波谐振器时，反射结构包括衬底表面向下凹陷和第一电极层之间形成的第二空腔。图1示意出的声波谐振器包括第一类空腔型声波谐振器。

本公开实施例中，将谐振区域的外轮廓设置为包括一条弧线边和至少两条直线边连接形成的封闭图形，且该封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值小于0.5，从而可以有效地改善声波谐振器的寄生谐振，进而优化声波谐振器的性能。

这里，声波谐振器在实际工作时，由反射结构(此处为空腔)、第一电极层、压电层和第二电极层之间的重叠区域作为谐振区域，即，声波谐振器的有效工作区域。本实施例中，第一电极层、压电层和第二电极层中第二电极层的面积最小，第一电极层、压电层和第二电极层之间的重叠区域在衬底上的正投影和第二电极层在衬底上的正投影重合。对声波谐振器的第二电极层的外轮廓进行限定，即，对声波谐振器的谐振区域的外轮廓进行限定，当谐振区域的外轮廓包括一条弧线边和至少两条直线边连接形成的封闭图形，封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值小于0.5，可以有效地改善寄生谐振，优化声波谐振器的性能。

本公开实施例中，当封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值范围为0.05至0.22或者0.318至0.5时，封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振较小，可以优化声波谐振器的性能。进一步地，当封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值范围为0.11至0.22时，封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振更小。

下面将结合图2至图5，详细地说明当谐振区域的外轮廓包括一条弧线边和两条直线边连接形成的封闭图形时，封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值对声波谐振器的寄生谐振的影响。

参考图2，图2为实施例一提供的封闭图形的俯视示意图。如图2所示，实施例一提供的声波谐振器的外轮廓包括一条弧线边(即，弧线边BC)和至少两条直线边(即，第一直线边AB和第二直线边AC)连接形成的封闭图形。图2示意出第一直线边AB即为第一直线边201、第二直线边AC即为第二直线边202和弧线边BC即为弧线边203，第一直线边AB和第二直线边AC之间的夹角∠BAC。其中，∠BAC小于180度。

本公开实施例中，在封闭图形的面积相同的情况下，调整第一直线边AB和第二直线边AC之间的夹角∠BAC，相对应地，第一直线边AB、第二直线边AC和弧线边BC的边长发生改变，进一步地，最小边长和最大边长之间的比值也会发生改变，更进一步地，声波谐振器的寄生谐振也会发生改变。

参考图3，图3为实施例一提供的封闭图形的面积计算原理示意图。如图3所示，作出连接弧线边BC的两个端点的直线边BC，经过A点对直线边BC作垂线，该垂线和直线边BC相交于E点。

为了便于说明，将弧线边BC设置为半圆弧，那么直线边BC即为弧线边BC所在圆的直径；将三角形ABC设置为等腰三角形，第一直线边AB和第二直线边AC的边长相同。需要说明的是，E点为直线边BC的中点，且E点为弧线边BC所在圆的圆心。

仍如图3所示，封闭图形的面积(即，S

L

L

S

S

S

其中，L

根据以上式1至式5，在封闭图形的面积相同的情况下，调整第一直线边AB和第二直线边AC之间的夹角∠BAC，可以得到封闭图形的各边长，以及最小边长和最大边长之间的比值。

参考图4，图4为实施例一提供的封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值。如图4所示，实施例一包括编号S11至编号S17，实施例一的封闭图形均包括一条弧线边和两条直线边，且编号S11至编号S17的封闭图形的面积均相同，即为X1，调整∠BAC的大小，分别为60度、80度、100度、105度、120度、140度和160度。根据以上式1至式5，计算得到封闭图形的第一直线边、第二直线边和弧线边的边长，并确定出封闭图形的最小边长和最大边长，进而计算得到最小边长和最大边长之间的比值。图4示意出第一直线边和第二直线边的边长相同，编号S11至编号S17均可以选择第一直线边或者第二直线边作为最小边长，选择弧线边作为最大边长。

参考图5，图5为实施例一提供的封闭图形的史密斯曲线示意图。图5中以编号S15的封闭图形的史密斯曲线作为对照，每个史密斯圆中示意出两条史密斯曲线。图5中(a)图示意出编号S11和编号S15的封闭图形的史密斯曲线，图5中(b)图示意出编号S12和编号S15的封闭图形的史密斯曲线，图5中(c)图示意出编号S13和编号S15的封闭图形的史密斯曲线，图5中(d)图示意出编号S14和编号S15的封闭图形的史密斯曲线，图5中(e)图示意出编号S16和编号S15的封闭图形的史密斯曲线，图5中(f)图示意出编号S17和编号S15的封闭图形的史密斯曲线。

对比分析图5中(a)图至(f)图可知，在封闭图形的面积相同的情况下，封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值不同，封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振不同。换言之，封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振和封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值相关。更具体而言，参考图5中(a)图至(f)图，由编号S11至编号S17，观察史密斯圆的下半圆中的尖端的数量和大小，发现编号S11和编号S12的史密斯圆的寄生谐振差不多，编号S13的寄生谐振情况略好于编号S12；编号S14的寄生谐振情况略好于编号S13；编号S15的寄生谐振情况略好于编号S14；编号S16的寄生谐振情况略好于编号S15；编号S17的寄生谐振情况略好于编号S16；即通过(b)图至(f)图可知封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值越小，史密斯曲线中的尖端数量和大小越小，即声波谐振器的寄生谐振越小，上半圆曲线越光滑，声波谐振器的性能越优异。

通过对比图5示意的封闭图形的史密斯曲线得到不同形状限定的声波谐振器的寄生谐振之间的大小关系。随着最小边长和最大边长之间的比值减小，声波谐振器的寄生谐振也减小。由于编号S11和编号S12的史密斯圆的寄生谐振差不多，且编号S12的圆弧边的边长大于编号S11的圆弧边的边长，在实际工艺中，较小夹角对应的谐振器在应力释放中易有残胶，不利于工艺的实现。因此，相比于取值为0.64的声波谐振器，当最小边长和最大边长之间的比值小于0.5时，其限定形状对应的声波谐振器的寄生谐振和性能是好的。

需要说明的是，封闭图形由第一直线边AB、第二直线边AC和弧线边BC连接形成，第一直线边AB或者第二直线边AC为最小边长，弧线边BC为最大边长。第一直线边AB和第二直线边AC之间的夹角∠BAC小于180度，假设第一直线边AB和第二直线边AC之间的夹角∠BAC为180度，根据式1和式2，可以计算得到最小边长(即，L

本公开实施例中，在封闭图形包括一条弧线边(即，弧线边BC)和两条直线边(即，第一直线边AB和第二直线边AC)的情况下，封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值范围为0.318至0.5。进一步地，封闭图形包括一条弧线边和两条直线边的情况下，封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值范围为0.318至0.32。

在一些可选的实施例中，在封闭图形包括一条弧线边和两条直线边的情况下，封闭图形中分别和弧线边(即，弧线边BC)的两端连接的两条直线边(即，第一直线边AB和第二直线边AC)的边长相同。

如图2所示，本公开实施例中，任意相邻两条直线边的连接点和弧线边所在圆的圆心之间的距离和弧线边所在圆的半径不同，即，第一直线边AB和第二直线边AC的连接点A不在弧线边BC所在圆上。封闭图形的两条直线边的连接点可以位于弧线边所在圆的范围之内，也可以位于弧线边所在圆的范围之外。图2示意出封闭图形的两条直线边的连接点可以位于弧线边所在圆的范围之内的情况。

如图2所示，封闭图形中第一直线边AB和第二直线边AC的边长相同，那么第一直线AB和直线边BC之间的夹角∠ABC与第二直线边AC和直线边BC之间的夹角∠ACB相同。换言之，三角形ABC为等腰三角形。

在一具体示例中，三角形ABC还可以为等边三角形。此时，第一直线边AB、第二直线边AC和直线边BC相同。

在一些可选的实施例中，在封闭图形包括一条弧线边和两条直线边的情况下，弧线边(即，弧线边BC)的圆心角为180度。此时，弧线边即为半圆圆弧。这里，在封闭图形中设置弧线边BC有利于在光刻工艺中减小残胶的残留并且有助于应力释放。

在一些可选的实施例中，封闭图形关于第二对称轴AD呈轴对称图形，第二对称轴AD所在直线经过两条直线边的连接点A和弧线边所在圆的圆心E。

如图2所示，封闭图形可以为轴对称图形，此时封闭图形中第一直线边AB和第二直线边AC相同。连接A点和E点并延长直至与弧线边BC相交于D点，AD即为第二对称轴，封闭图形可以关于第二对称轴AD呈轴对称。

下面将结合图6至图14，详细地说明当谐振区域的外轮廓包括一条弧线边和三条直线边连接形成的封闭图形时，封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值对声波谐振器的寄生谐振的影响。

参考图6，图6为实施例二提供的封闭图形的俯视示意图。如图6所示，实施例二提供的声波谐振器的外轮廓包括一条弧线边(即，弧线边HI)和至少三条直线边(即，第一直线边FH、第二直线边GI和第三直线边FG)连接形成的封闭图形。图6示意出第一直线边FH即为第一直线边301、第二直线边GI即为第二直线边302、第三直线边FG即为第三直线边303以及弧线边HI即为弧线边304。

参考图7，图7为实施例二提供的封闭图形的面积计算原理示意图。如图7所示，作出连接弧线边HI的两个端点的直线边HI，分别经过F点和G点对直线边HI作垂线，垂线FL和直线边HI相互垂直且相交于L点，垂线GM和直线边HI相互垂直且相交于M点，作出连接F点和M点的直线边FM。

为了便于说明，将弧线边HI设置为半圆弧，那么直线边HI即为弧线边HI所在圆的直径；将梯形FGHI设置为等腰梯形，第一直线边FH和第二直线边GI的边长相同。图7还示意出直线边HI和第一直线边FH之间的夹角∠LHF，直线边FM和第三直线边FG之间的夹角∠MFG。其中，∠LHF小于90度，且∠MFG小于90度。

本公开实施例中，在封闭图形的面积相同的情况下，调整直线边HI和第一直线边FH之间的夹角∠LHF，直线边FM和第三直线边FG之间的夹角∠MFG，相对应地，第一直线边FH、第二直线边GI、第三直线边FG和弧线边HI的边长发生改变，进一步地，最小边长和最大边长之间的比值也会发生改变，更进一步地，声波谐振器的寄生谐振也会发生改变。

仍如图7所示，封闭图形的面积(即，S

L

L

L

S

S

S

其中，L

根据以上式6至式11，在封闭图形的面积相同的情况下，调整直线边HI和第一直线边FH之间的夹角∠LHF，直线边FM和第三直线边FG之间的夹角∠MFG，可以得到封闭图形的各边长，以及最小边长和最大边长之间的比值。

参考图8，图8为实施例二提供的封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值。如图8所示，实施例二包括编号S21至编号S25，实施例二的封闭图形均包括一条弧线边和三条直线边，且编号S21至编号S25的封闭图形的面积均相同，即为X1，编号S21中∠LHF为55度，∠MFG为40度；编号S22中∠LHF为60度，∠MFG为15度；编号S23中∠LHF为60度，∠MFG为20度；编号S24中∠LHF为60度，∠MFG为25度；编号S25中∠LHF为60度，∠MFG为30度。根据以上式6至式11，计算得到封闭图形的第一直线边、第二直线边、第三直线边和弧线边，并确定出封闭图形的最小边长和最大边长，进而计算得到最小边长和最大边长之间的比值。图8示意出第一直线边和第二直线边相同，编号S21可以选择第三直线边作为最小边长，编号S22至编号S25可以选择第一直线边或者第二直线边作为最小边长，编号S21至编号S25均可以选择弧线边作为最大边长。

参考图9，图9为实施例二提供的封闭图形的史密斯曲线示意图。图9中(a)图至(e)图均以实施例一中编号S15的封闭图形的史密斯曲线作为对照，每个史密斯圆中示意出两条史密斯曲线。更具体而言，图9中(a)图示意出编号S21和编号S15的封闭图形的史密斯曲线，图9中(b)图示意出编号S22和编号S15的封闭图形的史密斯曲线，图9中(c)图示意出编号S23和编号S15的封闭图形的史密斯曲线，图9中(d)图示意出编号S24和编号S15的封闭图形的史密斯曲线，图9中(e)图示意出编号S25和编号S15的封闭图形的史密斯曲线。

对比分析图9中(a)图的两条史密斯曲线可知，在封闭图形的面积相同(即，均为X1)的情况下，实施例一中编号S15的最小边长和最大边长之间的比值为0.37，实施例二中编号S21的最小边长和最大边长之间的比值为0.29，观察史密斯圆的下半圆中曲线，编号S21的曲线中尖端的数量和大小均大于编号S15的曲线中尖端的数量和大小，编号S15的曲线更加光滑，编号S15的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振更小，声波谐振器的性能更优异。类似地，分别对比分析图9中(b)图、(c)图、(d)图和(e)图的两条曲线，实施例二中编号S22、编号S23、编号S24和编号S25的曲线比实施例一编号S15的曲线更加光滑，实施例二中编号S22、编号S23、编号S24和编号S25的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振更小，声波谐振器的性能更优异。即封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值小于0.26时，声波谐振器的性能较好。

对比分析图9中(a)图至(e)图，实施例二中编号S22、编号S23和编号S24的曲线中的尖端数量和大小均小于编号S21和编号S25曲线中的尖端数量和大小。即，编号S22、编号S23和编号S24限定的形状对应的声波谐振器性能优于编号S21和编号S25限定的形状对应的声波谐振器性能。且编号S22、编号S23曲线中的尖端数量和大小均小于编号S24曲线中的尖端数量和大小，即，编号S22、编号S23限定的形状对应的声波谐振器性能优于编号S24限定的形状对应的声波谐振器性能。由此可知，当封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值进一步小于0.22时，封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振相对更小，声波谐振器的性能更加优异。

图9中(f)图示意出实施例二中编号S21和编号S22的曲线，实施例二中编号S21、编号S22的最小边长和最大边长之间的比值分别为0.29、0.15，编号S22的曲线更加光滑，寄生谐振较小，表明编号S22的封闭图形对应的声波谐振器的性能优于编号S21的声波谐振器的性能。

综合以上对图9示意出的史密斯曲线的分析，编号S22和编号S23的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振小于编号S24的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振，编号S24的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振小于编号S25的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振，编号S25的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振小于编号S15的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振，编号S15的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振小于编号S21的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振。即，当封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值大于0.15小于0.22时，封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振相对更小，声波谐振器的性能更加优异。

为了进一步验证封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值小于0.15的情况，根据图8中∠LHF为60度的设定，参考图10，图10为实施例三和实施例四提供的封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值范围为0.06至0.37。如图10所示，实施例三包括编号S31至编号S34，实施例三的封闭图形均包括一条弧线边和三条直线边。实施例四包括编号S41，实施例四的封闭图形包括一条弧线边和两条直线边，且编号S31至编号S34和编号S41的封闭图形的面积均相同，即为X2，其中X2＞X1。根据以上式6至式11，计算得到实施例三的封闭图形的第一直线边、第二直线边、第三直线边和弧线边，并确定出封闭图形的最小边长和最大边长，进而计算得到最小边长和最大边长之间的比值。根据以上式1至式5，计算得到实施例四的封闭图形的第一直线边、第二直线边和弧线边，并确定出封闭图形的最小边长和最大边长，进而计算得到最小边长和最大边长之间的比值。

参考图11，图11为实施例三和实施例四提供的封闭图形的史密斯曲线示意图。图11中(a)图至(d)图均以实施例三中编号S33的封闭图形的史密斯曲线作为对照，每个史密斯圆中示意出两条曲线。更具体而言，图11中(a)图示意出编号S31和编号S33的封闭图形的曲线，图11中(b)图示意出编号S32和编号S33的封闭图形的曲线，图11中(c)图示意出编号S34和编号S33的封闭图形的曲线，图11中(d)图示意出编号S41和编号S33的封闭图形的曲线。

对比分析图11中(a)图至(d)图，实施例三中编号S32、编号S33和编号S34的封闭图形的曲线较为接近，说明编号S32、编号S33和编号S34的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振差别不大；实施例三中编号S32、编号S33和编号S34的封闭图形的曲线比实施例三中编号S31和实施例四中编号S41的曲线更加光滑，寄生谐振更小。由此可知，当封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值范围优选为0.11至0.22时，封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振较小，声波谐振器的性能较优异。

综合以上对图11示意出的史密斯曲线的分析，编号S32、编号S33和编号S34的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振基本相同，且编号S32、编号S33和编号S34的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振均小于编号S31、编号S41的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振。即封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值范围为0.11至0.22时，声波谐振器的性能更为优异。

与封闭图形包括一条弧线边和两条直线边的情况相比较而言，封闭图形包括一条弧线边和三条直线边，能够进一步降低最小边长和最大边长之间的比值，从而改善封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振，进而提高声波谐振器的性能。

通过对图9中(a)图的两条史密斯曲线分析，为了进一步验证封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值范围为0.29至0.37以及0.37至0.5的情况，参考图12和图13，图12为实施例五提供的封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值，图13为实施例五提供的封闭图形的史密斯曲线示意图。

如图12所示，调整∠LHF和∠MFG的角度设定，使得实施例五编号S51至编号S56的最小边长和最大边长之间的比值依次为0.19、0.29、0.33、0.37、0.41和0.47。其中，实施例五的封闭图形均包括一条弧线边和三条直线边，且实施例五的封闭图形的面积均相同，即为X2。如图13所示，观察史密斯圆的下半圆中曲线中尖端的数量和大小。如图13中(a)图所示，编号S55限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振小于编号S56限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振；如图13中(b)图所示，编号S54限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振小于编号S55限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振；如图13中(c)图所示，编号S54限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振小于编号S53限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振；如图13中(d)图所示，编号S52限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振和编号S53限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振差别不大；如图13中(e)图所示，编号S51限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振小于编号S52限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振；如图13中(f)图所示，编号S51限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振小于编号S54限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振。

综合以上对图13示意出的史密斯曲线的分析，编号S51的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振小于编号S54的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振，编号S54的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振小于编号S55的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振，编号S55的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振小于编号S56的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振。编号S51、编号S54、编号S55、编号S56的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振小于编号S52、编号S53的封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振。即，封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值范围为0.29至0.5的情况下，取值范围为0.37至0.5的情况下的声波谐振器的寄生谐振较小；且通过史密斯曲线发现，取值为0.19对应的谐振器的寄生谐振小于取值范围为0.37至0.5的声波谐振器的寄生谐振。

如图14所示，编号S41和编号S54的谐振区域的面积相同，均为X2；编号S41和编号S54的封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值均为0.37；编号S41限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振和编号S54限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振基本相同。综上，通过对比图11和图13示意的封闭图形的史密斯曲线得到不同形状限定的声波谐振器的寄生谐振之间的大小关系。即，从编号S31(最小边长和最大边长之间的比值为0.06)到编号S56(最小边长和最大边长之间的比值为0.47)限定的形状对应的声波谐振器的寄生谐振发现封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值范围为0.05至0.22或者0.37至0.5时，此时对应的声波谐振器的寄生谐振较小。

本公开实施例中，在封闭图形包括一条弧线边和三条直线边的情况下，优选封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值范围为0.11至0.22。此时，封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振更小，谐振器的性能更为优异。

在一些可选的实施例中，在封闭图形包括一条弧线边和三条直线边的情况下，封闭图形中分别和弧线边(即，弧线边HI)的两端连接的两条直线边(即，第一直线边FH和第二直线边GI)的边长相同。

如图6所示，封闭图形中第一直线边FH和第二直线边GI的边长相同，第三直线边FG和直线边HI可以相互平行或者不平行。在第三直线边FG和直线边HI相互平行的情况下，第一直线边FH和第三直线边FG之间的夹角∠GFH与第二直线边GI和第三直线边FG之间的夹角∠FGI可以相同或者互补。图6示意出∠GFH与∠FGI相同的情况。

在一些可选的实施例中，封闭图形包括一条弧线边HI、第一直线边FH、第二直线边GI和第三直线边FG；其中，第一直线边FH和第二直线边GI分别和弧线边HI的两端连接，第三直线边FG的两端分别和第一直线边FH、第二直线边GI连接；

第一直线边FH和第三直线边FG之间的夹角(即，∠GFH)大于90度；和/或，

第二直线边GI和第三直线边FG之间的夹角(即，∠FGI)大于90度。

如图6所示，封闭图形的三条直线边可以和直线边HI共同形成梯形，且第三直线边FG也可以称为梯形的上底，直线边HI也可以称为梯形的下底，梯形的上底的边长小于梯形的下底的边长。

在一些可选的实施例中，第一直线边FH和第三直线边FG之间的夹角与第二直线边GI和第三直线边FG之间的夹角相同。这里，梯形FGHI可以为等腰梯形。

在一些可选的实施例中，在封闭图形包括一条弧线边和三条直线边的情况下，弧线边(即，弧线边HI)的圆心角为180度。此时，弧线边即为半圆圆弧。

在一些可选的实施例中，在封闭图形包括一条弧线边和三条直线边的情况下，任意相邻两条直线边的连接点(即，F点和G点)和弧线边所在圆的圆心N之间的距离和弧线边所在圆的半径不同。

如图6所示，任意相邻两条直线边的连接点(即，F点和G点)和弧线边所在圆的圆心N之间的距离和弧线边所在圆的半径不同，即，任意相邻两条直线边的连接点(即，F点和G点)均不在弧线边所在圆上。封闭图形的直线边可以位于弧线边所在圆的范围之内，也可以位于弧线边所在圆的范围之外。图6示意出封闭图形的直线边可以位于弧线边所在圆的范围之内的情况。

在一些可选的实施例中，封闭图形关于第一对称轴JK呈轴对称图形，第一对称轴JK所在直线经过第三直线边FG的中点J和弧线边所在圆的圆心N。

如图6所示，封闭图形可以为轴对称图形，此时封闭图形中第一直线边FH和第二直线边GI相同，且∠GFH和∠FGI相同。连接第三直线边FG的中点J和N点并延长至与弧线边HI相交于K点，JK即为第一对称轴，封闭图形可以关于第一对称轴JK呈轴对称。

参考图15，图15为本公开实施例提供的声波滤波器的示意简图。如图15所示，本公开实施例提供一种声波滤波器，该声波滤波器包括：多个如上述技术方案中的声波谐振器，相邻两个声波谐振器之间串联连接或者并联连接。

这里，衬底上设置的多个声波谐振器之间可以串联连接或者并联连接，以形成滤波器。例如，声波谐振器M1、M2和M3之间串联连接在输入端口Tin和输出端口Tout之间，声波谐振器N1和N2之间并联连接。

上述技术方案中，通过限定谐振区域在衬底上的正投影的外轮廓包括一条弧线边和至少两条直线边连接形成的封闭图形，封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值小于0.5，改善声波谐振器的寄生谐振，进而提高声波谐振器的性能。由上述优化后的声波谐振器形成声波滤波器，声波滤波器的寄生状态也会得到明显的改善。

参考图16，图16为本公开实施例提供的声波谐振器的设计方法的流程示意图。如图16所示，本公开实施例提供一种声波谐振器的设计方法，声波谐振器包括衬底、依次位于衬底上的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层；第一电极层、压电层和第二电极层之间的重叠区域在衬底上的正投影的外轮廓包括一条弧线边和至少两条直线边连接形成的封闭图形；该设计方法包括：

步骤S401：分别获取封闭图形的面积和封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值作为预设参数值和测试参数值；

步骤S402：在预设参数值相同的情况下，得到不同测试参数值对应的声波谐振器的寄生谐振；

步骤S403：根据声波谐振器的寄生谐振，确定测试参数值的目标范围。

本公开实施例中，可以使用参数化建模方式，对声波谐振器建立仿真模型；其中，声波谐振器包括衬底、依次位于衬底上的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层；重叠区域(即，谐振区域)在衬底上的正投影的外轮廓包括一条弧线边和至少两条直线边连接形成的封闭图形。

本公开实施例中，在步骤S401中，在仿真模型中将封闭图形的面积(即，预设参数值)设置为固定值，调整封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值(即，测试参数值)。

示例性地，可以调整封闭图形中直线边的数量、直线边的边长或者弧线边的边长，确定出封闭图形的最小边长和最大边长，并计算得到封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值。如此，可以得到同一封闭图形面积下，封闭图形的最小边长和最大边长之间的不同比值对应的声波谐振器的仿真模型。

当然，封闭图形所包括的直线边的数量不同，计算封闭图形的面积的公式也不同。本公开实施例中，以直线边的数量为两条或者三条进行示例。实际上，本公开实施例对封闭图形的直线边的数量并无特殊的限定。

需要说明的是，相较于制造得到声波谐振器之后，对声波谐振器进行测试得到寄生谐振，使用参数化建模方式，可以计算得到不同封闭图形对应的声波谐振器的寄生谐振。参数化建模方式可以避免在谐振器不同形状绘制时的误差，更加准确地计算得到封闭图形的面积。并且，声波谐振器的谐振区域的几何图形的数量是无穷，无法从形状直观地分辨该形状对应的声波谐振器的性能和寄生情况，更无法提出优化寄生的方案。使用参数化建模，进而通过仿真或测试可以得到不同封闭图形对应的声波谐振器史密斯曲线，并通过观察曲线的光滑程度或凸起的尖端大小和数量判断谐振器的性能优劣，并且可以根据封闭图形的各参数值和对应的声波谐振器的仿真曲线，提出优化寄生谐振的方案。例如，本实施例中，通过对比不同形状的谐振器的性能，发现了最小边长与最大边长比值介于0.11到0.22时，寄生较小。

本公开实施例中，在步骤S402中，在封闭图形的面积相同的情况下，得到不同封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值和寄生谐振的对应关系。

本公开实施例中，在步骤S403中，根据不同测试参数值对应的声波谐振器的寄生谐振，确定测试参数值的目标范围。

示例性地，可以根据优化后的声波谐振器的寄生，得到测试参数值的目标范围；根据测试参数值的目标范围，得到制造声波谐振器的各项参数；此时制造得到声波谐振器史密斯曲线更加光滑，相位波纹减少，无明显寄生谐振峰。利用优化后的声波谐振器组成的声波滤波器，声波滤波器的寄生也会明显得到改善。

本公开实施例提供一种声波谐振器及其设计方法、声波滤波器。所述声波谐振器包括：衬底；依次位于所述衬底上的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层；其中，所述第一电极层、所述压电层和所述第二电极层之间的重叠区域在所述衬底上的正投影的外轮廓包括一条弧线边和至少两条直线边连接形成的封闭图形，所述封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值小于0.5。本公开实施例中，将重叠区域的外轮廓设置为包括一条弧线边和至少两条直线边连接形成的封闭图形，且该封闭图形的最小边长和最大边长之间的比值小于0.5，从而可以有效地改善声波谐振器的寄生谐振，进而优化声波谐振器的性能。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本公开的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本公开实施例的实施过程构成任何限定。上述本公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本公开的优选实施方式，并非因此限制本公开的专利范围，凡是在本公开的发明构思下，利用本公开说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本公开的专利保护范围内。