Title:
Akustischer Resonator mit einer Elektrode mit einem freitragenden Teil
Kind Code:
B4


Abstract:

Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) aufweisend:
eine erste Elektrode (102);
eine zweite Elektrode (104), welche eine Mehrzahl von Seiten aufweist, wobei zumindest eine der Seiten einen freitragenden Teil (106) aufweist;
eine piezoelektrische Schicht (103), welche zwischen der ersten Elektrode (102) und der zweiten Elektrode (104) angeordnet ist;
ein reflektierendes Element, welches unterhalb der ersten Elektrode (102), der zweiten Elektrode (104) und der piezoelektrischen Schicht (103) angeordnet ist,
wobei ein kontaktierender Überlapp von dem reflektierenden Element, der ersten Elektrode (102), der zweiten Elektrode (104) und der piezoelektrischen Schicht (103) einen aktiven Bereich (110) des akustischen Resonators (100) aufweist,
wobei die erste Elektrode (102) das reflektierende Element überdeckt und sich die piezoelektrische Schicht (103) über eine Kante der ersten Elektrode (102) hinaus erstreckt; und
eine Brücke (301), welche benachbart angeordnet ist zu einem Ende des aktiven Bereichs (110) des akustischen Resonators (300, 500, 600), wobei sich die Brücke (301) über eine Kante von dem reflektierenden Element hinaus erstreckt.




Inventors:
Choy, John, Col. (Westminster, US)
Feng, Chris, Col. (Fort Collins, US)
Nikkel, Phil, Col. (Loveland, US)
Application Number:
DE102010043797A
Publication Date:
05/26/2011
Filing Date:
11/11/2010
Assignee:
Avago Technologies General IP (Singapore) Pte. Ltd. (Singapore, SG)
International Classes:



Foreign References:
75670232009-07-28
Attorney, Agent or Firm:
Dilg Haeusler Schindelmann Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80636, München, DE
Claims:
1. Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) aufweisend:
eine erste Elektrode (102);
eine zweite Elektrode (104), welche eine Mehrzahl von Seiten aufweist, wobei zumindest eine der Seiten einen freitragenden Teil (106) aufweist;
eine piezoelektrische Schicht (103), welche zwischen der ersten Elektrode (102) und der zweiten Elektrode (104) angeordnet ist;
ein reflektierendes Element, welches unterhalb der ersten Elektrode (102), der zweiten Elektrode (104) und der piezoelektrischen Schicht (103) angeordnet ist,
wobei ein kontaktierender Überlapp von dem reflektierenden Element, der ersten Elektrode (102), der zweiten Elektrode (104) und der piezoelektrischen Schicht (103) einen aktiven Bereich (110) des akustischen Resonators (100) aufweist,
wobei die erste Elektrode (102) das reflektierende Element überdeckt und sich die piezoelektrische Schicht (103) über eine Kante der ersten Elektrode (102) hinaus erstreckt; und
eine Brücke (301), welche benachbart angeordnet ist zu einem Ende des aktiven Bereichs (110) des akustischen Resonators (300, 500, 600), wobei sich die Brücke (301) über eine Kante von dem reflektierenden Element hinaus erstreckt.

2. Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) gemäß Anspruch 1, wobei sich der freitragende Teil (106) der zweiten Elektrode (104) über ein Ende des aktiven Bereichs (110) hinaus erstreckt.

3. Ein akustischer Resonator (500, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, ferner aufweisend ein Rahmenelement (501, 601).

4. Ein akustischer Resonator (500) gemäß Anspruch 3, wobei das Rahmenelement (501) ein ausgespartes Rahmenelement (501) ist.

5. Ein akustischer Resonator (600) gemäß Anspruch 3, wobei das Rahmenelement (601) ein erhöhtes Rahmenelement (601) ist.

6. Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Brücke (301) eine Lücke (302) aufweist und die Lücke (302) einen Bereich zwischen der zweiten Elektrode (104) und der piezoelektrischen Schicht (103) aufweist.

7. Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem alle Seiten außer einer Seite von der Mehrzahl von Seiten der zweiten Elektrode (104) einen freitragenden Teil (106) aufweisen.

8. Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Brücke (301) einen Teil der ersten Elektrode (102) überlappt.

9. Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das reflektierende Element eine Kavität (107) aufweist.

10. Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das reflektierende Element einen fehlangepassten Bragg Reflektor aufweist.

11. Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) aufweisend:
eine erste Elektrode (102);
eine zweite Elektrode (104), welche eine Mehrzahl von Seiten aufweist, wobei die zweite Elektrode (104) einen planen Teil hat;
einen freitragenden Teil (106), welcher sich von einer oder mehreren der Mehrzahl von Seiten erstreckt, wobei der freitragende Teil (106) ein erstes Teilstück und ein zweites Teilstück aufweist und das erste Teilstück in einem Winkel von weniger als 90° relativ zu dem planen Teil der zweiten Elektrode (104) orientiert ist;
eine piezoelektrische Schicht (103), welche zwischen der ersten Elektrode (102) und der zweiten Elektrode (104) angeordnet ist, wobei sich der freitragende Teil (106) oberhalb der piezoelektrischen Schicht (103) erstreckt, wobei eine Lücke (108) zwischen dem freitragenden Teil (106) und der piezoelektrischen Schicht (103) existiert; und
eine Brücke (301), welche angeordnet ist entlang der einen Seite der zweiten Elektrode (102), die nicht eine von den freitragenden Teilen (106) aufweist.

12. Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) gemäß Anspruch 11, wobei alle außer einer von den Seiten den freitragenden Teil (106) aufweisen, und jeder von den freitragenden Teilen (106) das erste Teilstück und das zweite Teilstück aufweist und das erste Teilstück in einem Winkel von weniger als 90° relativ zu dem planen Teil der zweiten Elektrode (104) orientiert ist.

13. Ein akustischer Resonator (500) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei sich der freitragende Teil (106) über ein Ende des aktiven Bereichs (110) hinaus erstreckt.

14. Ein akustischer Resonator (500, 600) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner aufweisend ein Rahmenelement (501, 601).

15. Ein akustischer Resonator (500) gemäß Anspruch 14, wobei das Rahmenelement (501) ein ausgespartes Rahmenelement (501) ist.

16. Ein akustischer Resonator (600) gemäß Anspruch 14, wobei das Rahmenelement (601) ein erhöhtes Rahmenelement (601) ist.

17. Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei
die Lücke (108) eine erste Lücke (108) ist und
die Brücke (301) eine zweite Lücke (302) aufweist, welche in einem Bereich zwischen der zweiten Elektrode (104) und der piezoelektrischen Schicht (103) existiert.

18. Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) aufweisend:
eine erste Elektrode (102);
eine zweite Elektrode (104), welche eine Mehrzahl von Seiten aufweist, wobei die zweite Elektrode (104) einen planen Teil hat;
einen freitragenden Teil (106), welcher sich von einer oder mehreren der Mehrzahl von Seiten erstreckt, wobei der freitragende Teil (106) ein erstes Teilstück und ein zweites Teilstück aufweist und das erste Teilstück in einem Winkel von weniger als 90° relativ zu dem planen Teil der zweiten Elektrode (104) orientiert ist;
wobei das erste Teilstück und das zweite Teilstück des freitragenden Teils (106) nicht in einer Ebene des planen Teils angeordnet sind; und
eine piezoelektrische Schicht (103), welche zwischen der ersten Elektrode (102) und der zweiten Elektrode (104) angeordnet ist, wobei sich der freitragende Teil (106) oberhalb der piezoelektrischen Schicht (103) erstreckt, wobei eine Lücke (108) zwischen dem freitragenden Teil (106) und der piezoelektrischen Schicht (103) existiert.

19. Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) gemäß Anspruch 18, wobei alle außer einer von den Seiten den freitragenden Teil (106) aufweisen, und jeder von den freitragenden Teilen (106) das erste Teilstück und das zweite Teilstück aufweist und das erste Teilstück in einem Winkel von weniger als 90° relativ zu dem planen Teil der zweiten Elektrode (104) orientiert ist.

20. Ein akustischer Resonator (500) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 19, wobei sich der freitragende Teil (106) über ein Ende des aktiven Bereichs (110) hinaus erstreckt.

21. Ein akustischer Resonator (500, 600) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, ferner aufweisend ein Rahmenelement (501, 601).

22. Ein akustischer Resonator (500) gemäß Anspruch 21, wobei das Rahmenelement (501) ein ausgespartes Rahmenelement (501) ist.

23. Ein akustischer Resonator (600) gemäß Anspruch 21, wobei das Rahmenelement (601) ein erhöhtes Rahmenelement (601) ist.

24. Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei das reflektierende Element eine Kavität (107) aufweist.

25. Ein akustischer Resonator (300, 500, 600) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei das reflektierende Element einen fehlangepassten Bragg Reflektor aufweist.

Description:
HINTERGRUND

In vielen elektronischen Anwendungen werden elektrische Resonatoren verwendet. Zum Beispiel werden in vielen drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen Radiofrequenz (RF) und Mikrowellenfrequenz Resonatoren als Filter verwendet, um das Empfangen und das Aussenden von Signalen zu verbessern. Filter beinhalten typischerweise Induktivitäten und Kapazitäten und in letzter Zeit zunehmend Resonatoren.

Wie es einzusehen ist, ist es wünschenswert, die Größe von Bauteilen von elektronischen Vorrichten zu reduzieren. Viele bekannte Filter Technologien stellen eine Barriere für eine allumfassende System-Miniaturisierung dar. Mit dem Bedürfnis die Bauteilgröße zu reduzieren, hat sich eine Klasse von Resonatoren basierend auf dem piezoelektrischen Effekt entwickelt. In piezoelektrisch basierenden Resonatoren werden akustische resonante Moden in dem piezoelektrischen Material erzeugt. Diese akustischen Wellen werden in elektrische Wellen zur Verwendung in elektrischen Anwendungen konvertiert.

Ein Typ von piezoelektrischem Resonator ist ein Film Volumen Akustischer Resonator (Film Bulk Acoustic Resonator, FBAR. Der FBAR hat den Vorteil einer kleinen Größe und bietet sich für Integrierte Schaltungen (Integrated Circuit, IC) Herstellungswerkzeuge und -techniken an. Der FBAR beinhaltet einen akustischen Stapel, welcher unter anderem eine Schicht aus piezoelektrischem Material aufweist, die zwischen zwei Elektroden angeordnet ist. Akustische Wellen erreichen eine Resonanz über den akustischen Stapel, wobei die Resonanzfrequenz der Wellen durch die Materialien in dem akustischen Stapel bestimmt ist.

FBAR's sind im Prinzip ähnlich zu Volumen Akustischen Resonatoren (Bulk Acoustic Resonators) wie z. B. Quarz, sind aber herunter skaliert, um bei GHz Frequenzen zu schwingen. Da die FBAR's eine Dicke in der Größenordnung von Mikrometer (microns) und eine Längen- und Breitendimension von hunderten von Mikrometer haben, stellen FBAR's auf vorteilhafte Weise eine vergleichsweise kompakte Alternative zu bekannten Resonatoren dar.

Wünschenswerterweise regt der Volumen Akustische Resonator nur Dicken-Auslenkungsmoden (thickness-extensional modes, TE modes) an, welche longitudinale mechanische Wellen sind, die Fortpflanzungsvektoren (propagation vectors) k in der Richtung der Fortpflanzung haben. Wünschenswerterweise lenken die TE Moden in der Richtung der Dicke (z. B. der z-Richtung) der piezoelektrischen Schicht aus.

Unglücklicherweise gibt es jedoch zusätzlich zu den gewünschten TE Moden auch laterale Moden, welche als Rayleigh-Lamb Moden bekannt sind, die ebenso in dem akustischen Stapel generiert werden. Die Rayleigh-Lamb Moden sind mechanische Wellen, die k-Vektoren haben, die senkrecht zu der Richtung der TE Moden sind, welche die gewünschten Betriebsmoden sind. Die lateralen Moden laufen in den flächigen Dimensionen (x, y Richtungen des vorliegenden Beispiels) des piezoelektrischen Materials. Unter anderen nachteiligen Effekten, beeinflussen laterale Moden den Qualitätsfaktor (Q-Faktor) einer FBAR Vorrichtung nachteilig. Insbesondere geht die Energie der Rayleigh-Lamb Moden an den Grenzflächen der FBAR Vorrichtung verloren. Wie es einzusehen ist, ist dieser Verlust an Energie in störende Moden ein Verlust der Energie von gewünschten longitudinalen Mulden und letztendlich eine Verschlechterung des Q-Faktors.

Was demzufolge gebraucht wird ist ein akustischer Resonator der zumindest die oben beschriebenen Mängel überwindet.

ZUSAMMENFASSUNG

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist ein akustischer Resonator eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode auf, welche eine Mehrzahl von Seiten aufweist. Zumindest eine der Seiten der zweiten Elektrode weist einen freitragenden Teil (cantilevered portion) auf. Eine piezoelektrische Schicht ist zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet.

Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform weist ein elektrischer Filter weist einen akustischen Resonator auf, welcher eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode auf, welche eine Mehrzahl von Seiten aufweist. Zumindest eine der Seiten der zweiten Elektrode weist einen freitragenden Teil auf. Eine piezoelektrische Schicht ist zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die beispielhaften Ausführungsformen werden am besten verstanden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn sie mit den beigefügten Zeichnungsfiguren gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können die Abmessungen zum Zwecke der Klarheit der Diskussion beliebig vergrößert oder verkleinert sein. Wo immer anwendbar und geeignet, beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.

1A zeigt eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

1B zeigt eine Draufsicht eines akustischen Resonators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

2A zeigt eine graphische Darstellung des Q-Faktors bei einer Parallel Resonanz (Qp) versus der Breite des freitragenden Teils bzw. der freitragenden Teile eines akustischen Resonators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

2B zeigt eine graphische Darstellung des Q-Faktors bei einer Serien Resonanz (Qs) versus der Breite des freitragenden Teils bzw. der freitragenden Teile eines akustischen Resonators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

3 zeigt eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

4A zeigt eine graphische Darstellung des Q-Faktors bei einer Parallel Resonanz (Qp) versus der Breite des freitragenden Teils bzw. der freitragenden Teile eines akustischen Resonators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

4B zeigt eine graphische Darstellung des Q-Faktors bei einer Serien Resonanz (Qs) versus der Breite des freitragenden Teils bzw. der freitragenden Teile eines akustischen Resonators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

4C zeigt eine graphische Darstellung des Q-Faktors bei einer Parallel Resonanz (Qp) versus der Breite des freitragenden Teils bzw. der freitragenden Teile eines akustischen Resonators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

5A zeigt eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform aufgenommen entlang der Linie 5A-5A in 5B.

5B zeigt eine Draufsicht eines akustischen Resonators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

6 zeigt eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

7 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines elektrischen Filters gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

1A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 1B-1B (siehe 1B) eines akustischen Resonators 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Zur Veranschaulichung weist der akustische Resonator 100 einen FBAR auf. Der akustische Resonator 100 weist ein Substrat 101 und eine erste Elektrode 102 auf, welche unterhalb einer piezoelektrischen Schicht 103 angeordnet ist, die eine erste Oberfläche in Kontakt mit einer ersten Elektrode 102 und eine zweite Oberfläche in Kontakt mit einer zweiten Elektrode aufweist. Eine optionale Passivierungsschicht 105 ist über der zweiten Elektrode 104 bereit gestellt. Ein freitragender Teil 106 der zweiten Elektrode 104 ist an zumindest einer Seite der zweiten Elektrode 104 bereit gestellt. Der freitragende Teil 106 kann ebenso als ”Flügel” (wing) bezeichnet werden.

Der akustische Resonator 100 kann gemäß den bekannten Halbleiter Prozess Verfahren und unter Verwendung bekannter Materialien hergestellt werden. Zur Erläuterung, die Struktur 100 kann hergestellt werden gemäß der Lehre der gemeinsam besessenen (commonly owned) U.S. Patente 5,587,620; 5,873,153; 6,384,697; 6,507,983; und 7,275,292 von Ruby, et al.; und 6,828,713 von Bradley, et al. Die Offenbarungen dieser Patente sind speziell durch in Bezugnahme hierin inkorporiert. Es wird darauf hingewiesen, dass die Verfahren und die Materialien, die in diesen Patenten beschrieben sind, beispielhaft sind und dass andere Verfahren der Herstellung und andere Materialien innerhalb des Bereichs sind, der von jemandem, der in der Technik geübt ist, in Erwägung gezogen wird.

Wenn in einer gewählten Topologie verbunden, kann eine Mehrzahl von akustischen Resonatoren 100 als elektrischer Filter wirken. Zum Beispiel können akustische Resonatoren 100 in einer Leiterfilter (ladder Filter) Anordnung angeordnet sein, wie z. B. beschrieben in dem U.S. Patent 5,910,756 von Ella, und dem U.S. Patent 6,262,637 von Bradley, et al., deren Offenbarungen speziell durch in Bezugnahme hierin inkorporiert sind. Die elektrischen Filter können in einer Vielzahl von Anwendungen, wie z. B. in Duplexern, verwendet werden.

Die erste Elektrode 102 und die zweite Elektrode 104 weisen jeweils ein elektrisch leitfähiges Material (z. B. Molybdän (Mo)) auf und stellen ein oszillierendes elektrisches Feld in der y-Richtung (d. h. der Richtung der Dicke der Schicht 103) des dargestellten Koordinatensystems zur Verfügung. In der hier beschriebenen illustrativen Ausführungsform ist die y-Achse die Achse für die TE (longitudinale) Mode(n) für den Resonator. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die piezoelektrische Schicht 103 und die Elektroden 102, 104 über einer Kavität 107 aufgehängt, die durch selektives Ätzen des Substrates gebildet worden ist. Die Kavität 107 kann gebildet worden sein durch eine Vielzahl von bekannten Verfahren, wie sie z. B. beschrieben sind in den referenzierten gemeinsam besessenen U.S. Patent 6,384,697 von Ruby, et al.. Dementsprechend ist der Resonator 100 ein mechanischer Resonator, welcher elektrisch über die piezoelektrische Schicht 103 angekoppelt werden kann. Andere Konfigurationen, die eine mechanische Resonanz durch FBAR's fördern, sind in Erwägung zu ziehen. Zum Beispiel kann sich der akustische Resonator 100 über einem akustischen Spiegel befinden, wie z. B. ein fehlangepasster akustischer Bragg Reflektor (nicht dargestellt), der in oder auf dem Substrat 101 gebildet ist. FBAR's, die über einem akustischen Spiegel bereit gestellt sind, werden manchmal als fest angebaute Resonatoren (solid mount resonators (SMRs)) bezeichnet und können so sein, wie in dem U.S. Patent Nr. 6,107,721 von Lakin beschrieben, dessen Offenbarung hierin in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme inkorporiert ist.

Der freitragende Teil 106 der zweiten Elektrode erstreckt sich über eine Lücke (gap) 108, welche zur Veranschaulichung Luft aufweist. In einer beisplelhaften Ausführungsform ist eine (nicht dargestellte) Opferschicht (sacrificial layer) mittels bekannter Techniken über der ersten Elektrode 102 und über einem Teil der piezoelektrischen Schicht 103 abgelagert. Die zweite Elektrode 104 und eine Passivierungsschicht 105 sind über der Opferschicht bereit gestellt. Zur Veranschaulichung weist das Opfer Material Phosphorsilikat-Glass (phosphosilicate glass (PSG)), welches veranschaulichend 8% Phosphor und 92% Siliziumdioxid aufweist. Nach der Bildung der zweiten Elektrode und der Passivierungsschicht 105, wird die Opferschicht z. B. mit Fluorwasserstoffsäure (hydrofluoric acid) weg geätzt, so dass der freitragende Teil 106 verbleibt. In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Opferschicht, um den freitragenden Teil 106 zu bilden, und die Opferschicht, um die Kavität 107 zu bilden, in dem gleichen Prozessschritt entfernt.

Es ist zu beachten, dass an Stelle von Luft die Lücke 108 auch andere Materialien einschließlich Materialien mit geringer akustischer Impedanz aufweisen kann wie z. B. mit Kohlenstoff (carbon (C)) dotiertes SiO2, welches auch als schwarzer Diamant (Blackdiamond) bezeichnet wird, oder dielektrisches Harz, welches kommerziell als SiLK bekannt ist, oder Benzo-Cyclobuten (benzocyclobutene (BCB)). Derartige Materialien mit geringer akustischer Impedanz können in der Lücke 109 mittels geeigneter Methoden bereit gestellt werden. Die Materialien mit geringer akustischer Impedanz können bereit gestellt werden, nachdem das Opfermaterial entfernt worden ist, welches verwendet wurde, um die Lücke 108 auszubilden, oder können anstelle des Opfermaterials in der Lücke verwendet werden ohne entfernt zu werden.

Die Region des kontaktierenden Überlapps der Elektroden 102, 104, der piezoelektrischen Schicht 103 und der Kavität 107, oder eines anderen Reflektors (z. B. ein Bragg Reflektor (nicht dargestellt)) wird als aktiver Bereich 110 des akustischen Resonators 100 bezeichnet. Im Gegensatz dazu weist ein inaktiver Bereich des akustischen Resonators eine Region des Überlapps zwischen der Elektrode 102 oder der Elektrode 104, oder beiden, und der piezoelektrischen Schicht 103 auf, die nicht über der Kavität 107 oder einer anderen Aufhängungsstruktur oder einem akustischen Spiegel angeordnet ist. Wie es in mehr Detail in dem U.S. Patent 8,248,185 beschrieben ist, ist es für die Performanz des akustischen Resonators 100 vorteilhaft, den Bereich bzw. die Fläche der inaktiven Region des akustischen Resonators 100 auf ein praktisches Ausmaß zu reduzieren.

Der freitragende Teil 106 erstreckt sich über eine Kante des aktiven Bereichs 110 durch eine Breite 109, wie dargestellt, hinaus. Ein elektrischer Kontakt 111 ist mit einer Signalleitung (nicht dargestellt) und elektronischen Bauteilen (nicht dargestellt) verbunden, die für die spezielle Anwendung des akustischen Resonators 100 ausgewählt wurden. Dieser Teil des akustischen Resonators 100 weist eine Zwischenverbindungsseite 112 des akustischen Resonators 100 auf. Wie es klarer wird, sowie die vorliegende Beschreibung weiter geht, weist die Zwischenverbindungsseite 112 der zweiten Elektrode 104, zu der der elektrische Kontakt 111 hergestellt wird, keinen freitragenden Teil auf. Im Gegensatz dazu, können eine oder mehrere nicht-verbindenden Seiten des akustischen Resonators 100 freitragende Teile 108 aufweisen, die sich über die Kante der aktiven Region 110 hinaus erstrecken.

1B zeigt eine Draufsicht des akustischen Resonators 100, dargestellt in einer Querschnittsansicht in 1A und in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform. Der akustische Resonator 100 weist ebenso die zweite Elektrode 104 mit der optionalen Passivierungsschicht 105 auf, die darüber angeordnet ist. Die zweite Elektrode 104 der vorliegenden Ausführungsform ist zur Veranschaulichung apodisiert, um akustische Verluste zu reduzieren. Weitere Details über die Verwendung von Apodisierungen in akustischen Resonatoren können gefunden werden in dem gemeinsam besessenen U.S. Patent 6,215,375 von Larson III, et al. oder in der gemeinsam besessenen U.S. Patent Anmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2007/0279153 mit dem Titel ”Piezoelectric Resonator Structures and Electrical Filters” von Richard C. Ruby, welche am 31. Mai 2006 eingereicht wurde. Die Offenbarungen dieses Patentes und dieser Patentanmeldung werden speziell in ihrer Gesamtheit hierin durch in Bezugnahme mit aufgenommen.

Die zweite Elektrode 104 weist nicht-verbindende Seiten 113 und eine Zwischenverbindungsseite 112 auf. In einer beispielhaften Ausführungsform sind freitragende Teile 106 entlang jeder nicht-verbindenden Seite 113 bereit gestellt. Die freitragenden Teile 106 haben dieselbe Breite. Dies ist lediglich veranschaulichend und es ist in Erwägung zu ziehen, dass mindestens eine Seite 113 aber nicht alle einen freitragenden Teil 106 aufweisen. Ferner ist in Erwägung zu ziehen, dass die zweite Elektrode 104 mehr oder weniger als die vier gezeigten Seiten aufweist. Zum Beispiel ist eine fünfeckig geformte Elektrode in Erwägung zu ziehen, die vier Seiten mit freitragenden Teilen an einer oder mehreren der Seiten aufweist, und dass die fünfte Seite die Zwischenverbindungsseite 112 darstellt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Form der ersten Elektrode 102 im Wesentlichen identisch zu der Form der zweiten Elektrode 104. Es wird angemerkt, dass die erste Elektrode 102 eine größere Fläche als die zweite Elektrode 104 aufweisen kann und dass die Form der ersten Elektrode 102 anders sein kann als die Form der zweiten Elektrode 104.

Die fundamentale Mode des akustischen Resonators 100 ist die longitudinale Auslenkungsmode oder ”Kolben” Mode (”piston” mode). Diese Mode wird angeregt durch das Anlegen einer zeitabhängigen Spannung an die beiden Elektroden bei der Resonanzfrequenz des Resonators 100. Das piezoelektrische Material wandelt die Energie in Form von elektrischer Energie in mechanische Energie um. In einem idealen FBAR, welcher infinitesimal dünne Elektroden hat, tritt Resonanz auf, wenn die angelegte Frequenz gleich ist wie die Geschwindigkeit des Schalls des piezoelektrischen Mediums geteilt durch zwei mal die Dicke des piezoelektrischen Mediums: f = vac/(2·T), wobei T die Dicke des piezoelektrischen Medium und vac die akustische Phasengeschwindigkeit ist. Für Resonatoren mit Elektroden mit einer endlichen Dicke wird diese Gleichung durch die gewichteten akustischen Geschwindigkeiten und die Dicken der Elektroden modifiziert.

Ein quantitatives und ein qualitatives Verständnis von dem Q eines Resonators kann erlangt werden durch ein Auftragen in einem Smith Diagramm (Smith Chart) des Verhältnisses der reflektierten Energie zu der angelegten Energie, wenn die Frequenz variiert wird, für den Fall, bei dem eine Elektrode mit Masse (ground) und eine andere mit einem Signal verbunden ist, für einen FBAR Resonator mit einer Impedanz, die gleich der Systemimpedanz bei der Resonanzfrequenz ist. So wie die Frequenz der angelegten Energie größer wird, durchläuft (sweep out) die Stärke bzw. die Phase des FBAR Resonators einen Kreis in dem Smith Diagramm. Dies wird als Q-Kreis bezeichnet. Wo der Q-Kreis zuerst die reale Achse (horizontale Achse) kreuzt, entspricht dies der Serienresonanzfrequenz fs. Die reale Impedanz (gemessen in Ohm) ist Rs. So wie sich der Q-Kreis um den Perimeter des Smith Diagramms fortsetzt, kreuzt er erneut die reale Achse. Der zweite Punkt, bei dem der Q-Kreis die reale Achse kreuzt, ist mit fp gekennzeichnet, der Parallel- oder der Antiresonanzfrequenz des FBAR. Die reale Impedanz bei fp ist Rp.

Oft ist es wünschenswert Rs zu minimieren, während Rp maximiert wird. Qualitativ betrachtet, je näher der Q-Kreis den äußeren Rand des Smith Diagramms ”umarmt” (”hug”), desto größer ist der Q-Wert der Vorrichtung. Der Q-Kreis eines ideal verlustfreien Resonators hätte einen Radius von eins und würde an dem Rand des Smith Diagramms verlaufen. Jedoch, wie vorstehend angemerkt, gibt es Energieverluste, die einen Einfluss auf den Q-Faktor der Vorrichtung haben. Zum Beispiel, und zusätzlich zu den Quellen von akustischen Verlusten, die oben erläutert wurden, liegen die Rayleigh-Lamb (lateralen oder störenden) Moden in den x, y Dimensionen der piezoelektrischen Schicht 103. Diese lateralen Moden beruhen (a) auf einer Modenkonversion der in z-Richtung laufenden longitudinalen Moden zwischen zwei Flächen und (b) auf der Erzeugung von nicht verschwindenden Fortpflanzungsvektoren (non-zero propagation vectors) kx und ky, sowohl für die TE Mode als auch für die verschiedenen lateralen Moden (z. b. die SO (symmetrische) Mode und die nullten (und asymmetrischen) Moden AO und AI), welche auf der Differenz in den effektiven Geschwindigkeiten zwischen den Regionen, wo Elektroden angeordnet sind, und den umliegenden Regionen des Resonators beruhen, wo es keine Elektroden gibt. Bei einer spezifischen Frequenz ist die akustische Wellenlänge eines akustischen Resonators bestimmt durch v/f, wobei v die akustische Geschwindigkeit und f die Frequenz ist. Es wird angenommen, dass eine Periodizität von Qp (d. h. die Position von Maxima und Minima als eine Funktion der Breite des freitragenden Teils 106) einen Bezug zu der akustischen Wellenlänge aufweist. Bei einem Maximum von Qp, ist die Vibration des Flügels 106 vergleichsweise weit weg von seiner mechanischen Resonanz, wohingegen bei einem Minimum eine mechanische Resonanz von dem freitragenden Teil 106 auftritt. Dieses Phänomen kann bei einer Durchsicht der 2A unten verstanden werden, zum Beispiel: Wenn die Frequenz abnimmt, nimmt die akustische Wellenlänge zu, und die Breite des freitragenden Teils 106 bei einem Maximum nimmt entsprechend zu.

Ohne Bezug zu ihrer Quelle sind die lateralen Moden in vielen Resonator Anwendungen parasitär. Zum Beispiel koppeln die parasitären lateralen Moden an dem Umfang des Resonators und entfernen Energie, die für longitudinale Moden verfügbar ist, und reduzieren dadurch den Q-Faktor der Resonator Vorrichtung. Es wird angemerkt, dass als ein Resultat der parasitären lateralen Moden und anderer akustischer Verluste scharfe Reduzierungen des Q-Faktors auf einem Q-Kreis des Smith Diagramms von dem S11 Parameter beobachtet werden können. Diese scharfen Reduzierungen des Q-Faktors sind bekannt als ”Ratschen” (”rattles”) oder ”Loopings” (”loop-de-loops), welche nachstehend gezeigt sind und beschrieben werden.

Die freitragenden Teile 106 der beispielhaften Ausführungsformen stellen eine Änderung in der akustischen Impedanz an der Grenze der aktiven Region 110 des akustischen Resonators 100 dar. Als Ergebnis werden Reflexionen der lateralen Moden an der Grenze gefördert. In einer beispielhaften Ausführungsform besteht die Grenze zwischen der aktiven Region 110 des akustischen Resonators und dem freitragenden Teil 106 aus einem Festkörper (Elektroden und piezoelektrische Schicht) und Luft, was eine vergleichsweise große Impedanz Fehlanpassung und einen vergleichsweise hohen Reflexionskoeffizient darstellt. Als Ergebnis, werden laterale Moden vergleichsweise stark reflektiert, was den Q-Faktor durch zwei Mechanismen verbessert. Erstens, weil die reflektierten lateralen Moden nicht transmittiert werden, geht deren Energie nicht verloren. Ein Verbessern der Verluste durch ein Reduzieren der Transmission von lateralen Moden außerhalb der aktiven Region 110 des akustischen Resonators 100 kann den Q-Faktor des akustischen Resonators 100 erhöhen. Zweitens wird ein Teil der reflektierten lateralen Moden in die gewünschten longitudinalen Moden umgewandelt. Je größer die Wellenenergie in den longitudinalen Moden ist, desto größer ist der Q-Faktor. Als Ergebnis verbessert der freitragende Teil 106 bzw. verbessern die freitragenden Teile 106 des akustischen Resonators 100 den Q-Faktor sowohl von der Parallelresonanz als auch den Q-Faktor von der Serienresonanz (d. h. Qp und Qs).

2A zeigt ein Diagramm des Q-Faktors bei der Parallelresonanz (Qp) versus der Breite (z. B. der Breite 109, ebenso bezeichnet als ”Flügelbreite”) des freitragenden Teils 106 bzw. der freitragenden Teile 106 (”Flügel”) eines akustischen Resonators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Der Graph 200 stellt Daten eines akustischen Resonators dar, der drei freitragende Teile 106 aufweist, wie z. B. veranschaulichend gezeigt in den 1A und 1B. Der Q-Faktor hängt ab von der Breite des freitragenden Teils 106 bei einer gegebenen Parallelresonanzfrequenz. Wie gezeigt gibt es relative Maxima von Qp bei Punkten 201, 202 und 203, und lokale Minima bei Punkten 204, 205 und 206 so wie die Breite 109 ansteigt. Es wird angemerkt, dass sich Qp, verglichen mit der Breite 109 eines freitragenden Teils 106, welche Null ist, was äquivalent ist zu einem akustischen Resonator ist, der im Wesentlichen die selbe Struktur wie der akustische Resonator 100 hat, der jedoch nicht den freitragenden Teil 106 aufweist, bei einer bestimmten Breite 109 signifikant verbessert.

Verbesserungen in Qp aufgrund des Einbezugs des freitragenden Teils 106 resultieren aus verschiedenen Grenzbereichsbedingungen bei dem Rand des aktiven Teils 110 des akustischen Resonators 100 verglichen mit einem akustischen Resonator, der nicht den freitragenden Teil bzw. die freitragenden Teile aufweist. Wie vorstehen beschrieben, wird der freitragende Teil 106 an dem Rand des aktiven Bereichs 110 aufgrund der Fehlanpassung der Impedanz an dem Grenzbereich des freitragenden Teils 106 und dem aktiven Bereich 100 des akustischen Resonators bestimmte akustische Moden reflektieren, was ein verbessertes Q zur Folge hat. Es wird angenommen, dass die lokalen Minima von der Anregung einer mechanischen Resonanz des freitragenden Teils 106 resultieren können, was zu Verlusten führt. Die angeregten Resonanzbedingungen bei den relativen Maxima 204, 205206 haben zur Folge (a) eine Energie, die nicht in den aktiven Bereich 110 des akustischen Resonators 100 zurück reflektiert wird, (b) Verluste und (c) ein reduziertes Q. Dementsprechend, wenn akustische Resonatoren 100 entworfen werden, wird die Breite 109 des freitragenden Teils 106 auf vorteilhafte Weise bei einem relativen Maximum 201, 202, 203 und nicht bei einem relativen Minimum 204, 205, 206 ausgewählt.

2B zeigt ein Diagramm 207 des Q-Faktors bei der Serienresonanz (Qs) versus der Breite (z. B. der Breite 109, ”Flügelbreite”) des freitragenden Teils 106 bzw. der freitragenden Teile 106 (”Flügel”) eines akustischen Resonators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das Diagramm 207 stellt Daten eines akustischen Resonators dar, der drei freitragende Teile 106 aufweist, wie z. B. veranschaulichend gezeigt in den 1A und 1B. Der Q-Faktor hängt von der Breite des freitragenden Teils 106 bei einer gegebenen Serienresonanzfrequenz ab. Wie gezeigt, gibt es relative Maxima von Qs bei Punkten 208, 209 und 210, und lokale Minima bei Punkten 211, 212 und 213 so wie die Breite 109 ansteigt. Es wird angemerkt, dass sich Qs, verglichen mit einer Breite = 0 des freitragenden Teils 106, was äquivalent ist zu einem akustischen Resonator ist, der im Wesentlichen die selbe Konfiguration wie der akustische Resonator 100 hat, aber ohne den freitragenden Teil 106, bei einer bestimmten Breite 109 signifikant verbessert.

Wie vorstehend beschrieben, wird der freitragende Teil 106 an dem Rand des aktiven Bereichs 110 des akustischen Resonators bestimmte akustische Moden aufgrund der Impedanz Fehlanpassung an dem Grenzbereich zwischen dem freitragenden Teil 106 und dem aktiven Bereich 110 reflektieren, was zu einem verbesserten Q führt. Es wird angenommen, dass die lokalen Minima von der Anregung einer mechanischen Resonanz des freitragenden Teils 106 resultieren können, was zu Verlusten führt. Die angeregten Resonanzbedingungen bei den relativen Minima 211, 212 und 213 haben zur Folge (a) eine Energie, die nicht in den aktiven Bereich 110 des akustischen Resonators 100 zurück reflektiert wird, (b) Verluste und (c) ein reduziertes Q. Dementsprechend, wenn akustische Resonatoren 100 entworfen werden, wird die Länge 109 des freitragenden Teils 106 auf vorteilhafte Weise bei einem relativen Maximum 208, 209 oder 210 und nicht bei einem relativen Minimum 211, 212 oder 213 ausgewählt.

Außerdem, weil der freitragende Teil 106 keine störenden lateralen Moden erzeugt, gibt es keine begleitende Verschlechterung von Q in der Nähe der Serien Resonanz Frequenz so wie eine Verschlechterung auftreten kann bei der Inklusion von bekannten erhöhten Rahmenelementen (manchmal als Erhebungen (”outies”) bezeichnet) und bei bekannten ausgesparten Rahmenelementen (manchmal als Vertiefungen (”innies”) bezeichnet). Es wird angemerkt, dass sowohl erhöhte Rahmenelemente (raised frame elements) als auch ausgesparte Rahmenelemente (recessed frame elements) kreisringförmig um den akustischen Resonator herum angeordnet sein können und manchmal als kreisringförmige Aussparungen (annular recesses) und kreisringförmige Rahmen (annular frames) bezeichnet werden. Die erhöhten Rahmenelemente und die ausgesparten Rahmenelemente können störende Moden erzeugen, jedoch verbessern ausgesparte Rahmenelemente den Kopplungskoeffizient kt2 und erhöhte Rahmenelemente können den Kopplungskoeffizient kt2 geringfügig verringern. Ferner erzeugt der freitragende Teil 106 keine störenden Moden, weil dessen Aufstellungsort (location) nicht innerhalb der aktiven Region 110 liegt. Der freitragende Teil 106 verschlechtert auch nicht so wesentlich kt2 wie die erhöhten und die ausgesparten Rahmenelemente. Wie aus einer Durchsicht der 2A erkannt werden kann, ist kt2 bei einem Peak Q, welcher zu einer Breite des freitragenden Teils 106 von ungefähr 4,75 μm korrespondiert, ungefähr 5,2. Dies stellt einen Anstieg in kt2 dar, welches ungefähr 10% größer ist als das von einem bekannten akustischen Resonator mit einem erhöhten Rahmenelement.

3 zeigt eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators 300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Viele der Merkmale des akustischen Resonators 300 sind gleich mit denen des akustischen Resonators 100, die im Zusammenhang mit den beispielhaften Ausführungsformen in den 1A und 1B beschrieben sind. Die Details von gemeinsamen Merkmalen, Charakteristiken und Vorteilen davon werden nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen verschleiert werden.

Der akustische Resonator 300 weist eine Brücke 301 entlang der Zwischenverbindungsseite 112 auf. Die Brücke 301 stellt eine Lücke 302 bereit, welche leer sein kann (z. B. Luft) oder mit einem Material mit geringer akustischer Impedanz gefüllt sein kann. Die Brücke ist in dem U.S. Patent 8,248,185 beschrieben und insofern werden viele Details der Brücke 301 in der vorliegenden Anmeldung nicht wiederholt, um eine Verschleierung der Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen des akustischen Resonators 300 zu vermeiden.

Wie vorstehend beschrieben, stellt der freitragende Teil 106 eine Verbesserung in dem Q-Faktor zur Verfügung. Auf ähnliche Weise stellt die Brücke 301 ebenso eine Verbesserung in dem Q-Faktor zur Verfügung. Auf vorteilhafte Weise stellt die Kombination des freitragenden Teils 106 und der Brücke 301 eine weiter gehende Verbesserung in dem Q-Faktor des akustischen Resonators 300 zur Verfügung. Zu diesem Zweck, resultiert die Inklusion der Brücke 301 mit dem freitragenden Teil 106 in dem akustischen Resonator 300 in einer Verbesserung in dem Q-Faktor bei der Parallel Resonanz (Qp) und einen gewissen Einfluss auf den Q-Faktor bei der Serien Resonanz (Qs). Dies ist ein wenig erwartet, da die Brücke 301 überwiegend Qp beeinflusst, wie in dem U.S. Patent 8,248,185 beschrieben ist.

4A zeigt ein Diagramm 400 des Q-Faktors bei der Parallel Resonanz (Qp) versus der Breite (z. B. der Breite 109, ”Flügelbreite”) des freitragenden Teils 106 bzw. der freitragenden Teile 106 (”Flügel”) eines akustischen Resonators, welcher eine Brücke aufweist, (z. B. der akustische Resonator 300) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das Diagramm 400 stellt Daten eines akustischen Resonators dar, der drei freitragende Teile 106 aufweist, wie z. B. veranschaulichend gezeigt in den 1A und 1B. Der Q-Faktor hängt von der Flügelbreite bei einer gegebenen Parallelresonanzfrequenz ab. Wie gezeigt gibt es relative Maxima von Qp bei Punkten 401, 402 und 403, und relative Minima bei Punkten 404 und 405 so wie die Breite 109 ansteigt. Es wird angemerkt, dass sich Qp, verglichen mit einer Breite = 0 des freitragenden Teils 106, was äquivalent ist zu einem akustischen Resonator ist, der im Wesentlichen die selbe Konfiguration, welche in 3 gezeigt ist, aber ohne die freitragenden Teile 106, bei einer bestimmten Breite 109 signifikant verbessert.

Die synergistische Wirkung der Kombination der Brücke 301 und der freitragenden Teile 106 auf Qp kann durch einen Vergleich der Daten von den 2A und 4A anerkannt werden. Zum Beispiel ist in einer Ausführungsform, welche den freitragenden Teil 106 aufweist, der eine Breite (z. B. Breite 109) von ungefähr 2,5 μm aufweist, Qp in 2A (z. B. nahe des Punktes 201) ungefähr 850. Im Gegensatz dazu stellt eine Ausführungsform, welche die Brücke 301 und den freitragenden Teil 106 aufweist, der eine Breite von ungefähr 2,5 μm (z. B. nahe des Punktes 406) aufweist, ein Qp von ungefähr 1500 zur Verfügung. Auf ähnliche Weise, in einer Ausführungsform, welche den freitragenden Teil 106 aufweist, der eine Breite (z. B. Breite 109) von ungefähr 3,0 μm hat, ist Qp in 2A (z. B. nahe des Punktes 202) ungefähr 975. Im Gegensatz dazu stellt eine Ausführungsform, welche die Brücke 301 und den freitragenden Teil 106 aufweist, der eine Breite von ungefähr 3,0 μm aufweist, ein Qp von ungefähr 1750 (z. B. nahe des Punktes 402 in 4A) zur Verfügung.

4B zeigt ein Diagramm 407 des Q-Faktors bei der Serienresonanz (Qs) versus der Breite (z. B. der Breite 109) des freitragenden Teils 106 eines akustischen Resonators, der eine Brücke aufweist (z. B. der akustische Resonator 300) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das Diagramm 407 stellt Daten eines akustischen Resonators dar, der drei freitragende Teile 106 aufweist, wie z. B. veranschaulichend gezeigt in den 1A und 1B. Der Q-Faktor hängt ab von der Flügelbreite bei einer gegebenen Serienresonanzfrequenz. Wie gezeigt, gibt es relative Maxima von Qs bei Punkten 408, 409 und 410, und relative Minima bei Punkten 411, 412, 413 und 414 so wie die Breite 109 ansteigt. Es wird angemerkt, dass sich Qs, verglichen mit einer Breite = 0 des freitragenden Teils 106, was äquivalent ist zu einem akustischen Resonator ist, der im Wesentlichen die selbe Konfiguration wie in 3 gezeigt, aber ohne den freitragenden Teil 106, bei einer bestimmten Breite 109 signifikant verbessert. Wie vorstehend angemerkt, ist der Einfluss der Brücke 301 auf das verbesserte Qs weniger dramatisch als dessen Einfluss auf Qp.

4C zeigt ein Diagramm des Q-Faktors bei der Parallelresonanz (Qp) versus der Breite des freitragenden Teils bzw. der freitragenden Teile eines akustischen Resonators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. So wie die gesamte Dicke des akustischen Stapels abnimmt, nimmt die Resonanzfrequenz zu und daher nimmt die akustische Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz ab. Eine optimale Breite 109 (”Flügelbreite”) des freitragenden Teils 106, bei der die meiste Q Verbesserung erreicht wird, ist bestimmt durch die Resonanz akustische Viertel-Wellenlänge. Deshalb ist eine kleinere optimale Flügelbreite erforderlich, um ein optimales Q zu erreichen. Es wird angemerkt, dass sich 4C auf einen akustischen Resonator bezieht, der eine Parallel Resonanz bei 800 MHz hat. Ein maximaler Q-Wert (gezeigt bei Punkt 415), wird bei einer Flügelbreite von ungefähr 1,6 μm erreicht.

5A zeigt eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators 500 aufgenommen entlang der Linie 5A-5A (siehe 5B) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 5B zeigt eine Draufsicht des akustischen Resonators 500. Viele der Merkmale des akustischen Resonators 500 sind gleich mit denen der akustischen Resonatoren 100, 300, die im Zusammenhang mit den beispielhaften Ausführungsformen in den 1A1B und 3 beschrieben sind. Die Details von gemeinsamen Merkmalen, Charakteristiken und Vorteilen davon werden nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen verschleiert werden.

Der akustische Resonator 500 weist eine Brücke 301 entlang der Zwischenverbindungsseite 112 auf. Die Brücke 301 stellt eine Lücke 302 bereit, welche leer sein kann (z. B. Luft) oder mit einem Material mit geringer akustischer Impedanz gefüllt sein kann. Zusätzlich zu der Brücke 301, weist der akustische Resonator 500 ein erhöhtes Rahmenelement 501 auf (üblicherweise als Erhebung (”outie”) bezeichnet). Das erhöhte Rahmenelement 501 kann über einer Seite oder über mehren Seiten des akustischen Resonators 500 bereit gestellt sein und stellt eine akustische Fehlanpassung an der Grenze der zweiten Elektrode 106 dar, wodurch Signalreflexionen an der Grenze verbessert werden und akustische Verluste reduziert werden. Letztendlich werden reduzierte Verluste in einen verbesserten Q-Faktor der Vorrichtung übersetzt. Obwohl das erhöhte Rahmenelement 501 als über der zweiten Elektrode 106 angeordnet gezeigt ist, können diese Merkmale stattdessen auch über der ersten Elektrode 102 und unter der piezoelektrischen Schicht 103 bereit gestellt sein, oder wahlweise sowohl auf der ersten Elektrode 102 als auch auf der zweiten Elektrode 106. Weitere Details der Verwendung, der Bildung und Vorteile des erhöhten Rahmenelements 501 können gefunden werden z. B. in dem gemeinsam besessenen U.S. Patent 7,280,007 mit dem Titel ”Thin Film Bulk Acoustic Resonator with a Mass Loaded Perimeter” von Feng, et al. und der gemeinsam besessenen U.S. Patent Anmeldungsveröffentlichung 2007/0205850 mit dem Titel ”Piezoelectric Resonator Structure and Electronic Filters having Frame Elements” von Jamneala, et al.. Die Offenbarungen dieses Patentes und dieser Patentanmeldung werden speziell hierin durch in Bezugnahme mit aufgenommen.

Das erhöhte Rahmenelement 501 führt zu einer Erhöhung der Parallel Impedanz (Rp), erzeugt aber störende Moden unterhalb der Serien Resonanzfrequenz, wohingegen der freitragende Teil 106 Rp erhöht ohne Qs zu verschlechtern. Dies liegt daran, weil die Fläche des erhöhten Rahmenelements 501 einen vergleichsweise kleinen Anteil der aktiven Fläche des akustischen Resonators 500 darstellt. Es kann gezeigt werden, dass dies äquivalent zu einem akustischen Resonator ist, der parallel zu einem akustischen Resonator geschaltet ist, welcher ein Rahmenelement aufweist. Weil die Resonanzfrequenz eines akustischen Resonators, der ein Rahmenelement 501 aufweist, kleiner ist, werden störende Moden des akustischen Resonators unterhalb fs ohne das Rahmenelement erzeugt. Die Hinzufügung des freitragenden Teils 106 des akustischen Resonators 500, welcher das Rahmenelement 501 aufweist, erhöht Rp weiter, ohne zu zusätzlichen störenden Moden unterhalb von fs zu führen, weil der Flügel 106 außerhalb der aktiven Region 110 des akustischen Resonators 500 liegt.

6 zeigt eine Querschnittsansicht von einem akustischen Resonator 600 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Viele der Merkmale des akustischen Resonators 600 sind gleich mit denen der akustischen Resonatoren 100, 300, 500, die im Zusammenhang mit den beispielhaften Ausführungsformen in den 1A1B, 5, 5A und 5B beschrieben sind. Die Details von gemeinsamen Merkmalen, Charakteristiken und Vorteilen davon werden nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen verschleiert werden.

Der akustische Resonator 600 weist eine Brücke 301 entlang der Zwischenverbindungsseite 112 auf. Die Brücke 301 stellt eine Lücke 302 bereit, welche leer sein kann (z. B. Luft) oder mit einem Material mit geringer akustischer Impedanz gefüllt sein kann. Zusätzlich zu der Brücke 301, weist der akustische Resonator 600 ein ausgespartes Rahmenelement 601 (”innie”) auf. Das ausgesparte Rahmenelement 601 kann entlang einer Seite oder entlang mehrerer Seiten des akustischen Resonators 600 angeordnet sein und stellt eine akustische Fehlanpassung an dem Perimeter der zweiten Elektrode 106 dar, wodurch Signalreflexionen an der Grenze verbessert werden und akustische Verluste reduziert werden. Letztendlich werden reduzierte Verluste in einen verbesserten Q-Faktor der Vorrichtung übersetzt. Obwohl das ausgesparte Rahmenelement 601 als über der zweiten Elektrode 106 angeordnet gezeigt ist, kann das ausgesparte Rahmenelement 601 stattdessen auch über der ersten Elektrode 102 und unter der piezoelektrischen Schicht 103 bereit gestellt sein, oder wahlweise sowohl auf der ersten Elektrode 102 und der zweiten Elektrode 106. Weitere Details der Verwendung, der Bildung und Vorteile des ausgesparten Rahmenelements 601 können gefunden werden z. B. in dem gemeinsam besessenen U.S. Patent 7,280,007 mit dem Titel ”Thin Film Bulk Acoustic Resonator with a Mass Loaded Perimeter” von Feng, et al. und der gemeinsam besessenen U.S. Patent Anmeldungsveröffentlichung 2007/0205850 mit dem Titel ”Piezoelectric Resonator Structure and Electronic Filters having Frame Elements” von Jamneala, et al.. Außerdem wird auch die Einarbeitung (incorporation) von sowohl einem erhöhten Rahmenelement (z. B. erhöhtes Rahmenelement 501) und von einem ausgesparten Rahmenelement (z. B. ausgespartes Rahmenelement 601) in einem akustischen Resonator 100, 300, 500, 600 durch die vorlegende Lehre in Erwägung gezogen. Die Einarbeitung von sowohl erhöhten als auch ausgesparten Rahmenelementen in einen akustischen Resonator wird offenbart in dem U.S. Patent 8,248,185.

Wenn in einer ausgewählten Topologie verbunden, kann eine Mehrzahl von akustischen Resonatoren 100, 300, 500, 600 als ein elektrischer Filter funktionieren. 7 zeigt eine vereinfachte schematische Blockdarstellung eines elektrischen Filters 700 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Der elektrische Filter weist Serien akustische Resonatoren 701 und Shunt akustische Resonatoren 702 auf. Die Serien Resonatoren 701 und die Shunt Resonatoren 702 können die akustischen Resonatoren 100, 300, 500, 600 aufweisen, die im Zusammenhang mit den beispielhaften Ausführungsformen von den 1A, 1B, 3, 5A, 5B und 6 beschrieben wurden. Der elektrische Filter wird allgemein als Leiterfilter (ladder filter) bezeichnet und kann z. B. in Duplexer Anwendungen verwendet werden. Weitere Details einer Leiterfilter Anordnung können so sein wie beschrieben z. B. in dem U.S. Patent 5,910,756 von Ella und dem U.S. Patent 6,262,637 von Bradley, et al.. Es wird betont, dass die Topologie des elektrischen Filters 700 lediglich veranschaulichend ist und dass andere Topologien in Erwägung gewogen werden können. Außerdem werden akustische Resonatoren der beispielhaften Ausführungsformen für eine Vielzahl von Anwendungen außer Duplexer in Erwägung gezogen.

In Übereinstimmung mit veranschaulichenden Ausführungsformen werden akustische Resonatoren für verschiedene Anwendungen wie z. B. elektrische Filter beschrieben, die eine Elektrode haben, welche einen freitragenden Teil aufweist. Zusätzlich, werden akustische Resonatoren für verschiedene Anwendungen wie z. B. elektrische Filter beschrieben, die eine Elektrode, welche einen freitragenden Teil aufweist, und eine Brücke haben.