橫截面擴張模式共振器的制作方法
本申請是申請日為2012年9月20日、申請號為“201280048214.5”、發明名稱為“橫截面擴張模式共振器”的發明專利申請的分案申請。
優先權數據
本發明主張2011年9月30日申請、標題為“橫截面擴張模式共振器(cross-sectionaldilationmoderesonators)”的同在申請中的第61/541,546號美國臨時專利申請案(代理人檔案號為qualp096p/112736p1)及2011年11月14日申請、標題為“橫截面擴張模式共振器(cross-sectionaldilationmoderesonators)”的第13/295,970號美國專利申請案(代理人檔案號為qualp096a/112736u1)的優先權。這些先前申請案的揭示內容被視為本發明的部分且特此以其全文引用的方式且出于所有目的而并入本文中。
本發明一般來說涉及共振器，且更具體來說，涉及機電系統壓電共振器及電路拓撲。
背景技術：
機電系統(ems)包含具有電及機械元件、激活器、換能器、傳感器、光學組件(包含鏡及)及電子器件的裝置。可以多種尺寸制造機電系統，包含但不限于微米尺寸及納米尺寸。舉例來說，微機電系統(mems)裝置可包含具有介于從大約一微米到數百微米或更大的范圍內的大小的結構。納米機電系統(nems)裝置可包含具有小于一微米的大小(舉例來說，包含小于數百納米的大小)的結構。可使用沉積、蝕刻、光刻及/或蝕刻掉襯底及/或所沉積材料層的部分或添加層以形成電裝置及機電裝置的其它微機械加工工藝形成機電元件。
一種類型的ems裝置稱作干涉式調制器(imod)。如本文中所使用，術語“干涉式調制器”或“干涉式光調制器”是指一種使用光學干涉原理選擇性地吸收及/或反射光的裝置。在一些實施方案中，干涉式調制器可包含一對導電板，所述對導電板中的一者或兩者可為全部或部分透明的及/或反射的且能夠在施加適當電信號時相對運動。在實施方案中，一個板可包含沉積于襯底上的固定層且另一板可包含通過氣隙與所述固定層分離的反射膜。一個板相對于另一板的位置可改變入射于imod上的光的光學干涉。imod裝置具有廣泛的應用，且預期用于改進現有產品及形成新產品，尤其是具有顯示能力的那些產品。
各種電子電路組件可以ems級(例如，共振器)來實施。一些常規ems共振器結構提供少于所要電能與機械能轉換，這在此項技術中通常一般稱為“機電耦合”。在一些壓電共振器結構中，此機電耦合的效率基于將來自遞送到輸入端子的輸入電信號的電能轉變為壓電膜的機械運動(其在輸入端子或輸出端子處轉變回到電能)的有效性。共振器中的不良機電耦合可導致次優操作效率及信號吞吐量。
一些常規共振器配置具有小于所要機電耦合系數(kt2)，其有時在此項技術中用作機電耦合的數值表示。舉例來說，在一些常規壓電共振器中，壓電膜的橫向尺寸(例如，寬度或長度)主要確定共振頻率。這些常規橫向振動共振器中的一些共振器可具有小kt2值(通常小于3％)。在一些其它常規壓電共振器(例如，薄膜體聲共振器(fbar))中，共振頻率主要由壓電膜的厚度確定。關于此類常規厚度模式共振器，kt2可較高，例如大約7％。然而，常規fbar通常能夠僅提供每晶片或裸片一個共振頻率，例如，充當濾波器的中心頻率。這各種因素可限制常規共振器在例如多帶/多模式無線通信電路等多頻率寬帶濾波器應用中的性能。
技術實現要素：
本發明的結構、裝置、設備、系統及工藝各自具有數個創新性方面，所述方面中的單個方面均不單獨地決定本文中所揭示的所要屬性。
本發明揭示機電系統共振器結構的實施方案，例如擴張模式共振器(dmr)、裝置、設備、系統及相關制作工藝。
根據本發明中所描述的標的物的一個創新性方面，一種壓電共振器結構包含一個或一個以上電極的第一導電層、一個或一個以上電極的第二導電層及由壓電材料形成的壓電層。所述壓電層安置于所述第一導電層與所述第二導電層之間。所述壓電層具有包含以下各項的尺寸：在x軸與垂直于所述x軸的y軸的平面中的橫向距離(d)以及沿垂直于所述x軸及所述y軸的z軸的厚度(t)。所述厚度與所述橫向距離的數值比t/d經配置以響應于提供到所述電極中的一者或一者以上的信號而提供所述壓電層的其中沿所述z軸及沿所述x軸與所述y軸的所述平面位移的振動模式。
在一些實施方案中，所述壓電層的所述橫向距離為沿所述x軸的寬度，且所述壓電層的所述位移沿所述z軸及沿x軸而發生。在一些實施方案中，所述壓電層的所述橫向距離為沿所述y軸的長度，且所述壓電層的所述位移沿所述z軸及沿所述y軸而發生。在一些其它實施方案中，所述橫向距離處于所述x-y平面中但具有從x及/或y軸的角度偏移。在一些實施方案中，所述振動模式為2d振動模式。在一些其它實施方案中，所述振動模式為3d振動模式。
在一些實施方案中，所述數值比t/d在與機電耦合相關聯的指定范圍內。所述指定范圍可包含與第一機電耦合相關聯的第一范圍及與不同于所述第一機電耦合的第二機電耦合相關聯的第二范圍。在所述第一范圍內，所述第一機電耦合可為可相對于所述數值比t/d而變化。在一些實例中，所述第二機電耦合高于所述第一機電耦合。
在一些實施方案中，所述z軸平分所述壓電層，且所述振動模式具有相對于所述z軸對稱的形狀。所述振動模式可與所述壓電材料的系數(例如d31系數、d32系數、d33系數、d24系數及d15系數)的組合相關聯。
在一些實施方案中，一個或一個以上電極的所述第一導電層覆蓋所述壓電層的第一表面的實質部分。一個或一個以上電極的所述第二導電層也可覆蓋所述壓電層的第二表面的實質部分。
根據本發明中所描述的標的物的另一創新性方面，一種設備包含：如上文所描述的壓電共振器結構；顯示器；處理器，其經配置以與所述顯示器通信且經配置以處理圖像數據；及存儲器裝置，其經配置以與所述處理器通信。所述壓電共振器結構的電極中的一者或一者以上可經耦合以將所述圖像數據發送到所述處理器。
根據本發明中所描述的標的物的另一創新性方面，一種壓電共振器結構包含：第一導電裝置，其用于接收輸入信號；第二導電裝置，其用于提供輸出信號；及壓電裝置，其由壓電材料形成且接近于所述第一導電裝置及所述第二導電裝置而安置。所述壓電裝置具有包含以下各項的尺寸：在x軸與垂直于所述x軸的y軸的平面中的橫向距離(d)以及沿垂直于所述x軸及所述y軸的z軸的厚度(t)。所述壓電裝置具有所述厚度與所述橫向距離的數值比t/d以用于響應于提供到電極中的一者或一者以上的信號而提供其中沿所述z軸及沿所述x軸與所述y軸的所述平面位移的振動模式。
根據本發明中所描述的標的物的另一創新性方面，復數種共振器各自包含：第一導電層，其包含電極；第二導電層，其包含電極；及壓電層，其由壓電材料形成且安置于所述第一導電層與所述第二導電層之間。所述壓電層具有包含以下各項的尺寸：在x軸與垂直于所述x軸的y軸的平面中的橫向距離(d)以及沿垂直于所述x軸及所述y軸的z軸的厚度(t)。所述厚度與所述橫向距離的數值比t/d經配置以響應于提供到所述電極中的一者或一者以上的信號而提供所述壓電層的其中沿所述z軸及沿所述x軸與所述y軸的所述平面位移的振動模式。所述共振器中的一者為串聯共振器，其中其第一導電層電極耦合到輸入端子且其第二導電層電極耦合到輸出端子。所述共振器中的另一者為第一分路共振器，其中其第一導電層電極耦合到所述輸入端子或所述輸出端子且其第二導電層電極耦合到接地。
在一些實施方案中，第二分路共振器具有：第一導電層電極，其耦合到所述輸入端子或所述輸出端子；及第二導電層電極，其耦合到接地。在一些實施方案中，所述串聯共振器與串聯共振頻率相關聯，且所述第一分路共振器與不同于所述串聯共振頻率的并聯共振頻率相關聯。舉例來說，所述并聯共振頻率與所述串聯共振頻率之間的差可界定通帶。在一些實施方案中，分路電感器耦合于所述第一分路共振器的所述第二導電層電極與接地之間。
在一些實施方案中，所述共振器中的一者或一者以上在平面中具有螺旋形狀。以實例的方式，所述螺旋形狀可具有矩形、圓形、橢圓形或八邊形輪廓。
根據本發明中所描述的標的物的另一創新性方面，一種梯式濾波器系統包含如上文所描述的多個共振器。第一梯式濾波器裝置包含串聯共振器，其中其第一導電層電極耦合到第一梯式濾波器輸入端子且其第二導電層電極耦合到第一梯式濾波器輸出端子。所述第一梯式濾波器裝置還包含一個或一個以上分路共振器，所述一個或一個以上分路共振器具有：第一導電層電極，其耦合到所述第一梯式濾波器輸入端子或所述第一梯式濾波器輸出端子；及第二導電層電極，其耦合到接地。第二梯式濾波器裝置包含串聯共振器，其中其第一導電層電極耦合到所述第一梯式濾波器輸出端子且其第二導電層電極耦合到第二梯式濾波器輸出端子。所述第二梯式濾波器裝置包含一個或一個以上分路共振器，所述一個或一個以上分路共振器具有：第一導電層電極，其耦合到所述第一梯式濾波器輸出端子或所述第二梯式濾波器輸出端子；及第二導電層電極，其耦合到接地。
在一些實施方案中，第一分路電感器耦合于所述第一梯式濾波器裝置的所述分路共振器的所述第二導電層電極與接地之間。此外，第二分路電感器可耦合于所述第二梯式濾波器裝置的所述分路共振器的所述第二導電層電極與接地之間。
根據本發明中所描述的標的物的另一創新性方面，一種共振器裝置包含：第一導電層，其包含一個或一個以上電極；第二導電層，其包含一個或一個以上電極；及壓電層，其由壓電材料形成且安置于所述第一導電層與所述第二導電層之間。所述壓電層經配置以響應于提供到所述導電層中的一者或一者以上的信號而提供振動模式，且所述壓電層在平面中具有螺旋配置。在一些實施方案中，所述壓電層在所述平面中具有可與電阻參數、阻抗參數或電容參數相關聯的總長度。
在一些實施方案中，梯式濾波器裝置中的串聯共振器具有與串聯共振頻率相關聯的第一參數，且分路共振器具有與不同于所述串聯共振器的所述串聯共振頻率的并聯共振頻率相關聯的第二參數。例如，所述第一參數可為例如所述串聯共振器壓電層的寬度、長度及/或厚度的距離或距離組合。所述第二參數可為例如所述分路共振器壓電層的寬度、長度及/或厚度的距離或距離組合。
根據本發明中所描述的標的物的另一創新性方面，一種梯式濾波器裝置包含多個共振器，其中每一共振器包含：第一導電裝置，其用于接收輸入信號；第二導電裝置，其用于響應于所述輸入信號而提供輸出信號；及壓電裝置，其用于響應于所述輸入信號而提供振動模式。所述壓電裝置安置于所述第一導電裝置與所述第二導電裝置之間。所述壓電裝置具有包含以下各項的尺寸：在x軸與垂直于所述x軸的y軸的平面中的橫向距離(d)以及沿垂直于所述x軸及所述y軸的z軸的厚度(t)。所述厚度與所述橫向距離的數值比t/d經配置以響應于所述輸入信號而提供其中沿所述z軸及沿所述x軸與所述y軸的所述平面位移的所述振動模式。所述共振器中的一者為串聯共振器。所述串聯共振器的所述第一導電裝置耦合到輸入端子，且所述串聯共振器的所述第二導電裝置耦合到輸出端子。所述共振器中的另一者為第一分路共振器。所述第一分路共振器的所述第一導電裝置耦合到所述輸入端子或所述輸出端子，且所述第一分路共振器的所述第二導電裝置耦合到接地。
在隨附圖式及以下描述中闡明本說明書中所描述的標的物的一個或一個以上實施方案的細節。雖然本發明中所提供的實例主要在基于機電系統(ems)及微機電系統(mems)的顯示器方面進行描述，但本文中所提供的概念可適用于其它類型的顯示器，例如液晶顯示器、有機發光二極管(“oled”)顯示器及場發射顯示器。根據所述描述、圖式及權利要求書將明了其它特征、方面及優點。注意，以下各圖的相對尺寸可能并未按比例繪制。
附圖說明
圖1展示擴張模式共振器(dmr)結構的透視圖的實例。
圖2展示dmr結構的壓電層的透視圖的實例。
圖3展示圖2的壓電層的橫截面中的幾何振動模式形狀的實例。
圖4a展示提供到dmr結構的實例的輸入ac信號的導納相對于頻率的曲線圖。
圖4b展示提供到圖4a的dmr結構的實例的輸入ac信號的相位相對于頻率的曲線圖。
圖5展示dmr結構的實例的機電耦合系數(kt2)相對于厚度/寬度比的曲線圖。
圖6a展示提供到dmr結構的實例的輸入ac信號的導納相對于頻率的曲線圖。
圖6b展示提供到圖6a的dmr結構的實例的輸入ac信號的相位相對于頻率的曲線圖。
圖7展示dmr結構的實例的機電耦合系數(kt2)相對于厚度/寬度比的另一曲線圖。
圖8展示dmr結構的透視圖的實例。
圖9a展示雙端口dmr結構的橫截面圖的實例。
圖9b展示三端口dmr結構的橫截面圖的實例。
圖9c展示四端口dmr結構的橫截面圖的實例。
圖10a及10b展示四端口dmr結構的透視圖的實例。
圖11a及11b展示三端口dmr結構的透視圖的實例。
圖12a到12c展示dmr結構的側視圖的實例。
圖13展示dmr裝置的透視剖視圖的實例。
圖14展示dmr裝置的俯視圖的實例。
圖15展示dmr結構的透視橫截面圖的實例。
圖16展示圖解說明用于形成共振器結構的工藝的流程圖的實例。
圖17展示圖解說明用于形成交錯共振器結構的工藝的流程圖的實例。
圖18a到18g展示根據(例如)如圖16或圖17中所表示的工藝的交錯共振器制作階段的橫截面示意性圖解說明的實例。
圖19a到19g展示根據(例如)如圖16或圖17中所表示的工藝的交錯共振器制作階段的透視圖的實例。
圖20展示溫度補償共振器結構的橫截面示意性圖解說明的實例。
圖21展示氣隙共振器結構的橫截面示意性圖解說明的實例。
圖22展示并入有例如dmr等共振器的梯式濾波器的電路圖的實例。
圖23a展示并入有例如dmr等共振器的單級梯式濾波器的簡化電路圖的實例。
圖23b展示圖23a的梯式濾波器電路的電傳輸響應的實例。
圖24a展示并入有例如dmr等并聯分路共振器的單級梯式濾波器的簡化電路圖的實例。
圖24b展示圖24a的梯式濾波器電路的電傳輸響應的實例。
圖25a展示并入有例如dmr等并聯分路共振器的雙級梯式濾波器的簡化電路圖的實例。
圖25b展示圖25a的梯式濾波器電路的電傳輸響應的實例。
圖26a展示并入有分路電感器的雙級梯式濾波器的簡化電路圖的實例。
圖26b展示圖26a的梯式濾波器電路的電傳輸響應的實例。
圖27a展示在每一級中并入有分路電感器的雙級梯式濾波器的簡化電路圖的實例。
圖27b展示圖27a的梯式濾波器電路的電傳輸響應的實例。
圖28展示在橫向平面中具有螺旋形狀的共振器結構的俯視圖的實例。
圖29展示并入有螺旋形共振器結構的梯式濾波器電路的實例。
圖30a展示描繪干涉式調制器(imod)顯示裝置的一系列像素中的兩個鄰近像素的等角視圖的實例。
圖30b展示圖解說明并入有干涉式調制器顯示器的電子裝置的系統框圖的實例。
圖31a及31b展示圖解說明包含多個干涉式調制器的顯示裝置的系統框圖的實例。
在各個圖式中，相似的參考編號及標示指示相似的元件。
具體實施方式
以下詳細描述出于描述創新性方面的目的而針對于某些實施方案。然而，可以多種不同方式應用本文中的教示。
所揭示實施方案包含機電系統共振器裝置(包含擴張模式共振器(dmr))的結構及配置的實例。還揭示相關設備、系統以及制作工藝及技術。所揭示dmr的一些實例在共振器結構的橫截面中具有其中沿共振器的厚度及沿共振器的寬度或長度位移及變形的二維(2d)振動模式，如下文更詳細地描述。所揭示dmr的其它實例具有其中沿共振器結構的厚度-寬度橫截面及厚度-長度橫截面兩者位移及變形的三維(3d)振動模式。在一些配置中，所揭示dmr提供比借助一些常規共振器可能實現的機電耦合高的機電耦合。
在壓電dmr的情況中，電極通常經安置而接觸或接近壓電材料。例如，電極可與壓電材料的一層位于相同表面上或相對表面上。施加于電極之間的電場變換成壓電材料中的機械應變。例如，時變電信號可被提供到dmr的輸入電極且變換為對應時變機械運動。此機械能的一部分可在輸入電極處或在單獨輸出電極處轉移回到電能。產生壓電材料中的機械位移的最大實質放大的輸入電信號的頻率通常稱為dmr的共振頻率。
在所揭示dmr的一些實施方案中，壓電材料在共振器的橫截面中具有2d振動模式，即，具有在兩個維度上的幾何振動形狀。此橫截面包含橫向尺寸(即，共振器結構的寬度或長度)連同垂直尺寸(即，共振器的厚度)。因此，2d振動模式可沿共振器結構的寬度-厚度橫截面或長度-厚度橫截面，此取決于所要實施方案。如下文更詳細地闡釋，橫截面中的2d振動模式的幾何形狀受共振器的厚度及橫向尺寸中的一個尺寸兩者的影響。可組合及利用壓電層的兩個或兩個以上壓電系數(例如，d31系數、d32系數、d33系數、d24系數及d15系數)來變換橫截面2d振動模式且實現所要高的機電耦合。
在所揭示dmr的一些實施方案中，壓電材料具有三維(3d)振動模式，即，具有在三個維度上的幾何振動形狀。在此類實施方案中，壓電材料可沿共振器結構的寬度-厚度橫截面及長度-厚度橫截面兩者振動，此取決于如下文更詳細地描述的厚度、寬度及長度參數。因此，在一些實例中，3d振動模式囊括兩個橫截面2d振動模式，即，其中沿寬度-厚度橫截面(第一2d振動模式)及長度-厚度橫截面(第二2d振動模式)兩者位移及變形。在此類實例中，3d振動模式的幾何形狀受共振器的厚度及橫向尺寸(寬度及長度)兩者的影響。
在一些實施方案中，梯型濾波器電路可經構造以包含所揭示dmr(例如)作為串聯及分路電路元件。可用所揭示共振器結構實施各種梯式濾波器拓撲，如在下文的實例中進一步描述。例如，分路共振器的并聯共振頻率及串聯共振器的串聯共振頻率可界定帶寬。在一些實例中，兩個或兩個以上分路共振器可并聯耦合以提供增加的帶外衰減。在一些實例中，兩個或兩個以上梯式濾波器可級聯成若干級以提供額外帶外衰減。在一些實例中，一個或一個以上分路電感器可與分路共振器連接以在所揭示梯式濾波器中實現較佳的帶外拒斥、空值頻率控制及通帶轉降斜率調整。如本文中所揭示的共振器結構也可為螺旋形，舉例來說，具有較長長度及小形狀因子。所揭示的螺旋形共振器可具有各種蛇形配置、同心多匝以及包含矩形形狀、圓形形狀、橢圓形形狀及八邊形形狀的輪廓。
可實施本發明中所描述的標的物的特定實施方案以實現以下潛在優點中的一者或一者以上。本文中所揭示的共振器結構的實例可提供對單個芯片的多頻率操作的益處，其中共振頻率至少部分地由共振器結構的橫向尺寸(即，寬度及/或長度)連同較高機電耦合確定。例如，可針對具有氮化鋁(aln)作為壓電材料的共振器實現大于10％的kt2值，且可針對具有氧化鋅(zno)作為壓電材料的共振器實現大于18％的kt2。例如，對于具有對相同芯片的多頻率操作的寬帶濾波器應用，此類高值可為合意的。
在一些實施方案中，橫截面中具有經增強的機電耦合的2d振動模式是基于共振器結構的厚度與寬度或長度的數值比，如下文更詳細地描述。因此，厚度為一個參數，且寬度或長度為另一參數，此兩者均可實質上經控制以巧妙設計所述數值比以實現共振器的橫截面中的所要幾何模式形狀。可在相同襯底上制作多頻率rf濾波器、時鐘振蕩器、變換器及其它裝置，其各自取決于所要實施方案而包含一個或一個以上dmr。舉例來說，此可通過在單個芯片上實現用于rf前端應用的緊湊多帶濾波器解決方案而在成本及大小方面有利。在一些實例中，通過在相同裸片上共同制作多個dmr，可解決多個頻率的問題。在一些實例中，可在相同襯底上制作具有橫跨從mhz到ghz的范圍的不同頻率的dmr陣列。此類dmr可配置成多個經級聯的級或配置成梯式、晶格或視特定實施方案的需要其它混合濾波器拓撲。
關于所揭示dmr，可在不需要鎖相環路的情況下通過多頻率高質量因子(q)dmr共振器組來實現用于擴展頻譜通信系統的直接頻率合成。高kt2及高qdmr也可實現具有極大調諧范圍(例如，大于5％)及低相位噪聲的壓控振蕩器(vco)。所揭示dmr實施方案可提供具有低運動阻力的壓電變換同時維持促進其與當代電路的接口的高q因子及適當電抗值。所揭示共振器結構的一些實例提供緊湊大小(例如，長度及/或寬度大約為數微米)、低功率消耗及與高產量可大規模生產組件(舉例來說，cmos電路)兼容性的優點。
可實現所揭示標的物的一些實施方案的額外潛在優點。例如，可根據并入到所揭示梯式濾波器電路中的串聯及/或分路共振器的共振頻率而設定所述梯式濾波器電路的通帶的帶寬。可使用并入有分路共振器及電感器的級聯式梯式濾波器塊來增強任何帶外頻率的衰減。另外，當所揭示共振器結構為螺旋形且經適當設計時，可使共振器的雜散頻率衰減，且可根據螺旋形結構的一個或一個以上尺寸而控制共振頻率。
在所揭示dmr的一個或一個以上實施方案中，共振器結構懸置于支撐結構的腔中且通常包含兩個導電電極層，其中壓電材料層夾持在所述兩個電極層之間。可通過將共振器結構耦合到支撐結構的經特殊設計的系鏈而將共振器結構懸置于腔中，如下文進一步闡釋。這些系鏈通常制作于共振器結構本身的層堆疊中。可借助于腔將共振器結構與周圍結構支撐件及其它設備聲隔離。
所揭示共振器結構可制作于低成本高性能大面積絕緣襯底上，所述襯底在一些實施方案中形成本文中所描述的支撐結構的至少一部分。在一些實施方案中，所揭示共振器結構形成于其上的絕緣襯底可由顯示器級玻璃(堿土金屬硼鋁硅酸鹽)或鈉鈣玻璃制成。可制成絕緣襯底的其它適合絕緣材料包含硅酸鹽玻璃，例如堿土金屬鋁硅酸鹽、硼硅酸鹽、經改質的硼硅酸鹽及其它材料。此外，例如氧化鋁(alox)、氧化釔(y2o3)、氮化硼(bn)、碳化硅(sic)、氮化鋁(alnx)及氮化鎵(ganx)等陶瓷材料可用作絕緣襯底材料。在一些其它實施方案中，絕緣襯底由高電阻率硅形成。在一些實施方案中，也可使用絕緣體上硅(soi)襯底、砷化鎵(gaas)襯底、磷化銦(inp)襯底及塑料(聚萘二甲酸乙二酯或聚對苯二甲酸乙二酯)襯底(例如，與柔性電子器件相關聯)。襯底可呈常規集成電路(ic)晶片形式(例如，4英寸、6英寸、8英寸、12英寸)或呈大面積面板形式。舉例來說，可使用具有例如370mm×470mm、920mm×730mm及2850mm×3050mm等尺寸的平板顯示器襯底。
在一些實施方案中，通過以下操作制作所揭示共振器結構：在襯底上沉積犧牲(sac)層；在sac層上形成下部電極層；在下部電極層上沉積壓電層；在壓電層上形成上部電極層；及移除sac層的至少部分以界定腔。所得共振器腔將下部電極層的至少一部分與襯底分離且沿共振器結構的側提供開口(如附圖中所圖解說明)，以允許共振器在與其余襯底實質上彈性隔離的情況下沿一個或一個以上方向振動及移動。在一些其它實施方案中，襯底本身的一部分充當sac材料。在這些實施方案中，舉例來說，可通過蝕刻來移除絕緣襯底的在共振器結構下面的經指定區以界定腔。
圖1展示dmr結構的透視圖的實例。在圖1中，結構100包含一個或一個以上電極的上部導電層104。結構100還包含一個或一個以上電極的下部導電層108，其沿z軸從上部導電層104偏移。壓電層112安置于上部導電層104與下部導電層108之間。在此實例中，壓電層112具有上表面116及與上表面116相對的下表面120。在此實例中，上表面116與上部導電層104接觸，且下表面120與下部導電層108接觸。
在圖1中，壓電層112具有包含以下各項的尺寸：沿x軸定向的寬度w、沿垂直于x軸的y軸定向的長度l以及沿垂直于x軸及y軸的z軸的厚度t。如上文所提及，w及l為橫向距離d的實例，橫向距離d通常位于沿x軸及y軸的平面中。如本文中更詳細地描述，厚度與橫向距離的數值比t/d可經配置以響應于提供到導電層104及108中的電極中的一者或一者以上的信號而提供壓電層112的其中沿z軸及沿橫向距離d(其在垂直于z軸的橫向平面中且可在一些實例中沿x軸、在一些其它實施例中沿y軸或從x及/或y軸偏移，如下文進一步闡釋)位移的2d振動模式。舉例來說，可將具有致使結構100以共振頻率振動的頻率的輸入ac信號124提供到上部導電層104的一個或一個以上電極，且可在上部導電層104或下部導電層108的一個或一個以上電極處感測具有共振頻率的所得輸出信號128。
盡管將圖1的壓電層112表示為具有如上文所描述沿相應x、y及z軸定向的尺寸的矩形棱柱或立方體，但應理解，此表示僅出于說明性目的。在一些實施方案中，壓電層112具有非晶3d形狀。在此類實施方案以及各圖中所圖解說明且本文中所描述的其它矩形實施方案中，橫向距離d可在垂直于z軸的橫向x-y平面中具有各種不同定向，包含其中d從所界定的x軸偏移第一角度及/或從y軸偏移第二角度的情形。因此，盡管將本文中的許多實施方案描述為具有沿x或y軸的橫向距離，但應理解，配置厚度與橫向距離的數值比t/d以提供壓電層112的2d或3d振動模式的所揭示原理同樣適用于其中橫向距離d通常在x-y平面中但未必沿x軸或y軸的實施方案。同樣地，僅出于參考目的而以大體沿壓電層的相應尺寸的定向圖解說明許多所揭示實施方案中的x、y及z軸。在包含其中壓電層112具有非晶形狀的實施方案的一些實施方案中，厚度可界定為具有沿與上部及下部導電層相交的z軸的一般定向，且可界定大體垂直于z軸的橫向平面，其中橫向距離d處于所述橫向平面中。在一些實例中，所述橫向平面包含：x及y軸，其可在平面中具有各種定向；及橫向距離d，其可與x及y軸對準或從其偏移，此取決于所要參考系。舉例來說，在一些實例中，壓電層的寬度可大體沿y軸定向，而壓電層的長度大體沿x軸定向。
在圖1中，在一些實施方案中，導電層104及108中的一者或兩者覆蓋其上安置所述導電層的表面的實質部分。在圖1的實例中，一個或一個以上電極的下部導電層108覆蓋壓電層112的下表面120的實質部分，且一個或一個以上電極的上部導電層104覆蓋壓電層112的上表面116的實質部分。如圖1中所圖解說明，相應表面116或120的表面積的多于約50％由導電層覆蓋，從而留下表面積的少于約50％被曝露。在一些其它實例中，相應表面116或120的表面積的約100％由導電層覆蓋(例如，具有單個電極)以使kt2最大化。
盡管圖1的dmr結構100為雙端口共振器，即，具有遞送到由上部導電層104表示的輸入端子的輸入信號及提供到由下部導電層108表示的輸出端子的輸出信號，但可借助單端口共振器獲得與本文中所描述的振動模式相同的2d及3d振動模式。例如，在圖1中所圖解說明的實例的替代實例中，下部導電層耦合到接地，且上部導電層充當在其處既遞送輸入信號又感測輸出信號的信號端子。
圖2展示dmr結構的壓電層的透視圖的實例。在圖2中，壓電層112具有包含以下各項的尺寸：沿z軸定向的厚度t、沿x軸定向的寬度w及沿y軸定向的長度l。可借助某些數值比t/d獲得的2d或3d振動模式可基于壓電材料的系數的組合。此類系數可包含：d31系數，其通常與壓電層112沿其寬度及/或長度的橫向運動相關聯；d33系數，其通常與壓電層112沿其厚度的垂直運動相關聯；d32系數(也與橫向運動相關聯但在相對于d31運動的垂直方向上且在與d31運動相同的x-y平面內)；d24系數(與響應于沿y方向施加的電場的剪切位移相關聯)；及d15系數(與響應于沿x方向施加的電場的剪切位移相關聯)。
圖3展示圖2的壓電層的橫截面中的幾何振動模式形狀的實例。特定來說，圖3展示壓電層112的沿圖2的線3-3截取的前視橫截面圖。出于圖解說明2d擴張模式形狀300的目的，在圖3中，矩形形狀302指示壓電層112在激發及變形之前的橫截面形狀。在圖3中，z軸沿壓電層112的寬度平分所述壓電層，且x軸沿壓電層112的厚度平分所述壓電層。在此實例中，可借助某一范圍的厚度與寬度的數值比t/w實現所圖解說明的2d擴張模式形狀300，其中發生沿z軸及沿x軸的位移。在其它實例中，可借助壓電層112的某一范圍的厚度與長度的數值比t/l實現壓電層112的橫截面中的沿圖2的z軸及沿y軸的類似2d擴張模式形狀。盡管在此實例中壓電層112在變形之前的橫截面形狀為矩形的，但其也可為正方形、圓形及其它多邊形形狀。
在圖3的實例中，壓電層112中的壓電材料的位移取決于所圖解說明的橫截面內的位置而變化。例如，在壓電層112的橫截面的第一區304(包含所圖解說明的x軸與z軸的相交點)中，將存在極少或零位移。在壓電層112的第二區308中，存在極少到中等位移(即，通常比在區304中多的位移)。遠離x軸與z軸的相交點向較遠區312、316及320中移動，位移的量繼續增加，其中最大位移出現在區324中。壓電層112的位移使得所圖解說明的2d模式具有相對于z軸對稱的形狀。在此實例中，位移也相對于x軸對稱。然而，沿厚度方向(即，此實例中的z方向)的位移通常為不均勻的，因為沿z方向的位移的量沿x軸而改變。同樣地，沿寬度方向(即，此實例中的x方向)的位移通常為不均勻的，因為沿x方向的位移的量沿z軸而改變。在此實例中，2d橫截面中的位移沿x及z方向具有強的分量，從而促成沿z及x軸的不均勻形狀且提供不合意高的機電耦合。
圖4a展示提供到dmr結構的實例的輸入ac信號的導納相對于頻率的曲線圖。在圖4a中，所述結構的共振頻率出現在頻率fs(在此實例中為1737mhz)與頻率fp(在此實例中為1812mhz)之間。如圖4a中所圖解說明，fs為串聯共振頻率且fp為并聯共振頻率。一般將通過方程式kt2＝π2/4*(fp-fs)/fp來約計kt2值，其為約10.2％。所屬領域的技術人員將容易認識到，在一些其它實施方案中，可通過其它已知方程式來約計kt2值。
圖4b展示提供到圖4a的dmr結構的實例的輸入ac信號的相位相對于頻率的曲線圖。在fs與fp之間，相位從約90度下降到約-90度，此可致使共振器展現電感特性。在fs到fp區的外部，共振器可展現電容特性作為其電響應。圖4b中所描繪的實例性曲線圖(即，展示量值及相位兩者的導納圖表)可通過對其中t/w＝1.5的dmr情況的模擬而獲得。
圖5展示dmr結構的實例的機電耦合系數(kt2)值相對于厚度/寬度比的曲線圖。在圖5的實例中，壓電層由aln形成。在此實例中，如所圖解說明，數值比t/w在大于約1的指定范圍內以產生大于5％的kt2值。在此實例中，t/w值的范圍包含與第一機電耦合相關聯的在約1與約1.3之間的第一范圍及與不同于第一機電耦合的第二機電耦合相關聯的大于約1.3的第二范圍。第一機電耦合包含在約5.4％與約10％之間的kt2值范圍，在第一范圍內kt2值可相對于數值比t/w而變化。在此實例中，隨著t/w從約1增加到約1.2，kt2在約5.4％與約9.5％之間以實質上線性方式增加。kt2值在約1.2與約1.3的t/w值之間具有傾斜形狀。針對大于約1.3的t/w比，第二機電耦合具有約10.2％的大體一致的kt2值。因此，在高于約1.3的t/w值下，對應kt2值通常高于對應于在約1與約1.3之間的t/w值的kt2值。所屬領域的技術人員應了解，圖5中所圖解說明的各種t/w范圍內的kt2值僅作為實例而提供。除圖5中所展示的那些以外，也可在其它數值t/w范圍內獲得其它kt2值。
在圖5的實例中，當t/w在約1與約1.3之間時，共振器結構的共振頻率部分地由壓電層的橫向尺寸(即，寬度或長度)確定。機電耦合可相對于數值比t/w而變化，如上文所闡釋。因此，在此范圍內，機電耦合可基于t/w比且受其控制。在圖5中，當t/w大于約1.3且kt2飽和到超過10％時，dmr的共振頻率主要由其厚度尺寸t確定。當t/w小于約1.0時，共振頻率主要由其寬度尺寸w確定。在其中t/w小于約1.0的實施方案中，dmr可展現類似于輪廓模式共振器的行為。在圖5中，在兩個t/w區(即，高于約1及高于約1.3)中實現所要高的kt2值，因為2d橫截面模式形狀(例如，如上文參考圖3所描述)組合d33與d31壓電系數兩者。
圖6a展示提供到dmr結構的實例的輸入ac信號的導納相對于頻率的曲線圖。在此實例中，壓電層的尺寸的t/w比為約1.6。在此實例中，壓電層由zno形成。在圖6a中，所述結構的共振頻率出現在頻率fs(在此實例中為633mhz)與頻率fp(在此實例中為685mhz)之間。基于前述方程式，所得kt2值為約18.7％。
圖6b展示提供到圖6a的dmr結構的實例的輸入ac信號的相位相對于頻率的曲線圖。在fs與fp之間，相位從約90度下降到約-90度，此可致使共振器展現電感特性。在fs到fp區的外部，共振器可展現電容特性作為其電響應。在此實例中，圖6b中所描繪的實例性曲線圖(即，展示量值及相位兩者的導納圖表)可通過對其中t/w＝1.6的dmr情況的模擬而獲得。
圖7展示dmr結構的實例的機電耦合系數(kt2)相對于厚度/寬度比的曲線圖。在圖7的實例中，壓電層同樣由zno形成。在此實例中，數值比t/w在大于約0.4的指定范圍內，如所圖解說明。在此實例中，t/w值的范圍包含與第一機電耦合相關聯的在約0.4與約1.0之間的第一范圍、與第二機電耦合相關聯的在約1.0與1.6之間的第二范圍及與第三機電耦合相關聯的大于約1.6的第三范圍。第一、第二及第三機電耦合彼此不同。第一機電耦合包含在約4.1％與約9.9％之間的kt2值范圍，在第一范圍內kt2值可相對于數值比t/w而變化。在此實例中，kt2隨著t/w從約0.4增加到約1.0而增加。第二機電耦合包含在約9.9％與約18％之間的kt2值范圍，在第二范圍內所述kt2值可相對于數值比t/w而變化。在此實例中，kt2隨著t/w從約1.0增加到約1.6而增加。針對大于約1.6的t/w比，第三機電耦合具有約18.7％的大體一致的kt2值。因此，在高于約1.6的t/w值下，對應kt2值通常比在t/w的第一及第二范圍內高。
因此，在一些實例中，在zno作為壓電材料的情況下，甚至可實現比在aln的情況下高的機電耦合。所揭示的橫截面擴張模式共振器配置適用于其它各種類別的壓電材料以增強機電耦合。此類材料可包含鋯鈦酸鉛(pzt)、鈮酸鋰(linbo3)及本文中所描述的其它壓電材料。
圖8展示dmr結構的透視圖的實例。在圖8中，結構800包含電極104a及104b的上部導電層。盡管在此實例中僅展示兩個電極，但上部導電層104可包含額外電極，此取決于所要實施方案。在圖8的實例中，電極104a及104b彼此間隔開且通常沿結構的長度(即，沿y軸)而安置。結構800還包含沿z軸從上部電極104a及104b偏移的下部導電層108以及如上文所描述的所夾持壓電層112。在圖8中，壓電層112具有沿相應x、y及z軸定向的尺寸w、l及t，如上文所描述。在此實例中，壓電層112的寬度的實質上全部均由上部及下部導電層的導電材料覆蓋，不包含在電極之間沿結構的長度的任何間隙。
圖9a展示雙端口dmr結構的橫截面圖的實例。特定來說，將dmr結構900a圖解說明為圖8中所展示的結構的一個實施方案沿圖8的線9-9截取的橫截面圖。在圖9a的實例中，上部導電層的電極104a及104b通常沿結構的長度(即，沿y軸)而安置，如上文所描述。在此實例中，電極104a耦合到輸入端口，而電極104b耦合到輸出端口。在此實例中，圖8的下部導電層108實施為耦合到接地的一個或一個以上電極908。厚度與橫向距離的數值比t/d可經配置以響應于提供到輸入電極104a的信號而提供壓電層112的其中沿z軸及沿x軸或沿z軸及沿y軸位移的2d振動模式。在一些其它實施方案中，3d振動模式借助厚度與寬度的數值比及厚度與長度的數值比而實現且包含沿z軸連同x軸及沿z軸連同y軸的位移。舉例來說，可將具有致使結構900a以共振頻率振動的頻率的輸入ac信號提供到輸入電極104a，且可在輸出電極104b處感測具有共振頻率的所得輸出信號。
圖9b展示三端口dmr結構的橫截面圖的實例。將dmr結構900b圖解說明為圖8中所展示的結構的一個實施方案沿圖8的線9-9截取的橫截面圖。在此實例中，電極104a耦合到輸入端口，而電極104b耦合到第一輸出端口(output+)。在此實例中，下部導電層108實施為兩個電極，其中第一電極912a耦合到接地且第二電極912b耦合到第二輸出端口(output-)。可響應于提供到輸入電極104a的信號而實現2d或3d振動模式，如上文所描述。可將具有致使結構900b以共振頻率振動的頻率的輸入ac信號提供到輸入電極104a，且可在輸出電極104b及912b處感測具有共振頻率的所得輸出信號。在一些實例中，可由共振器結構900b響應于輸入ac信號而產生差分輸出信號，其中第一差分輸出在電極104b處且第二差分輸出在電極912b處。
圖9c展示四端口dmr結構的橫截面圖的實例。將dmr結構900c圖解說明為圖8中所展示的結構沿圖8的線9-9截取的一個實施方案的橫截面圖。在此實例中，電極104a耦合到第一輸入端口(input+)，而電極104b耦合到第一輸出端口(output+)。在此實例中，下部導電層108實施為兩個電極，其中第一電極916a耦合到第二輸入端口(input-)且第二電極916b耦合到第二輸出端口(output-)。可響應于輸入信號而實現2d或3d振動模式，如上文所描述。例如，可將具有致使結構900c以共振頻率振動的頻率的差分ac信號提供到輸入電極104a及916a，且可在輸出電極104b及916b處感測具有共振頻率的所得差分輸出信號。
圖10a及10b展示四端口dmr結構的透視圖的實例。在圖10a及10b中，dmr1000a及1000b通常包含上部導電層及下部導電層(如上文所描述)，其中壓電層112安置于所述兩個導電層之間。在圖10a及10b中，下部導電層包含在其處提供第一輸入信號in-的一個或一個以上輸入電極204a及在其處提供第一輸出信號out-的一個或一個以上輸出電極204b。上部導電層包含在其處提供第二輸入信號in+的一個或一個以上輸入電極104a。此處，作為圖8及9a到9c的幾何結構的替代方案，給定導電層的電極通常沿結構的寬度(即，沿x軸)而安置。
本文中所揭示的各種共振器結構及裝置的輸入端口/電極可連接到將信號遞送到共振器結構的組件的輸出，例如放大器或天線輸出。以此方式，當將此類輸入信號提供到dmr的輸入電極(例如，圖10a及10b的電極104a及204a)時，可跨越壓電層112的厚度施加交變電場，如圖10a及10b中所圖解說明。
在圖10a及10b中，若干對平面細長電極處于壓電層的相對側上，其中所述電極具有實質上彼此平行的沿裝置的長度定向的縱向軸。差分輸入電極標記有in+及in-，且差分輸出電極標記有out+及out-。當將差分輸入信號施加到電極in+及in-時，跨越壓電層112厚度誘發垂直電場，從而導致壓電層中的2d或3d振動模式，如上文所描述。此機械能在輸出電極out+及out-處轉換回到差分電信號。
可將與上文所描述的相同的dmr結構實施為單端到差分濾波器。例如，圖11a展示三端口dmr結構的透視圖的實例。在圖11a中，dmr1100a具有與圖10a及10b的dmr1000類似的幾何結構及相對于x、y及z軸的定向。然而，所述結構之間的一個差異是dmr的in-電極204a已連接到接地。因此，以適當頻率遞送到其余輸入電極104a的單端輸入信號可在輸出電極104b(out+)及204b(out-)處轉換為差分信號。在此單端到差分配置中，輸入電極204a或104a可經由如上文所描述的系鏈連接到接地。可使用單獨組的系鏈來路由輸入電信號及差分輸出電信號。
可再次使用與本文中所揭示的相同的dmr結構通過將輸出端口中的一者連接到接地同時留下輸入端口作為差分輸入來構造差分到單端系統。圖11b展示三端口dmr結構的透視圖的實例。在圖11b中，遞送到差分輸入電極104a及204a的差分信號在電極104b處轉換為單端輸出信號。此處，電極204b已連接到接地。
根據本文中的實施方案中的一些構造的dmr可經配置以提供多個共振頻率。舉例來說，在下文所描述的實施方案中，可并聯連接任何數目個dmr結構。此類dmr可制作于相同玻璃襯底上。dmr的本發明實施方案可作為頻率參考元件用于rf無線通信中或布置成陣列以形成若干組多頻率濾波器。
所揭示的實施方案還包含其中不存在接地連接的dmr結構及配置。此類實例通常論及壓電層的一側，特定來說，在具有一個或一個以上電極的導電層的相對側上。這些實例包含其中在壓電層的與輸入及輸出電極的導電層相對的表面上不存在接地連接的配置。在一個浮動配置中，如圖12a中所展示，在壓電層的上部側上的上部導電層包含輸入電極及輸出電極，而在壓電層的下部側上的下部導電層(與上部導電層相對)為浮動的。在另一配置中，如圖12b中所展示，不存在下部導電層，因此曝露壓電層的下部側。經曝露的下部側不具有電連接。在又一實例中，如圖12c的配置中所展示，下部導電層包含額外輸入電極及輸出電極且如同圖12a及12b的實例不具有接地連接。
圖12a展示共振器結構的側視圖的實例。以實例的方式，共振器結構1200a具有上部導電層104，上部導電層104包含：第一電極104a，其連接到端口1，可在端口1處遞送輸入信號；及第二電極104b，其連接到端口2，可在端口2處提供輸出信號。取決于所要實施方案，可將端口1及2反轉，因此將輸入信號遞送到第二電極104b且在第一電極104a處感測所得輸出信號。在此實例中，壓電層112鄰接上部導電層104。如上文所描述，端口1處的輸入電信號可致使壓電層112以共振頻率機械振動，所述機械振動在端口2處轉變為輸出電信號。
在圖12a的“浮動”實施方案中，包含一個或一個以上電極的下部導電層204為浮動的且未經偏置；即，其不具有接地連接且以其它方式與共振器結構1200a外部的電連接及組件電隔離。例如，在圖12a的實施方案中，浮動下部導電層204將與接地以及任何電子電源及電路切斷電連接。
圖12b展示共振器結構的側視圖的實例。共振器結構1200b具有與圖12a類似的層布置，其中相似參考編號指示相似部件。然而，在圖12b的實施方案中，不存在下部導電層，因此曝露壓電層112的下表面1220。在此實例中，下表面1220為浮動的且未經偏置，如上文關于圖12a的下部導電層所描述。
圖12c展示共振器結構的側視圖的實例。共振器結構1200c具有與圖12a類似的層布置，其中相似參考編號指示相似部件。在此實施方案中，下部導電層204包含第一電極204a及第二電極204b。此外，下部導電層204不具有接地連接。
在圖12c中，共振器結構1200c經配置而用于額外信令，其中下部導電層204的單獨電極204a及204b可與上部導電層104的電極104a及104b協作。舉例來說，若干對電極可經連接使得端口1a及端口2a耦合到例如放大器或天線的電組件的輸出以接收相同輸入信號，且可在端口1b及/或端口2b處感測所得輸出電信號。在另一實例中，端口1a及端口2b經耦合以接收相同輸入信號，且可在端口1b及/或端口2a處感測所得輸出信號。
在本發明的范圍內預期其它配置。在圖12c的一個配置中，一個電極104a或104b可經連接以接收輸入信號，且另一電極204a或204b可提供輸出信號，而其它電極為浮動的。在圖12c的另一配置中，一個電極104a或204a可經連接以接收電輸入信號，且另一電極104b或204b可提供輸出信號，而其它電極為浮動的。在這各種配置中，端口1a、1b、2a及2b中的任一者均不連接到接地。
圖13展示dmr裝置的透視剖視圖的實例。在圖13中，dmr結構1300包含連接到輸入端口106的上部導電層104。下部導電層108處于上部導電層104下方在所夾持壓電層112的相對側上，如本文中所描述。下部導電層108可耦合到輸出端口(未展示)。上部及下部導電層可各自具有一個或一個以上電極的布置，如本文中的各種實施方案中所描述。
在圖13中，輸出端口可耦合到接地端子140及/或接地端子144，因此將下部導電層108接地，同時可將輸入電信號提供到輸入端口106。也可在輸入端口106處感測輸出電信號。
在圖13中，dmr結構1300借助于系鏈152以及連接于dmr結構1300的與系鏈152相對的端處的匹配系鏈(未展示)而懸置于在支撐結構150中形成的腔148中。在圖13中，所述系鏈充當物理錨定件以將dmr結構1300物理連接到支撐結構150且將結構1300固持于腔148中。dmr結構1300能夠借助于壓電材料的振動而具有3d或2d振動模式，即，其中沿z軸及x軸及/或y軸兩者位移，如本文中更詳細地描述。在此實例中，系鏈152可電且機械耦合于上部導電層104與端口106之間，端口106安置于支撐結構150上。在此實例中，dmr結構1300的相對端上的匹配系鏈可類似地將下部導電層108電且機械耦合到另一端口(其類似地安裝于支撐結構150上)。所述系鏈可制作為其相應導電層的延伸部且可(例如)沿x軸大約為數微米。在一些實施方案中，所述系鏈經設計使得其(例如)沿圖13的y軸的長度等于共振四分之一波長的整數倍。在其它實例中，系鏈可形成為壓電層112的延伸部以將壓電層112錨定到支撐結構150。
本文中的dmr結構可包含在上部及下部導電層中的金屬電極的圖案，其在被提供一個或一個以上電輸入信號時致使壓電層具有運動響應。所述運動響應可包含沿x、y及z軸中的一者或一者以上的振動振蕩。dmr結構的共振頻率可部分地由橫向尺寸(寬度(w)及/或長度(l))及厚度尺度(t)確定。在一些實施方案中，一個尺寸可取決于t/w或t/l比而為支配性的。在其中由橫向尺寸支配共振頻率的實施方案中，例如，可通過(例如)沿圖1的x軸調整導電層中的電極的寬度以及電極彼此間的間隔而根據導電層中的電極的周期性布置控制dmr結構的共振頻率響應，如本文中進一步闡釋。
圖14展示dmr裝置的俯視圖的實例。在圖14的實施方案中，共振器結構1400配置為dmr，其中相應導電層中的電極具有實質上彼此平行的縱向軸且沿y軸延伸，如所圖解說明。共振器結構通常具有指寬wfin，其表示子共振器的寬度，舉例來說，所述子共振器主要包含一個電極及所述一個電極的任一側上的經曝露壓電材料沿x軸的寬度的一半，如圖14中所展示。電極寬度(即，個別電極的寬度)wmet通常小于指寬以限制電極之間的饋通電容。共振器結構的間距通常是指電極的中點之間沿x軸的距離，如圖14中所展示。電極的間隔是指鄰近電極的邊緣之間沿x軸的間隙，如圖14中所展示。如果取決于t/w比或替代地t/l比而適當地設計，那么本文中所揭示的共振器結構的共振頻率可主要由指寬或間距確定。更一般來說，共振頻率可部分地由共振器的指寬或間距及厚度確定。電極寬度及間隔對頻率具有二階效應。依據定義，指寬及間距與電極寬度及間隔參數相關。間距通常等于指寬，如圖14的實例中所展示。
在圖14中，在一個實例中，上部電極104a及104b具有4.8um的沿x軸的電極寬度wmet。連接部件408a及408b(在一些實例中其可包含系鏈)耦合到相應電極104a及104b。連接部件408a及408b具有連接部件寬度wp，在此實例中其可小于wmet。在其它實例中，wp為與wmet相同或大于wmet的大小，此取決于所要配置。電極的指寬wfin(在此實例中其對應于壓電層112的半寬度)為6.4um。wcav(即，腔416沿x軸的腔寬度)可為wfin的整數倍，例如2*wfin(例如，12.8um)或其它測量值。因此，在此實例中，wcav與全壓電層寬度約相同。在此實例中，以實例的方式，上部電極104a及104b彼此鄰近的距離d可大約為128um或256um。
圖15展示dmr結構的透視橫截面圖的實例。在圖15中，共振器結構1500包含電極104a及104b的上部導電層、壓電層112以及呈單個電極204的形式的下部導電層，其中所述層如上文所描述而堆疊。在圖15中，存在輸入端口(“端口1”)，在所述輸入端口處可將輸入電信號遞送到上部導電層的第一電極104a。端口1可經耦合以從例如放大器或天線等各種組件接收輸入電信號。在圖15的圖解說明中，交流(ac)電壓源504模擬通過此組件遞送的電信號。ac電壓源504具有耦合到端口1的第一端子506a及耦合到下部電極204的第二端子506b，在此實例中下部電極204耦合到接地。以此方式，可將輸入ac信號從電壓源504提供到端口1且借此提供到共振器的第一電極104a。跨越壓電層112的厚度施加通過ac信號的交變電壓導致的電場，其由圖15中的箭頭508所圖解說明。
至少在圖15的實例中，厚度為結構1500的一個尺寸且通常沿z軸測量，而長度沿y軸測量。壓電層112可比圖15以及圖13中所圖解說明的壓電層厚或薄，此取決于厚度與寬度或長度的所要比，如本文中的實施方案中所描述。在圖15的實例中，沿x軸測量總寬度(其是指總體結構1500的寬度)以及指寬、間隔及電極寬度。結構1500的長度及結構1500的寬度為共振器結構尺寸的橫向距離的實例。可以一方式施加電場508以變換機械共振使得壓電層112沿x、y及z軸中的一者或一者以上經歷來回位移。此包含結構1500的橫截面中的其中沿圖15中的z軸(對應于結構的厚度)及x軸(對應于寬度)及/或y軸(對應于長度)位移的二維振動模式。由于位移可能沿長度及/或寬度(此取決于所要配置)，因此通常可認為2d振動模式或3d振動模式包含壓電層112沿x軸與y軸的平面的位移連同沿z軸的位移。
圖15圖解說明其中第二電極104b耦合到端口2的雙端口結構，在此配置中端口2表示輸出端口。所揭示共振器的壓電層112可經配置以在共振頻率下在所有維度上(例如，在沿x及y軸、x及z軸以及y及z軸定向的平面中)振動及移動。在dmr的一個實例中，跨越壓電層112沿z軸誘發電場508，從而通過壓電機械耦合在壓電層中在共振器結構1500的橫截面中沿所述結構的厚度及寬度引起延伸機械應力。此機械能致使跨越第二電極104b及下部電極204產生電位516。此經變換電位可感測為端口2處的輸出電信號且可通過耦合于端口2與經接地下部電極204之間的一個或一個以上傳感器520而測量。
可通過上部電極、下部電極及/或壓電層的平面尺寸而以光刻方式部分地設定用于壓電層的位移的基本頻率。例如，可通過對稱地圖案化相應導電層的輸入電極及輸出電極來實施上文所描述的共振器結構。在一些實例中，跨越上部及下部電極施加的ac電場經由壓電材料(例如，aln)的d31系數、d32系數、d33系數、d24系數及/或d15系數而誘發所述壓電層的一個或一個以上平面中的機械變形。在裝置共振頻率下，加強跨越裝置的電信號且所述裝置起電子共振電路的作用。
在一些實施方案中，可通過設定指寬而部分地控制dmr的共振頻率，如圖15中所展示。此控制參數的一個益處是可在相同芯片上制作多頻率濾波器。共振頻率可與指寬相關聯，指寬基于電極104a與104b的間隔以及電極寬度(即，沿x軸)。可更改結構1500的指寬以調整共振頻率。例如，共振頻率通常隨著指寬增加而降低，且反之亦然。
共振器結構的總寬度、長度及厚度為也可經指定以優化性能的參數。在一些dmr實施方案中，共振器的指寬為經控制以調整結構的共振頻率的主要參數，而共振器的總寬度乘以總長度(總面積)可經設定以控制共振器結構的阻抗。在一個實例中，在圖15中，對于經設計以在大約1ghz下操作的裝置，共振器結構1500的寬度可大約為數微米且長度在約1微米到100微米的范圍內。通過測試及實驗，當用以產生共振器的2d或3d振動模式的數值比的參數為厚度及寬度時，長度可經設定以使其它頻率下的可能雜散模式最小化。壓電層的適合厚度可為約數微米且相對于寬度經控制以產生所要厚度與寬度比，如下文的實例中所闡釋。
通帶頻率可由共振器結構的布局而確定，就使用那些dmr的過濾器應用來說，端接阻抗也可如此確定。例如，通過改變電極的形狀、大小及數目，可調整端接阻抗。在一些實例中，沿y軸的較長指狀物產生較小阻抗。此又與dmr的電容成反比。可獨立地控制阻抗及頻率，因為電極的長度及寬度/間隔是沿垂直方向。
圖16展示圖解說明用于形成共振器結構的工藝的流程圖的實例。在圖16中，工藝1600在框604中開始，其中在襯底上沉積犧牲(sac)層。所述sac層可具有各種形狀及大小且可經成形以覆蓋襯底的全部或某一部分，此取決于所要實施方案。在框608中，在sac層上形成下部電極層。所述下部電極層由例如金屬等導電材料制成且可經圖案化以界定一個或一個以上電極，此取決于所要配置。當界定一個以上電極時，可將所述電極連接于共振器裝置的單獨端口處。在框612中，在下部電極層上沉積壓電層。在框616中，接著在壓電層上形成上部電極層。所述上部電極層也可經圖案化以界定一個以上電極。在一些實施方案中，可在上部及下部電極層中在壓電層的相對表面上界定覆疊的電極群組。在框620中，移除sac層的部分或全部以界定在共振器結構下方的腔。
圖17展示圖解說明用于形成交錯共振器結構的工藝的流程圖的實例。圖18a到18g展示根據(例如)如圖16或圖17中所表示的工藝的交錯共振器制作階段的橫截面示意性圖解說明的實例。圖19a到19g展示根據(例如)如圖16或圖17中所表示的工藝的交錯共振器制作階段的透視圖的實例。
在圖17中，工藝1700在框704中開始，其中在玻璃襯底804上沉積sac層808，如圖18a及19a中所展示。為了形成圖18及19的交錯結構，在框708中，使用適當成形且對準的掩模來圖案化sac層808使得sac層808覆疊于襯底804的一部分上且在sac層808的相應端上曝露襯底804的表面的端部分810。sac層808界定其中將形成腔以實質上將共振器結構與襯底804隔離的區，如下文進一步描述。舉例來說，sac層808可由氧氮化硅(sion)、氧化硅(siox)、鉬(mo)、鍺(ge)、非晶硅(a-si)、多晶硅及/或各種聚合物形成。在工藝700的一些實施方案中，sac層808的適合厚度在約0.5微米(um)到3um的范圍內。在一個實例中，sac層808由mo形成且具有約0.5um的厚度。
在框712中，在sac層808及玻璃襯底804的經曝露表面部分810上方沉積后氧化物層812。在框716中，為了形成圖18及19的交錯結構，使用適當掩模來圖案化后氧化物層812以曝露犧牲層808的頂部部分，如圖18b及19b中所展示。如圖18b及19b中所展示，后氧化物層的剩余部分812a及812b在結構的側上界定錨定結構，從而覆蓋襯底804的表面部分810。后氧化物層812可由例如siox及sion等材料形成且具有(舉例來說)大約為約1um到3um的厚度。在一些其它實施方案中，后氧化物層812可由硅化鎳(nisi)或硅化鉬(mosi2)形成。在一些實例中，后氧化物層812為約0.5um或可較厚(在約3um到5um的范圍內)。
在框720中，沉積第一金屬層816使得其覆疊于后氧化物錨定件812a及812b以及sac層808的經曝露區上。金屬層816可由鋁(al)、al/氮化鈦(tin)/al、鋁銅(alcu)、mo或其它適當材料形成且具有750埃到3000埃的厚度，此取決于所要實施方案。在一些情況中，金屬層816沉積為雙層，其中例如mo的金屬沉積于例如aln的籽晶層的頂部上。舉例來說，籽晶層的適當厚度可為100埃到1000埃。當使用mo時，金屬層816的總厚度可為約3000埃。用于金屬層816的其它適合材料包含鋁硅(alsi)、alcu、ti、tin、al、鉑(pt)、鎳(ni)、鎢(w)、釕(ru)及其組合。厚度可介于從約0.1um到0.3um的范圍內，此取決于所要實施方案。如圖18c及19c中所展示，在框724中，使用(例如)適當掩模來圖案化第一金屬層816以界定一個或一個以上下部電極818。在一些實施方案中，所述一個或一個以上下部電極可經成形以匹配覆疊的上部電極。在圖18c及19c的實例中，金屬層816經形成以具有呈條帶的形狀的單個電極818，其跨越sac層808橫向延伸且在條帶的側819上曝露sac層808，如圖19c中所展示。出于圖解說明的目的，在由圖18c到18g所描繪的橫截面中將圖19c中的sac層808的經曝露區域819展示為通孔。
在框728中，在所述結構上沉積壓電層(例如，膜820)。在框732中，使用適當掩模來圖案化壓電膜820使得壓電膜820的條帶822直接覆疊于下部電極部分818上，圖18d及19d中所展示。同樣，如同下部電極層818的沉積及形成，sac層808的側區域819保持從上面曝露。壓電層可由aln形成且具有(舉例來說)在約1um與2um之間的厚度。在一個實例中，aln壓電膜具有約1.2um的厚度。壓電膜820在結構的一端處被圖案化而具有一個或一個以上通孔823，從而曝露第一金屬層816的一部分以用于對第一金屬層816進行導電接觸，如圖18d中所展示。
在圖17中，在框736及740中，沉積且圖案化第二金屬層824以界定上部電極826，如圖18e及19e中所展示。舉例來說，第二金屬層824可由alcu以及如上文所描述的用于形成第一金屬層816的其它材料形成。在一個實例中，第二金屬層824由alcu形成且具有約2000埃的厚度。其它適合厚度介于從約0.1um到0.3um的范圍內。如圖19e中所圖解說明，在一些實施方案中，當圖案化第二金屬層824時，形成一對鄰近電極826a及826b。在一些實施方案中，電極826a及826b具有沿結構從相對端延伸的縱向軸，如圖19e中所展示。因此，相應電極826a及826b可連接到不同端口，此取決于使用共振器結構的輸入及輸出信號的所要配置。在一些實施方案中，可在通孔823中沉積第二金屬層824的接觸區828，因此第一金屬層與第二金屬層彼此導電接觸。
在形成第二金屬層824之后，可在框744中使用原子層沉積(ald)、物理氣相沉積(pvd)或其它適當技術來沉積釋放保護層828(例如，alox)，且在框748中圖案化釋放保護層828以保護第一金屬層816及第二金屬層824中的電極以及所夾持壓電層820的側壁829，如圖18f中所展示。在一些實施方案中，可省略圖17的框744及748。在一些實施方案中，在框748中圖案化釋放保護層828以使其覆疊于第二金屬層824上，如圖18f中所展示。側區域819保持被曝露。釋放保護層828可由sion形成且具有約5000埃的厚度。在釋放sac層808之后，可接著移除釋放保護層828。
在框752中，接著移除sac層808以界定空氣腔832，如圖18g及19f中所展示。在一些實施方案中，當sac層808由mo或a-si形成時，(例如)通過將結構曝露于xef2氣體或sf6等離子來釋放sac層808。當sac層808由sion或siox形成時，可使用hf。圖19g展示所得共振器結構的透視后視圖，其中未展示襯底804以更佳地圖解說明腔832。腔832區實質上通過sac層808的不存在來界定；因此，腔832包含側區域819及下伏于共振器的第一金屬條帶818下的一部分。
在框752之后，可在共振器結構外部沉積且圖案化金屬互連層以界定到第一金屬層816及第二金屬層824的傳輸線。可使用alsi、alcu、電鍍cu或其它適當材料來形成所述金屬互連層。
圖20展示溫度補償共振器結構的橫截面示意性圖解說明的實例。可使用與上文關于圖17到19所描述的相同的工藝(進行輕微變化)來制作圖20的溫度補償結構2000。此處，在框716中，圖案化后氧化物層812使得后氧化物層812c的條帶保留且下伏于下部電極818下。在一些實施方案中，后氧化物條帶812c與共振器結構的覆疊的下部電極818、壓電層822及上部電極826對準。此條帶812c界定用于共振器結構的溫度補償層。作為溫度補償層的后氧化物層812的厚度通常取決于對用于壓電層及電極層的材料的選擇。在其中壓電材料為aln的一個情況中，電極為alcu、mo或兩者的組合，且后氧化物層為sio2，sio2層的厚度為與aln層的厚度相當的量值。
在圖20中，溫度補償層812c給共振器提供較低量值頻率溫度系數(tcf)。如上文所描述，此可通過為充當薄膜補償層的后氧化物層812選擇適當材料及層厚度來實現。
圖21展示氣隙共振器結構的橫截面示意性圖解說明的實例。圖21的氣隙結構2100也可使用與上文關于圖17到19所描述的基本上相同的工藝來制作。此處，已省略框712及716，使得不形成后氧化物層。因此，在框720及724中沉積及圖案化下部電極層使得其直接覆疊于sac層808及襯底804的經曝露區域810上。可如上文關于圖17到19所描述來執行其余制作框。
圖22展示并入有例如dmr等共振器的梯式濾波器的電路圖的實例。在圖22中，電路2200包含串聯共振器2220及分路共振器2224，此兩者均可實施為如上文所描述的dmr。串聯共振器2220為串聯耦合，其中一個導電層(例如，上部導電層)中的電極耦合到輸入端子2208且相同或不同導電層中的電極耦合到輸出端子2216。對共振器2220的待耦合到輸入端子2208及輸出端子2216的電極的選擇將取決于在電路2200中實施上文所描述的dmr結構中的哪一者。可使用上文所描述的dmr結構中的任一者。在一些實施方案中，當圖1的實例具有上部導電層104中的單個電極及下部導電層108中的單個電極時，上部導電層104或下部導電層108可耦合到輸入端子2208，且另一導電層可耦合到輸出端子2216。
在圖22中，電路2200進一步包含分路共振器2224。所描述的串聯共振器2220的可能實施方案通常適用于分路共振器2224。舉例來說，分路共振器2224的上部導電層可耦合到輸出端子2216(或在一些實施方案中，輸入端子2208)，且分路共振器2224的下部導電層可耦合到接地，或反之亦然。在圖22中，如所展示而連接的串聯共振器2220及分路共振器2224表示一些實施例方案中的串聯及分路共振器的可能額外級中的一個級。
在圖22中，串聯共振器2220具有對遞送到輸入端口2204的輸入ac信號的本征共振頻率響應，如在上文的實例中所大體描述。在一些實施方案中，串聯共振器2220具有串聯共振頻率“fs2”及并聯共振頻率“fp2”。在此實例中經調諧(或經設計)以具有不同共振頻率響應的分路共振器2224包含串聯共振頻率“fs1”及并聯共振頻率“fp1”。在此實例中，由于共振器2224耦合為分路組件(即，其中輸入電極耦合到輸出端子2216且輸出電極耦合到接地)，因此輸入端子2208與輸出端子2216之間由于分路共振器2224的影響所致的實際傳輸響應為共振器的自身傳輸響應的反轉版本(如所展示)，使得電路2200的頻率響應包含fp1及fs2的所圖解說明鄰近頻率峰值，其可在各種應用中界定梯式濾波器電路2200的帶寬。即，作為單獨組件的分路共振器2224的本征傳輸響應一般將具有作為空值頻率的fp1及作為峰值頻率的fs1。為了實現電路2200的所要頻率響應，將串聯共振器2220調諧到高于分路共振器2224的頻率。因此，在此實例中，梯式濾波器的帶寬由fs2-fp1確定。可通過調整fs2或fp1(即，通過巧妙設計個別共振器2220及2224的共振頻率響應)來控制此帶寬。例如，在dmr的情況中，壓電層的相對橫向距離(寬度或長度)及厚度可經設定以實現產生所要串聯及并聯共振頻率的厚度與橫向距離的數值比。
圖23a展示并入有例如dmr等共振器的單級梯式濾波器的簡化電路圖的實例。在圖23a中，電路2300包含耦合于輸入端子2304與接地之間的分路共振器2224及耦合于輸入端子2304與輸出端子2308之間的串聯共振器2220。所述共振器可為如上文所描述的dmr且可具有與上文關于圖22所描述的不同的導電層與電極配置。
圖23b展示圖23a的梯式濾波器電路2300的電傳輸響應的實例。在此實例中，在與如上文所描述的串聯共振器2220相關聯的fs2峰值和與如上文所描述的分路共振器2224相關聯的fp1峰值之間界定通帶2312。在此實例中，對應于圖22中的fs1的左側空值2316及對應于fp2的右側空值2320由于導致所述空值的不同機制而具有不同振幅。空值2316可由分路共振器2224的串聯共振導致，而空值2320可由串聯共振器2220的并聯共振導致。除不同大小以外，兩個不同共振器還可具有不同q值及不同阻抗。特定來說，左側空值2316具有約-32db的振幅，而右側空值2320具有約-38db的振幅。
圖24a展示并入有例如dmr等并聯分路共振器的單級梯式濾波器的簡化電路圖的實例。梯式濾波器電路2400包含電路2300的相同組件及互連件，同時還包含與分路共振器2224并聯耦合的額外分路共振器2404。圖24b展示圖24a的梯式濾波器電路的電傳輸響應的實例。在圖24b中，由于包含第二分路共振器2404以有效地使分路共振器較大(其中兩個共振器電并聯)而運動阻力較小，因此左側空值2408及右側空值2412具有類似振幅。特定來說，左側空值2408具有約-36db的較低振幅，而右側空值2412仍具有約-38db的振幅。此外，并聯分路共振器2404的包含提供具有約-6db的振幅的拒斥區2416及2420中的某一增加的帶外衰減，此與圖23b的對應區中約-4db的振幅相對照。
圖25a展示并入有例如dmr等并聯分路共振器的雙級梯式濾波器的簡化電路圖的實例。梯式濾波器電路2500包含電路2400的相同組件及互連件的兩個級，其中第一級包含如上文所描述而連接的并聯分路共振器2224a及2404a以及串聯共振器2220a，且第二級包含如上文所描述而連接的并聯分路共振器2224b及2404b以及串聯共振器2220b。此處，串聯共振器2220b耦合于串聯共振器2220a與輸出端子2308之間，且并聯分路共振器2224b及2404b耦合到在兩個串聯共振器2220a與2220b之間的節點。圖25b展示圖25a的梯式濾波器電路的電傳輸響應的實例。在圖25b中，包含額外級提供具有約-18db的振幅的帶外拒斥區2516及2520中的某一增加的衰減，此與圖24b的對應區中的約-6db的振幅相對照。空值2508及2512振幅也減小到約-80db。
盡管梯式濾波器電路可以兩個級實施(如圖25a中所展示)，但其它實施方案包含任何數目個額外級，此可提供拒斥區2516及2520中的額外衰減。
圖26a展示并入有分路電感器的雙級梯式濾波器的簡化電路圖的實例。梯式濾波器電路2600具有電路2500的組件及互連件的兩個級，其中在所述級中的一者中添加耦合于并聯分路共振器2224a及2404a與接地之間的電感器2604。此類分路電感器(例如，電感器2604)可具有通常在nh范圍內的電感值，但可取決于所要實施方案而使用更大值。此電感器2604可制作于與電路2600中的共振器相同的襯底上或不同的襯底上。分路電感器也可為寄生的或由線接合、封裝及/或其它互連有意制作的電感。因此，所圖解說明的電路圖既適用于單芯片、雙芯片實施方案又適用于多芯片實施方案。圖26b展示圖26a的梯式濾波器電路的電傳輸響應的實例。在圖26b中，包含電感器2604提供用以控制左側空值頻率2608且因此調整通帶區2616的轉降斜率的參數。例如，左側空值頻率2608可從其在圖25b中的值(約1.86ghz)降低到約1.80ghz。關于圖26a的電路2600，也可使較高頻率拒斥區2622中的較高頻率分量衰減。
圖27a展示在每一級中并入有分路電感器的雙級梯式濾波器的簡化電路圖的實例。梯式濾波器電路2700具有電路2600的組件及互連件的兩個級，其中在另一級中添加耦合于并聯分路共振器2224b及2404b與接地之間的電感器2704(通常在nh范圍內)。圖27b展示圖27a的梯式濾波器電路的電傳輸響應的實例。在圖27b中，包含電感器2704提供用以增強拒斥區2716及2720中的較高及較低頻率分量的衰減的額外參數。在此實例中，第二電感器2704提供額外空值頻率2708及2712，其分別高于及低于圖26b的空值頻率2608及2612。因此，分路電感器2604及2704的并入可提供對電路2700的電傳輸響應的較高及較低頻率分量兩者的額外帶外衰減。
如在上文的實例中所展示，可通過調整串聯及/或分路共振器的共振頻率而控制所揭示梯式濾波器電路的通帶的帶寬，此不同于其中串聯共振器的串聯共振頻率等于(或極接近于)分路共振器的并聯共振頻率的常規梯式濾波器設計。相同概念也可應用于類似于梯式拓撲的晶格或混合濾波器拓撲。此外，隨著梯式濾波器級的數目增加，帶外衰減的量也增加，從控制頻率到界定通帶區的峰值(fp1及fs2)的轉變速率也增加。隨著分路電感器的數目增加(例如，圖26a及27a中)，增強了帶外衰減且可進一步精細調諧(舉例來說，在上文的實例中增加)通帶的帶寬。通常可通過添加更多級及/或包含更多分路電感器來控制帶外衰減。
圖28展示在橫向平面(例如，與上文的dmr實例中的x-y平面平行的平面)中具有螺旋形狀的共振器結構的俯視圖的實例。在圖28中，在一些實施方案中共振器結構2800可為dmr。在一些其它實施方案中，共振器結構2800可為不同壓電共振器，例如橫向振動的壓電共振器或fbar。在圖28的實例中，結構2800被制作為具有如上文所描述的一個或一個以上導電層及一壓電層。輸入電極2804處于一個橫向平面中(例如，結構的下部導電層中)。所述輸入電極在螺旋形壓電材料2812的內端點2808處連接到共振器結構2800的導電層中的一者。輸入電極2804的部分下伏于壓電材料2812的螺旋段2814下，壓電材料2812的若干部分可安置于下部導電層上方，如在上文的制作技術中所描述。壓電材料2812連同壓電材料2812上面及/或下面的一個或一個以上導電層的部分經圖案化以使其長度呈螺旋配置(如所展示)，其中若干同心匝端接于耦合到輸出電極2820的外端點2816處。在此實例中，輸出電極2820處于從輸入電極2804垂直偏移(例如，沿z軸)的不同橫向平面中(例如，結構的上部導電層中)。
在一些其它實施方案中，可切換電極連接使得輸入電極2804充當輸出且輸出電極2820充當輸入。此外，盡管螺旋共振器結構2800的一些實施方案具有矩形形狀(如圖28中所展示)，但所述螺旋結構的部分或全部可具有大體圓形形狀、橢圓形形狀或八邊形形狀的輪廓，此取決于所要應用。可根據其中將并入螺旋共振器結構2800的電路的電阻及電容規格而設定壓電材料的總長度(即，在內端點2808與外端點2816之間圍繞結構2800的匝的繞組)。例如，可將放大器或其它電組件耦合到輸入電極2804，且此組件可具有共振器結構2800以合意方式匹配的阻抗。總長度2824可經設定以確定適當匹配阻抗。
圖29展示并入有螺旋形共振器結構的梯式濾波器電路的實例。在梯式濾波器電路2900中，如上文關于圖28所描述的第一結構2800a具有連接到圖22的輸入端子2208的輸入電極2804a，及輸出電極2820a。第二結構2800b具有耦合到接地的第一電極2804b，及第二電極2820b。相應共振器的電極2820a及2820b連接到圖22的相同輸出端子2216，因此用螺旋形共振器結構2800a及2800b代替圖22的電路中的相應共振器2220及2224。共振器結構2800a及2800b的相應共振頻率可通過一個或一個以上參數來設定，此取決于共振器的類型，例如，dmr、橫向振動的共振器、fbar等。例如，當共振器結構為橫向振動時，共振器的寬度可支配其共振頻率。在此實例中，共振器結構2800a具有寬度“w1”，其致使結構2800a以如上文所描述的共振頻率fp2及fs2共振，且共振器結構2800b具有寬度“w2”，其致使結構2800b以也如上文所描述的共振頻率fp1及fs1共振。在一些實例中，當共振器結構2800a及2800b實施為dmr時，可設定每一共振器結構自身的壓電層的相對橫向距離(寬度或長度)及厚度以實現用以產生所要串聯及并聯共振頻率的厚度與橫向距離的數值比。
在圖28及29中，匝(即，每一螺旋中的繞組)的數目可根據例如阻抗及/或電容參數等電路規格而設定。通常，匝的數目確定共振器的本征電容。具有較寬電極的較大表面積結構可致使運動阻力下降。此外，在其中并入有分路電感器的一些梯式濾波器實施方案中，例如，在圖26a及27a中，分路電感器可實施為螺旋形共振器的導電層。即，共振器的上部或下部導電層也可充當分路電感器。
舉例來說，可用于制作本文中所揭示的機電系統共振器的壓電層及無源組件的電介質層中的壓電材料包含氮化鋁(aln)、氧化鋅(zno)、砷化鎵(gaas)、砷化鋁鎵(algaas)、氮化鎵(gan)、石英及其它壓電材料，例如硫化鋅(zns)、硫化鎘(cds)、鉭酸鋰(litao3)、鈮酸鋰(linbo3)、鋯鈦酸鉛(pzt)、鋯鈦酸鉛鑭(plzt)族的成員、經摻雜的氮化鋁(aln:sc)及其組合。上文所描述的導電層可由包含以下各項的各種導電材料制成：鉑(pt)、鋁(al)、鉬(mo)、鎢(w)、鈦(ti)、鈮(nb)、釕(ru)、鉻(cr)、經摻雜的多晶硅、經摻雜的砷化鋁鎵(algaas)化合物、金(au)、銅(cu)、銀(ag)、鉭(ta)、鈷(co)、鎳(ni)、鈀(pd)、硅鍺(sige)、經摻雜的導電氧化鋅(zno)及其組合。在各種實施方案中，上部金屬電極及/或下部金屬電極可包含相同導電材料或不同導電材料。
以下描述出于描述本發明的創新性方面的目的而針對于某些實施方案。然而，所屬領域的技術人員將容易認識到，可以多種不同方式應用本文中的教示。所描述的實施方案可在可經配置以顯示圖像(無論是處于運動(例如，視頻)還是靜止的(例如，靜止圖像)，且無論是文本、圖形的還是圖片的)的任一裝置或系統中實施。更特定來說，本發明預期：所描述的實施方案可包含于以下多種電子裝置中或可與所述電子裝置相關聯：例如(但不限于)，移動電話、具有多媒體因特網能力的蜂窩式電話、移動電視接收器、無線裝置、智能電話、
所描述的實施方案可適用于的適合ems或mems裝置的實例為反射式顯示裝置。反射式顯示裝置可并入有用以使用光學干涉原理選擇性地吸收及/或反射入射于其上的光的干涉式調制器(imod)。imod可包含吸收器、可相對于所述吸收器移動的反射器及界定于所述吸收器與所述反射器之間的光學共振腔。所述反射器可移動到兩個或兩個以上不同位置，此可改變光學共振腔的大小且借此影響干涉式調制器的反射比。imod的反射光譜可形成可跨越可見波長移位以產生不同色彩的相當寬的光譜帶。可通過改變光學共振腔的厚度(即，通過改變反射器的位置)來調整所述光譜帶的位置。
圖30a展示描繪干涉式調制器(imod)顯示裝置的一系列像素中的兩個鄰近像素的等角視圖的實例。所述imod顯示裝置包含一個或一個以上干涉式mems顯示元件。在這些裝置中，mems顯示元件的像素可處于亮或暗狀態。在亮(“松弛”、“打開”或“接通”)狀態中，所述顯示元件將入射可見光的一大部分反射到(例如)用戶。相反地，在暗(“激活”、“關閉”或“關斷”)狀態中，所述顯示元件反射甚少的入射可見光。在一些實施方案中，可反轉接通與關斷狀態的光反射性質。mems像素可經配置以主要在特定波長下反射，從而允許除黑色及白色以外還進行彩色顯示。
imod顯示裝置可包含imod行/列陣列。每一imod可包含一對反射層，即，可移動反射層及固定部分反射層，所述對反射層以彼此相距可變且可控的距離進行定位以形成氣隙(還稱作光學間隙或腔)。所述可移動反射層可在至少兩個位置之間移動。在第一位置(即，松弛位置)中，可移動反射層可定位于距固定部分反射層相對大的距離處。在第二位置(即，激活位置)中，可移動反射層可更靠近于部分反射層而定位。取決于可移動反射層的位置，從兩個層反射的入射光可以相長或相消方式干涉，從而產生每一像素的總體反射或非反射狀態。在一些實施方案中，所述imod可在未被激活時處于反射狀態，從而反射在可見光譜內的光，且可在被激活時處于暗狀態，從而反射在可見范圍之外的光(例如，紅外光)。然而，在一些其它實施方案中，imod可在未被激活時處于暗狀態且在被激活時處于反射狀態。在一些實施方案中，引入所施加電壓可驅動像素改變狀態。在一些其它實施方案中，所施加電荷可驅動像素改變狀態。
圖30a中所描繪的像素陣列部分包含兩個鄰近的干涉式調制器12。在左側(如所圖解說明)的imod12中，將可移動反射層14圖解說明為處于距包含部分反射層的光學堆疊16預定距離處的松弛位置。跨越左側imod12施加的電壓v0不足以致使可移動反射層14激活。在右側的imod12中，將可移動反射層14圖解說明為處于接近或鄰近光學堆疊16的激活位置。跨越右側imod12施加的電壓vbias足以使可移動反射層14維持處于激活位置。
在圖30a中，大體圖解說明像素12的反射性質，其中箭頭13指示入射于像素12上的光且光15從左側imod12反射。雖然未詳細地圖解說明，但所屬領域的技術人員將理解，入射于像素12上的光13的大部分將穿過透明襯底20朝向光學堆疊16透射。入射于光學堆疊16上的光的一部分將透射穿過光學堆疊16的部分反射層，且一部分將往回反射穿過透明襯底20。光13的透射穿過光學堆疊16的部分將在可移動反射層14處往回朝向(且穿過)透明襯底20反射。從光學堆疊16的部分反射層反射的光與從可移動反射層14反射的光之間的干涉(相長性或相消性)將確定從imod12反射的光15的波長。
光學堆疊16可包含單個層或數個層。所述層可包含電極層、部分反射且部分透射層及透明電介質層中的一者或一者以上。在一些實施方案中，光學堆疊16為導電、部分透明且部分反射的，且可(舉例來說)通過將以上層中的一者或一者以上沉積到透明襯底20上來制作。所述電極層可由多種材料形成，例如各種金屬，舉例來說，氧化銦錫(ito)。所述部分反射層可由多種部分反射的材料形成，例如各種金屬，例如鉻(cr)、半導體及電介質。所述部分反射層可由一個或一個以上材料層形成，且所述層中的每一者可由單一材料或材料的組合形成。在一些實施方案中，光學堆疊16可包含單個半透明厚度的金屬或半導體，其充當光學吸收器及導體兩者，同時(例如光學堆疊16或imod的其它結構的)不同的更多導電層或部分可用于在imod像素之間運送信號。光學堆疊16還可包含覆蓋一個或一個以上導電層或導電/吸收層的一個或一個以上絕緣或電介質層。
在一些實施方案中，可將光學堆疊16的層圖案化成若干平行條帶，且其可在顯示裝置中形成行電極，如下文進一步描述。如所屬領域的技術人員將理解，術語“圖案化”在本文中用于指掩蔽以及蝕刻工藝。在一些實施方案中，可將高度導電且反射的材料(例如鋁(al))用于可移動反射層14，且這些條帶可在顯示裝置中形成列電極。可移動反射層14可形成為用以形成沉積于柱18及在柱18之間沉積的介入犧牲材料的頂部上的列的一個或若干所沉積金屬層的一系列平行條帶(正交于光學堆疊16的行電極)。當蝕刻掉所述犧牲材料時，可在可移動反射層14與光學堆疊16之間形成經界定間隙19或光學腔。在一些實施方案中，柱18之間的分離可為約1um到1000um，而間隙19可小于10,000埃
在一些實施方案中，所述imod的每一像素(無論是處于激活狀態還是松弛狀態)基本上均為由固定反射層及移動反射層形成的電容器。當不施加電壓時，可移動反射層14保持處于機械松弛狀態，如圖30a中左側的imod12所圖解說明，其中可移動反射層14與光學堆疊16之間具有間隙19。然而，當向選定行及列中的至少一者施加電位差(例如，電壓)時，在對應像素處的行電極與列電極的相交點處形成的電容器變得被充電，且靜電力將所述電極拉在一起。如果所施加的電壓超過閾值，那么可移動反射層14可變形且移動而接近或抵靠光學堆疊16。光學堆疊16內的電介質層(未展示)可防止短路且控制層14與16之間的分離距離，如圖30a中右側的經激活imod12所圖解說明。不管所施加電位差的極性如何，行為均相同。雖然在一些實例中可將陣列中的一系列像素稱作“行”或“列”，但所屬領域的技術人員將容易理解，將一個方向稱作“行”且將另一方向稱作“列”是任意的。重申，在一些定向中，可將行視為列，且將列視為行。此外，顯示元件可均勻地布置成正交的行與列(“陣列”)，或布置成非線性配置，舉例來說，相對于彼此具有某些位置偏移(“鑲嵌塊”)。術語“陣列”及“鑲嵌塊”可指代任一配置。因此，雖然將顯示器稱作包含“陣列”或“鑲嵌塊”，但在任一實例中，元件本身不需要彼此正交地布置或安置成均勻分布，而是可包含具有不對稱形狀及不均勻分布元件的布置。
圖30b展示圖解說明并入有3×3干涉式調制器(imod)顯示器的電子裝置的系統框圖的實例。圖30b的電子裝置表示其中可并入有根據上文關于圖1到29所描述的實施方案中的任一者構造的裝置11的一個實施方案，包含例如梯式濾波器等共振器結構及/或電路。舉例來說，其中并入有裝置11的電子裝置可形成上文所陳述的多種電裝置及機電系統裝置中的任一者的部分或全部，包含顯示及非顯示應用兩者。
此處，所述電子裝置包含控制器21，控制器21可包含一個或一個以上通用單芯片或多芯片微處理器(例如，
控制器21經配置以與裝置11通信。控制器21還可經配置以與陣列驅動器22通信。陣列驅動器22可包含行驅動器電路24及列驅動器電路26，其將信號提供到(例如)顯示陣列或面板30。雖然為清晰起見，圖30b圖解說明3×3imod陣列，但顯示陣列30可含有極大數目個imod且可在行中具有與在列中不同數目的imod，且反之亦然。控制器21及陣列驅動器22有時可在本文中稱為“邏輯裝置”及/或“邏輯系統”的部分。
圖31a及31b展示圖解說明包含多個干涉式調制器的顯示裝置40的系統框圖的實例。舉例來說，顯示裝置40可為智能電話、蜂窩式或移動電話。然而，顯示裝置40的相同組件或其輕微變化形式也為對各種類型的顯示裝置的說明，例如，電視、平板計算機、電子閱讀器、手持式裝置及便攜式媒體播放器。
顯示裝置40包含外殼41、顯示器30、天線43、揚聲器45、輸入裝置48及麥克風46。外殼41可由多種制造工藝中的任一者形成，包含注射模制及真空形成。另外，外殼41可由多種材料中的任一者制成，包含(但不限于)：塑料、金屬、玻璃、橡膠及陶瓷或其組合。外殼41可包含可裝卸部分(未展示)，其可與其它不同色彩或含有不同標識、圖片或符號的可裝卸部分互換。
顯示器30可為多種顯示器中的任一者，包含本文中所描述的雙穩態或模擬顯示器。顯示器30還可經配置以包含平板顯示器(例如等離子顯示器、el、oled、stnlcd或tftlcd)或非平板顯示器(例如crt或其它管式裝置)。另外，顯示器30可包含干涉式調制器，如本文中所描述。
在圖31b中示意性地圖解說明顯示裝置40的組件。顯示裝置40包含外殼41，且可包含至少部分地包封于其中的額外組件。舉例來說，顯示裝置40包含網絡接口27，網絡接口27包含耦合到收發器47的天線43。收發器47連接到處理器21，處理器21連接到調節硬件52。調節硬件52可經配置以對信號進行調節(例如，對信號進行濾波)。調節硬件52連接到揚聲器45及麥克風46。處理器21還連接到輸入裝置48及驅動器控制器29。驅動器控制器29耦合到幀緩沖器28且耦合到陣列驅動器22，陣列驅動器22又耦合到顯示陣列30。在一些實施方案中，電力系統50可向特定顯示裝置40設計中的實質上所有組件提供電力。
網絡接口27包含天線43及收發器47，使得顯示裝置40可經由網絡與一個或一個以上裝置通信。網絡接口27還可具有一些處理能力以減輕(舉例來說)處理器21的數據處理要求。天線43可發射及接收信號。在一些實施方案中，天線43根據包含ieee16.11(a)、(b)或(g)的ieee16.11標準或包含ieee802.11a、b、g、n的ieee802.11標準及其進一步實施方案發射及接收rf信號。在一些其它實施方案中，天線43根據藍牙標準發射及接收rf信號。在蜂窩式電話的情況中，天線43經設計以接收碼分多址(cdma)、頻分多址(fdma)、時分多址(tdma)、全球移動通信系統(gsm)、gsm/通用包無線電服務(gprs)、增強型數據gsm環境(edge)、地面中繼無線電(tetra)、寬帶cdma(w-cdma)、演進數據優化(ev-do)、1×ev-do、ev-do修訂版a、ev-do修訂版b、高速包接入(hspa)、高速下行鏈路包接入(hsdpa)、高速上行鏈路包接入(hsupa)、演進高速包接入(hspa+)、長期演進(lte)、amps或用于在無線網絡內(例如利用3g或4g技術的系統)通信的其它已知信號。收發器47可預處理從天線43接收的信號使得其可由處理器21接收及進一步操縱。收發器47還可處理從處理器21接收的信號使得其可經由天線43從顯示裝置40發射。
在一些實施方案中，可由接收器來替換收發器47。另外，在一些實施方案中，可由圖像源來替換網絡接口27，所述圖像源可存儲或產生待發送到處理器21的圖像數據。處理器21可控制顯示裝置40的總體操作。處理器21從網絡接口27或圖像源接收數據(例如經壓縮圖像數據)，且將所述數據處理成原始圖像數據或處理成容易被處理成原始圖像數據的格式。處理器21可將經處理數據發送到驅動器控制器29或發送到幀緩沖器28以供存儲。原始數據通常指代識別圖像內的每一位置處的圖像特性的信息。舉例來說，此類圖像特性可包含色彩、飽和度及灰度級。控制器21還經配置以與裝置11交互以執行所要操作。
處理器21可包含用以控制顯示裝置40的操作的微控制器、cpu或邏輯單元。調節硬件52可包含用于向揚聲器45發射信號及從麥克風46接收信號的放大器及濾波器。調節硬件52可為顯示裝置40內的離散組件，或可并入于處理器21或其它組件內。在一些實施方案中，裝置11作為調節硬件52的組件并入。
驅動器控制器29可直接從處理器21或從幀緩沖器28取得由處理器21產生的原始圖像數據，且可適當地將原始圖像數據重新格式化以供高速發射到陣列驅動器22。在一些實施方案中，驅動器控制器29可將原始圖像數據重新格式化成具有光柵狀格式的數據流，使得其具有適合于跨越顯示陣列30進行掃描的時間次序。接著，驅動器控制器29將經格式化的信息發送到陣列驅動器22。雖然驅動器控制器29(例如lcd控制器)通常作為獨立的集成電路(ic)與系統處理器21相關聯，但可以許多方式實施此類控制器。舉例來說，可將控制器作為硬件嵌入于處理器21中、作為軟件嵌入于處理器21中或與陣列驅動器22完全集成在硬件中。
陣列驅動器22可從驅動器控制器29接收經格式化的信息且可將視頻數據重新格式化成一組平行波形，所述組平行波形每秒許多次地施加到來自顯示器的x-y像素矩陣的數百條且有時數千條(或更多)引線。
在一些實施方案中，驅動器控制器29、陣列驅動器22及顯示陣列30適于本文中所描述的顯示器類型中的任一者。舉例來說，驅動器控制器29可為常規顯示器控制器或雙穩態顯示器控制器(例如，imod控制器)。另外，陣列驅動器22可為常規驅動器或雙穩態顯示器驅動器(例如，imod顯示器驅動器)。此外，顯示陣列30可為常規顯示陣列或雙穩態顯示陣列(例如，包含imod陣列的顯示器)。在一些實施方案中，驅動器控制器29可與陣列驅動器22集成在一起。此實施方案在高度集成系統(舉例來說，移動電話、便攜式電子裝置、手表或其它小面積顯示器)中可為有用的。
在一些實施方案中，輸入裝置48可經配置以允許(舉例來說)用戶控制顯示裝置40的操作。輸入裝置48可包含小鍵盤(例如，qwerty鍵盤或電話小鍵盤)、按鈕、開關、搖桿、觸敏屏、與顯示陣列30集成的觸敏屏或壓敏或熱敏膜。麥克風46可配置為顯示裝置40的輸入裝置。在一些實施方案中，可使用通過麥克風46所做的話音命令來控制顯示裝置40的操作。
電力系統50可包含多種能量存儲裝置。舉例來說，電力系統50可包含可再充電電池，例如鎳-鎘電池或鋰離子電池。在使用可再充電電池的實施方案中，可再充電電池可使用來自(舉例來說)光伏裝置或陣列的壁式插座的電力充電。或者，可再充電電池可以無線方式充電。電力系統50還可包含可再生能源、電容器或太陽能電池，包含塑料太陽能電池或太陽能電池涂料。電力系統50還可經配置以從壁式插口接收電力。
在一些實施方案中，控制可編程性駐存于驅動器控制器29中，驅動器控制器29可位于電子顯示系統中的數個位置中。在一些其它實施方案中，控制可編程性駐存于陣列驅動器22中。上文所描述的優化可以任何數目個硬件及/或軟件組件且以各種配置實施。可將結合本文中所揭示的實施方案描述的各種說明性邏輯、邏輯塊、模塊、電路及算法步驟實施為電子硬件、計算機軟件或兩者的組合。已就功能性大體描述且在上文所描述的各種說明性組件、框、模塊、電路及步驟中圖解說明了硬件與軟件的可互換性。此功能性是以硬件還是軟件實施取決于特定應用及對總體系統強加的設計約束。
可將結合本文中所揭示的實施方案描述的各種說明性邏輯、邏輯塊、模塊、電路及算法步驟實施為電子硬件、計算機軟件或兩者的組合。已就功能性大體描述且在上文所描述的各種說明性組件、框、模塊、電路及步驟中圖解說明了硬件與軟件的可互換性。此功能性是以硬件還是軟件實施取決于特定應用及對總體系統強加的設計約束。
可借助通用單芯片或多芯片處理器、數字信號處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、現場可編程門陣列(fpga)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件或經設計以執行本文中所描述的功能的其任一組合來實施或執行用于實施結合本文中所揭示的方面所描述的各種說明性邏輯、邏輯塊、模塊及電路的硬件及數據處理設備。通用處理器可為微處理器或任何常規處理器、控制器、微控制器或狀態機。還可將處理器實施為計算裝置的組合，例如dsp與微處理器的組合、多個微處理器、一個或一個以上微處理器與dsp核心的聯合或任何其它此種配置。在一些實施方案中，可通過給定功能特有的電路來執行
在一個或一個以上方面中，可以硬件、數字電子電路、計算機軟件、固件(包含本說明書中所揭示的結構及其結構等效物)或以其任一組合來實施所描述的功能。本說明書中所描述的標的物的實施方案還可實施為編碼于計算機存儲媒體上以用于由數據處理設備執行或控制數據處理設備的操作的一個或一個以上計算機程序，即，一個或一個以上計算機程序指令模塊。
所屬領域的技術人員可容易明了對本發明中所描述的實施方案的各種修改，且本文中所定義的類屬原理可應用于其它實施方案，此并不背離本發明的精神或范圍。因此，權利要求書并非打算限制于本文中所展示的實施方案，而是被賦予與本發明、本文中所揭示的原理及新穎特征相一致的最寬廣范圍。詞語“示范性”在本文中專用于意指“用作實例、實例或圖解說明”。在本文中描述為“示范性”的任何實施方案未必解釋為比其它實施方案優選或有利。另外，所屬領域的技術人員將容易了解，術語“上部”及“下部”有時為了便于描述各圖而使用，且指示對應于圖在經恰當定向的頁面上的定向的相對位置，且可能不反映如所實施的imod的恰當定向。
還可將在本說明書中在單獨實施方案的背景中描述的某些特征以組合形式實施于單個實施方案中。相反地，還可將在單個實施方案的背景中描述的各種特征單獨地或以任一適合子組合的形式實施于多個實施方案中。此外，雖然上文可將特征描述為以某些組合的形式起作用且甚至最初如此主張，但在一些情況中，可從所主張的組合去除來自所述組合的一個或一個以上特征，且所主張的組合可針對子組合或子組合的變化形式。
類似地，盡管在所述圖式中以特定次序描繪操作，但不應將此理解為需要以所展示的特定次序或以循序次序執行此類操作或執行所有所圖解說明的操作來實現所要結果。此外，所述圖式可以流程圖的形式示意性地描繪一個以上實例性工藝。然而，可將其它并未描繪的操作并入于示意性地圖解說明的實例性工藝中。舉例來說，可在所圖解說明的操作中的任一者之前、之后、同時或之間執行一個或一個以上額外操作。在某些情況中，多任務化及并行處理可為有利的。此外，不應將上文所描述的實施方案中的各種系統組件的分離理解為在所有實施方案中均需要此分離，且應理解，一般來說，可將所描述的程序組件及系統一起集成于單個軟件產品中或封裝成多個軟件產品。另外，其它實施方案在以上權利要求書的范圍內。在一些情況中，可以不同次序執行權利要求書中所敘述的動作且其仍實現所要的結果。
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