一种频率可调的薄膜体声波谐振器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种频率可调的新型薄膜体声波谐振器，依次包括衬底、温度补偿层、调节层、隔离层和压电堆层，所述压电堆层包括下电极、压电薄膜、上电极。温度补偿层材料具有正温度系数，能够有效降低由于负温度系数压电薄膜造成的温度‑频率漂移，提高薄膜体声波谐振器的稳定性，同时温度补偿层材料需具有低热导率特性，以此隔绝温度，使热源传递的热量主要集中在压电堆层中，提高压电堆层的升温效率；调节层采用金属材料，外接热源加热调节层，使压电堆层温度变化，则杨氏模量发生变化，频率也会变化，据此原理，调节温度，实现薄膜体声波谐振器频率的调节；隔离层用于隔开调节层和压电堆层，支撑薄膜体声波谐振器主体结构，还可以实现声波限制。

【技术实现步骤摘要】
一种频率可调的薄膜体声波谐振器
本技术涉及一种声波谐振器，特别涉及一种频率可调的薄膜体声波谐振器。
技术介绍
薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator，FBAR)是一种新型声波谐振器件，核心结构为上下两层金属和压电薄膜的三明治结构，其原理是利用压电体的电能与机械能转换，由交变场激励起声波谐振，具有体积小、工作频率高、功耗低、插入损耗小等优点。目前，FBAR已被广泛应用于无线通信领域，在其众多研究方向里，谐振频率调谐特性的研究一直受到广泛关注，同时其巨大的商用价值使得FBAR调频技术也受到了企业界的关注。已有的FBAR的调频技术，主要有外接LC元件调谐技术、基于铁电材料的调谐技术、热驱动调谐技术和MEMS调谐技术等。外接LC元件调谐技术是通过外接LC网络与FBAR进行串并联，调整FBAR的谐振频率，但是这种技术会严重降低FBAR的Q值且使系统变得复杂。华中科技大学在专利CN102946236B中提出利用BST薄膜、BZT薄膜或BZN薄膜构成多层异质结构，作为压电层，其原理是利用铁电材料的介电常数随外加电场变化的特点实现频率可调的特性，但是BST等薄膜制备困难，成本高，且Q值偏低，在实际使用过程中有很大的困难。热驱动调谐技术，通过增加电阻加热器加热FBAR，因为有些材料的压电薄膜温度系数比较大，当温度变化较大时，会使谐振频率变化。但是这种技术的FBAR器件尺寸大，所需驱动电流大且工作不稳定。MEMS调谐技术，引入了MEMS电容，通过电压调节可变电容大小，从而实现频率调节，但是这种技术会使器件结构复杂，也较难在实际场合应用。现有的这些FBAR的调频技术都存在不足，无法同时满足调谐范围大、成本低、Q值高等条件。因此需要一种体积小、工艺简单、Q值高的可调频薄膜体声波谐振器。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本技术的目的在于提供一种频率可调的薄膜体声波谐振器。本技术的技术方案如下：一种频率可调的薄膜体声波谐振器，所述谐振器从下至上依次包括衬底、温度补偿层、调节层、隔离层和压电堆层，所述压电堆层包括下电极、压电薄膜和上电极，所述压电薄膜设置在隔离层上，压电薄膜的底面的左端从外至内开设一个凹槽，凹槽不贯穿整个压电薄膜，凹槽用于下电极的放置，下电极的右端与压电薄膜的端面齐平，所述上电极设置在压电薄膜的表面，上电极的左端与压电薄膜的端面齐平，所述压电薄膜的上表面的右端从上至下开设一个通孔，通孔底部延伸至下电极的上表面，上电极的右端未达到通孔的孔口。上述温度补偿层的材料为SiO2，厚度为1μm-3μm。上述调节层的材料为金属，通过外接热源来改变温度进行频率的调节。上述隔离层的材料为聚酰亚胺，厚度介于4μm-10μm。上述下电极和上电极的材料为金属材料。上述压电薄膜的材料为ZnO、AlN、复合材料中的一种。本技术的温度补偿层材料具有正温度系数，能够有效降低由于负温度系数压电薄膜造成的温度-频率漂移，提高薄膜体声波谐振器的稳定性，同时温度补偿层材料需具有低热导率特性，以此隔绝温度，使热源传递的热量主要集中在压电堆层中，提高压电堆层的升温效率；调节层采用金属材料，外接热源加热调节层，使压电堆层温度变化，则杨氏模量发生变化，频率也会变化，据此原理，调节温度，实现薄膜体声波谐振器频率的调节。本技术提出的改进的频率可调新型薄膜体声波谐振器，具有频率可调，结构稳定，制作工艺简单等优点。与现有技术相比，本技术的优点在于：所述新型薄膜体声波谐振器，频率可调，且工艺步骤简单可靠。所述温度补偿层材料具有正温度系数，能够有效降低由于负温度系数压电薄膜造成的温度-频率漂移，提高薄膜体声波谐振器的稳定性，同时温度补偿层材料需具有低热导率特性，以此隔绝温度，使热源传递的热量主要集中在压电堆层中，提高压电堆层的升温效率；调节层采用金属材料，外接热源加热调节层，使压电堆层温度变化，则杨氏模量发生变化，频率也会变化，据此原理，调节温度，实现薄膜体声波谐振器频率的调节；所述隔离层可以隔开调节层和压电堆层，支撑薄膜体声波谐振器主体结构，提高了器件的机械牢固度，同时形成声波隔离，从而提升Q值。附图说明图1是本技术实施例提供的频率可调的薄膜体声波谐振器的整体结构示意图；图2是本技术的制作流程示意图。图中：1是单晶硅衬底、2二氧化硅、3调节层、4隔离层、5下电极、6压电层、7通孔、8上电极。具体实施方式下面结合实例对本技术做具体说明：图1是本技术实施例1的整体结构示意图，如图所示，一种频率可调的薄膜体声波谐振器，所述谐振器从下至上依次包括衬底1、温度补偿层2、调节层3、隔离层4和压电堆层，所述压电堆层包括下电极5、压电薄膜6和上电极8，所述压电薄膜6设置在隔离层4上，压电薄膜6的底面的左端从外至内开设一个凹槽，凹槽不贯穿整个压电薄膜6，凹槽用于下电极5的放置，下电极5的右端与压电薄膜6的端面齐平，所述上电极8设置在压电薄膜6的表面，上电极8的左端与压电薄膜6的端面齐平，所述压电薄膜6的上表面的右端从上至下开设一个通孔7，通孔7底部延伸至下电极5的上表面，上电极8的右端未达到通孔7的孔口。上述温度补偿层2的材料为SiO2，厚度为1μm-3μm。上述调节层3的材料为金属，通过外接热源来改变温度进行频率的调节。上述隔离层4的材料为聚酰亚胺，厚度介于4μm-10μm。上述下电极5和上电极8的材料为金属材料。上述压电薄膜6的材料为ZnO、AlN、复合材料中的一种。图2是本技术的制作方法工艺步骤示意图，如图所示，本技术提供的频率可调的新型薄膜体声波谐振器的制作方法，包括以下步骤：(a)采用N型（100）单晶硅作为衬底1；(b)在硅衬底上，实用PECVD的方法制备一层支撑层二氧化硅2，厚度约为2μm；(c)在支撑层上溅射Au层3；(d)制备隔离层4，材料为聚酰亚胺，厚度约为6μm；(e)沉积Al下电极5并图形化；(f)沉积ZnO压电薄膜6；(g)刻蚀通孔7，露出下电极；(h)沉积Al上电极8并图形化，所述下电极、压电薄膜和上电级形成压电堆层。与现有技术相比，本技术的优点在于：所述新型薄膜体声波谐振器，频率可调，且工艺步骤简单可靠。所述温度补偿层材料具有正温度系数，能够有效降低由于负温度系数压电薄膜造成的温度-频率漂移，提高薄膜体声波谐振器的稳定性，同时温度补偿层材料需具有低热导率特性，以此隔绝温度，使热源传递的热量主要集中在压电堆层中，提高压电堆层的升温效率；调节层采用金属材料，外接热源加热调节层，使压电堆层温度变化，则杨氏模量发生变化，频率也会变化，据此原理，调节温度，实现薄膜体声波谐振器频率的调节；所述隔离层可以隔开调节层和压电堆层，支撑薄膜体声波谐振器主体结构，提高了器件的机械牢固度，同时形成声波隔离，从而提升Q值。以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种频率可调的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述谐振器从下至上依次包括衬底（1）、温度补偿层（2）、调节层（3）、隔离层（4）和压电堆层，所述压电堆层包括下电极（5）、压电薄膜（6）、上电极（8），所述压电薄膜（6）设置在隔离层（4）上，压电薄膜（6）的底面的左端从外至内开设一个凹槽，凹槽不贯穿整个压电薄膜（6），凹槽用于下电极（5）的放置，下电极（5）的右端与压电薄膜（6）的端面齐平，所述上电极（8）设置在压电薄膜（6）的表面，上电极（8）的左端与压电薄膜（6）的端面齐平，所述压电薄膜（6）的上表面的右端从上至下开设一个通孔（7），通孔（7）底部延伸至下电极（5）的上表面，上电极（8）的右端未达到通孔（7）的孔口。

【技术特征摘要】
1.一种频率可调的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述谐振器从下至上依次包括衬底（1）、温度补偿层（2）、调节层（3）、隔离层（4）和压电堆层，所述压电堆层包括下电极（5）、压电薄膜（6）、上电极（8），所述压电薄膜（6）设置在隔离层（4）上，压电薄膜（6）的底面的左端从外至内开设一个凹槽，凹槽不贯穿整个压电薄膜（6），凹槽用于下电极（5）的放置，下电极（5）的右端与压电薄膜（6）的端面齐平，所述上电极（8）设置在压电薄膜（6）的表面，上电极（8）的左端与压电薄膜（6）的端面齐平，所述压电薄膜（6）的上表面的右端从上至下开设一个通孔（7），通孔（7）底部延伸至下电极（5）的上表面，上电极（8）的右端未达到通孔（7）的孔口。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐本胜，蔡春华，孙彬彬，韩燕，华迪，谈俊燕，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：新型
国别省市：江苏,32