温度受控的集成压电谐振器制造技术

一种集成谐振器设备(100)，包括压电谐振器(120、124、128)；耦合到压电谐振器的声学布拉格反射器(104)；以及衬底(102)，所述声学布拉格反射器设置在衬底(102)上。该设备还包括覆盖压电谐振器的有源加热器层。有源加热器层(150)产生的热量由通过加热器层提供的电流量可控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】温度受控的集成压电谐振器
本专利技术涉及用于集成压电谐振器的设备和方法。
技术介绍
时序解决方案在现代电子装置中很重要。在几乎所有的商业和消费设备中使用的计时装置提供频率控制和用于许多应用的时序。晶体振荡器作为主要类型的频率发生器已经持续了几十年。与晶体振荡器可用于控制的集成电路相比，晶体振荡器通常使用造成相当大的装置的石英。此外，温度变化能够影响振荡频率。
技术实现思路
公开了一种提供温度控制的集成基于压电的谐振器。例如，一些实施例涉及集成谐振器设备，该设备包括压电谐振器；声学布拉格反射器，其耦合到压电谐振器；以及衬底，所述声学布拉格反射器设置在衬底上。该设备还包括覆盖压电谐振器的有源加热器层。有源加热器层产生的热量由通过加热器层提供的电流量可控制。其它实施例涉及包括集成谐振器设备的系统。谐振器设备包括：压电谐振器；声学布拉格反射器，其耦合到压电谐振器；以及有源加热器层，其覆盖压电谐振器。集成谐振器设备也包括温度传感器层和电路，所述电路从温度传感器层接收指示温度的温度信号，并基于温度信号控制到有源加热器层的电流量。又一些实施例涉及形成具有布拉格反射器的压电谐振器的方法。该方法包括在衬底上方沉积较低和较高声学阻抗材料的交替介电层，以及在交替介电层上方沉积第一谐振器电极。该方法进一步包括在第一谐振器电极上方沉积压电层；在压电层上方沉积第二谐振器电极；以及在第二谐振器电极上方沉积有源加热器层。另一个实施例针对一种方法，其包括从集成压电谐振器中的温度传感器层接收温度信号的方法。此外，基于温度信号，该方法包括通过调节通过有源加热器层的电流来控制集成压电谐振器中的有源加热器层生成的热量。附图说明图1示出根据本专利技术各种实施例的温度受控集成压电谐振器的横截面图；图2示出根据各种实施例的温度受控集成压电谐振器的制造方法；图3示出温度受控集成压电谐振器的另一个实施例的横截面图；图4示出具有外部温度控制电路的图2的温度受控集成压电谐振器的使用的示意图；图5示出根据各种实施例的温度受控集成压电谐振器的操作方法；以及图6示出温度受控集成压电谐振器的又一个实施例的横截面图。具体实施方式图1示出包括合适衬底(诸如，单晶硅晶片102)的温度受控集成压电谐振器装置100的横截面图。在衬底上，声学反射器104(诸如声学布拉格反射器)优选形成。声学布拉格反射器104可包括较高声学阻抗和较低声学阻抗的交替层。在图1的示例中，在低声学阻抗材料的后续层108之后，高声学阻抗材料的第一层106被沉积。高和低声学阻抗材料的附加层110和112也被分别沉积。因此，层106和110是高声学阻抗材料，并且优选是相同的材料。类似地，层108和112是低声学阻抗材料，并且优选是相同的材料。在其中一个示例中，较低声学阻抗材料可以是电介质，诸如纳米多孔氢倍半硅氧烷(HSQ)或纳米多孔甲基倍半硅氧烷(MSQ)的纳米多孔旋涂玻璃(spin-on-glasses)，所述电介质可以利用后续的固化步骤沉积在旋涂机中。较高声学阻抗材料可以是如包括碳化硅(SiC)的电介质。如果SiC用作较高阻抗材料，在一个实例中，可使用诸如甲烷(CH4)和硅烷的混合物的源气体将SiC沉积在离子化学蒸汽沉积(CVD)的沉积室中。如果使用金刚类碳(DLC)或Si-DLC代替SiC，则利用修改的沉积室。DLC沉积在，例如，150mm平行板反应器RFCVD室中，其中上部板是气体分布源，而下部板是衬底位于其上的阴极。在该结构中，上部板是正的而阴极是负的(接地)。RF源(例如13.56MHz)可通过阴极直接耦合到衬底。在腔室抽真空之后，如果需要掺杂硅(例如四甲基二硅氧烷(4MS))，则任何烃类气体(诸如CH4和/或形成气体的硅包含烃)被引入到腔室中，直到实现所需压力并且流量稳定。除了形成气体的烃类之外，能够使用诸如氩气(Ar)和氢气(H2)的其它气体控制最终DLC膜的化学组合物。在该点处，电力被传递给阴极以击发等离子体，并且DLC沉积固定时间量，直到达到所需厚度。接着电力关闭并且腔室使用惰性气体(Ar、N2等)通风，直到达到环境压力，并去除DLC沉积的衬底。影响DLC物理性质的变量可包括：RF功率、压力、总气体流量、不同气体比率和阴极到上部板间距。在DLC沉积之前，氩等离子体可用于预调节衬底表面以沉积1-2分钟。DLC沉积可在环境温度下进行。DLC厚度和折射率能够使用例如预校准椭偏仪直接测量。在其中一个示例中，声学布拉格反射器104的各层厚度被选择等于装置谐振频率的四分之一波长。一旦声学布拉格反射器104完成，则下一个步骤沉积第一谐振器电极120。在其中一个实施例中，谐振器电极120被溅射沉积，并且用于电极的材料是钼(Mo)，尽管诸如钛(Ti)、钨(W)、金(Au)、铂(Pt)或铝(Al)的其它材料也是可能的。在其中一个示例中，用于谐振器电极的材料可具有低的热弹性损失，并且可具有小于约的厚度，以便保持光滑表面。在第一谐振器电极120已经沉积之后，沉积压电层124。用于压电层124的合适材料能够是氮化铝(AlN)，尽管诸如氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅的其它材料也是可能的。在其中一个示例中，使用产生低应力、具有c轴线取向的致密层的优化工艺，利用氮气反应性溅射沉积AlN层。压电层124的厚度可以处于约0.1到约10微米的范围中。上部电极128被沉积以完成谐振器。此外顶部电极可以是Mo的溅射沉积层。顶部布拉格反射器149也被包括并且在结构上与下部布拉格反射器104相同或类似。触点160和162被提供用于到装置的外部连接。触点160提供到上部电极128的电气触点，而触点162提供到下部电极120的电气触点。装置100可具有诸如氮化硅或氧化硅的保护性罩层154。所示出的装置100包括衬底102、声学布拉格反射器104和谐振器(包括在压电层124的相对两侧上的电极120和128)。在图1的实施例中，有源加热器层150也被提供作为温度控制方面的部分。有源加热器层150优选包括钽铝合金薄膜或其它合适材料。层150可具有约的厚度。在该厚度处，加热器的薄层电阻大约是30欧姆/平方。加热器层中钽与铝的比率可以大约是50:50。有源加热器层150集成到装置100中，并处于上部电极128的顶部上且围绕一些或全部上部电极128，因此一般在谐振器的顶部上并围绕一些或全部谐振器。经由触点(未示出)能够将电流提供给有源加热器层150。有源加热器层产生的热量通过提供给加热器层的电流量可控制-更高的电流水平使加热器层150生成更高的热量水平。这种加热器层提供一种整体加热(oven)受控的谐振器，其将装置100的温度升高到装置的最高环境温度规格以上。通过迫使温度达到已知和稳定水平，温度变化被最小化或消除，并且因此装置的频率的温度引起的变化被避免或至少减小。图2示出根据各种实施例的制造例如温度受控集成压电谐振器装置100或具有所有介电布拉格反应器的其它类型基于压电的谐振器的方法。方法139的步骤可以以示出的顺序执行或以不同的顺序执行。此外，两个或更多步骤可并行而不是顺序执行。在140处，该方法包括在衬底(例如衬底102)上方沉积较低和较高声学阻抗的交替介电层。衬底可由硅(诸如单晶硅晶片)、GaAs、AlAs等形成。较低和较高声学阻抗层可由诸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成谐振器设备，其包括：压电谐振器；声学布拉格反射器，其耦合到所述压电谐振器；衬底，所述声学布拉格反射器设置在衬底上；和有源加热器层，其覆盖所述压电谐振器，由所述有源加热器层产生的热量由通过所述加热器层提供的电流量而可控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.31 US 13/484,9611.一种集成谐振器设备，其包括：压电谐振器；第一声学布拉格反射器，其耦合到所述压电谐振器；衬底，所述第一声学布拉格反射器设置在衬底上；有源加热器层，其覆盖所述压电谐振器，由所述有源加热器层产生的热量能够由通过所述有源加热器层提供的电流量控制；以及第二声学布拉格反射器，其位于所述有源加热器层和所述压电谐振器之间。2.根据权利要求1所述的谐振器设备，其中所述有源加热器层包括钽铝合金薄膜。3.根据权利要求1所述的谐振器设备，其中所述第一声学布拉格反射器包括高声学阻抗和低声学阻抗的交替层。4.根据权利要求3所述的谐振器设备，其中高声学阻抗和低声学阻抗的每层是所述压电谐振器的谐振频率的四分之一波长。5.根据权利要求1所述的谐振器设备，进一步包括在所述第一声学布拉格反射器和所述衬底之间的温度传感器层。6.根据权利要求5所述的谐振器设备，其中所述温度传感器层包括掺杂的多晶硅。7.根据权利要求5所述的谐振器设备，进一步包括温度补偿层，其具有与所述压电谐振器的压电层的频率的温度系数相同、但符号相反的频率的温度系数。8.根据权利要求1所述的谐振器设备，进一步包括温度补偿层，其具有与所述压电谐振器的压电层的频率的温度系数相同、但符号相反的频率的温度系数。9.根据权利要求8所述的谐振器设备，其中所述温度补偿层包括氮化铝。10.一种具有集成谐振器设备的系统，其包括：集成谐振...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·N·伯吉斯，W·R·克莱尼克，S·M·雅各布森，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US