一种多层复合结构声表面波器件基底制造技术

本发明专利技术涉及一种多层复合结构声表面波器件基底，所述基底包括衬底、用于声表面波器件的电极、氧化物薄膜和压电薄膜，所述衬底、用于声表面波器件的电极和压电薄膜由下至上依次叠加设置，所述用于声表面波器件的电极包括多个间隔设置的金属电极，所述氧化物薄膜填充在相邻金属电极间的沟槽中；所述压电薄膜淀积在平坦的氧化物薄膜顶层表面或电极和填充氧化物薄膜交替间隔组成的平坦表面。与现有技术相比，本发明专利技术结构解决了具有埋入式电极的压电薄膜裂纹问题，容易制备并且具有高频、高机电耦合系数以及较好的温度补偿等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于薄膜技术的声表面波(SAW)器件衬底，尤其是涉及一种多层复合结构声表面波器件基底。
技术介绍
声表面波(Surface Acoustics Wave，简称SAW)器件由于其高性能、低损耗、小型化等优点被广泛的用于通信、传感以及致动器等系统中。近年来，随着现代移动无线通信的飞速发展，特别是半导体工艺水平的提高，基于SAW谐振器的双工器和滤波器被大量的生产并应用于移动通信系统，使得无线电通信频带成为一个有限而宝贵的自然资源。新兴的长期演进(Long Term Evolut1n:LTE)标准的频率范围从几百MHz提高到3GHz，频带宽度从1MHz提高到90MHz，使得通信进入4G时代成为可能。因此，目前的移动通信系统的应用频率越来越高、带宽越来越大，急需高频、高机电耦合系数的声表面波滤波器。而声表面波器件的频率和带宽主要取决于其压电基底的声速和机电耦合系数，因此为了满足需求，目前国内外学者致力于寻找高声速、高机电耦合系数的压电材料和压电基底结构。在所有材料中，金刚石因具有最高的声速(18000m/s)而成为最理想的衬底材料。虽然金刚石本身不具有压电特性，而压电薄膜结合金刚石衬底的层状结构使之成为可能。对于常规的压电材料，如石英、LiNb03、LiTa03、ZnO等，声速较低，均低于4000m/s，限制了其在高频应用。近年来，AlN薄膜因具有相对较高的声速和较高的机电耦合系数而备受关注。经对现有技术的文献检索发现，文献“Low Propagat1n Loss ina One-Port SAW Resonator Fabricated on Single-Crystal Diamond forSuper-High-Frequency Applicat1ns(Satoshi Fujii et al., IEEE Transact1ns onUltrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol.60, n0.5, May 2013)，，报道了基于IDT/AIN/Diamond层状结构的声表面波器件能够获得1.2%的机电耦合系数，且声速高达10000m/S。基于该层状结构的SAW谐振器频率高达5.3GHz，但是其机电耦合系数相对较小，限制了其在宽带滤波器中的应用。而文献“Theoretical investigat1n ofhigh velocity, temperature compensated Rayleigh waves along AlN/SiC substratesfor high sensitivity mass sensors(Cinzia Caliendo， Applied Physics Letters100，021905 (2012)) ”理论研宄了基于AlN/SiC基底的4种不同电极配置的声表面波特性，其结果表明在埋入式电极(AlN/IDT/SiC)配置下，具有相对较大的机电耦合系数，且有更好的温度补偿。此外，文献“HighQ Surface Acoustic Wave Resonators in 2_3GHz Range UsingScAIN/Single Crystalline Diamond Structure(Ken-ya Hashimoto et al., UltrasonicsSymp0Sium(IUS), 2012)”提出采用钪掺杂的氮化铝(ScxAVxN)薄膜代替AlN薄膜的IDT/Sc/lhN/Diamond层状结构，实验表明基于该层状结构的SAW器件其机电耦合系数能够提高到5.48%，这说明采用钪掺杂的氮化铝薄膜能够进一步提高机电耦合系数。经过现有技术的文献检索和上述文献的对比，我们发现采用埋入式电极结构和钪掺杂的氮化铝薄膜均能进一步的提高基底的机电耦合系数，这为制造更大带宽且温度稳定的SAW器件提供了可能。但是埋入式电极的边缘不连续性会引起氮化铝压电薄膜阶梯覆盖不同步，这将导致压电薄膜产生裂纹。若制作具有该埋入式电极的层状结构，则很难获得高质量、高取向性的氮化铝薄膜。而制备高质量、高取向性的氮化铝薄膜是实现高性能SAW器件的前提，因此，如何实现满足SAW器件要求的具有埋入式电极的高质量氮化铝压电薄膜生长成为了亟待解决的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高频、高机电耦合系数、具有温补效果的多层复合结构声表面波器件基底。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:一种多层复合结构声表面波器件基底，包括衬底、用于声表面波器件的电极、氧化物薄膜和压电薄膜，所述衬底、用于声表面波器件的电极和压电薄膜由下至上依次叠加设置，所述用于声表面波器件的电极包括多个间隔设置的金属电极，所述氧化物薄膜填充在相邻金属电极间的沟槽中，所述压电薄膜淀积在平坦的氧化物薄膜顶层表面或电极和填充氧化物薄膜交替间隔组成的平坦表面。所述压电薄膜的材料包括氮化铝AlN或钪掺杂的氮化铝合金薄膜ScxAlhN, x为钪金属掺杂所占的比例，0.32 < X < 0.48。所述氧化物薄膜的材料包括Si02、TeO2, Ta2O5或S1F。所述衬底的材料包括金刚石、蓝宝石或6H_SiC。所述金属电极的材料包括Cu、Al、Au、Mo或Pt。所述压电薄膜的厚度为df，电极厚度为de，氧化物薄膜的厚度为dh，de、dh的关系为:dh彡de。所述压电薄膜为ScxAlhN,基于高机电耦合系数的优化参数:若衬底为金刚石或6H_SiC，则厚度满足0.4 λ彡df彡0.6 λ ；若衬底为蓝宝石，则厚度满足0.5 λ彡df彡0.6 λ，λ为声表面波的波长。所述衬底为金刚石，压电薄膜为AlN薄膜，基于高温度稳定性的优化参数:若氧化物薄膜为S12,则厚度满足0.4 λ ^df ^0.55 λ, 0.005 λ彡dh彡0.05 λ ;若氧化物薄膜为Ta2O5,则其厚度满足0.1 λ彡df彡0.25 λ，0.01 λ彡dh彡0.1 λ ;若氧化物薄膜为TeO2,则厚度满足 0.85 λ ^ df ^ I λ , 0.001 λ < dh < 0.05 λ ;若氧化物薄膜为5丨0?，则厚度满足0.15人彡(^彡0.3人，0.015人彡(111彡0.18入；λ为声表面波的波长。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:(I)本专利技术采用S12类氧化物薄膜填充相邻金属电极之间的沟槽中，不仅可以制备高质量、高取向性的ScxAlhN压电薄膜，而且具有温补效果；(2)本专利技术采用AlN压电薄膜，AlN电薄膜弹性劲度常数的一阶温度系数的符号与常用衬底材料相反，可实现零频率温度系数；(3)本专利技术采用钪掺杂的氮化铝(ScxAlhN)薄膜结合金刚石衬底的埋入式电极结构能够使进一步将SAW基底的机电耦合系数提高到14.5%，这使得声表面波高频器件的应用于超带宽领域成为可能。(4)本专利技术提供的声表面波器件基底具有高声速、高机电耦合系数，基于该基底制作的SAW器件能满足高频率和大带宽移动通信的要求；(5)本专利技术基底为多层复合结构，容易制备和批量生产，具有重大的生产实践意义。【附图说明】图1为本专利技术的结构示意图，其中，(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层复合结构声表面波器件基底，其特征在于，包括衬底、用于声表面波器件的电极、氧化物薄膜和压电薄膜，所述衬底、用于声表面波器件的电极和压电薄膜由下至上依次叠加设置，所述用于声表面波器件的电极包括多个间隔设置的金属电极，所述氧化物薄膜填充在相邻金属电极间的沟槽中，所述压电薄膜淀积在平坦的氧化物薄膜顶层表面或电极和填充氧化物薄膜交替间隔组成的平坦表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩韬，张巧珍，陈景，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31