具有波限制结构的板波装置和制造方法制造方法及图纸

一种微机电系统(MEMS)导波装置包括单晶压电层、以及被配置成将横向激发波限制在所述单晶压电层中的至少一个导波限制结构。粘结界面设置在所述单晶压电层与至少一个下层之间。多频率装置包括布置在单晶压电层的不同厚度区上或其中的第一组电极和第二组电极、以及至少一个导波限制结构。分段压电层和分段电极层的段基本上在包括至少一个导波限制结构的装置中对准。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有波限制结构的板波装置和制造方法相关申请声明本申请要求2014年12月17日提交的美国临时专利申请号62/093,184和2014年12月18日提交的美国临时专利申请号62/093,753的优先权。前述申请的全部内容据此以引用的方式并入本文如同全文展现。
本公开涉及利用压电层中的声波传播的机电部件，并且特别地涉及改进的板波结构和制造这种结构的方法。例如，可以在射频传输电路、传感器系统、信号处理系统等中使用这种结构。
技术介绍
微机电系统(MEMS)装置具有多种类型并且在广泛的应用内利用。可以在诸如射频(RF)电路的应用中使用的一种类型的MEMS装置是MEMS振动装置(也称为谐振器)。MEMS谐振器通常包括振动体，其中压电层与一个或多个导电层接触。压电材料在被压缩、扭曲或变形时获取电荷。这种属性提供了电与机械振荡或振动之间的传感器效应。在MEMS谐振器中，声波可以在交流电信号的情况下在压电层中激发，或弹性波在压电材料中的传播可导致电信号的生成。可以通过连接到MEMS谐振器装置的电路来利用压电层的电特性的改变以便执行一个或多个功能。导波谐振器包括MEMS谐振器装置，其中声波被限制在结构的一部分中(诸如压电层中)。可以通过在固体/空气界面处的反射、或通过能够反射声波的声反射镜(例如，称为布拉格反射镜的层堆叠)来提供限制。这种限制可以显着地减少或避免声辐射在衬底或其他载体结构中的耗散。已知各种类型的MEMS谐振器装置，包括结合叉指式换能器(IDT)电极和周期性极化换能器(PPT)以用于横向激发的装置。在转让给RF微装置(Greensboro，NC，USA)的美国专利号7,586,239、美国专利号7,898,158和美国专利8,035,280中公开了这种装置的实例，其中前述专利的内容由此通过引用并入本文。这些类型的装置在结构上类似于膜体声学谐振器(FBAR)装置，因为它们各自体现悬挂压电膜。由于结构中的不良热传导，因此这种装置(特别包括IDT型装置)受指状物电阻率和功率处理的限制。附加地，IDT型和PPT型膜装置可能需要严格的封装，诸如具有接近真空环境的密封式封装。板波(也称为兰姆波)谐振器装置也是已知的，诸如在Reinhardt等人(“Reinhardt”)的美国专利申请公开号2010-0327995A1中所描述的。与表面声波(SAW)装置相比，板波谐振器可以在硅或其他衬底上制造，并且可以更容易地集成到射频电路中。Reinhardt公开了一种多频板波型谐振器装置，其包括硅衬底、构成布拉格反射镜的沉积层堆叠(例如，SiOC、SiN、SiO2和Mo)、沉积AIN压电层、以及SiN钝化层。根据Reinhardt，至少一个谐振器包括微分层，其被布置成修改谐振器的耦合系数以便具有确定的有用带宽。Reinhardt教学的一个限制是：AIN压电材料(例如，经由外延)在具有非常不同的晶格结构的下层材料上沉积通常排除了单晶材料的形成；相反，通常会产生与完美取向在某种程度上偏离的较低质量的材料。另一个限制是：Reinhardt的方法似乎不能在单个衬底上产生具有广泛不同(例如，八度音差)频率的谐振器。另外，至少在某些情况下，生产具有一致高重现性的层厚度的布拉格反射镜可能是麻烦的。因此，需要可以有效地制造的导波装置。理想的装置将解决与膜型装置相关联的热传导和严格封装问题。还需要提供可以包含高质量压电材料的装置。还需要可以能够在单个衬底上产生广泛不同频率的装置。专利技术概要本公开提供了一种微机电系统(MEMS)导波装置，其利用单晶压电层、以及被配置成将横向激发波限制在单晶压电层中的至少一个导波限制结构。可以提供一个或多个导波限制结构。一个导波限制结构可以包括快波传播材料。可替代地，一个导波限制结构可以包括通过慢波传播层或温度补偿层与单晶压电层分离的布拉格反射镜。在任一实例中，另一个导波限制结构可以包括快波传播材料或布拉格反射镜。单晶压电材料(例如，铌酸锂、钽酸锂等)可以并入这种装置中，诸如通过预制，然后粘结到导波装置的至少一个下层以便形成粘结界面。布置在单晶压电层中或其上的多个电极被配置用于横向声波的转换。在某些情况下与布拉格反光镜的生产相比，结合快波传播材料以提供导波限制的实施方案可以从易于制造中获益。至少一个布拉格反射镜可以在某些实施方案中使用，诸如可用于定制波反射参数，并且在限制非常高速声波的情况下也可以是有用的。某些实施方案将快波传播材料结合到压电材料的一个(例如，第一)表面上或邻近其，并且邻近压电材料的另一个(例如，第二)表面结合布拉格反射镜。结合本文公开的各种电极配置的导波装置包括但不限于：单独的单层共面叉指式换能器(IDT)、单独的多层共面IDT、与连续层电极(例如，可用作浮动电极或短路电极以便能够发射不对称波)组合的IDT、至少部分地嵌入在压电层中的IDT、非共面IDT、与单晶压电层段对准的IDT、以及周期性极化换能器(PPT)。在某些实施方案中，电极可以部分地嵌入在其中，和/或各种电极之间的间隙可以全部或部分地填充有：(i)压电材料、或(ii)慢波传播材料和/或温度补偿材料。由IDT转换的声波的波长λ等于相反极性的相邻电极(指状物)之间的间距或分离距离的两倍，并且波长λ也等于相同极性的最近电极(指状物)之间的分离距离。在某些实施方案中，MEMS导波装置采用单侧限制，其中至少一个限制结构被设置成邻近单晶压电层的第一表面，并且其中固体/空气界面被设置成邻近单晶压电层的第二相对表面。在其他实施方案中，MEMS导波装置采用双侧限制，其中第一和第二限制结构分别被设置成接近单晶压电层的第一和第二相对表面附近。在一个方面中，MEMS导波装置包括多个电极，所述多个电极布置在单晶压电层中或其上，并且被配置用于转换单晶压电层中的横向声波。布置成接近单晶压电层的至少一个导波限制结构将具有波长λ的横向激发波限制在单晶压电层中。至少一个导波限制结构包括快波传播层，并且每个导波限制结构包括小于5λ的厚度。在某些实施方案中，粘结界面设置在单晶压电层与装置的至少一个下层(诸如导波限制结构、任选提供的慢波传播层、或衬底)之间。在某些实施方案中，单晶压电层包括第一表面和与第一表面相对的第二表面，至少一个导波限制结构包括接近第一表面的第一导波限制结构，并且包括接近第二表面的第二导波限制结构。在某些实施方案中，第一导波限制结构包括第一快波传播层，并且第二导波限制结构包括布拉格反射镜或第二快波传播层。在某些实施方案中，至少一个慢波传播层可以设置在至少一个导波限制结构与单晶压电层之间。在某些实施方案中，可以提供第一和第二慢波传播层，其中第一慢波传播层布置在压电层的第一表面与第一导波限制结构之间，并且其中第二慢波传播层布置在压电层的第二表面与第二导波限制结构之间。在某些实施方案中，至少一个(或每个)慢波传播层包括与至少一个导波限制结构的每层厚度不同的厚度。在某些实施方案中，多个电极布置在至少一个慢波传播层中并且与单晶压电层接触。在某些实施方案中，第一IDT包括第一极性的第一组电极、以及与第一极性相反的第二极性的第二组电极。在某些实施方案中，第二组电极可以布置在压电层中的多个凹陷区中，并且被布置成与第一组电极非共面。在某些实施方案中，至少一个功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电系统(MEMS)导波装置，其包括：单晶压电层；多个电极，其布置在所述单晶压电层中或所述单晶压电层上，并且被配置用于转换所述单晶压电层中的横向声波；以及至少一个导波限制结构，其被布置成接近所述单晶压电层，并且被配置成将具有波长λ的横向激发波限制在所述单晶压电层中，其中所述至少一个导波限制结构中的每个导波限制结构包括小于5λ的厚度，并且所述至少一个导波限制结构包括快波传播层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.17 US 62/093184;2014.12.18 US 62/0937531.一种微机电系统(MEMS)导波装置，其包括：单晶压电层；多个电极，其布置在所述单晶压电层中或所述单晶压电层上，并且被配置用于转换所述单晶压电层中的横向声波；以及至少一个导波限制结构，其被布置成接近所述单晶压电层，并且被配置成将具有波长λ的横向激发波限制在所述单晶压电层中，其中所述至少一个导波限制结构中的每个导波限制结构包括小于5λ的厚度，并且所述至少一个导波限制结构包括快波传播层。2.根据权利要求1所述的MEMS导波装置，其中所述单晶压电层包含铌酸锂或钽酸锂中的至少一种。3.根据权利要求1所述的MEMS导波装置，其包括在所述单晶压电层与所述装置的至少一个下层之间的粘结界面。4.根据权利要求3所述的MEMS导波装置，其中所述至少一个下层包括以下中的至少一个：(i)所述至少一个导波限制结构中的导波限制结构，或(ii)布置在所述单晶压电层与所述至少一个导波限制结构中的导波限制结构之间的任选提供的慢波传播层。5.根据权利要求1所述的MEMS导波装置，其中：所述单晶压电层包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；以及所述至少一个导波限制结构包括接近所述第一表面的第一导波限制结构，并且包括接近所述第二表面的第二导波限制结构。6.根据权利要求5所述的MEMS导波装置，其中所述第一导波限制结构包括所述快波传播层，并且所述第二导波限制结构另一个快波传播层。7.根据权利要求5所述的MEMS导波装置，其中所述第一导波限制结构或所述第二导波限制结构中的一个包括所述快波传播层，并且所述第一导波限制结构或所述第二导波限制结构中的另一个包括布拉格反射镜。8.根据权利要求5所述的MEMS导波装置，其还包括布置在所述第一表面与所述第一导波限制结构之间的第一慢波传播层、以及布置在所述第二表面与所述第二导波限制结构之间的第二慢波传播层。9.根据权利要求1所述的MEMS导波装置，其还包括布置在所述单晶压电层与所述至少一个导波限制结构之间的至少一个慢波传播层。10.根据权利要求9所述的MEMS导波装置，其中所述至少一个慢波传播层包括与所述至少一个导波限制结构的每层厚度不同的厚度。11.根据权利要求9所述的MEMS导波装置，其中所述多个电极包括布置在所述至少一个慢波传播层中并且布置成与所述单晶压电层接触的多个电极。12.根据权利要求11所述的MEMS导波装置，其中：所述多个电极包括叉指式换能器(IDT)，所述叉指式换能器包括第一极性的第一组电极、以及与所述第一极性相反的第二极性的第二组电极；以及所述第二组电极与所述第一组电极是非共面的。13.根据权利要求1所述的MEMS导波装置，其中：所述多个电极包括叉指式换能器(IDT)，所述叉指式换能器包括第一极性的第一组电极、以及与所述第一极性相反的第二极性的第二组电极；所述单晶压电层包括多个凹陷区；以及所述第二组电极布置在所述多个凹陷区中，使得所述第二组电极与所述第一组电极是非共面的。14.根据权利要求1所述的MEMS导波装置，其还包括至少部分地覆盖所述多个电极的至少一个功能层。15.根据权利要求1所述的MEMS导波装置，其中所述单晶压电层包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，并且其中所述多个电极包括布置在所述第一表面上的第一叉指式换能器(IDT)，并且包括布置在所述第二表面上的第二IDT。16.根据权利要求1所述的MEMS导波装置，其中所述多个电极包括至少部分地嵌入所述单晶压电层中的叉指式换能器(IDT)。17.根据权利要求1所述的MEMS导波装置，其中：所述单晶压电层包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；组合的所述多个电极和所述单晶压电层包括周期性极化换能器，其中所述单晶压电层包括多个横向交替的不同极性区，并且其中所述多个电极包括布置在所述第一表面上的第一固体金属电极，并且包括布置在所述第二表面上的第二固体金属电极；以及在所述周期性极化换能器与所述至少一个导波限制结构之间存在至少一个慢波传播层。18.根据权利要求1所述的MEMS导波装置，其中：所述多个电极包括第一电极的分段层，并且包括第二电极的基本上连续层；所述单晶压电层包括分段单晶压电层；以及所述分段单晶压电层布置在第一电极的所述分段层与所述第二电极的所述基本上连续层之间，其中所述分段单晶压电层的段基本上与第一电极的所述分段层的段对准。19.根据权利要求18所述的MEMS导波装置，其包括第一电极的所述分段层的段之间的间隙，其中所述间隙至少部分地填充有慢波传播材料。20.根据权利要求18所述的MEMS导波装置，其中：所述至少一个导波限制结构包括第一导波限制结构和第二导波限制结构；第一电极的所述分段层的段之间的间隙、以及所述分段单晶压电层的段之间的间隙填充有慢波传播材料；以及所述多个电极、所述分段单晶压电层、以及所述慢波传播材料布置在所述第一导波限制结构与所述第二导波限制结构之间。21.根据权利要求20所述的MEMS导波装置，其还包括在第一电极的所述分段层与所述第一导波限制结构或所述第二导波限制结构中的至少一个之间的至少一个慢波传播材料层。22.根据权利要求1所述的MEMS导波装置，其中：所述单晶压电层包括第一厚度区和第二厚度区，其中所述第一厚度区的厚度与所述第二厚度区的厚度不同；以及所述多个电极包括第一多个电极，其布置在所述第一厚度区上或邻近所述第一厚度区，并且被配置成用于在所述第一厚度区中转换具有波长λ1的第一横向声波，并且包括第二多个电极，其布置在所述第二厚度区上或邻近所述第二厚度区，并且被配置用于在所述第二厚度区中转换具有波长λ2的第二横向声波，其中λ2与λ1不同。23.根据权利要求22所述的MEMS导波装置，其中所述第一多个电极包括第一叉指式换能器，并且所述第二多个电极包括第二叉指式换能器。24.根据权利要求23所述的MEMS导波装置，其还包括在所述至少一个导波限制结构与所述单晶压电层的至少一部分之间的温度补偿层。25.根据权利要求24所述的MEMS导波装置，其中所述温度补偿层包括接近所述第一厚度区的第一温度补偿层厚度，并且包括接近所述第二厚度区的第二温度补偿层厚度。26.根据权利要求22所述的MEMS导波装置，其中所述第一多个电极与所述第二多个电极是非共面的。27.根据权利要求1所述的MEMS导波装置，其还包括载体衬底，所述载体衬底包括大于5λ的厚度，其中所述至少一个导波限制结构中的导波限制结构被布置在所述载体衬底与所述单晶压电层之间。28.根据权利要求1所述的MEMS导波装置，在缺乏载体衬底的情况下，其包括大于5λ的厚度，其中所述导波装置包括板波装置。29.一种微机电系统(MEMS)导波装置，其包括：单晶压电层；多个电极，其布置在所述单晶压电层中或所述单晶压电层上，并且被配置用于转换所述单晶压电层中的横向声波；至少一个慢波传播层；以及至少一个导波限制结构，其被布置成接近所述单晶压电层并且被配置成将横向激发波限制在所述单晶压电层中；其中所述至少一个导波限制结构包括布拉格反射镜，并且其中所述布拉格反射镜通过所述至少一个慢波传播层中的慢波传播层与所述单晶压电层分离。30.根据权利要求29所述的MEMS导波装置，其中所述布拉格反射镜包括至少一组至少一个低阻抗层和至少一个高阻抗层，并且所述至少一个低阻抗层与所述至少一个高阻抗层顺序地布置在所述至少一个组中。31.根据权利要求29所述的MEMS导波装置，其包括在所述单晶压电层与所述装置的至少一个下层之间的粘结界面。32.根据权利要求29所述的MEMS导波装置，其中所述至少一个下层包括以下中的至少一个：(i)所述布拉格反射镜或(ii)所述慢波传播层。33.根据权利要求29所述的MEMS导波装置，其中所述单晶压电层包含铌酸锂或钽酸锂中的至少一种。34.根据权利要求29所述的MEMS导波装置，其中：所述单晶压电层包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；以及所述至少一个导波限制结构包括接近所述第一表面的第一导波限制结构，并且包括接近所述第二表面的第二导波限制结构。35.根据权利要求34所述的MEMS导波装置，其中所述第一导波限制结构包括第一布拉格反射镜，并且所述第二导波限制结构包括第二布拉格反射镜。36.根据权利要求34所述的MEMS导波装置，其中所述第一导波限制结构或所述第二导波限制结构中的一个包括所述布拉格反射镜，并且所述第一导波限制结构或所述第二导波限制结构中的另一个包括快波传播层。37.根据权利要求34所述的MEMS导波装置，其中所述至少一个慢波传播层包括第一慢波传播层和第二慢波传播层，其中所述第一慢波传播层布置在所述第一表面与所述第一导波限制结构之间，并且所述第二慢波传播层布置在所述第二表面与所述第二导波限制结构之间。38.根据权利要求34所述的MEMS导波装置，其中：所述至少一个导波限制结构包括第一导波限制结构和第二导波限制结构；以及所述多个电极、所述单晶压电层、以及所述至少一个慢波传播层布置在所述第一导波限制结构与所述第二导波限制结构之间。39.根据权利要求29所述的MEMS导波装置，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：K巴塔查吉，
申请(专利权)人：QORVO美国公司，
类型：发明
国别省市：美国,US