一种薄膜体声波谐振器制造技术

本发明专利技术涉及通信领域，提供一种薄膜体声波谐振器，包括位置关系依次相连的顶电极、压电层、底电极、声反射结构、基底以及厚度大于预设值的温度补偿层；其中，所述温度补偿层还用于调节所述薄膜体声波谐振器的面积。本发明专利技术与现有技术相比，使得薄膜体声波谐振器在具有较高机电耦合系数的同时，能够使其温度频率漂移系数保持不变，并且还可以使得薄膜体声波谐振器的面积增大。

A Thin Film Bulk Acoustic Resonator

The invention relates to the field of communication, and provides a thin film bulk acoustic wave resonator, which comprises a top electrode, a piezoelectric layer, a bottom electrode, an acoustic reflection structure, a substrate and a temperature compensation layer whose thickness is larger than the preset value, in which the temperature compensation layer is also used to adjust the area of the thin film bulk acoustic wave resonator. Compared with the prior art, the thin film bulk acoustic resonator has higher electromechanical coupling coefficient, can keep its temperature frequency drift coefficient unchanged, and can also increase the area of the thin film bulk acoustic resonator.

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜体声波谐振器
本专利技术涉及通信领域，特别地涉及一种薄膜体声波谐振器。
技术介绍
近年来随着无线通讯技术的不断发展，薄膜体声波谐振器在射频前端应用中的优势越来越明显，其中薄膜体声波谐振器是体声波器件的基本组成部分。该类型谐振器是一种基于压电技术的元器件，其尺寸极小，比单纯以电磁波为传播信号的元器件尺寸小4～5个数量级；插损小，Q值高(可达1000以上)(Q值即品质因数值)，工作频率高，可承受的功率容量比声表面波器件更大；并且可以与CMOS(CMOS为互补金属氧化物半导体的英文缩写)工艺兼容。鉴于以上优点薄膜体声波谐振器技术迅速占领了射频通信市场。同时，在传感器领域如生化检测等方面也有着广阔的应用前景。薄膜体声波谐振器是一种利用声波谐振实现相同频率的电信号选频的谐振器，其核心部分是由顶电极-压电层-底电极三明治结构组成的，它一般工作在能陷-厚度振动模式。薄膜体声波谐振器的压电层、金属或电介层的厚度以及其内的声速都随温度的变化而变化，因此压电声波谐振器的谐振频率也随温度的变化而变化。尽管各层随温度变化而产生的厚度膨胀或收缩会影响谐振频率，但各层内声波传播速度随温度的改变是影响压电声波谐振器谐振频率随温度改变的主要原因。目前应用在压电声波谐振器中的大部分材料都呈现出负的温度系数，即随温度的升高声速会变小，因为材料在较高温下会变“软化”(例如，跨原子力被减弱)。跨原子力的减小会导致材料弹性系数的减小，从而减小声速。由压电声波谐振器构成的射频(RF)滤波器通常有一个通带频率响应，压电声波谐振器的频率温度系数(TCF)会降低射频(RF)滤波器的制造良率，因为由压电声波谐振器所构成的设备或器件只有在一定温度范围内才能满足通带带宽的要求。为了得到低的频率温度系数，一种常用的方法是在压电声波谐振器层叠结构中增加温度补偿层，具体可以是增加一层二氧化硅(SiO2)温度补偿层材料。同时，在薄膜体声波谐振器的性能指标中，机电耦合系数(Kt)值是谐振器的一项重要参数，这项参数代表了谐振器转换机械能和电能的能力。为了提高谐振器的机电耦合系数，一种常用的方法为在压电材料中掺杂稀土元素。但是，如图1所示(横轴为Sc的掺杂量，纵轴为温度频率漂移系数)，随着谐振器压电层中掺杂的稀土元素含量的增多(图1中的稀土元素为钪Sc)，会导致谐振器的温度频率漂移系数的恶化，同时也会伴随着谐振器面积的减小，而谐振器面积减小时会导致谐振器有效区域中泄露的能量增加，因而使其Q降低并且会导致谐振器中杂波的增多。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种薄膜体声波谐振器，使得薄膜体声波谐振器在具有较高机电耦合系数的同时，能够使其温度频率漂移系数保持不变，并且还可以使薄膜体声波谐振器的面积增大。为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供了一种薄膜体声波谐振器，包括位置关系依次相连的顶电极、压电层、底电极、声反射结构、基底以及厚度大于预设值的温度补偿层；其中，所述温度补偿层还用于调节所述薄膜体声波谐振器的面积。本专利技术中温度补偿层的厚度大于预设值，即通过增加温度补偿层的厚度，来弥补因压电层随掺杂稀土元素含量的增多而导致温度补偿层的温度频率漂移系数恶化的情形，最终能够使得薄膜体声波谐振器的温度频率漂移系数基本保持不变。由于在增加温度补偿层的厚度的同时，会导致薄膜体声波谐振器机电耦合系数的降低，结合
技术介绍
的原理可知，当减小薄膜体声波谐振器的机电耦合系数时，会使得薄膜体声波谐振器的面积变大。从而可以减小薄膜体声波谐振器由于面积过小而导致的能量泄露，提高了薄膜体声波谐振器的Q值，同时能够减小杂波的产生。即通过增加温度补偿层的厚度，能够使得薄膜体声波谐振器在具有较高机电耦合系数的同时，保持其温度频率漂移系数不变，并且还可以使得薄膜体声波谐振器的面积增大。可选的，所述压电层掺杂有稀土元素。可选的，所述稀土元素为以下任意一种或其任意组合：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇以及钪。可选的，所述温度补偿层位于所述压电层之中。可选的，所述温度补偿层为两层；其中一层温度补偿层位于所述顶电极之中，另一层温度补偿层位于所述压电层之中。可选的，所述温度补偿层为两层；其中一层温度补偿层位于所述底电极之中，另一层温度补偿层位于所述压电层之中。可选的，所述压电层的其中一部分掺杂有稀土元素；所述温度补偿层位于掺杂有稀土元素的部分压电层中。可选的，所述压电层在该压电层的厚度方向上掺杂不同比例的稀土元素。可选的，由所述底电极至所述顶电极的方向上掺杂的稀土元素的比例越来越高。可选的，由所述底电极至所述顶电极的方向上掺杂的稀土元素的比例越来越低。可选的，所述顶电极具有桥翼结构，所述桥翼结构的尾部与所述压电层之间具有空气隙，并且所述桥翼结构对应位于所述声反射结构内部；和/或，所述顶电极具有桥部结构，且所述桥部结构的中心与所述压电层之间具有空气隙。可选的，所述声反射结构为声学镜。可选的，所述声学镜位于所述基底的上表面或嵌于所述基底的内部。附图说明附图用于更好地理解本专利技术，不构成对本专利技术的不当限定。其中：图1是现有技术稀土元素的掺杂量与温度补偿系数的坐标图；图2是第一实施方式中薄膜体声波谐振器的结构示意图；图3是第二实施方式中薄膜体声波谐振器的结构示意图；图4是第二实施方式中薄膜体声波谐振器的另一结构示意图；图5是第二实施方式中薄膜体声波谐振器的另一结构示意图；图6是第二实施方式中薄膜体声波谐振器的另一结构示意图；图7是第二实施方式中薄膜体声波谐振器的另一结构示意图；图8是第三实施方式中薄膜体声波谐振器的结构示意图；图9是第四实施方式中薄膜体声波谐振器的结构示意图；图10是第五实施方式中薄膜体声波谐振器的结构示意图；图11是第六实施方式中薄膜体声波谐振器的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本专利技术各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。本专利技术的第一实施例涉及一种薄膜体声波谐振器。如图2所示，薄膜体声波谐振器包括位置关系依次相连的顶电极201、压电层202、底电极203、声反射结构204、基底205以及厚度大于预设值的温度补偿层206。其中，所述温度补偿层206用于调节所述薄膜体声波谐振器的面积。所述温度补偿层206位于所述压电层202之中。所述温度补偿层为两层，其材料可以相同也可以不同。其中，所述声反射结构204为声学镜。所述声学镜位于所述基底205的上表面或嵌于所述基底205的内部。在图2中声学镜为嵌入基底205中的空腔所构成，但是任何其它的声学镜结构如布拉格反射器也同样适用。值得一提的是，顶电极201和底电极203的材料可以由金(Au)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt)，钌(Ru)、铱(Ir)、钛钨(TiW)、铝(Al)、钛(Ti)等类似金属形成。压电层202的材料可以为氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)、铌酸钾(KNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等。上述压电材料为压电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括位置关系依次相连的顶电极、压电层、底电极、声反射结构、基底以及厚度大于预设值的温度补偿层；其中，所述温度补偿层还用于调节所述薄膜体声波谐振器的面积。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括位置关系依次相连的顶电极、压电层、底电极、声反射结构、基底以及厚度大于预设值的温度补偿层；其中，所述温度补偿层还用于调节所述薄膜体声波谐振器的面积。2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述压电层掺杂有稀土元素。3.根据权利要求2所述的谐振器，其特征在于，所述压电层的材料成分为氮化铝，所述氮化铝中掺杂稀土元素。4.根据权利要求2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述稀土元素为以下任意一种或其任意组合：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇以及钪。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述温度补偿层位于所述压电层之中；其中，所述温度补偿层为两层，两层所述温度补偿层的材料相同或不同。6.根据权利要求1至4中任意一项所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述温度补偿层为两层；其中一层温度补偿层位于所述顶电极之中，另一层温度补偿层位于所述压电层之中。7.根据权利要求1至4中任意一项所述的薄膜体声波谐振器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张孟伦，庞慰，杨清瑞，
申请(专利权)人：天津大学，诺思天津微系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：天津,12