具有隔热结构的薄膜体声波谐振器及其制备方法技术

具有隔热结构的薄膜体声波谐振器及其制备方法涉及微机电系统技术领域，解决了对红外辐射的响应度低的问题。FBAR包括基底、隔热结构、底电极、压电层和顶电极，基底上设有凹槽，底电极通过隔热结构连接基底，底电极位于凹槽的上方，底电极在凹槽底面所在的平面上的正投影落在凹槽底面上，压电层位于底电极上，顶电极位于压电层上。方法为在基底上制备凹槽；凹槽内填充牺牲层；在牺牲层上制备底电极和隔热结构；在底电极上制备压电层；在压电层上制备顶电极；腐蚀牺牲层，重新得到凹槽。本发明专利技术采用隔热结构将底电极和基底进行隔热，减小等效热导，提高了红外探测器传感灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
具有隔热结构的薄膜体声波谐振器及其制备方法
本专利技术涉及微机电系统
，具体涉及具有隔热结构的薄膜体声波谐振器及其制备方法。
技术介绍
非制冷型红外探测器也叫室温探测器，可在室温条件下工作而无需庞大、昂贵的制冷机构，因此具有低成本、易于便携等优点。近年来，随着微纳传感技术的发展，薄膜体声波谐振器(FBAR)的应用也扩展到非制冷红外探测器领域。一方面，FBAR通常具有微型的尺寸，所以其抗外界干扰能力更强；另一方面，FBAR通常工作在谐振模拟，且具有很高的品质因数，所以器件表现出很高的灵敏度；以上两个方面促使基于FBAR的非制冷红外探测器表现出优秀的信噪比指标。另外，FBAR采用频率读出电路方式，该种方式可以有效抑制闪烁噪声(1/f噪声)。因此，基于FBAR的非洲红外探测器具有高灵敏度、低噪声的优点。然而，目前FBAR的器件结构通过支持层与基底连接，如图1和图2所示，该结构容易引起热量流失(等效热导大)。当一定强度的红外辐射照射在FBAR器件表面时，被吸收的红外辐射转换成热量，使FBAR器件温度升高，其谐振频率漂移。但是由于传统结构的FBAR等效热导较大，热量很容易传到给基底，造成FBAR器件的温升很小，进而降低了器件对红外辐射的响应度。
技术实现思路
为了解决上述的问题，本专利技术提供具有隔热结构的薄膜体声波谐振器及其制备方法。具有隔热结构的薄膜体声波谐振器，包括基底、隔热结构、底电极、压电层和顶电极，所述基底上设有凹槽，所述底电极通过隔热结构连接基底，底电极位于凹槽的上方，底电极在凹槽底面所在的平面上的正投影落在凹槽底面上，所述压电层位于底电极上，所述顶电极位于压电层上。具有隔热结构的薄膜体声波谐振器的制备方法，包括如下步骤：S1、提供基底；S2、在基底上制备凹槽；S3、利用牺牲层材料填充凹槽得到初始牺牲层，所述初始牺牲层的厚度大于凹槽的深度；S4、磨平基底上表面和初始牺牲层上表面，得到牺牲层，所述牺牲层上表面和基底上表面位于同一平面内；S5、在牺牲层上制备底电极和隔热结构；S6、在底电极上制备压电层；S7、在压电层上制备顶电极；S8、腐蚀牺牲层，重新得到凹槽，薄膜体声波谐振器制备完成。本专利技术的有益效果是：本专利技术的具有隔热结构的薄膜体声波谐振器，提供了一种提高基于FBAR的非制冷红外探测器的传感灵敏度的结构。通过采用隔热结构将底电极和基底进行隔热，减小等效热导，提高响应度。其制备方法简单。附图说明图1为传统FBAR的结构示意图。图2为传统FBAR的剖面示意图。图3为本专利技术具有隔热结构的薄膜体声波谐振器的实施方式一的FBAR结构示意图。图4为本专利技术实施方式一的FBAR制备步骤S1的流程结构图。图5为本专利技术实施方式一的FBAR制备步骤S2的流程结构图。图6为本专利技术实施方式一的FBAR制备步骤S3的流程结构图。图7为本专利技术实施方式一的FBAR制备步骤S4的流程结构图。图8为本专利技术实施方式一的FBAR制备步骤S5的流程结构图。图9为本专利技术实施方式一的FBAR制备步骤S6和S7的流程结构图。图10为本专利技术实施方式一的FBAR制备步骤S8的流程结构图。图11为本专利技术具有隔热结构的薄膜体声波谐振器的实施方式二的FBAR结构示意图。图12为本专利技术实施方式二的FBAR制备步骤S1的流程结构图。图13为本专利技术实施方式二的FBAR制备步骤S2的流程结构图。图14为本专利技术实施方式二的FBAR制备步骤S3的流程结构图。图15为本专利技术实施方式二的FBAR制备步骤S4的流程结构图。图16为本专利技术实施方式二人的FBAR制备步骤S5的流程结构图。图17为本专利技术实施方式二的FBAR制备步骤S6和S7的流程结构图。图18为本专利技术实施方式二的FBAR制备步骤S8的流程结构图。图中：1、顶电极，2、压电层，3、底电极，4、基底，5、凹槽，6、隔热结构，7、初始牺牲层，8、牺牲层，9、空腔。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。具有隔热结构的薄膜体声波谐振器，包括基底4、隔热结构6、底电极3、压电层2和顶电极1。基底4上设有凹槽5，底电极3通过隔热结构6连接基底4，底电极3位于凹槽5的上方，底电极3在凹槽5底面所在的平面上的正投影落在凹槽5底面上。压电层2位于底电极3上，顶电极1位于压电层2上。底电极3、压电层2和顶电极1位置自下到上，形成FBAR的三明治结构主体。凹槽5对应传统的空腔9结构，凹槽5位于基底4内、且与底电极3对应的位置。优选的是凹槽5底面面积大于底电极3底面面积，如图3和图11，凹槽5横截面为正方形，底电极3横截面为正方形，凹槽5横截面面积大于底电极3横截面面积，横截面平行于基底4上表面。底电极3在凹槽5底面所在的平面上的正投影全部或部分落在凹槽5底面上，进一步优选的是底电极3在凹槽5底面所在的平面上的正投影全部落在凹槽5底面上。隔热结构6可分为两种：实施方式一是隔热结构6通过连接底电极3的侧面边缘实现底电极3与基底4的连接，如图3，图3中底电极3在凹槽5底面所在的平面上的正投影全部落在凹槽5底面上，即全部落在凹槽5内，隔热结构6和底电极3的材料相同；隔热结构6形状不限，例如条形，可以是多个连接块，底电极3的侧面边缘通过隔热结构6连接底电极3，隔热结构6与底电极3一体成型。隔热结构6同时起到对底电极3支撑作用。另实施方式即实施方式二是隔热结构6通过连接底电极3下表面实现底电极3与基底4的连接，底电极3位于隔热结构6上，底电极3下表面连接隔热结构6，优选的是底电极3在凹槽5底面所在的平面上的正投影全部落在凹槽5底面上，如图11所示，图11中凹槽5底面面积大于底电极3底面面积。隔热结构6形状不限，可以为每个边上有条形连接块的方形块，底电极3位于方形块的上面，隔热结构6同时起到对底电极3支撑作用。本专利技术的具有隔热结构的薄膜体声波谐振器，提供了一种提高基于FBAR的非制冷红外探测器的传感灵敏度的结构。通过采用隔热结构6将底电极3和基底4进行隔热，减小等效热导，提高响应度。通过隔热结构对FBAR进行支撑，减小了FBAR与基底的接触面积，进而减小FBAR谐振工作时声波能量向基底的传播损耗，提高了FBAR的Q值及其性能。同时，该结构有助于抑制FBAR边缘的寄生模式。由于凹槽5底面面积大于底电极3底面面积，在该表面声波完全反射回FBAR的体内，该结构限制了声波能量的损失，有助于减小器件的功耗、提高FBAR的性能。压电层2的材料通常采用AlN、ZnO、LiNbO3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有隔热结构的薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括基底(4)、隔热结构(6)、底电极(3)、压电层(2)和顶电极(1)，所述基底(4)上设有凹槽(5)，所述底电极(3)通过隔热结构(6)连接基底(4)，底电极(3)位于凹槽(5)的上方，底电极(3)在凹槽(5)底面所在的平面上的正投影落在凹槽(5)底面上，所述压电层(2)位于底电极(3)上，所述顶电极(1)位于压电层(2)上。/n

【技术特征摘要】
1.具有隔热结构的薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括基底(4)、隔热结构(6)、底电极(3)、压电层(2)和顶电极(1)，所述基底(4)上设有凹槽(5)，所述底电极(3)通过隔热结构(6)连接基底(4)，底电极(3)位于凹槽(5)的上方，底电极(3)在凹槽(5)底面所在的平面上的正投影落在凹槽(5)底面上，所述压电层(2)位于底电极(3)上，所述顶电极(1)位于压电层(2)上。


2.如权利要求1所述的具有隔热结构的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述凹槽(5)底面面积大于底电极(3)底面面积。


3.如权利要求1所述的具有隔热结构的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述隔热结构(6)通过连接底电极(3)的侧面边缘实现底电极(3)与基底(4)的连接。


4.如权利要求3所述的具有隔热结构的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述底电极(3)在凹槽(5)底面所在的平面上的正投影全部落在凹槽(5)底面上。


5.如权利要求3所述的具有隔热结构的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述隔热结构(6)和底电极(3)的材料相同。


6.如权利要求1所述的具有隔热结构的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述隔热结构(6)通过连接底电极(3)下表面实现底电极(3)与基底(4)的连接。


7.如权利要求6所述的具有隔热结构的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述底电极(3)在凹槽(5)底面...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶金，吕金光，梁静秋，王惟彪，秦余欣，王浩冰，王家先，赵永周，李阳，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22