一种薄膜腔声谐振器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种薄膜腔声谐振器，包括：硅衬底，所述硅衬底上设有空腔；电极层，包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层设为石墨烯薄膜，所述第一电极层和第二电极层依次设在所述硅衬底上方，所述第一电极层和第二电极层的水平面积均小于所述硅衬底的水平面积，所述第一电极层与第二电极层在水平面上的正投影只在所述空腔处相重合；压电层，设在所述第一电极层与第二电极层之间。本实用新型专利技术采用石墨烯薄膜作为电极层，减小电极厚度，可提升谐振器的Q值和有效机电耦合系数，从而提高信号转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜腔声谐振器
本技术涉及薄膜腔声谐振领域，尤其涉及一种薄膜腔声谐振器。
技术介绍
随着5G的到来，增加了新的频段应用于5G，而这些频段都是高频端，分别为n41，n78和n79，而其中最低的n41应用频率也在2496MHz，超过2GHz，近2.5GHz，此时普遍的SAW滤波器已经很难满足频率适用了，因此使用FBAR滤波器是目前最佳的解决方案。FBAR(filmbulkacousticresonator，薄膜腔声谐振)是具有压电效应材料和能够形成(逆)压电效应结构的所构造的元器件。而FBAR的工作原理是：在电极-压电材料-电极组成的堆叠核心结构中，通过在电极施加电压，压电材料产生形变；而当施加的是交变电压时，此时结构会产生压电效应。这个过程中，电能转化成机械能，通过声波在结构中传播，而在引起振动的同时，振动也会产生电信号，即通过逆压电效应，将机械能转化成电能信号进行输出。压电效应和逆压电效应同时存在，相互作用，并在相互作用的过程能够产生谐振，从而把信号选择出来。FBAR通过级联可以形成滤波效果，即FBAR滤波器。FBAR滤波器具有低插损，高频率选择性等优点，但目前的FBAR器件因其电极本身存在一定厚度，相当于延长了声波路径，使得引起频偏；且传统电极材料的阻抗与厚度也有关联，因此在设计中增加了一些不确定的变量，使得设计变得困难。其次，对于目前的FBAR来说，Q值和kt2(有效机电耦合系数)是两个关键，但在一定程度上，Q值和kt2存在着相互制约，当提升Q值，kt2将会降低，而如果为了增加kt2，那么Q值将会做出牺牲，使得谐振器的传输特性无法提高。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种薄膜腔声谐振器，采用石墨烯薄膜作为电极层，减小电极厚度，可提升谐振器的Q值和有效机电耦合系数，从而提高信号转换效率。本技术的目的采用如下技术方案实现：一种薄膜腔声谐振器，包括：硅衬底，所述硅衬底上设有空腔；电极层，包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层设为石墨烯薄膜，所述第一电极层和第二电极层依次设在所述硅衬底上方，所述第一电极层和第二电极层的水平面积均小于所述硅衬底的水平面积，所述第一电极层与第二电极层在水平面上的正投影只在所述空腔处相重合；压电层，设在所述第一电极层与第二电极层之间。进一步地，所述空腔的内侧壁均与所述空腔的底面之间设有80°～88°的倾角。进一步地，所述空腔的四周设有多个开槽，每个所述开槽向上延伸并贯穿所述压电层，使所述开槽显露于所述压电层外，与外界大气相连通。进一步地，所述第一电极层和所述第二电极层分别从所述压电层的两端开始延伸并完全覆盖所述空腔的正上方。进一步地，所述第一电极层的水平面积大于第二电极层的水平面积。进一步地，所述第二电极层设为石墨烯薄膜或金属层。相比现有技术，本技术的有益效果在于：采用石墨烯薄膜作为电极，对声学传播路径的处理可简单化，能够准确预测到实际工作的频率；同时石墨烯具有优良的导电性和导热性，可以使得FBAR的Q值提高，还可增加功率容量；此外，石墨烯材料有很好的粘附性和韧性，且自身损耗较小，在信号的转换中，效率会提高，因此FBAR会具有更好的有效机电耦合系数。附图说明图1为本技术的薄膜腔声谐振器的侧面结构示意图；图2为本技术的薄膜腔声谐振器的俯视结构示意图。图中：101、硅衬底；102、空腔；103、第一电极层；104、压电层；105、第二电极层；106、开槽。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。一种薄膜腔声谐振器，在本实施例中，如图1、图2所示，设有硅衬底101，所述硅衬底101设为高阻硅，其电阻率在10000Ω以上，使用硅作为FBAR的衬底，一方面硅材料目前技术水平较成熟，另一方面在工艺上有很多优良性。但硅中可能含有其他杂质或其他原因，电阻率不高，便会有部分能量耦合其中，导致Q值降低，因此衬底硅要是高阻硅。所述硅衬底101的表面经过刻蚀形成一空腔102，一方面预留空间使电极层振动，另一方面形成声波传播界面，使声波全反射，不往外泄露传播。而在本实施例中，所述空腔102内需要填充和释放牺牲层，因此将所述空腔102的内侧壁设有倾角，即所述空腔102的内侧壁与所述空腔102的底面之间具有80°～88°的倾角。与此同时，为了加快后续牺牲层的释放，在所述空腔102的四周设有多个开槽106，每个所述开槽106向上延伸并贯穿所述压电层104，使所述开槽106显露于所述压电层104外，与外界大气相连通；同时也可在第一电极上设有开槽106，使得所述空腔102可贯穿第一电极和压电层104直接与外界大气相连通，当后续需要将释放牺牲层时，将谐振器整体投入丙酮以及稀释的氢氟酸溶液浸泡，浸泡过程中溶液顺着开槽106进入所述空腔102内对牺牲层进行腐蚀，从而去掉所述空腔102内的牺牲层，还原所述空腔102结构。在该空腔102之上，是FBAR有效谐振区域，而要形成FBAR，有一个很关键结构，第一电极，第二电极，以及被第一和第二电极夹持在中间的压电层104。压电层104内会激发出一定频率的声波，会和电极层一同会形成声波传播路径，这是压电效应所表现的，而在机械能转换成电能，需要导体传输信号，因此需要电极。电极层包括第一电极层103和第二电极层105，所述第一电极层103设为石墨烯薄膜，石墨烯材料具有优良的导电性，非常好的热传导性，坚固强韧，用来做FBAR电极，可以获得很好的Q值，可以做得很薄，对于获得更好的kt2，以及对于设计中频率的控制来说，都将有很大改善，而热传导性优良，对于使用功率的提高也有很大帮助。所述第一电极层103和第二电极层105依次设在所述硅衬底101上方，并在所述第一电极层103与第二电极层105之间设有压电层104。所述压电层104的水平面积与所述硅衬底101的水平面积相同，所述第一电极层103和第二电极层105的水平面积均小于所述压电层104的水平面积；且在本实施例中，所述第一电极层103从所述压电层104下表面的左侧开始并延伸至完全覆盖所述空腔102为止，而所述第二电极层105从所述压电层104的上表面的右侧开始并延伸至完全遮挡所述空腔102的正上方，使得所述第一电极层103与第二电极层105在水平面上的正投影只在所述空腔102处相重合，即只有在所述空腔102正上方的FBAR有效谐振区域的电极-压电层104-电极的层叠结构完整，而在所述空腔102外的位置，电极-压电层104-电极的层叠结构不完整，使得FBAR有效谐振区没有和硅衬底101接触，保持工作特性。所述压电层104中有压电效应，存在机械能和电能的相互转换，这里的机械表现为振动，即包括压电层104，以及加持压电层104的第一和第二电极会沿Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜腔声谐振器，其特征在于，包括：/n硅衬底，所述硅衬底上设有空腔；/n电极层，包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层设为石墨烯薄膜，所述第一电极层和第二电极层依次设在所述硅衬底上方，所述第一电极层和第二电极层的水平面积均小于所述硅衬底的水平面积，所述第一电极层与第二电极层在水平面上的正投影只在所述空腔处相重合；/n压电层，设在所述第一电极层与第二电极层之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄膜腔声谐振器，其特征在于，包括：
硅衬底，所述硅衬底上设有空腔；
电极层，包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层设为石墨烯薄膜，所述第一电极层和第二电极层依次设在所述硅衬底上方，所述第一电极层和第二电极层的水平面积均小于所述硅衬底的水平面积，所述第一电极层与第二电极层在水平面上的正投影只在所述空腔处相重合；
压电层，设在所述第一电极层与第二电极层之间。


2.根据权利要求1所述的薄膜腔声谐振器，其特征在于，所述空腔的内侧壁均与所述空腔的底面之间设有80°～88°的倾角。


3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：河源市众拓光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44