一种可开关式体声波滤波器制造技术

本发明专利技术公开一种可开关式体声波滤波器，所述可开关式体声波滤波器包括若干个串联的体声波谐振器和若干个并联的体声波谐振器；所述体声波谐振器包括第一金属层、压电层和第二金属层；压电层位于第一金属层和第二金属层的中间。所述第一金属层材料为高功函数金属。所述第二金属层材料为低声学损耗金属。所述压电层采用压电半导体材料作为压电材料。本发明专利技术的压电层中压电半导体材料上添加不同禁带宽度的三元化合物构成异质结产生二维电子气。第一金属层上的偏置电压控制二维电子气的产生与耗尽，从而达到控制谐振器开启与关闭。本发明专利技术结构简单，开启电压低且具有良好的隔离度。

【技术实现步骤摘要】
一种可开关式体声波滤波器
本专利技术涉及半导体器件领域中的射频微机电器件技术，具体涉及一种可开关式体声波滤波器。
技术介绍
随着5G时代的来临，无线通讯设备不断朝着多功能，微型化发展。这就意味着当今市场对无线通讯的关键部分射频前端要求着其更高的集成度以及更低的信号功率损耗。据Skyworks公司预计，5G成熟阶段射频前端滤波器数量会增加到100余个，开关超过30余个。现存的射频前端开关或滤波器选择器将难以应对这样高速的发展，新型快速开关器件的研发具有重要的研究价值。在射频电路中对所需的器件进行选择有两种方法：第一种方法是在不同的器件之间添加选择开关，而选择开关的添加会增加电路复杂度同时器件之间的影响无法彻底消除；第二种方法是使器件自身具有开关特性，本专利技术将采用这一种方法。目前可开关式射频声波滤波器在国内尚未有相关研究报导，但在国外已有一定的研究，已报道的可开关功能的滤波器的实现方案主要有如下几种：1、S.Li,Y.Lin,Z.RenandC.T.-.Nguyen,"AnMSIMicromechanicalDifferentialDisk-ArrayFilter,"TRANSDUCERS2007-2007InternationalSolid-StateSensors,ActuatorsandMicrosystemsConference,Lyon,2007,pp.307-311,doi:10.1109/SENSOR.2007.4300130.中提出了一种工作频率为160MHz左右的硅基射频滤波器。由于该滤波器采用静电驱动与检测的方式进行换能，只需要关闭直流偏置电压即可实现滤波器通带的关闭。虽然这种静电耦合的电容式滤波器具有理想的开关特性，并且与硅基工艺兼容，但相比压电的换能方式，其机电耦合系数太低，导致插损太大，且带宽太窄，因此无法应用于射频前端滤波器。2、Lee,Seungku,andA.Mortazawi."AnIntrinsicallySwitchableLadder-TypeFerroelectricBST-on-SiCompositeFBARFilter."IEEETransactionsonUltrasonics，Ferroelectrics,andFrequencyControl,vol.63,pp.456-462,2016.中提出了一种工作于2.5GHz的可切换BST-on-Si（硅-钛酸锶钡）复合的薄膜体声波滤波器(FBAR)，其机械品质因数为971。开启状态在直流偏置40V的情况下，其插入损耗为7.8dB，带外抑制为26dB。在关闭状态下，该滤波器的隔离度为31dB;该方案中的滤波器隔离度为31dB，开启直流偏置电压达到40V。但该方案采用了特殊的铁电材料，其较高的极化电场使得需要高偏置电压才能实现器件的开关，并且由于该材料损耗较高，导致谐振器的Q值受限。此外，由于该铁电薄膜材料生长与加工的困难，与现有集成电路工艺不兼容，难以大规模推广。3、R.A.SchneiderandC.T.-.Nguyen,"On/offswitchablehigh-Qcapacitive-piezoelectricAlNresonators,"2014IEEE27thInternationalConferenceonMicroElectroMechanicalSystems(MEMS),SanFrancisco,CA,2014,pp.1265-1268,doi:10.1109/MEMSYS.2014.6765879.提出了一种可开关式的压电MEMS谐振器。该结构的电极悬浮于压电薄膜之上，通过静电吸合使电极将压电薄膜压住破坏谐振而实现器件的关闭。该谐振器在300MHz工作频率下，品质因素可达到8800。但缺点在于静电吸合所需的开关电压较高（超过100V）。此外，由于其靠机械开关作用，可靠性较差且开关速度有限，长时间工作的可靠性存在问题。
技术实现思路
为了实现体声波滤波器良好的开关特性与隔离度以及较低开关直流偏置电压，开启电压大小与常用的CMOS集成电路电压兼容（5V以内）。本专利技术提出一种可开关式体声波滤波器，利用禁带宽度不同的压电半导体材料层和三元化合物层特性构成半导体异质结作为控制滤波器的开关部分。本专利技术至少通过如下技术方案之一实现。一种可开关式体声波滤波器，所述可开关式体声波滤波器包括若干个串联的体声波谐振器和若干个并联的体声波谐振器；所述体声波谐振器包括第一金属层、压电层和第二金属层；压电层位于第一金属层和第二金属层的中间。进一步地，所述第一金属层为高功函数的金属，并与压电层形成肖特基接触。进一步地，所述第二层金属层材料为低声学损耗的金属。所述压电层包括禁带宽度不同的压电半导体材料层和三元化合物层，所述压电半导体材料层和三元化合物层构成异质结。进一步地，所述禁带宽度不同的压电半导体材料层选择GaN（氮化镓）作为压电半导体材料，AlGaN（氮化镓铝）作为三元化合物层。进一步地，所述异质结产生二维电子气，二维电子气的产生与耗尽通过反向偏置的肖特基结来调控。进一步地，所述压电层厚度由滤波器需要过滤波段的频率决定，通过改变第一金属层、第二金属层的厚度对滤波器的过滤波段频率进行微调，通过调节第一金属层、第二金属层和压电层的厚度改变滤波器滤波的中心频率以满足工业不同需求。进一步地，所述第一金属层的高功函数金属为Ni。进一步地，所述第二金属层的低声学损耗金属为钼（Mo）或钨（W）。本专利技术中提到的压电半导体材料主要为GaN，同时运用材料的压电特性与半导体特性。利用其压电特性实现声电信号的互换，激励谐振器产生谐振，从而制作薄膜体声波谐振器。宽禁带压电半导体材料的半导体特性使它可以与禁带宽度更宽的三元化合物（常用的如AlGaN）组成异质结产生二维电子气。第一金属层采用高功函数的金属，常用的如Ni，与压电层形成肖特基接触，通过在金属层添加直流偏置可控制二维电子气的产生与耗尽，从而达到控制滤波器开关的作用。第二金属层选取声学损耗低的金属层，如钼（Mo）或钨（W）使声波良好的传输与转换。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：1)异质结作为开关器件。本专利技术同时利用压电半导体材料的压电特性与半导体特性，在体声波谐振器的宽禁带压电半导体材料上添加不同禁带宽度的三元化合物构成异质结产生二维电子气。金属层上的偏置电压控制二维电子气的产生与耗尽，从而达到控制谐振器开启与关闭。本专利技术结构简单，加工方便，制作过程不需要增加掩膜版数量；2)低电压实现开关效果。滤波器上层金属电压偏置为零时滤波器关闭，上层添加负的低直流偏置时实现滤本专利技术利用异质结作为体声波滤波器的开关部分。其结构简单，利用很低的直流偏置，就可以实现很好的隔离度，有广泛开发与应用的意义。3）滤波器的开启电压远优于现存开关滤波器的开启电压，实际工作中易于实现。附图说明图1为本实施例开关型体声波谐振器关闭状态的结构图；...

【技术保护点】
1.一种可开关式体声波滤波器，其特征在于，所述可开关式体声波滤波器包括若干个串联的体声波谐振器和若干个并联的体声波谐振器；/n所述体声波谐振器包括第一金属层、压电层和第二金属层；压电层位于第一金属层和第二金属层的中间。/n

【技术特征摘要】
1.一种可开关式体声波滤波器，其特征在于，所述可开关式体声波滤波器包括若干个串联的体声波谐振器和若干个并联的体声波谐振器；
所述体声波谐振器包括第一金属层、压电层和第二金属层；压电层位于第一金属层和第二金属层的中间。


2.根据权利要求1所述的一种可开关式体声波滤波器，其特征在于，所述第一金属层为高功函数的金属，并与压电层形成肖特基接触。


3.根据权利要求2所述的一种可开关式体声波滤波器，其特征在于，所述第二层金属层材料为低声学损耗的金属。


4.根据权利要求3所述的一种可开关式体声波滤波器，其特征在于，所述压电层包括禁带宽度不同的压电半导体材料层和三元化合物层，所述压电半导体材料层和三元化合物层构成异质结。


5.根据权利要求4所述的一种可开关体声波滤波器，其特征在于，所述禁带宽度不同的压电...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱浩慎，许霄彤，薛泉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44