一种声波谐振器及其制备方法技术

本申请涉及一种声波谐振器及其制备方法，制备方法包括：获取支撑衬底；在支撑衬底上通过离子束剥离和键合法形成单晶薄膜层；在单晶薄膜层上外延形成高声速层；在高声速层上形成压电层；在压电层上形成图案化电极；其中，高声速层中传播的体波声速大于压电层中传播的目标弹性波声速。本申请通过在压电层下设置高声速层，可以有效提高器件的工作频率和品质因子；且利用离子束剥离和键合技术可重复转移价格昂贵或无法直接在衬底上外延得到的单晶薄膜层，如此，可以降低制备成本；同时利用外延技术在单晶薄膜层上沉积高声速层，得到约束声波能量的最佳厚度的高声速层，如此，可以提高声波谐振器的带宽和品质因子。

【技术实现步骤摘要】
一种声波谐振器及其制备方法
本申请涉及半导体
，特别涉及一种声波谐振器及其制备方法。
技术介绍
声波谐振器被广泛用于通信领域，其可作为声波滤波器的电子部件。高性能的声波谐振器可以提升声波滤波器的品质，并拓宽其应用领域。高速通信时代要求声波滤波器的工作频段越来越高，与此同时需要不俗的带宽以及品质因子(Q值)表现。然而，目前声波滤波器中声表面波(SurfaceAcousticWave，SAW)滤波器的普遍工作频率低于2GHz。这是因为声波谐振器的压电材料的本征目标弹性波声速不高；且特征尺寸的减小虽然有效地提高了工作频率，但同时也增加了工艺难度，还带来了不可忽略的电学损耗等问题，导致滤波器的带宽以及品质因子的表现大幅下降。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种声波谐振器及其制备方法，可以解决声表面波滤波器工作频率低的问题，且工艺简单，制造成本低，有利于大规模生产及使用。一方面，本申请实施例提供了一种声波谐振器的制备方法，包括：获取支撑衬底；在支撑衬底上通过离子束剥离和键合法形成单晶薄膜层；在单晶薄膜层上外延形成高声速层；在高声速层上形成压电层；在压电层上形成图案化电极；其中，高声速层中传播的体波声速大于压电层中传播的目标弹性波声速。可选地，在高声速层上形成压电层，包括：通过离子束剥离与键合法在高声速层上形成压电层；或；在高声速层上外延形成压电层。可选地，高声速层的材料包括金刚石、类金刚石、碳化硅、蓝宝石、石英、氮化镓、氧化镓、砷化镓、氧化锌、氮化铝和硅中的任一种。<br>可选地，单晶薄膜层的材料与高声速层的材料相同。可选地，在支撑衬底上通过离子束剥离和键合法形成单晶薄膜层，包括：获取单晶材料；对单晶材料进行氢离子注入或氦离子注入或氢、氦共注，得到离子注入后的单晶材料；将离子注入后的单晶材料与支撑衬底进行亲水性键合或热键合或表面活化键合或间接键合，得到键合后的单晶材料；对键合后的单晶材料进行剥离，得到单晶薄膜层。可选地，在单晶薄膜层上外延形成高声速层，包括：在单晶薄膜层上采用化学气相沉积、物理气相沉积、分子束外延、原子层沉积、脉冲激光沉积、溅射和电子束蒸发中的任一种形成高声速层。可选地，压电层的材料包括铌酸锂、铌酸钾、钽酸锂、氮化铝、石英和氧化锌中的任一种。可选地，支撑衬底的材料包括硅、锗、石英、蓝宝石、铌酸锂、钽酸锂、氮化镓、氧化镓和砷化镓中的至少一种。可选地，对离子注入后的单晶材料进行剥离，得到单晶薄膜层之后，将支撑衬底上与单晶薄膜层进行亲水性键合或热键合或表面活化键合或间接键合之前，包括：在支撑衬底上形成键合介质层。另一方面，本申请实施例提供了一种声波谐振器，包括：支撑衬底；位于支撑衬底上的单晶薄膜层；单晶薄膜层是在支撑衬底上通过离子束剥离和键合法形成的；位于单晶薄膜层上的高声速层；高声速层是在单晶薄膜层上表面通过外延形成的；位于高声速层上的压电层；位于压电层上的图案化电极；其中，高声速层中传播的体波声速大于压电层中传播的目标弹性波声速。可选地，目标弹性波包括对称型兰姆波、反对称型兰姆波、剪切横波或瑞利波中的至少一种。可选地，图案化电极的材料包括铝、钨、铬、钛、铜、银和金中至少一种金属材料；图案化电极的厚度小于压电层的厚度。可选地，还包括：位于图案化电极上的覆膜层。可选地，还包括：位于高声速层与压电层之间的底电极。可选地，支撑衬底为氧化铝；单晶薄膜层为第一单晶碳化硅层；高声速层为第二单晶碳化硅层；压电层为通过离子束剥离与建合法形成的单晶铌酸锂压电层。可选地，支撑衬底为硅；单晶薄膜层为第一单晶碳化硅层；高声速层为第二单晶碳化硅层；压电层为通过外延形成的单晶氮化铝薄膜。本申请实施例提供的一种声波谐振器及其制备方法具有如下有益效果：通过获取支撑衬底；在支撑衬底上通过离子束剥离和键合法形成单晶薄膜层；在单晶薄膜层上外延形成高声速层；在高声速层上形成压电层；在压电层上形成图案化电极；其中，高声速层中传播的体波声速大于压电层中传播的目标弹性波声速。本申请通过在压电层下设置高声速层，可以有效提高压电层中的目标弹性波的声速，从而提高器件的工作频率；且利用离子束剥离和键合技术可重复转移价格昂贵的单晶薄膜层，如此，可以降低制备成本；同时利用外延技术在单晶薄膜层上沉积所需厚度的高声速层，可弥补离子束剥离和键合技术只能切割厚度有限的单晶薄膜层的缺点，得到约束声波能量的最佳厚度的高声速层，如此，可以极大地提高界面间声波的能量反射，从而可以提高声波谐振器的带宽和品质因子。本申请实施例提供的声波谐振器的制备方法，成本低、性能高，且工艺简单，有利于大规模生产和使用。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本申请实施例提供的一种声波谐振器的制备方法的流程示意图；图2是本申请实施例提供的一种声波谐振器的制备过程的示意图；图3是本申请实施例提供的一种通过离子束剥离和键合法形成单晶薄膜层的过程示意图；图4是本申请实施例提供的另一种LN-SiC-Al2O3结构下LN层内激发的S0弹性波的导纳曲线图以及振动能量图；图5是本申请实施例提供的另一种LN-SiC-Al2O3结构下LN层内激发的S0弹性波的导纳曲线图以及振动能量图；图6是本申请实施例提供的一种现有技术中LN-SiO2-Si结构下LN层内激发的S0弹性波的导纳曲线图以及振动能量图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。为了解决目前SAW滤波器工作频率低的问题，现有技术中，通过在压电层下设置高声速层，可以提高压电层中目标弹性波声速，从而提高滤波器工作频率。然而，基于目前的制备方法得到的声波谐振器仍然存在如下问题：1、采用单晶高声速材料作支撑衬底，在其上形成压电层进行谐振器生产。由于声波主要在压电层中传播，其下的高声速层利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括：/n获取支撑衬底；/n在所述支撑衬底上通过离子束剥离和键合法形成单晶薄膜层；/n在所述单晶薄膜层上外延形成高声速层；/n在所述高声速层上形成压电层；/n在所述压电层上形成图案化电极；/n其中，所述高声速层中传播的体波声速大于所述压电层中传播的目标弹性波声速。/n

【技术特征摘要】
1.一种声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括：
获取支撑衬底；
在所述支撑衬底上通过离子束剥离和键合法形成单晶薄膜层；
在所述单晶薄膜层上外延形成高声速层；
在所述高声速层上形成压电层；
在所述压电层上形成图案化电极；
其中，所述高声速层中传播的体波声速大于所述压电层中传播的目标弹性波声速。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述高声速层上形成压电层，包括：
通过离子束剥离与键合法在所述高声速层上形成所述压电层；
或；在所述高声速层上外延形成所述压电层。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高声速层的材料包括金刚石、类金刚石、碳化硅、蓝宝石、石英、氮化镓、氧化镓、砷化镓、氧化锌、氮化铝和硅中的任一种。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单晶薄膜层的材料与所述高声速层的材料相同。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述支撑衬底上通过离子束剥离和键合法形成单晶薄膜层，包括：
获取单晶材料；
对所述单晶材料进行氢离子注入或氦离子注入或氢、氦共注，得到离子注入后的单晶材料；
将所述离子注入后的单晶材料与所述支撑衬底进行亲水性键合或热键合或表面活化键合或间接键合，得到键合后的单晶材料；
对所述键合后的单晶材料进行剥离，得到所述单晶薄膜层。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述单晶薄膜层上外延形成高声速层，包括：
在所述单晶薄膜层上采用化学气相沉积、物理气相沉积、分子束外延、原子层沉积、脉冲激光沉积、溅射和电子束蒸发中的任一种形成所述高声速层。


7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压电层的材料包括铌酸锂、铌酸钾、钽酸锂、氮化铝、石英和氧化锌中的任一种。


8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑衬底的材料包括硅、锗、石英、蓝宝石、铌酸锂、钽酸锂、氮化镓、氧化镓和砷化镓中...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧欣，周鸿燕，张师斌，郑鹏程，黄凯，李忠旭，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31