一种声表面波器件及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种声表面波器件，包括压电衬底、制作在压电衬底表面的金属电极结构，压电衬底表面上至少有一个有效声表面波传输通道区域边缘镶嵌有金属体，作为声表面波声波导的侧壁；本发明专利技术提出一种构造压电衬底表面横向抑制声波导的新技术：在压电衬底表面镶嵌金属体，作为声表面波声波导的硬侧壁，利用表面镶嵌金属体对传输的声表面波反射、衍射和压电短路效应，直接在压电衬底表面制作出器件所需要的声表面波传输声道，引导声表面波按设计规范传输。传输。传输。

【技术实现步骤摘要】
一种声表面波器件及其制作方法


[0001]本专利技术属声表面波换能器件领域，特别涉及一种声表面波器件及其制作方法。

技术介绍

[0002]采用声表面波（SAW = surface acoustic wave,表面声波）工作的射频滤波器器件，将射频信号转换成声波并且反过来将声波转换成射频信号，实现射频信号滤波功能，是现今通信设备的关键元器件。
[0003]声波是借助物理媒质传输的机械振动，因物理媒质的性质不同，声波传输特性各异。因研究地下地震给人类造成重大破坏发现了声表面波，其特征是：声波能量仅在固体表面数个声波长层内传输，传输损耗低，由此开始了声表面波的工程应用。
[0004]压电材料，是具有压电效应功能材料，外力使其原子结构变形，产生表面电荷。同样，其在施加电场时，会产生形变，称逆压电效应。此类效应，不需要外界其他能量支持。
[0005]声表面波器件，就是基于压电材料的(逆)压电效应，利用压电材料表面的声表面波工作的电子器件，它采用压电材料表面制作的叉指换能器（一种金属电极周期结构，其形状如同双手交叉）在其表面产生和接收声表面波。在相关器件理论指导下，设计叉指换能器的电极周期、孔径和截面几何，可实现预定的电性能。
[0006]目前声表面波器件，其芯片基本构成是压电衬底、压电衬底表面制作的金属电极结构：叉指换能器、反射栅阵、屏蔽电极、声波多条耦合电极以及传感器敏感结构等。每个声表面波器件至少有一个叉指换能器。叉指换能器是在纵向上、即在声波传播的方向上，并排地布置有与声波传播方向垂直的周期电极指，且电极指交替地与第一和第二汇流排（Busbar （汇流排））连接。叉指换能器激发的声表面波，向两边传播，声表面波传输的声道，与所在传播衬底的特性有关，在实用器件中，一般其声道会逐渐扩散。声道扩展导致产生杂散声波模式，且有效声波能量损失，器件Q值减低，明显劣化器件性能。因此为获得设计需要的声表面波声道：声波导，是设计和制作优良声表面波器件的关键。
[0007]特别是，由于移动通信的快速发展，目前作为其射频前端的关键元器件：射频声表面波滤波器，面临严重挑战：高频、低插入损耗、陡峭频响以及低功耗小型化，通过创新设计及工艺技术，构造完美声波导，提升器件Q值成为主要技术手段。
[0008]目前已公开的抑制声表面波横向散开的专利，如CN102714490，CN201710103741等，都是通过换能器金属电极上方加载（金属层加厚或减薄，电极宽度加宽或变窄，淀积介质等）改造叉指换能器金属电极结构，控制压电衬底表面传输声道的速度截面，达到抑制横向波干扰的效果。其基本原理是：叉指换能器下方压电衬底表面的传输声道中表面波速度由叉指换能器结构确定。由于叉指换能器电极结构，其下方的传输声道分为周期叉指电极区，汇流排区和两者联接的切口区。三个区域的声表面波传输速度，受上方金属化比（有无金属层的比值）不同而不同，金属化比越大，声速越低。
[0009]CN09004914A公开了一种实现活塞理论的声表面波叉指换能器结构；述压电基板的第一表面被所述电极覆盖的区域设置有具有预设体波声速的山丘层，所述电极覆盖所述
山丘层，以使所述间隙区域的声波速度大于所述中间区域的声波速度，并且所述中间区域的声波速度大于所述边缘区域的声波速度；它是CN02714490B的改进版本：利用在叉指换能器中心电极下方，布置山丘层，设计叉指换能器下方的声表面波速度，实现活塞理论。该山丘层，是叉指换能器的一部分，与叉指换能器金属电极合作，实现活塞理论。
[0010]以上专利，有两个不足处：一是声波导仅限于叉指换能器下方区域；二是加载几何设计与所用压电晶体材料特性有关，为保证每根叉指电极的三维几何，需要严谨的设计、工艺技术和成品率控制。这对于高达数GHz的5G通信频率器件，此时叉指电极宽度与间距仅为半微米左右，有很高的工艺技术难度。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于采用在压电衬底表面镶嵌金属体直接在压电衬底表面形成具有横向抑制的声表面波声波导，控制声表面波传输特性，抑制杂波，优化声表面波器件性能。
[0012]具体采用如下技术方案：一种声表面波器件，包括压电衬底、制作在压电衬底表面的金属电极结构， 压电衬底表面上至少有一个有效声表面波传输通道区域边缘镶嵌有金属体，作为声表面波声波导的侧壁。
[0013]本专利技术提出一种构造压电衬底表面横向抑制声波导的新技术：在压电衬底表面镶嵌金属体，作为声表面波声波导的硬侧壁，利用表面镶嵌金属体对传输的声表面波反射、衍射和压电短路效应，直接在压电衬底表面制作出器件所需要的声表面波传输声道，引导声表面波按设计规范传输。
[0014]在本专利技术一些实施方式中，所述的压电衬底表面上有效声表面波传输通道区域，是叉指换能器产生或/和接收实现器件功能所必要的声表面波的区域。
[0015]在本专利技术一些实施方式中，所述的压电衬底表面上有效声表面波传输通道区域，是没有叉指换能器的压电衬底表面上，为传输实现器件功能所必要的声表面波的传输通道区域。
[0016]在本专利技术一些实施方式中，压电衬底表面上有效声表面波传输通道区域是变迹加权表面波传输通道区域；在本专利技术一些实施方式中，所述压电衬底是多层结构复合基片的表面压电层。
[0017]在本专利技术一些实施方式中，所述压电衬底的表面层包括压电晶体或压电薄膜，所述压电晶体包含铌酸锂、钽酸锂、硅酸钾镧系列、石英；所述的压电薄膜包括氧化锌或氮化铝。
[0018]在本专利技术一些实施方式中，金属体中金属材料包括以下一种或多种：铜，钼，钨，金，银、铂、铝以及其合金，构成单层或多层结构。
[0019]在本专利技术一些实施方式中，镶嵌金属体的个体几何形状包括微电子工艺能制作的扁带状、柱状、斜锥状，其整体排列方式是一排或多排，其个体间距和排距根据器件性能设计。
[0020]本专利技术还提供一种上述所述的声表面波器件的制作方法，该方法包括如下步骤：采用干法或者湿法在压电衬底上挖坑或者通孔，然后填入金属体在坑孔内，以此形成衬底；
进一步地，在衬底上表面制作相关金属电极结构。
[0021]本专利技术另提供一种上述所述的声表面波器件的制作方法，该方法包括如下步骤：，镶嵌微金属体是采用金属淀积后扩散、金属离子注入、激光辅助掺杂以及相关微电子工艺联合制作。
[0022]本专利技术构造压电衬底表面传输声道，即在压电衬底表面制作叉指换能器电极结构以前，在压电衬底表面镶嵌金属体，利用表面镶嵌金属体对传输的声表面波发生反射、衍射和压电效应，直接在压电衬底表面制作出器件所需要的声表面波传输声道；另外，由于镶嵌的微金属体可将表面累积的电荷导入到晶体内部，与晶体内部的电荷产生中和，一定程度上消减了表面电荷的累积，降低了因电荷累积发生的放电烧伤。
[0023]本专利技术优化声表面波器件性能，且不增加工艺难度。
[0024]最后，本专利技术的工艺技术成熟，成品率保证，性价比优。
附图说明
[0025]下面根据实施例和所属的示意性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种声表面波器件，包括压电衬底、制作在压电衬底表面的金属电极结构，其特征在于：压电衬底表面上至少有一个有效声表面波传输通道区域边缘镶嵌有金属体，作为声表面波声波导的侧壁。2.如权利要求1所述的声表面波器件，其特征在于，所述的压电衬底表面上有效声表面波传输通道区域分布在叉指换能器产生或/和接收实现器件功能所必要的声表面波的区域。3.如权利要求1所述的声表面波器件，其特征在于，所述的压电衬底表面上有效声表面波传输通道区域分布在偏离叉指换能器的压电衬底表面上，为传输实现器件功能所必要的声表面波的传输通道区域。4.如权利要求2所述的声表面波器件，其特征在于，压电衬底表面上有效声表面波传输通道区域是变迹加权表面波传输通道区域。5.如权利要求1所述的声表面波器件，其特征在于，所述压电衬底是多层结构复合基片的表面压电层。6.如权利要求5所述的声表面波器件，其特征在于，所述压电衬底的表面层包括压电晶体或压电薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，朱卫俊，何朝峰，黄亮，马杰，王祥邦，周陈程，沈得田，林毅，
申请(专利权)人：中电科技德清华莹电子有限公司，
类型：发明
国别省市：