一种高声速高频低频率温度系数窄带滤波器及制造方法技术

本发明专利技术涉及一种低频率温度系数的窄带滤波器及其制造方法。该窄带滤波器包括至少一层布拉格反射层、c轴取向单晶AlN高声速材料压电层、和IDT电极。每层布拉格反射层由一层高声速材料衬底层和一层欧拉角为(0

【技术实现步骤摘要】
一种高声速高频低频率温度系数窄带滤波器及制造方法


[0001]本专利技术涉及移动通信设备中的声波谐振器/滤波器，尤其涉及手机射频前端中的一种高声速高频低频率温度系数的窄带滤波器。

技术介绍

[0002]移动设备的射频前端是指射频收发器和天线之间的功能区域，它由功率放大器、天线开关、滤波器、双工器和低噪声放大器等器件组成。
[0003]其中，滤波器领域目前有三大类型，分别是声表面波(SAW)、体声波(BAW)、以及薄膜体声波(FBAR)滤波器。
[0004]而其中，SAW滤波器是低频和中频段的主流；其技术从Normal
‑
SAW、TC
‑
SAW，更进一步演进到IHP
‑
SAW，以及未来的XBAR技术。
[0005]现有的IHP
‑
SAW技术采用类似于SAW器件+SMR
‑
BAW器件的多层反射栅结构的混合技术。这种混合结构技术，既赋予其SAW器件单面加工工艺简单的特性，又赋予其SMR
‑
BAW器件的低能量泄露的特性。
[0006]IHP
‑
SAW滤波器以其优异的温度补偿性能、较低的插入损耗，可比拟甚至超越部分BAW、FBAR滤波器，成为现阶段SAW滤波器的一个发展方向。
[0007]IHP
‑
SAW滤波器具有以下三大优点：
[0008]1、高Q值，IHP
‑
SAW滤波器，采用SMR
‑
BAW的多层反射栅结构可使更多的声表面波能量聚焦在衬底层表面，从而降低声波在传播过程中的损耗，提高器件的Q值。高Q特性(其Qmax～3000，传统SAW Qmax～1000)使其具有高的带外抑制、陡峭的通带边缘滚降、以及高的隔离度。
[0009]2、低频率温度系数TCF(Temperature Coefficient of Frequency)，IHP
‑
SAW的TCF可以达到≤
‑
20ppm/℃，进一步优化设计可以达到0ppm/℃。
[0010]3、良好的散热性，其良好的散热特性可保证器件在高功率下的稳定运行。
[0011]IHP
‑
SAW滤波器的SMR
‑
BAW多层反射栅结构采用高声阻抗和低声阻抗交替堆叠的方式实现。其低声阻抗材料多采用TCF为正温度系数的材料，如二氧化硅；高声阻抗层常用低温度系数的材料，如SiN、W等。
[0012]然而，现有IHP
‑
SAW技术具有如下这样的问题：
[0013]一、IHP
‑
SAW滤波器工作频率为3.5GHz左右，远达不到5G通信高频要求(一般需要大于5G)；
[0014]二、IHP
‑
SAW滤波器功率35dBm，不满足5G通信高功率要求；
[0015]三、IHP
‑
SAW滤波器的Q值随着工作频率增大而减小，当工作频率为3.5GHz时，Q值为2200左右，不符合5G通信高Q值低插损的要求。
[0016]因此，目前5G通信领域需要一种高工作频率、高功率、高Q值、低插损的滤波器。

技术实现思路

[0017]提供本
技术实现思路
以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本
技术实现思路
并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征；也不旨在用于确定或限制所要求保护的主题的范围。
[0018]本专利技术声表面波器件采用碳化硅单晶基片作为衬底层，其具有高声速，且相比于金刚石自支撑基片和金刚石和类金刚石薄膜而言具有晶体质量高、一致性好等优点。
[0019]本专利技术声表面波器件采用单晶AlN作为压电材料，单晶AlN声速高达11000m/s，具有良好的压电和介电性能，c轴取向的AlN薄膜，具有优异的材料性质，如低介电和声学损耗，高声速，热稳定性等。低声阻抗层采用LGS(硅酸镓镧)材料，LGS晶体的机电耦合系数为17％，约为石英(SiO2)的2～3倍，却同时拥有与石英相同的温度稳定性。
[0020]本专利技术的低频率温度系数的窄带滤波器，包括：至少一层布拉格反射层，每层布拉格反射层由一层高声速材料衬底层和一层LGS低声速材料层叠加形成；形成在最上层布拉格反射层的LGS低声速材料层之上的c轴取向单晶AlN高声速材料压电层，压电层频率温度系数为负；以及设在压电层上的电极。其中，LGS低声速材料层的欧拉角为(0
°
,140
°
,22.5
°
)或(0
°
,140
°
,25
°
)，LGS低声速材料层具有弱压电特性。
[0021]高声速材料衬底层厚度为5λ，LGS低声速材料层厚度为0.1λ，单晶AlN高声速材料压电层的厚度为0.5λ，电极宽度和电极之间的间距均为0.25λ，其中λ为电极激发的声波波长。
[0022]每层布拉格反射层通过采用PECVD、CVD、MOCVD、MBE方式在高声速材料衬底层上镀一层LGS层来实现，布拉格反射层的层数为1、2、3、4、5、6、7、8或9层，各层布拉格反射层相互叠加。
[0023]高声速材料衬底层的高声速材料选自Si、SiN、Al2O3、3C
‑
SiC、W、4H
‑
SiC或6H
‑
SiC中的至少一种。
[0024]电极为IDT电极，由Ti、Al、Cu、Au、Pt、Ag、Pd、和Ni之一、或其合金、或其层叠体构成。电极全部埋入单晶AlN高声速材料压电层、或处于单晶AlN高声速材料压电层之上。电极可以为上下双层电极。电极的占空比取0.4、0.5、0.6之一。
[0025]本专利技术的用于制造低频率温度系数的窄带滤波器的方法，包括以下步骤：提供高声速材料衬底层；在高声速材料衬底层上镀LGS低声速材料层，LGS低声速材料层的欧拉角为(0
°
,140
°
,22.5
°
)或(0
°
,140
°
,25
°
)；在LGS低声速材料层之上形成单晶AlN高声速材料压电层；以及在单晶AlN高声速材料压电层上的形成IDT电极。
[0026]通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。
附图说明
[0027]以下将通过参考附图中示出的具体实施例来对本专利技术进行更具体描述。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。部分附图仅为示意，其尺寸比例不构成对实际尺寸比例的限制。
[0028]图1是根据本专利技术的窄带滤波器的电极埋入压电层的IHP谐振器的结构模型示意
图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低频率温度系数的窄带滤波器，包括：至少一层布拉格反射层，每层布拉格反射层由一层高声速材料衬底层和一层LGS低声速材料层叠加形成；形成在最上层布拉格反射层的LGS低声速材料层之上的单晶AlN高声速材料压电层，所述压电层频率温度系数为负；以及设在所述单晶AlN高声速材料压电层上的电极，其中，所述LGS低声速材料层的欧拉角为(0
°
,140
°
,22.5
°
)或(0
°
,140
°
,25
°
)，所述LGS低声速材料层具有弱压电特性。2.如权利要求1所述的窄带滤波器，其特征在于，所述高声速材料衬底层厚度为5λ，所述LGS低声速材料层厚度为0.1λ，所述单晶AlN高声速材料压电层的厚度为0.5λ，所述电极宽度和所述电极之间的间距均为0.25λ，其中λ为所述电极激发的声波波长。3.如权利要求1所述的窄带滤波器，其特征在于，每层布拉格反射层通过采用PECVD、CVD、MOCVD、MBE方式在所述高声速材料衬底层上镀一层LGS层来实现，所述布拉格反射层的层数为1、2、3、4、5、6、7、8或9层，各层布拉格反射层相互叠加。4.如权利要求1所述的窄带滤波器，其特征在于，所述压电层的单晶AlN高声速材料为c轴取向。5.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红浪，许欣，柯亚兵，李阳，
申请(专利权)人：广东广纳芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：