磁调谐薄膜体声波谐振器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种磁调谐薄膜体声波谐振器及其制备方法和应用。所述磁调谐薄膜体声波谐振器包括依次叠设的第一电极、压电材料层和第二电极；所述第二电极包括交替层叠的至少一第一材料层和至少一第二材料层，其中至少一第一材料层为磁致伸缩薄膜，所述磁致伸缩薄膜与压电材料层配合形成磁电异质结。本发明专利技术实施例提供了一种磁调谐薄膜体声波谐振器，以磁性伸缩复合薄膜作为上电极，利用磁性材料与压电材料的磁电效应，实现在磁场的作用下对FBAR的谐振频率在低频、中频甚至是高频范围内的调节。中频甚至是高频范围内的调节。中频甚至是高频范围内的调节。

【技术实现步骤摘要】
磁调谐薄膜体声波谐振器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术特别涉及一种磁调谐薄膜体声波谐振器及其制备方法和应用，属于通信


技术介绍

[0002]随着5G技术的迅猛发展，对小体积、高频、宽带、高性能和低功耗的射频滤波器有着强劲的需求。当前产业和学术界已经探索了诸如声表面波(SAW)、体表面波(BAW)以及薄膜体声波谐振器(FBAR)等滤波技术以更好的满足5G移动通信的现实需求。薄膜体声波谐振滤波器(Film Bulk Acoustic Resonator Filter)具有优异可靠的滤波性能，体积小，功耗低，易于集成等优点，被认为是当前通信终端的射频滤波器的最佳解决方案。
[0003]薄膜体声波滤波器本身的调谐范围小，是一类典型的窄带器件，若是能够通过一个薄膜体声波滤波器在多个通讯频段实现自由切换，工作带宽可调，满足宽带信号处理要求，对充分利用珍惜的频谱资源，简化无线通讯系统具有重要的价值。
[0004]FBAR频率的调节技术主要集中在以下三个方面：制备过程中调节、制备后调节和使用过程中调节。在FBAR制备过程中常通过化学机械抛光(CMP)提高薄膜的均匀性、添加温度补偿层减小由温度引起的频率漂移，提高器件的稳定性，但以上两种频率调谐技术灵活性较小；制备后可以通过薄膜或者质量沉积对谐振频率进行调节，但是过程繁琐，实施较为困难，制备前和制备后的频率调节技术都具有调谐范围较小的问题，可适用于特定高精准谐振频率的器件。
[0005]现有关于使用过程中的调谐方案一般是基于电场、温度和磁场等外部条件的变化对FBAR的谐振频率在一定范围进行可逆调节，但是现有的技术仍然存在调节范围小、器件结构和制备工艺复杂、材料制备条件苛刻难以大范围应用等缺陷，其中，通过将FBAR的上电极改为磁性材料，磁性材料与压电材料所组成的磁电异质结具有很强的磁电效应，目前实验证明FBAR的谐振频率在外加磁场的作用下可以在相当大的范围内进行变化，并有理论依据。目前实验用到的磁性材料以FeGa或者FeCo单一的材料为主，虽取得了一定的效果，但是仍然存在着驱动磁场大、高频下磁滞损耗和涡流损耗大等缺点，导致高频下FBAR的谐振频率随磁场的变化不明显，虽然FeGaB这种单一材料相较于FeGa和FeCo在高频下的磁滞损耗和涡流损耗已经得到了很好地改善，而且其杨氏模量在磁场的作用下变化量较高，但是单一的材料仍然难以适应现代高频通讯系统对频率调节的应用需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种磁调谐薄膜体声波谐振器及其制备方法和应用，以克服现有技术中的不足。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0008]本专利技术实施例提供了一种磁调谐薄膜体声波谐振器，包括依次叠设的第一电极、压电材料层和第二电极；其特征在于：所述第二电极包括交替层叠的至少一第一材料层和
至少一第二材料层，其中至少一第一材料层为磁致伸缩薄膜，所述磁致伸缩薄膜与压电材料层配合形成磁电异质结。
[0009]进一步的，所述第二材料层包括软磁薄膜、声学匹配层、磁致伸缩薄膜中的任意一种或多种的组合，但不限于此。
[0010]进一步的，所述磁致伸缩薄膜的材质可以是FeGa、FeGaB、FeCo等，所述声学匹配层的材质可以是Al2O3和SiO2等，所述软磁薄膜的材料可以是NiFe等。
[0011]在一些较为具体的实施方案中，所述第二电极的底层为第一材料层，顶层为第二材料层，或者，所述第二电极的底层和顶层均为第一材料层，第二材料层位于底层和顶层之间，可以理解的，所述第二电极可以是底层和顶层均为第一材料层、中间层包含第二材料层的三明治结构。
[0012]进一步的，所述第二电极的底层是在压电层上生长形成。
[0013]在一些较为具体的实施方案中，所述第二电极底层为磁致伸缩薄膜，顶层可以是软磁薄膜、声学匹配层和磁致伸缩薄膜中的其中一种。
[0014]进一步的，所述第二电极中第一材料层和第二材料层的数量相等，或者，所述第一材料层比第二材料层多一层；可以理解的，假定第一材料层为A，第二材料层为B，层数或数量比为n，则第二电极的结构为：(A/B)
n
或(A/B)
n
A的结构，第二电极的底层必须为磁致伸缩薄膜，顶层可以是软磁薄膜、声学匹配层和磁致伸缩薄膜中的任意一种；其中A/B代表的是第一材料层与第二材料层交替沉积的薄膜结构，两种材料的体积比变化为：1:1～5:1；若是(A/B)
n
A结构，则其中A必须为同一种磁致伸缩材料，即第二电极底层和最顶层都是第一材料层，且同为一种磁致伸缩薄膜。
[0015]进一步的，所述第二电极中所有第一材料层的总体积与所有第二材料层的总体积之比为1：1
‑
5：1。
[0016]在一些较为具体的实施方案中，所述第一电极、压电材料层和第二电极依次叠设在空腔结构上。
[0017]进一步的，所述第一电极、压电材料层和第二电极依次叠设在衬底上，所述衬底内形成有所述空腔结构。
[0018]进一步的，所述空腔结构形成于衬底的第一表面上，并且所述第一电极、压电材料层和第二电极依次叠设在衬底的第一表面上；或者，所述空腔结构形成于衬底的第二表面上，并且所述第一电极、压电材料层和第二电极依次叠设在衬底的第一表面上，所述第一表面与第二表面相背对。
[0019]进一步的，所述第一电极、压电材料层、第二电极依次叠设在衬底上，其中至少是所述第二电极的局部区域沿远离衬底的方向内凹形成空腔结构。
[0020]本专利技术实施例还提供了所述磁调谐薄膜体声波谐振器的制备方法，包括制作第一电极、压电材料层、第二电极和空腔结构的步骤；其特征在于，所述制作第二电极的步骤包括：在所述压电材料层上交替叠设至少一第一材料层和至少一第二材料层，且使其中至少一第一材料层由磁致伸缩薄膜形成，并使所述磁致伸缩薄膜与压电材料层配合形成磁电异质结。
[0021]进一步的，所述制作第二电极的步骤还包括：先在压电材料层上形成第一材料层作为第二电极的底层，之后生长形成所述第二电极的其余结构层。
[0022]本专利技术实施例还提供了一种体声波滤波器，其包括所述磁调谐薄膜体声波谐振器。
[0023]本专利技术实施例还提供了一种通信装置，包括射频滤波器，所述射频滤波器包括所述磁调谐薄膜体声波谐振器。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
[0025]1)本专利技术实施例提供了一种磁调谐薄膜体声波谐振器，以磁性伸缩复合薄膜作为上电极，利用磁性材料与压电材料的磁电效应，实现了在磁场的作用下对FBAR的谐振频率在低频、中频甚至是高频范围内的调节；
[0026]2)本专利技术通过采用FeGa、FeCo或FeGaB多层复合薄膜，使得磁性伸缩复合薄膜具有良好的软磁性能、大的磁致伸缩、大的压磁系数在高频下的磁滞损耗和涡流损耗较低，以及，通过压电材料与磁致伸缩材料“乘积效应”产生的磁电耦合机制，进一步实现FBAR的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁调谐薄膜体声波谐振器，包括依次叠设的第一电极、压电材料层和第二电极；其特征在于：所述第二电极包括交替层叠的至少一第一材料层和至少一第二材料层，其中至少一第一材料层为磁致伸缩薄膜，所述磁致伸缩薄膜与压电材料层配合形成磁电异质结。2.根据权利要求1所述的磁调谐薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述第二材料层包括软磁薄膜、声学匹配层、磁致伸缩薄膜中的任意一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的磁调谐薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述第二电极的底层为第一材料层，顶层为第二材料层，或者，所述第二电极的底层和顶层为第一材料层，第二材料层位于底层和顶层之间。4.根据权利要求3所述的磁调谐薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述第二电极的底层是在压电层上生长形成。5.根据权利要求1所述的磁调谐薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述第二电极的底层为磁致伸缩薄膜，顶层为软磁薄膜、声学匹配层和磁致伸缩薄膜中的其中一种。6.根据权利要求1所述的磁调谐薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述第二电极中第一材料层和第二材料层的数量相等，或者，第一材料层比第二材料层多一层。7.根据权利要求1所述的磁调谐薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述第二电极中所有第一材料层的总体积与所有第二材料层的总体积之比为1：1
‑
5：1。8.根据权利要求1所述的磁调谐薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述第一电极、压电材料层和第二电极依次叠设在空腔结构上。9.根据权利要求8所述的磁调谐薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述第一电极、压电材料层和第二电极依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡瑞，林文魁，曾中明，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：