声表面波谐振器及其制造方法、以及声表面波滤波器技术

本发明专利技术提供一种声表面波谐振器及其制造方法、以及声表面波滤波器，具有高品质因素Q、高机电耦合系数、良好的TCF特性和耐功率性。本发明专利技术的声表面波谐振器，包括：复合压电衬底，该复合压电衬底具有：LGS基底层，该LGS基底层由单晶LGS形成，及形成在所述LGS基底层之上的ZnO压电层，该ZnO压电层由c轴择优取向的单晶ZnO形成；以及形成在所述ZnO压电层上的叉指电极。极。极。

【技术实现步骤摘要】
声表面波谐振器及其制造方法、以及声表面波滤波器


[0001]本专利技术涉及声表面波器件
更具体地，涉及一种使用复合压电衬底的声表面波谐振器及其制造方法、以及声表面波滤波器

技术介绍

[0002]随着信息技术的高速发展，尤其是在无线通信领域，广泛应用于各类通讯设备、数据传输设备、视听设备和定位导航设备等的射频前端显得愈发重要。射频前端是指射频收发器和天线之间的功能区域，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。而为了适应通信领域的飞速发展，对于射频前端的各种性能提出了更高要求。
[0003]声表面波(SAW：surface acoustic wave)滤波器作为射频前端的关键器件，基于压电材料的压电效应并通过声表面波来进行工作，其利用形成于压电材料表面的叉指换能器(IDT：interdigital transducer)将输入的电信号转换为声波信号或将声波信号转换为电信号，以此来提取和处理信号，具有尺寸小、成本低、轻量化、一致性好以及兼容半导体工艺而适于大批量生产的优势。
[0004]其中，压电材料的种类、机电耦合系数、温度系数、高温电阻率、声表面波波速等等都决定了声表面波滤波器的性能优劣。目前常用的压电材料有单片石英、铌酸锂或钽酸锂晶体制成的晶片、氮化铝薄膜等。其中，石英在温度达到573℃时会丧失压电特性，无法用于高温环境；铌酸锂晶体的居里温度为1210℃，但在600℃以上的温度下，其低电阻率也限制了其在高温环境下的应用；氮化铝是非铁电材料，其薄膜在1150℃以下具有良好的压电特性，但难以制备高质量和大尺寸的氮化铝薄膜。此外，也有选用硅酸镓镧(LGS)的压电单晶材料。硅酸镓镧具有良好的温度特性，机电耦合系数是石英的2至3倍，声表面波波速小于石英，有利于降低损耗，提高声表面波器件的工作带宽并减小器件尺寸。并且，硅酸镓镧在室温到熔点1470℃之间不会发生相变，温度稳定性好，十分适合在高温环境下工作。
[0005]在使用上述压电材料时，由于其对温度的高敏感性、以及弱机电耦合，导致所制备的声表面波滤波器的通带特性不佳。而随着通信技术的发展，尤其是5G通信技术的进步，对于声表面波滤波器的性能及相应的结构、材料提出了更高的要求，例如品质因素Q、有效机电耦合系数、插入损耗、带宽、TCF、耐功率性等指标均需要改善和提升。

技术实现思路

[0006]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。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种使用复合压电衬底的声表面波谐振器及其制造方法、以及声表面波滤波器，利用LGS(硅酸镓镧)与ZnO复合层为复合压电衬底，结合LGS的低温度系数、高电阻率、低声速以及ZnO的优良压电性、高声速的特点，得到一种低TCF、低损耗的高性能声表面波滤波器。
[0008]本专利技术的声表面波谐振器包括：复合压电衬底，该复合压电衬底具有：LGS基底层，该LGS基底层由单晶LGS形成，及形成在所述LGS基底层之上的ZnO压电层，该ZnO压电层由c轴择优取向的单晶ZnO形成；以及形成在所述ZnO压电层上的叉指电极。
[0009]在本专利技术中，利用由硅酸镓镧(LGS)和氧化锌(ZnO)结合而成的复合压电衬底来制备声表面波谐振器。首先，将传统的单晶压电材料LGS用作为复合压电衬底的基底层。单晶LGS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，而且，LGS在特定切向(如声波传播方向欧拉角(0
°
，138.5
°
，26.5
°
)的晶体切片)下具有0温度系数。其次，将单晶ZnO作为压电层，与单晶的LGS结合而形成复合压电衬底。单晶的ZnO相比于钽酸锂(LiTaO3)或铌酸锂(LiNbO3)等具有更小的热膨胀系数，其与上述特定切向的LGS相结合可以实现温度特性接近于0ppm/℃的声表面波谐振器。而且，单晶或C轴取向的ZnO压电材料具有高机电耦合系数，由此制得的声表面波谐振器也具有高有效机电耦合系数。此外，单晶LGS与单晶ZnO两者之间的胜诉差异较大，且电阻率也高，使得声波难以从衬底泄露带走能量，从而保证了声表面波谐振器的品质因素Q。而且，单晶ZnO的高机电耦合系数及低介电常数也都起到了抑制能量损耗进而提升品质因素的作用。
[0010]优选地，本专利技术的声表面波谐振器中，所述LGS基底层在声波传播方向欧拉角(0
°
,138.5
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,26.5
°
)下具有0温度系数。
[0011]利用该单晶LGS在欧拉角(0
°
,138.5
°
,26.5
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)下的0温度系数，能够制备出温度特性接近于0ppm/℃的声表面波谐振器和滤波器，从而能够满足5G通信技术的要求。
[0012]优选地，本专利技术的声表面波谐振器中，所述LGS基底层与所述ZnO压电层在键合后通过半导体减薄工艺和化学机械抛光工艺来减薄所述ZnO压电层至规定厚度，从而形成所述复合压电衬底。
[0013]通过将LGS基底层与ZnO压电层的原始基片键合后进行减薄抛光直到压电层的厚度满足设计要求为止，能够制作15～20μm厚度的大尺寸超薄的单晶ZnO压电层，且不会对ZnO压电层的单晶特性造成损伤。
[0014]优选地，本专利技术的声表面波谐振器中，所述ZnO压电层通过PVD、MOCVD、MBE、ALD中的任一种方式形成在所述LGS基底层上。
[0015]除了上述键合减薄的方式以外，也可以通过物理气相沉积(PVD)、金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、原子层沉积(ALD)等成膜技术，在LGS基底层上形成或生长所需厚度的ZnO薄膜层来作为ZnO压电层。
[0016]优选地，本专利技术的声表面波谐振器中，所述ZnO压电层的厚度在20λ以下，λ是所述叉指电极激发的声表面波波长。
[0017]ZnO压电层的厚度影响声表面波谐振器的性能，通过将ZnO压电层的厚度控制在声表面波谐振器中传播的声波波长的20倍以内，能够有效减少杂波而提升器件性能。优选将ZnO压电层的厚度设为1λ。
[0018]优选地，本专利技术的声表面波谐振器中，所述叉指电极由Ti、Al、Cu、Au、Pt、Ag、Pd中的任一种金属、或它们的合金、或它们的层叠体构成。
[0019]为了增强叉指电极与ZnO压电层之间的结合力以提高声表面波谐振器的耐功率性，并获得优良的导电性，叉指电极优选采用上述层叠体的结构，例如自下而上第一层为Ti/Ni,第二层为Al/pt。
[0020]优选地，本专利技术的声表面波谐振器中，还包括形成于所述叉指电极表面的保护层。
[0021]作为保护层，既可以保护叉指电极免受侵蚀或破坏，还能够在工艺上适当将谐振器的工作频率调整到实际需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种声表面波谐振器，其特征在于，包括：复合压电衬底，该复合压电衬底具有：硅酸镓镧即LGS基底层，该LGS基底层由单晶LGS形成，及形成在所述LGS基底层之上的ZnO压电层，该ZnO压电层由c轴择优取向的单晶ZnO形成；以及形成在所述ZnO压电层上的叉指电极。2.如权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述LGS基底层在声波传播方向欧拉角(0
°
,138.5
°
,26.5
°
)下具有0温度系数。3.如权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述LGS基底层与所述ZnO压电层通过在键合后减薄所述ZnO压电层至规定厚度，从而形成所述复合压电衬底。4.如权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述ZnO压电层通过PVD、MOCVD、MBE、ALD中的任一种方式形成在所述LGS基底层上。5.如权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述ZnO压电层的厚度在20λ以下，λ是所述叉指电极激发的声表面波波长。6.如权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述叉指电极由Ti、Al、Cu、Au、Pt、Ag、Pd中的任一种金属、或它们的合金、或它们的层叠体构成。7.如权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，还包括形成于所述叉指电极表面的保护层。8.如权利要求7所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述保护层由SiO2、Si3N4、SiFO、SiOC中的任一种形成。9.一种用于制造声表面波谐振器的方法，其特征在于，包括：准备LGS基底层，该LGS基底层由单晶LGS形成；在所述LGS...

【专利技术属性】
技术研发人员：许欣，
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：