一种高频兰姆波谐振器及其制备方法技术

本发明专利技术提供的一种高频兰姆波谐振器及其制备方法，属于声波谐振器技术领域，包括自下而上依次设置的具有空气腔的支撑衬底、粘结层、压电薄膜和介质层，介质层在对应空气腔区域设置顶部叉指电极，粘结层在对应空气腔区域设置与顶部叉指电极关于压电薄膜平面对称的底部叉指电极；压电薄膜在非对应空气腔区域设置两个穿孔电极，顶部叉指电极的两个电极分别通过对应穿孔电极与底部叉指电极的对应电极相连，构成两个电极对，对一个电极对的两个电极同时施加幅度和相位均相同的交流电压信号，使得压电薄膜内部产生平行于薄膜平面的激励电场，提高最大机电耦合系数，抑制杂散信号，同时利用介质层和粘结层材料降低温度对谐振器谐振频率的影响。谐振频率的影响。谐振频率的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种高频兰姆波谐振器及其制备方法


[0001]本专利技术属于声波谐振器
，具体涉及一种高频兰姆波谐振器及其制备 方法。

技术介绍

[0002]基于压电效应的声波滤波器是无线通信射频前端电路中的重要器件。目前市 场上主流的声波滤波器包括声表面波滤波器和体声波滤波器。其中，体声波滤波 器采用氮化铝薄膜作为压电材料。但氮化铝薄膜较低的机电耦合系数使得基于此 的体声波滤波器最大只能实现3dB的带宽，无法满足5G通信部分频段的要求。
[0003]铌酸锂薄膜和钽酸锂薄膜的机电耦合系数远大于氮化铝薄膜，因此基于铌酸 锂薄膜或钽酸锂薄膜的声波滤波器是实现大带宽高频滤波器的理想选择。例如， 通过在铌酸锂薄膜中激发一阶反对称兰姆波(A
1 Lamb wave)能够实现中心频率 为4.8GHz，机电耦合系数为25％的高频兰姆波谐振器。多个这样的高频兰姆波 谐振器即可构成3dB带宽大于12％的高频滤波器。
[0004]基于压电薄膜的高频兰姆波谐振器也存在问题，具体为：
[0005]第一，这种谐振器一般是在悬浮薄板结构的上表面制备叉指电极，并通过在 叉指电极之间施加交流电信号激励压电薄膜中的兰姆波。一方面，这种单侧叉指 电极产生的激励电场能量有很大一部分会穿过压电薄膜，造成能量的泄露，进而 降低谐振器能够实现的最大机电耦合系数。另一方面，这种激励方式使得激励电 场存在很强的非水平分量，容易在压电薄膜中激发不需要的杂散振动模态，对谐 振器的频谱特性造成负面影响。
[0006]第二，压电薄膜的温度频率系数较大，使得高频兰姆波谐振器的谐振频率随 温度的变化而改变，进而造成滤波器的温度漂移问题。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种高频兰姆波谐振器及其 制备方法，可将激励电场能量约束在压电薄膜内部，提升最大机电耦合系数，抑 制杂散信号，同时解决温度漂移的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种高频兰姆波谐振器，其特征在于，包括自下而上依次设置的支撑衬底、 粘结层、压电薄膜和介质层；所述支撑衬底的上表面设置有空气腔；所述介质层 在对应空气腔区域设置有顶部叉指电极，粘结层在对应空气腔区域设置有与顶部 叉指电极关于压电薄膜平面对称的底部叉指电极；所述压电薄膜在非对应空气腔 区域设置有两个穿孔电极，顶部叉指电极的两个电极分别通过对应穿孔电极与底 部叉指电极的对应电极相连。
[0010]进一步地，所述粘结层、压电薄膜和介质层还对应设置有与空气腔贯通的刻 蚀窗口，所述刻蚀窗口平行于顶部叉指电极的两侧或/和垂直于顶部叉指电极的 两侧，任一侧刻蚀窗口的数量不少于一个。
[0011]进一步地，所述刻蚀窗口的形状为长方形、梯形、椭圆形或两端为圆弧形倒 角的长条形；其中，圆弧形倒角的作用为降低压电薄膜因内部应力破裂的概率， 以提高谐振器制备的良率。
[0012]进一步地，顶部叉指电极与底部叉指电极相连的两个电极构成一个电极对， 即共有两个电极对；通过对一个电极对的两个电极同时施加幅度和相位均相同的 交流电压信号，实现谐振。
[0013]进一步地，所述介质层还设置有顶部连接电极，粘结层还设置有底部连接电 极，顶部叉指电极的两个电极分别经顶部连接电极连接至对应穿孔电极，底部叉 指电极的两个电极分别经底部连接电极连接至对应穿孔电极。
[0014]进一步地，所述压电薄膜的材料为铌酸锂或者钽酸锂，具体为铌酸锂多晶薄 膜、铌酸锂单晶薄膜、钽酸锂多晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜。
[0015]进一步地，所述压电薄膜的厚度小于等于2μm。
[0016]进一步地，所述顶部叉指电极和底部叉指电极中相邻叉指间的中心距与压电 薄膜的厚度的比值在区间[1,100]以内。
[0017]进一步地，所述支撑衬底的材料为硅、碳化硅或金刚石。
[0018]进一步地，所述粘结层和介质层的材料为二氧化硅、氮化硅或碳化硅。
[0019]进一步地，所述顶部叉指电极和底部叉指电极的材料为金、银、铝、钼、铜、 镍或铂金。
[0020]本专利技术还提出了上述高频兰姆波谐振器的制备方法，其特征在于，包括以下 步骤：
[0021]S1：获取支撑衬底；
[0022]S2：通过光刻工艺和反应离子刻蚀(RIE)工艺在支撑衬底中制备空气腔；
[0023]S3：通过薄膜沉积工艺在制备的空气腔中填充牺牲层材料，并通过化学机械 抛光(CMP)工艺去除高出支撑衬底上表面的牺牲层材料；
[0024]S4：通过剥离(Lift
‑
off)工艺和金属薄膜溅射工艺在支撑衬底上表面制备底 部叉指电极和底部连接电极，其中底部叉指电极对应空气腔区域设置；
[0025]S5：通过光刻工艺和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在支撑衬 底上表面制备覆盖底部叉指电极和底部连接电极之外区域的粘结层，并通过化学 机械抛光工艺减小粘结层、底部叉指电极和底部连接电极上表面的粗糙度；
[0026]S6：在粘结层、底部叉指电极和底部连接电极上方制备压电薄膜，通过光刻 工艺和反应离子刻蚀工艺，在压电薄膜非对应空气腔区域开设两个通孔，并在压 电薄膜和粘结层开设与空气腔贯通的刻蚀窗口；
[0027]S7：通过剥离工艺和金属薄膜溅射工艺，在压电薄膜上表面制备顶部叉指电 极和顶部连接电极，以及在压电薄膜的两个通孔内制备穿孔电极；
[0028]S8：通过光刻工艺和等离子体增强化学气相沉积工艺在压电薄膜上表面制备 覆盖顶部叉指电极、顶部连接电极以及刻蚀窗口之外区域的介质层；
[0029]S9：通过向刻蚀窗口注入刻蚀剂，去除空气腔中的牺牲层材料，最终得到高 频兰姆波谐振器。
[0030]进一步地，S3中牺牲层材料为二氧化硅、氮化硅或多晶硅。
[0031]进一步地，S9中刻蚀剂为氢氟酸溶液、稀释后的氢氟酸溶液、气态氢氟酸、 四氟化碳气体、六氟化硫气体、溴化氢气体或氟化氙气体。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0033]1、本专利技术提出了一种高频兰姆波谐振器，通过在压电薄膜的上表面和下表 面的对应位置分别制备顶部叉指电极和底部叉指电极，并在顶部叉指电极和底部 叉指电极上同时施加幅度和相位均相同的交流电压信号，使得压电薄膜内部产生 平行于压电薄膜平面的激励电场，进而提高谐振器可实现的最大机电耦合系数， 并抑制由激励电场非水平分量引起的杂散信号；
[0034]2、本专利技术在压电薄膜的上表面和下表面除电极之外的区域分别制备介质层 和粘结层，利用介质层和粘结层材料与压电薄膜材料极性相反的频率温度特性， 降低温度对谐振器谐振频率的影响。
附图说明
[0035]图1为本专利技术实施例1提出的高频兰姆波谐振器的俯视示意图；
[0036]图2为图1的A
‑
A
’
截面示意图；
[0037]图3为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高频兰姆波谐振器，其特征在于，包括自下而上依次设置的支撑衬底、粘结层、压电薄膜和介质层；所述支撑衬底的上表面设置有空气腔；所述介质层在对应空气腔区域设置有顶部叉指电极，粘结层在对应空气腔区域设置有与顶部叉指电极关于压电薄膜平面对称的底部叉指电极；所述压电薄膜在非对应空气腔区域设置有两个穿孔电极，顶部叉指电极的两个电极分别通过对应穿孔电极与底部叉指电极的对应电极相连。2.根据权利要求1所述高频兰姆波谐振器，其特征在于，所述粘结层、压电薄膜和介质层还对应设置有与空气腔贯通的刻蚀窗口，刻蚀窗口平行于顶部叉指电极的两侧或/和垂直于顶部叉指电极的两侧，任一侧刻蚀窗口的数量不少于一个。3.根据权利要求2所述高频兰姆波谐振器，其特征在于，所述刻蚀窗口的形状为长方形、梯形、椭圆形或两端为圆弧形倒角的长条形。4.根据权利要求1所述高频兰姆波谐振器，其特征在于，所述介质层还设置有顶部连接电极，粘结层还设置有底部连接电极，顶部叉指电极的两个电极分别经顶部连接电极连接至对应穿孔电极，底部叉指电极的两个电极分别经底部连接电极连接至对应穿孔电极。5.根据权利要求1所述高频兰姆波谐振器，其特征在于，所述顶部叉指电极和底部叉指电极中相邻叉指间的中心距与压电薄膜的厚度的比值在区间[1,100]以内。6.根据权利要求1所述高频兰姆波谐振器，其特征在于，所述压电薄膜的材料为铌酸锂或者钽酸锂。7.根据权利要求1所述高频兰姆波谐振器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂程，张晓升，张卓，张婷杨，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：