兰姆波谐振器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种兰姆波谐振器，包括：第一衬底；压电层，第一衬底与压电层之间形成有空腔，压电层为C轴倾斜的压电薄膜，C轴倾斜的角度为通过旋转欧拉角使C轴取向的压电薄膜的C轴倾斜48

【技术实现步骤摘要】
兰姆波谐振器及其制作方法


[0001]本专利技术的至少一种实施例涉及一种兰姆波谐振器，尤其涉及一种基于C轴倾斜掺钪氮化铝压电薄膜的兰姆波谐振器及其制作方法。

技术介绍

[0002]随着5G/6G时代的到来，移动通信系统特别是蜂窝电话应用的需求不断增大，对无线通信系统中的组成部件提出了更高的要求。在5G/6G无线通信系统中，射频前端技术被视为一项关键技术，而射频滤波器作为射频前端的一个核心部件，能够让信号中特定的频率成分低损耗通过并极大地抑制其他频率成分，提高系统的抗干扰能力和信噪比。因此，如何在更高的频率下实现高性能滤波器将是未来学术界和工业界研究的重要目标。
[0003]机电耦合系数(k2)，作为衡量滤波器、谐振器性能的重要指标之一，高的机电耦合系数能够保证滤波器具有足够大的通带带宽，从而能够实现更大数据量的传输。因此，在5G频段内实现大机电耦合系数的谐振器是实现宽带宽滤波器的关键。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，为了得到面向5G FR1(450MHz～6GHz)频段、宽带宽的声波滤波器，同时降低声波谐振器制作工艺的复杂度，本专利技术提供一种兰姆波谐振器及其制作方法，通过在第一衬底上形成C轴倾斜特定角度范围的压电层，并且使C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向与第一金属电极层形成的横向电场的方向成特定角度范围，以在横向电场的作用下激发出A1振动模态的兰姆波，进而实现高机电耦合系数、高频声波谐振器。
[0005]本专利技术提供一种兰姆波谐振器，包括：
[0006]第一衬底；
[0007]压电层，形成在第一衬底上，第一衬底与压电层之间形成有空腔，压电层为C轴倾斜的压电薄膜，C轴倾斜的角度为通过旋转欧拉角使C轴取向的压电薄膜的C轴倾斜48
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～68
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或者
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，压电层适用于在横向电场的作用下激发出第一阶反对称模态的兰姆波；
[0008]第一金属电极层，包括由多个正负金属电极交替排布构成的金属电极阵列，金属电极阵列形成横向电场，将第一金属电极层形成在压电层上，使横向电场的方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70
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；
[0009]其中，压电层在横向电场的作用下激发出A1振动模态的兰姆波，使兰姆波谐振器在谐振频率大于3GHz的条件下实现大于15％的机电耦合系数。
[0010]本专利技术还提供一种兰姆波谐振器的制作方法，适用于制作上述的兰姆波谐振器，包括：倾斜放置第一衬底，利用磁控溅射法在第一衬底上沉积压电层，压电层为C轴倾斜角度为48
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的压电薄膜；在压电层上沉积第一金属电极层，其中第一金属电极层的金属电极形成的横向电场方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70
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；在第一金属电极层上沉积掩膜层，并图形化定义掩膜刻蚀
区域；采用感应耦合等离子刻蚀法刻蚀压电层；采用二氟化氙(XeF2)气体对第一衬底进行干法刻蚀，以在第一衬底靠近压电层的一侧形成空腔；以及采用缓冲氧化物刻蚀液去除掩膜层。
[0011]本专利技术还提供一种兰姆波谐振器的制作方法，适用于制作上述的兰姆波谐振器，包括：在第一衬底上沉积释放层；倾斜放置形成有释放层的第一衬底，以在释放层上沉积压电层，压电层为C轴倾斜角度为48
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的压电薄膜；在压电层上沉积第一键合层；在第二衬底上沉积第二键合层，并刻蚀第二衬底上未形成有第二键合层的区域，以在第二衬底上形成空腔；将第一键合层和所述第二键合层对准后进行晶圆键合；通过激光剥离释放层，以将第一衬底从压电层上剥离；以及在压电层上形成第一金属电极层，其中第一金属电极层形成的横向电场方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70
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。
[0012]根据本专利技术上述实施例提供的兰姆波谐振器，通过在第一衬底上形成C轴倾斜角度为48
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的压电层，且在第一衬底与压电层之间形成空腔，并且使第一金属电极层形成的横向电场的方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70
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，使压电层在横向电场的作用下激发出A1振动模态的兰姆波，进而使兰姆波谐振器在谐振频率大于3GHz的条件下实现大于15％的机电耦合系数，以在5G频段内实现大机电耦合系数，满足宽带宽滤波器的要求。
附图说明
[0013]图1为根据本专利技术实施例的兰姆波谐振器的截面示意图；
[0014]图2为根据本专利技术实施例的压电薄膜C轴倾斜特定角度θ的示意图；
[0015]图3为根据本专利技术实施例的激发出A1振动模态的兰姆波谐振器的机电耦合系数随压电薄膜C轴倾斜角度变化的曲线；
[0016]图4为根据本专利技术实施例的兰姆波谐振器的机电耦合系数随声波传播方向变化的曲线；
[0017]图5为根据本专利技术实施例的兰姆波谐振器激发出的A1振动模态的兰姆波的示意图；
[0018]图6为根据本专利技术实施例的A1振动模态的兰姆波谐振器的谐振频率随压电薄膜厚度变化的曲线；
[0019]图7为根据本专利技术实施例的兰姆波谐振器的制作方法的流程图；
[0020]图8(a)～8(f)为根据本专利技术实施例的兰姆波谐振器的制作过程示意图；
[0021]图9为根据本专利技术实施例的未进行金属电极优化设计的激发出A1振动模态的兰姆波谐振器的仿真性能图；
[0022]图10为根据本专利技术实施例的进行金属电极优化设计后的激发出A1振动模态的兰姆波谐振器的仿真性能图；
[0023]图11为根据本专利技术另一实施例的兰姆波谐振器的制作方法的流程图；以及
[0024]图12(a)～12(e)为根据本专利技术另一实施例的兰姆波谐振器的制作过程示意图。
[0025]【附图标记说明】
[0026]1‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兰姆波谐振器，其特征在于，包括：第一衬底(1)；压电层(3)，形成在所述第一衬底(1)上，所述第一衬底(1)与所述压电层(3)之间形成有空腔(6)，所述压电层(3)为C轴倾斜的压电薄膜，所述C轴倾斜的角度为通过旋转欧拉角使C轴取向的压电薄膜的C轴倾斜48
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，所述压电层(3)适用于在横向电场的作用下激发出第一阶反对称模态的兰姆波；第一金属电极层(41)，包括由多个正负金属电极交替排布构成的金属电极阵列，所述金属电极阵列形成所述横向电场，将所述第一金属电极层(41)形成在所述压电层(3)上，使所述横向电场的方向与所述C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70
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；其中，所述压电层(3)在所述横向电场的作用下激发出第一阶反对称模态的兰姆波，使所述兰姆波谐振器在谐振频率大于3GHz的条件下实现大于15％的机电耦合系数。2.根据权利要求1所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述压电层(3)的材料包括：掺钪氮化铝、或者氮化铝与掺钪氮化铝组成的复合层材料；所述压电层(3)的厚度为100～500nm。3.根据权利要求2所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述掺钪氮化铝中钪元素的掺杂浓度为0～40％。4.根据权利要求2所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述掺钪氮化铝中钪元素的掺杂浓度为40％。5.根据权利要求1所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述第一金属电极层(41)的金属电极为叉指电极，金属电极的数量为2～50个；相邻两个所述金属电极之间的间距为所述声波的半波长；每个所述金属电极的宽度为所述声波的六分之一波长或者八分之一波长；每个所述金属电极的长度为所述声波的十个波长或者十个半波长。6.根据权利要求5所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述金属电极的材料包括以下之一：金、铝、钼、铂、铜、钛金合金、钛铝合金、钛铜合金、铬金合金、铬铝合金、铬铜合金；所述金属电极的厚度为10～100nm。7.根据权利要求1所述的兰姆波谐振器，其特征在于，还包括：释放层(2)，形成在所述第一衬底(1)与所述压电层(3)之间，适用于形成所述空腔(6)，以释放所述第一衬底(1)与所述压电层(3)之间的空间；所述释放层(2)包括一层或多层，每层的材料包括以下之一：二氧化硅、氮化硅、氮化镓；所述释放层(2)的厚度为1μm～10μm。8.根据权利要求1所述的兰姆波谐振器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：左成杰，林福宏，杨凯，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：