一种兰姆波谐振器制造技术

一种兰姆波谐振器，包括底电极和顶电极，在所述底电极和顶电极之间平铺有呈交替周期分布的正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜。本发明专利技术可以在高频交流电信号的作用下产生兰姆波，得到不使用IDT的兰姆波谐振器，实现高的有效机电耦合系数(超过15％)。实现高的有效机电耦合系数(超过15％)。实现高的有效机电耦合系数(超过15％)。

【技术实现步骤摘要】
一种兰姆波谐振器


[0001]本专利技术涉及谐振器
，尤其是一种兰姆波谐振器。

技术介绍

[0002]随着移动通讯技术的不断进步，声波谐振器也得发展。目前市场上主流的声波谐振器是体声波(BAW)谐振器，BAW中最出色的是薄膜体声波谐振器(FBAR，Film Bulk Acoustic Resonator)，FBAR仅利用的压电薄膜纵向d
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压电系数，其由于具有高功率容量、高品质因子(Q)、插入损耗低、高谐振频率，在2GHz以上的通信设备中被广泛使用。FBAR的谐振频率主要由压电薄膜层的厚度决定，工艺生产过程中，单次镀膜只能实现一种厚度，因此同一晶圆上只能生产同一频率的FBAR器件。
[0003]兰姆波谐振器(LWR)是一种新兴的压电声学谐振器，具有较高的品质因数、低损耗、小体积等优势。LWR多由上、下叉指换能器(IDT)电极层和中间压电薄膜层构成，当信号通过IDT施加于压电薄膜时，兰姆波被激发并在薄膜中进行传播、反射，最终形成驻波引发谐振。LWR的优点是利用的是压电薄膜纵向d
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压电系数和横向d
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压电系数的耦合，可以通过光刻工艺调整IDT的宽度，实现同一晶圆上生产多个频率器件。其缺点是IDT的制造工艺精度较高，其制备质量直接影响了谐振器的性能，与FBAR相比来看，平铺的电极层更容易制备，制造工艺精度更低。
[0004]目前现有技术中的FBAR主要由上、下电极层以及中间压电薄膜层构成，其谐振频率主要由压电薄膜层的厚度决定，工艺生产过程中无法实现同一晶圆上生产多个频率的FBAR器件。
[0005]目前现有技术中的LWR多由上、下叉指换能器(IDT)电极层和中间压电薄膜层构成，现有的LWR需要IDT才能够激发兰姆波，而IDT的制造工艺精度高，比平铺的电极层制备困难。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术中FBAR不能通过光刻工艺灵活调谐，LWR需要使用IDT才能激发兰姆波的缺点，本专利技术要解决的技术问题是通过交替布置极化方向相反的压电薄膜，实现顶电极和底电极的平铺，得到一种不使用叉指换能器(IDT)也能实现高有效机电耦合系数(超过15％)的兰姆波谐振器，并通过光刻工艺对压电薄膜宽度的改变，实现在同一片晶圆上生产不同谐振频率的谐振器。
[0007]本专利技术的技术解决方案如下：
[0008]一方面，本专利技术提供一种兰姆波谐振器，包括底电极和顶电极，其特点在于，在所述底电极和顶电极之间平铺有呈交替周期分布的正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜。
[0009]所述的正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜的厚度相同、宽度也相同，周期是两倍宽度。
[0010]所述的正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜的宽高比相同，均维持在1.0
‑
1.7范围内。
[0011]所述的电极厚度与压电薄膜的厚度比在0.05
‑
0.2之间。
[0012]所述正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜的材料是掺杂钪的氮化铝且掺杂率不大于43％。
[0013]所述底电极和顶电极的材料为钼、铝、钌、钨、铂、铱、镁、金、铬、钴、钛、铜、铍中的一种或多种。
[0014]另一方面，本专利技术还提供一种包括上述兰姆波谐振器的滤波器。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0016]1)通过交替布置极化方向相反的压电薄膜，实现顶电极和底电极的平铺，使得极化方向相反的压电材料在高频交流电信号的作用下产生兰姆波，得到一种不使用IDT的兰姆波谐振器，实现高的有效机电耦合系数(超过15％)。
[0017]2)通过光刻工艺改变正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜的宽度(二者宽度保持相同)，使得谐振器的谐振频率可调，实现生产中对谐振器谐振频率的灵活控制，最终实现同一晶圆上的生产不同谐振频率的谐振器。
附图说明
[0018]图1是本专利技术兰姆波谐振器的截面示意图；
[0019]图2是掺杂30％的Sc的氮化铝材料的本专利技术结构的谐振器的有效机电耦合系数关于宽高比的变化图线；
[0020]图3是实施例1的谐振器的阻抗频率曲线图；
[0021]图4是实施例1调节正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜的宽度时(二者宽度一致)，谐振频率的变化图。
[0022]图中：底电极100、正极化方向的压电薄膜201、反极化方向的压电薄膜202、顶电极300。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，但不应以此，限制本专利技术的保护范围。
[0024]请参阅图1，图1是本专利技术兰姆波谐振器的截面示意图，如图1所示，包括底电极100和顶电极300，在底电极100和顶电极300之间呈交替结构周期平铺有正极化方向的压电薄膜201和反极化方向的压电薄膜202，二者的厚度相同、宽度也相同，周期是两倍宽度。电极厚度与压电薄膜的厚度比在0.05
‑
0.2之间。压电薄膜的材料是掺杂钪的氮化铝(掺杂率不大于43％)，电极材料可以选择钼、铝、钌、钨、铂、铱、镁、金、铬、钴、钛、铜、铍中的一种或多种。
[0025]图2是为使用掺杂30％的Sc的氮化铝材料的该结构的谐振器的有效机电耦合系数关于宽高比的变化。如图2所示，正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜的宽高比相同，均维持在1.0
‑
1.7范围内，在这个宽高比范围内，谐振器可获得高数值的有效机电耦合系数(超过15％)。
[0026]实施例1
[0027]顶电极和底电极材料均为钼，厚度为0.1μm；正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜的材料均为掺杂30％的Sc的氮化铝，二者极化方向相反，厚度为1μm。
[0028]正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜的宽度可以通过光刻工艺调节，当调节至宽高比为1.3时，也就是正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜的宽度均为1.3μm时，谐振器可实现有效机电耦合系数为21.1％的较好性能。
[0029]为了研究在不同设计参数条件下的谐振频率(f
s
)和有效耦合系数(k
2 eff
)。k
2 eff
的计算方程如下：
[0030][0031]其中f
s
是串联谐振频率，f
p
是并联谐振频率。
[0032]图2为实施例1的阻抗频率曲线图(仿真)，此时谐振器的有效机电耦合系数可达21.1％。当通过光刻工艺改变正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜的宽度时(二者宽度一致)，可以实现同一晶圆上的生产不同谐振频率的谐振器，实现谐振频率的可调。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兰姆波谐振器，包括底电极和顶电极，其特征在于，在所述底电极和顶电极之间平铺有呈交替周期分布的正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜。2.根据权利要求1所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述的正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜的厚度相同、宽度也相同，周期是两倍宽度，且正极化方向压电薄膜和反极化方向压电薄膜的宽度在光刻工艺中可变化。3.根据权利要求1所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述的正极化方向的压电薄膜和反极化方向的压电薄膜的宽高比相同，均维持在1.0
‑
1.7范围内。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王楠，蒋洁薇，马晨，杨丰瑗，王志宇，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：