一种基于固态装配型谐振器的磁电天线及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于固态装配型谐振器的磁电天线及其制备方法，该磁电天线从下至上包括衬底、Bragg反射层、底部电极层、压电层和磁致伸缩层。其中Bragg反射层包括粘合剂层和周期性堆叠的低/高声阻抗层，最下层的低声阻抗层设置在衬底的上表面，最上层的高声阻抗层设置在粘合剂层的下表面。本发明专利技术提供的磁电天线采用Bragg反射层取代了空气间隙型结构，省去了难度较高的表面微加工工艺，以及采用粘合剂层进行键合可以实现高的表面性能，缓解失配材料间热应力导致的解键合。材料间热应力导致的解键合。材料间热应力导致的解键合。

【技术实现步骤摘要】
一种基于固态装配型谐振器的磁电天线及其制备方法


[0001]本专利技术涉及射频微机电系统和电小天线领域，尤其涉及一种基于固态装配型谐振器的磁电天线及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着物联网产品的兴起，对高效小型天线的需求逐年增加，然而，天线的小型化却一直是个较大的挑战。美国东北大学和加州大学洛杉矶分校提出了基于空气间隙型谐振器的磁电天线方案，利用声波谐振时的正/逆磁电效应来接收/发射电磁波。在相同频率下，固体中的声波长远小于电磁波长，工作在蓝牙频段附近的磁电天线，其尺寸比常规天线小1～2个数量级，同时，该天线技术能与CMOS工艺兼容，可采用微组装技术进行集成。然而，基于空气间隙型谐振器的磁电天线需要采用目前工艺水平较高的表面微加工工艺，加工难度较大；另一方面，空气间隙型谐振器因其悬空结构伴随有机械牢固度低，功率容量小的问题。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于固态装配型谐振器的磁电天线及其制备方法，以解决当前技术加工难度大，机械牢固度低及功率容量小的问题。
[0004]本专利技术所采用的第一技术方案是：一种基于固态装配型的谐振器的磁电天线，其特征在于，所述磁电天线从下至上依次包括衬底、Bragg反射层、底部电极层、压电层和磁致伸缩层，所述Bragg反射层包括粘合剂层和周期性堆叠的低/高声阻抗层，最下层的低声阻抗层设置在衬底的上表面，最上层的高声阻抗层设置在粘合剂层的下表面。
[0005]本方案中，采用Bragg反射层取代了空气间隙型结构，省去了难度较高的表面微加工工艺，采用粘合剂层进行键合可以实现高的表面能，在室温或低温条件下也能达到高的键合强度，缓解失配材料间热应力导致的解键合。此外，粘合剂层的存在会增加原片级键合工艺对表面颗粒、沾污及表面缺陷的容忍度，可以实现不完美圆片表面间的键合。
[0006]进一步，所述低声阻抗层采用二氧化硅、碳氧化硅、镁、铝、钛、锶中的至少一种材料，并且每一层的厚度为并联谐振频率下体声波波长的1/4。
[0007]进一步，所述高声阻抗层采用钼、钽、钨、铱、铂中的至少一种材料，并且每层的厚度为并联谐振频率下体声波波长的1/4。
[0008]在本方案中，周期性堆叠的低/高声阻抗层厚度在1/4波长的基础上进行微调，使得强反射同时出现在纵向振动模式和在剪切模式，进一步增加器件的Q值，提高天线的辐射效率。
[0009]进一步，所述粘合剂层采用环氧树脂、光刻胶、苯并环丁烯、甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮中的一种材料，且其厚度为并联谐振频率下的体声波波长的1/4的奇数倍。
[0010]进一步，所述衬底采用高阻硅、氮化硅、蓝宝石、钇铝石榴石中的一种材料组成。
[0011]进一步，所述底部电极层采用铝、钛、钼、银、铂、金中的至少一种材料。
[0012]进一步，所述压电层采用石英单晶、氮化铝、氮化铝钪、氮化镓、氧化锌、铌酸锂、钽
酸锂、锆钛酸铅中的至少一种材料。
[0013]进一步，所述磁致伸缩层和压电层具有相同的形状和横截面积，采用镍铁合金、铁镓合金、铁钴合金、铁钴硅硼、铁硅硼碳、锰锌铁氧体、镍锌铁氧体中的至少一种材料。
[0014]本专利技术所采用的第二技术方案是：一种基于固态装配型谐振器的磁电天线的制备方法，包括以下步骤：
[0015]选择衬底材料并进行预处理，依次经过溶剂清洗、去离子水漂洗、RCA标准清洗、去离子水漂洗、氢氟酸浸入、去离子水漂洗、干燥步骤；
[0016]采用磁控溅射法将周期性堆叠的低/高声阻抗层沉积在衬底上表面，其中，对绝缘材料采用射频反应磁控溅射法，对导电材料采用直流溅射法；
[0017]采用离子注入技术从压电晶体的表面剥离获得压电薄膜，再采用直流磁控溅射法在压电层的下表面沉积底部电极层；
[0018]在底部电极层的下表面和最上层高声阻抗层的上表面分别旋涂粘合剂溶液，将最上层高声阻抗层与带有压电层的底部电极层进行键合；
[0019]采用直流磁控溅射法将磁致伸缩层沉积在压电层的上表面，得到所述磁电天线。
[0020]本专利技术所述的磁电天线和制备所述磁电天线的方法的有益效果是：基于固态装配型谐振器的磁电天线，采用Bragg反射层取代了空气间隙型结构，省去了难度较高的表面微加工工艺；器件直接沉积在衬底上，提高了谐振器天线的机械牢固度和功率容量；周期性堆叠的低/高声阻抗层厚度在1/4波长的基础上进行微调，使得强反射同时出现在纵向振动模式和在剪切模式，进一步增加器件的Q值，提高天线的辐射效率。
附图说明
[0021]图1是本专利技术一种基于固态装配型谐振器的磁电天线的结构示意图；
[0022]图2是本专利技术θ度Y切型铌酸锂的机电耦合系数随θ变化情况的示意图；
[0023]图3是本专利技术实施例非压电层的机电等效模型示意图；
[0024]图4是本专利技术实施例压电层的机电等效模型示意图；
[0025]图5是本专利技术实施例有限元仿真与等效电路仿真结果的对比图；
[0026]图6是本专利技术实施例仿真H面归一化远场方向图；
[0027]图7是本专利技术实施例仿真E面归一化远场方向图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
[0029]本专利技术提供的一种固态装配型谐振器的磁电天线，从下至上依次包括衬底、Bragg反射层、底部电极层、压电层和磁致伸缩层。其中，Bragg反射层包括粘合剂层和周期性交叠的低/高声阻抗层，所述周期性交叠的低/高声阻抗层的交叠周期大于或等于3，最下层的低声阻抗层设置在衬底的上表面，最上层的高声阻抗层设置在粘合剂层的下表面。
[0030]其中，最上层的高声阻抗层的上表面和底部电极层的下表面分别旋涂粘合剂溶液，使底部电极层和最上层的高声阻抗层粘接在一起，缓冲层与层之间的不平整性，增加接
触面积，增大连接层之间的键合强度。
[0031]其中，所述低声阻抗层采用二氧化硅、碳氧化硅、镁、铝、钛、锶中的至少一种材料，优选采用二氧化硅，每层厚度为并联谐振频率下体声波波长的1/4。
[0032]其中，所述高声阻抗层采用钼、钽、钨、铱、铂中的至少一种材料，优选采用钼，每层厚度为并联谐振频率下体声波波长的1/4。
[0033]其中，所述粘合剂层采用环氧树脂、光刻胶、苯并环丁烯、甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮中的一种材料，优选采用苯并环丁烯，其厚度为并联谐振频率下的体声波波长的1/4的奇数倍。
[0034]其中，所述衬底采用高阻硅、氮化硅、蓝宝石、钇铝石榴石中的一种材料组成，优选采用高阻硅。
[0035]其中，所述底部电极层采用铝、钛、钼、银、铂、金中的至少一种材料，优选采用铝。
[0036]其中，所述压电层采用石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于固态装配型谐振器的磁电天线，其特征在于，所述磁电天线从下至上依次包括衬底、Bragg反射层、底部电极层、压电层和磁致伸缩层，所述Bragg反射层包括粘合剂层和周期性堆叠的低/高声阻抗层，最下层的低声阻抗层设置在衬底的上表面，最上层的高声阻抗层设置在粘合剂层的下表面。2.根据权利要求1所述一种基于固态装配型谐振器的磁电天线，其特征在于，所述低声阻抗层采用二氧化硅、碳氧化硅、镁、铝、钛、锶中的至少一种材料，并且每一层的厚度为并联谐振频率下体声波波长的1/4。3.根据权利要求1所述一种基于固态装配型谐振器的磁电天线，其特征在于，所述高声阻抗层采用钼、钽、钨、铱、铂中的至少一种材料，并且每层的厚度为并联谐振频率下体声波波长的1/4。4.根据权利要求1所述一种基于固态装配型谐振器的磁电天线，其特征在于，所述粘合剂层采用环氧树脂、光刻胶、苯并环丁烯、甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮中的一种材料，并且其厚度为并联谐振频率下的体声波波长的1/4的奇数倍。5.根据权利要求1所述一种基于固态装配型谐振器的磁电天线，其特征在于，所述衬底采用高阻硅、氮化硅、蓝宝石、钇铝石榴石中的一种材料组成。6.根据权利要求1所述一种基于固态装配型谐振器的磁电天线，其特征在于，所述底部电极层采用铝、钛、钼、银、...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖绍球，徐国凯，龙云亮，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：