一种可重构SAW谐振器结构及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可重构SAW谐振器结构及制备方法，涉及新一代信息技术，针对现有技术中厚度高、载流子浓度低、直流偏置电压高以及漏电流大的问题提出本方案。SAW谐振器结构主要包括ε相氧化镓压电薄膜上端部通过注入负离子得到的导电层；在导电层上设置介电层和成对的叉指电极；一叉指电极分别连接直流偏置电压和RF信号，另一叉指电极接地。方法主要是对ε相氧化镓压电薄膜表面注入负离子，使ε相氧化镓压电薄膜上端部形成导电层。其优点在于，载流子浓度提高之余还不用被厚度限制，设计和制作会更加灵活和简单。高浓度的二维电子气对直流偏置电压的变化更加灵敏，只需较低的电压即可调节。引入绝缘的介电层后不存在漏电流，避免发热量大的问题。避免发热量大的问题。避免发热量大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种可重构SAW谐振器结构及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种可重构SAW谐振器结构及制备方法。

技术介绍

[0002]声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)谐振器具有高工作频率、高品质因素(Q)、高稳定性、低插入损耗、体积紧凑等优良特性，可用于制备滤波器和传感器等器件。基于SAW谐振器的滤波器件具有制造成本低、体积小、重量轻、可靠性高等其他类型滤波器无法比拟的优点，现已被广泛应用于移动通信系统。
[0003]SAW谐振器的核心部件包括成对设置的叉指电极(Inter Digital Transducer,IDT)和压电衬底。其中IDT为排列在压电衬底表面的指状电极，相邻两条叉指分别接地和接RF信号。SAW谐振器工作原理是当RF信号施加在叉指电极上时，交变电场作用于压电衬底并通过逆压电效应产生机械振动，进而激励出沿压电衬底表面传播的弹性波。当施加信号的频率与压电衬底机械振动的特征频率一致时，形成的弹性波为驻波，此时激励的声波波强最大。
[0004]为了满足现代通信技术对更高通信传输速率、更密集连接密度和更大通信数据量的需求，要求广泛应用于射频前端中的SAW滤波器要具有更大的带宽。传统SAW谐振器结构在制造完成后是固定不变的，这导致基于SAW谐振器的滤波器工作频段和带宽就相对固定，这非常不利于这类滤波器在现代通信系统中的应用。针对这一问题，有学者提出利用声电效应(acoustoelectric effect,AE effect)来实现SAW谐振器中心频率可调的解决方案。此方案通常通过改变压电材料表面的电导率来影响SAW沿压电材料表面传播的特性。
[0005]由IDT激励的SAW在沿着压电层表面传播时伴有与SAW同周期的交变电场，这意味着SAW传播路径的电荷分布同样具有周期性。若通过外加条件使得压电材料表面的电导率可以动态调节，则可使伴随SAW传播的电场在压电材料表面有不同的损耗，最终达到改变SAW传播速度的目的，这即是由压电层表面电导率改变引起的声电效应。根据微扰理论可以得到，由声电效应引起的SAW速度减小为：
[0006][0007]式中K2为压电层的机电耦合系数，v0为未受到压电层表面电导率变化影响时的SAW速度，σ
S
为压电层表面的电导率，ε
S
为压电层表面的介电系数，ε0为真空介电系数。
[0008]已有文献[Kohji Hohkawa etal 2008Jpn.J.Appl.Phys.477104]提出利用AlGaN/GaN异质结界面的二维电子气(2DEG)与SAW耦合，从而实现对SAW谐振器的调谐。此方案的SAW谐振器结构如图1所示，通过在叉指电极对上施加一定的直流电压，可以实现对AlGaN/GaN界面处2DEG浓度的连续调节，从而实现对半导体表面电导率的连续调节，并最终实现对SAW谐振器中心频率的连续调节，如图1所示。
[0009]上述基于AlGaN/GaN异质结构的SAW谐振器具有以下缺点：
[0010](1)AlGaN/GaN异质结界面的2DEG浓度主要受AlGaN势垒层202厚度的影响，且通常
2DEG浓度与AlGaN势垒层202厚度呈正相关；文献[*F.Medjdoub,et al,Appl.Phys.Lett.2011,vol98,223502]中报道，该异质结结构通常要求AlGaN势垒层202不低于10nm才能有效诱导出2DEG，而通过增加AlGaN势垒层202厚度最高仅可以实现10
13
/cm2量级的2DEG浓度。一方面2DEG的浓度上限决定了该结构电导率可被调节的最大范围。另一方面较厚的AlGaN势垒层202会导致器件需要较高的直流电压实现对其2DEG浓度的调节，因此会给基于AlGaN/GaN异质结结构的可调谐SAW谐振器设计带来一定的局限性；
[0011](2)在基于AlGaN/GaN异质结结构的SAW器件中，叉指电极对与AlGaN势垒层202直接接触形成肖特基接触，施加直流电压时会产生较大的漏电流，导致器件损耗较大且容易产生器件发热的问题。在文献[N.Shigekawa,et al,EEE Electron Device Letters,vol.28,no.2,pp.90
‑
92,Feb.2007]中，对于基于AlGaN/GaN异质结构的SAW谐振器，当2DEG浓度为9.02
×
10
12
/cm2且AlGaN势垒层厚21nm时，2DEG的耗尽电压为
‑
2.5V，直流变化范围为
‑
10V～0V。较大的耗尽电压容易使漏电流过大而导致发热量大并加快器件老化损坏。

技术实现思路

[0012]本专利技术目的在于提供一种可重构SAW谐振器结构及制备方法，以避免在压电材料上引入较厚介电层、载流子浓度低、直流偏置电压高以及漏电流大的问题。
[0013]本专利技术中所述一种可重构SAW谐振器结构，包括衬底，以及设置在所述衬底上的ε相氧化镓压电薄膜；
[0014]所述ε相氧化镓压电薄膜远离衬底的上端部通过注入负离子得到导电层；在所述导电层上设置介电层；在介电层上设置成对的叉指电极；一叉指电极分别连接直流偏置电压和RF信号，另一叉指电极接地。
[0015]所述负离子是氟离子。
[0016]本专利技术中所述一种可重构SAW谐振器结构的制备方法，包括以下步骤：
[0017]S1.在衬底上生长ε相氧化镓压电薄膜；
[0018]S2.对ε相氧化镓压电薄膜表面注入负离子，使ε相氧化镓压电薄膜上端部形成导电层；
[0019]S3.在所述导电层表面生长出介电层；
[0020]S4.利用掩膜在所述介电层表面制作成对的叉指电极；
[0021]S5.除去用于制作叉指电极的掩膜。
[0022]所述步骤S2中利用氟基气体的等离子体对所述ε相氧化镓压电薄膜表面注入负离子，所述负离子是氟离子。
[0023]所述氟基气体是CF4。
[0024]所述步骤S2利用RIE/ICP
‑
RIE系统完成。
[0025]所述步骤S1中生长完ε相氧化镓压电薄膜后还进行酸洗工序。
[0026]所述酸洗工序具体为：在FN溶液中浸泡后，用DIW冲洗；随后在SPM溶液中浸泡后，再用DIW冲洗；
[0027]所述FN溶液是HF:HNO3＝1:1的混合溶液；
[0028]所述SPM溶液是98％ H2SO4:30％ H2O2:DIW＝1:1:4的混合溶液；
[0029]所述DIW是去离子水。
[0030]在FN溶液中浸泡时间为1分钟。
[0031]在SPM溶液中浸泡时间为5分钟。
[0032]本专利技术中所述一种可重构SAW谐振器结构及制备方法，其优点在于，注入负离子后在ε相氧化镓压电薄膜表面诱导得到的二维电子气浓度能高达10
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～10
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可重构SAW谐振器结构，包括衬底(101)，以及设置在所述衬底(101)上的ε相氧化镓压电薄膜(102)；其特征在于，所述ε相氧化镓压电薄膜(102)远离衬底(101)的上端部通过注入负离子得到导电层(103)；在所述导电层(103)上设置介电层(104)；在介电层(104)上设置成对的叉指电极(105)；一叉指电极(105)分别连接直流偏置电压和RF信号，另一叉指电极(105)接地。2.根据权利要求1所述一种可重构SAW谐振器结构，其特征在于，所述负离子是氟离子。3.一种可重构SAW谐振器结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.在衬底(101)上生长ε相氧化镓压电薄膜(102)；S2.对ε相氧化镓压电薄膜(102)表面注入负离子，使ε相氧化镓压电薄膜(102)上端部形成导电层(103)；S3.在所述导电层(103)表面生长出介电层(104)；S4.利用掩膜(106)在所述介电层(104)表面制作成对的叉指电极(105)；S5.除去用于制作叉指电极(105)的掩膜。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：卢星，周涛，陈梓敏，王钢，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：