基于MgxZn1-xO压电薄膜的固体装配型谐振器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于MgxZn1-xO压电薄膜的固体装配型谐振器，其包括电极、压电薄膜、Bragg反射层薄膜和基片，所述的Bragg反射层由高声阻薄膜和低声阻薄膜组成，依次溅射n个周期的高声阻薄膜和低声阻薄膜，且最上层为低声阻薄膜；压电薄膜的材料是MgxZn1-xO，其中n为正整数，0.05≦x≦0.33。本发明专利技术结构稳定、机械强度高、回波损耗值高、机电耦合系数和品质因数较高，且成本较低。

【技术实现步骤摘要】
基于MgxZr^xO压电薄膜的固体装配型谐振器
本专利技术涉及一种固体装配型谐振器，特别是涉及一种基于MgxZrvxO压电薄膜的固体装配型谐振器。
技术介绍
薄膜体声波谐振器(FBAR)作为体声波器件的一种，由于小尺寸、高的器件性能及在高频领域很大的潜在应用吸引了人们的广泛关注。FBAR从结构来说可分为固体装配型谐振器(Solidly Mounted Resonator,简称SMR)和背部刻蚀型FBAR两种。SMR由电极、高低声阻薄膜组成的布拉格反射层及夹在它们之间的压电薄膜组成的三明治结构构成，具有相比于背部刻蚀的FBAR结构更加牢固的优点。氧化锌(ZnO)作为SMR的压电 薄膜已被广泛应用，但是ZnO薄膜的缺点是纵向声速低，电阻低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于MgxZrvxO压电薄膜的固体装配型谐振器，其工艺简单、结构稳定、机械强度高、回波损耗值高、机电耦合系数和品质因数较高，且成本较低。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:一种基于MgxZrvxO压电薄膜的固体装配型谐振器，其特征在于，其包括电极、压电薄膜、Bragg反射层薄膜和基片，所述的Bragg反射层由高声阻薄膜和低声阻薄膜组成，依次溅射η个周期的高声阻薄膜和低声阻薄膜，且最上层为低声阻薄膜；压电薄膜的材料是MgxZrvxO，其中η为正整数，0.05 ^ X ^ 0.33。优选地，所述电极材料为金属，通过射频磁控溅射的方法得到，厚度为60nm-200nmo优选地，所述高声阻薄膜通过射频磁控溅射的方法得到，溅射厚度为谐振波长的1/4。优选地，所述低声阻薄膜通过射频磁控溅射的方法得到，溅射厚度为谐振波长的1/4。优选地，所述压电薄膜通过射频磁控溅射的方法得到，溅射厚度为谐振波长的1/2，得到的压电薄膜具有很好的C轴生长方向。[0011 ] 优选地，所述基片的材料为硅。本专利技术的积极进步效果在于:本专利技术工艺简单，在衬底上制备出结构稳定、机械强度高、回波损耗值高、机电耦合系数和品质因数较高的固体装配型谐振器。此外，薄膜体声波谐振器结构的生产成本较低。机械强度高是相对于背部刻蚀的谐振器来讲，由于本专利技术器件背部没有掏空，所以器件不易损坏，机械强度高。回波损耗高是因为现有的回波损耗值基本在_30dB,基于MgxZrvxO压电薄膜的固体装配型谐振器的回波损耗值达到_40dB。机电耦合系数和品质因数通过网络分析仪测得的频率响应曲线算得，其值分别为2.4%和965，因此机电耦合系数和品质因数较高。【附图说明】图1为本专利技术基于MgxZrvxO压电薄膜的固体装配型谐振器(实施例1)的结构示意图。图2为本专利技术实施例1测试所得SMR器件的频率响应Smith圆图。图2中的横坐标(即freq)表示频率(单位为GHz)。图3为本专利技术实施例1测试所得SMR器件的回波损耗S(l，I)曲线测试结果。图3中的横坐标表示频率(单位为GHz),纵坐标表示S (I, I)回波损耗值,单位为dB。图4为本专利技术实施例1测试所得SMR器件的相位图。图4中的横坐标表示频率(单位为GHz),纵坐标表示相位。图5为本专利技术基于MgxZrvxO压电薄膜的固体装配型谐振器(实施例2)的结构示意图。图6为本专利技术实施例2测试所得SMR器件的频率响应Smith圆图。图6中的横坐标表示频率(单位为GHz)。图7为本专利技术实施例2测试所得SMR器件的回波损耗S(l，I)曲线测试结果。图7中的横坐标表示频率(单位为GHz),纵坐标表示S (I, I)回波损耗值,单位为dB。图8为本专利技术实施例2测试所得SMR器件的相位图。图8中的横坐标表示频率(单位为GHz),纵坐标表示相位。【具体实施方式】下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的技术方案。实施例1:如图1所示，本专利技术基于MgxZrvxO压电薄膜的固体装配型谐振器，包括第一基片101、第一高声阻层薄膜102、第二高声阻层薄膜104、第三高声阻层薄膜106，第一低声阻层薄膜103、第二低声阻层薄膜105、第三低声阻层薄膜107、第一 MgxZrvxO (X = 0.05)压电薄膜108、第一电极109、第二电极110、第三电极111，第一基片101、第一高声阻层薄膜102、第二高声阻层薄膜104、第三高声阻层薄膜106，第一低声阻层薄膜103、第二低声阻层薄膜105、第三低声阻层薄膜107、第一 MgxZrvxO压电薄膜108依次从下往上排布,第一电极109、第二电极110、第三电极111都位于第一 MgxZrvxO压电薄膜108的顶端上。三个高声阻层薄膜的材料可以采用金属钨。低声阻层薄膜的材料可以采用金属钛。其中，三周期由高低声阻材料，即第一低声阻层薄膜103、第二低声阻层薄膜105、第三低声阻层薄膜107和第一高声阻层薄膜102、第二高声阻层薄膜104、第三高声阻层薄膜106组成的Bragg反射层作为声学阻挡层，将声波能量限制在第一MgxZrvxO压电薄膜108内。通过射频磁控溅射的方法获得了三周期由高低声阻材料(第一低声阻层薄膜103、第二低声阻层薄膜105、第三低声阻层薄膜107和第一高声阻层薄膜102、第二高声阻层薄膜104、第三高声阻层薄膜106)组成的Bragg反射层，各层的厚度为谐振波长的1/4。第一低声阻层薄膜103的溅射条件、第二低声阻层薄膜105的溅射条件、第三低声阻层薄膜107的溅射条件都为:功率180W、温度300°C、压强2.5Pa、氩气40sCCm，溅射厚度为607.lnm。第一高声阻层薄膜102的溅射条件、第二高声阻层薄膜104的溅射条件、第三高声阻层薄膜106的溅射条件都为:功率100W、温度300°C、压强2.5Pa、氩气20sCCm，溅射厚度为 550.lnm。通过研究不同射频溅射条件下第一 MgxZrvxO压电薄膜108的结构、表面粗糙度和应力，得到了利用磁控方法获得第一 MgxZrvxO压电薄膜108的最佳溅射条件。第一 MgxZrvxO压电薄膜108的溅射条件为:功率200W、温度300°C、压强2.5Pa、氩气40sCCm，溅射厚度为1268nm。MgxZrvxO材料是一种高声速、高电阻的压电材料，能够制备回波损耗值高及机电耦合系数较高的薄膜共振器件，MgxZrvxO压电薄膜的厚度为谐振波长的1/2。第一电极109的材料、第二电极110的材料、第三电极111的材料都为Au，厚度都为150nm，通过射频磁控溅射的方法得到，溅射条件都为:功率150W、压强l.0Pa、氩气30sccmo在溅射金属Au之前先溅射一层Ti薄膜，目的是提高金属电极和压电薄膜的结合性，金属Ti的溅射条件为:功率150W、压强1.0Pa、氩气30sCCm。通过微探针台和网络分析仪对所得器件进行测量，测得器件的频率响应Smith圆图如图2所示，器件的S(l，l)回波损耗特性如图3所示，器件的相位图如图4所示。从图2可以看到器件在表现出良好的谐振特性，串联和并联谐振频率分别为2.026GHz和2.046GHzο从图3可以看到，器件在2.046GHz时器件有良好的谐振特性，品质因数为965，回波损耗为-38.8dB，机电耦合系数keff2为2.5%。实施例2:如图5所示，本专利技术基于MgxZrvxO压电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MgxZn1‑xO压电薄膜的固体装配型谐振器，其特征在于，其包括电极、压电薄膜、Bragg反射层薄膜和基片，所述的Bragg反射层由高声阻薄膜和低声阻薄膜组成，依次溅射n个周期的高声阻薄膜和低声阻薄膜，且最上层为低声阻薄膜；压电薄膜的材料是MgxZn1‑xO，其中n为正整数，0.05≦x≦0.33。

【技术特征摘要】
1.一种基于MgxZrvxO压电薄膜的固体装配型谐振器，其特征在于，其包括电极、压电薄膜、Bragg反射层薄膜和基片,所述的Bragg反射层由高声阻薄膜和低声阻薄膜组成,依次溅射η个周期的高声阻薄膜和低声阻薄膜，且最上层为低声阻薄膜；压电薄膜的材料是MgxZrvxO，其中 η 为正整数，0.05≤x ≤ 0.33。2.如权利要求1所述的基于MgxZrvxO压电薄膜的固体装配型谐振器，其特征在于，所述电极材料为金属，通过射频磁控派射的方法得到，厚度为60nm-200nm。3.如权利要求1所述的基于MgxZrvx...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚非，沈勇，刘一剑，徐东，杨翰林，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31