一种频率可调的薄膜体声波谐振器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种频率可调的薄膜体声波谐振器。该谐振器包括衬底、空气隙、电极和压电层的三明治结构及电极引出层；所述衬底与所述电极和压电层的三明治结构连接，衬底与所述电极和压电层的三明治结构的连接面向衬底内凹陷，形成空气隙；所述电极引出层与所述电极和压电层的三明治结构连接。所述电极和压电层的三明治结构包括底电极、压电层、中间电极及顶电极，电极与压电层相间排布形成三明治结构，所述底电极上层叠压电层，所述中间电极被压电层包裹，顶电极层叠在压电层上；所述压电层及中间电极的数量均为n个，n为整数且n的取值≥1。该谐振器可以根据外加偏置电压调整谐振倍频，适用于5G高频通信领域。适用于5G高频通信领域。适用于5G高频通信领域。

【技术实现步骤摘要】
一种频率可调的薄膜体声波谐振器


[0001]本技术涉及射频通信
，具体涉及一种频率可调的薄膜体声波谐振器。

技术介绍

[0002]薄膜体声波滤波器广泛应用于射频通信前端信号处理，是高频通信特别是5G通信、sub
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6G通信以及未来更高频率通信的最佳滤波器件。在射频信号处理过程中，体声波滤波器发挥着至关重要的作用。例如在通信基站、WiFi路由器、个人移动便携设备等方面体声波滤波器已经逐渐替代声表面波器件成为主流的滤波器类型。
[0003]传统的薄膜体声波谐振器是由上下两层金属电极和夹于其中间的压电薄膜材料所构成的三明治结构。其原理为利用压电效应，压电效应是电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当施加一个交变电压于两端电极时，压电效应使压电薄膜产生机械振动并产生体声波，当声波的频率与压电薄膜厚度满足一定数学关系时就发生谐振现象，而体声波谐振器的原理即是利用特定频率下的谐振现象做出频率选择。
[0004]对于压电薄膜内声波的传递形式，具体为当体声波传输到电极界面时，经电极外的声学反射层将声波反射回来，从而将体声波限制在两电极之间产生振荡。因为空气的声阻抗近似为零，因此在电极材料和空气组成的固/气界面具有非常强的反射声波的能力。在电极的下方制备填充层后，形成空腔使下电极直接与空气接触，或将器件的一部分衬底直接刻蚀掉，使器件的下电极悬空形成固/气界面，即硅刻蚀型器件。
[0005]对于频率可调的体声波滤波器的研究较少，大多是根据温度变化做频率补偿，或者修饰电极上方的质量负载层对谐振频率进行调整。例如诺思(天津)微系统有限公司在CN202010013002.X调节体声波滤波器中谐振器频率的方法及体声波滤波器中提出的通过调整体声波谐振器上方的质量负载层的面积实现对谐振器中心频率的调整。上述提到的现有技术虽然起到频率调节的作用，但是其调频作用是一次性的，即在器件加工完成后频率已经固定，不能进行二次调整。这没有解决频率调节的本质问题，不能实现单个谐振器频率随外界单一变量进行改变的功能，只能作为一种频率修饰的技术手段。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术存在的不足，本技术的目的是提供一种频率可调的薄膜体声波谐振器。
[0007]本技术的目的在于提出一种新型频率可调的薄膜体声波谐振器的结构与制备方法。采用该制备方法的制造工艺简单，而且可以突破传统体声波滤波器的空间限制，将以往多个体声波谐振器才能实现的功能使用一个谐振器实现，在更大程度上节约了空间资源，推动器件的小型化进步。
[0008]本技术的目的是通过以下技术方案之一实现的。
[0009]本技术提供的频率可调的薄膜体声波谐振器是一种空气隙型薄膜体声波谐振器。
[0010]本技术提供的频率可调的薄膜体声波谐振器具有电极
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压电层
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电极
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压电层
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电极的多层结构。其中电极与压电层的复合“三明治”结构可以为1阶到N阶。且所有电极层均通过引出层与施加偏置电压，外加偏执电压控制谐振器的谐振频率。
[0011]本技术提供的频率可调的薄膜体声波谐振器，包括衬底、空气隙、电极和压电层的三明治结构及电极引出层；所述衬底与所述电极和压电层的三明治结构连接，衬底与所述电极和压电层的三明治结构的连接面向衬底内凹陷，形成空气隙；所述电极引出层与所述电极和压电层的三明治结构连接；所述电极和压电层的三明治结构包括底电极、压电层、中间电极及顶电极，电极与压电层相间排布形成三明治结构，所述底电极上层叠压电层，所述中间电极被压电层包裹，顶电极层叠在压电层上；所述压电层及中间电极的数量均为n个，n为整数且n的取值≥1。
[0012]所述电极和压电层的三明治结构中可包含多个电极层与压电层，电极层与压电层相间排布，共同构成“三明治”结构。
[0013]所述衬底与下电极间制备空气隙。所述电极引出层分别将下电极(底电极)与中间电极引出。所述顶电极、压电薄膜、中间电极和底电极共同构成三明治结构，该谐振器可以根据外加偏置电压调整谐振倍频，适用于5G高频通信领域。
[0014]进一步地，所述电极和压电层的三明治结构中的底电极和中间电极均通过电极引出层与外界偏置电压源相连。
[0015]进一步地，所述电极和压电层的三明治结构中不同的电极的电位设置为相同极性或相反极性。每一电极层通过电极引出层与外界偏置电压源相连，每一电极层的电位可以设置为相同或正负极性相反。即所有的电极之间可以令他们的电势差相等，或者令相邻两个压电层区域中的电场方向相反如图9、图10所示。
[0016]进一步地，所述衬底为单晶Si；所述压电层为压电薄膜，所述压电层为PZT、AlN、ZnO、CdS、LiNbO3中的一种以上；所述底电极、中间电极和顶电极均为金属电极层，所述金属电极层为Pt、Mo、W、Ti、Al、Au、Ag中的一种以上。
[0017]进一步地，所述压电层的厚度为500nm
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3μm；所述顶电极、中间电极和底电极的厚度为20nm
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1μm。
[0018]进一步地，所述电极引出层的厚度为0.3
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1μm。
[0019]进一步地，所述空气隙的深度为0.5
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2μm。
[0020]本技术提供一种制备上述的频率可调的薄膜体声波谐振器的方法，包括如下步骤：
[0021](1)对衬底进行刻蚀得到凹槽(刻蚀方式可以采用ICP或者RIE等技术在单晶Si衬底上得到凹槽)，在凹槽中沉积SiO2作为填充层(支撑层)；
[0022](2)对步骤(1)所述填充层做机械抛光处理，使填充层区域与周围区域的台阶尽量小，在填充层上沉积金属电极，并进行图形化处理，得到所述底电极(下电极)；
[0023](3)在步骤(2)所述底电极上沉积n个压电层、n个中间电极及一个顶电极，n为整数且n的取值≥1(n可根据设计需要进行取值，可通过多次沉积电极和压电层得到多层“电极
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压电层
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电极”的三明治结构)，电极与压电层相间，底电极、压电层、中间电极及顶电极形成
三明治结构，得到所述电极和压电层的三明治结构；
[0024](4)在最后一层顶电极制备完成之后，利用掩膜或者光刻方法在压电层上刻蚀出电极引出的通孔并沉积金属得到电极引出层；
[0025](5)利用ICP、RIE或者湿法刻蚀等方式刻蚀连通下方填充层的通孔并释放填充层得到空气隙(即空气腔结构，此处可采用腐蚀液释放填充层)，得到所述频率可调的薄膜体声波谐振器。
[0026]进一步地，步骤(1)所述沉积SiO2的方法为PECVD；步骤(2)所述沉积金属电极的方法为磁控溅射或蒸镀；步骤(3)所述沉积压电层的方法包括PVD(磁控溅射)、MOCVD(金属有机化合物化学气相沉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种频率可调的薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括衬底、空气隙、电极和压电层的三明治结构及电极引出层；所述衬底与所述电极和压电层的三明治结构连接，衬底与所述电极和压电层的三明治结构的连接面向衬底内凹陷，形成空气隙；所述电极引出层与所述电极和压电层的三明治结构连接；所述电极和压电层的三明治结构包括底电极、压电层、中间电极及顶电极，电极与压电层相间排布形成三明治结构，所述底电极上层叠压电层，所述中间电极被压电层包裹，顶电极层叠在压电层上；所述压电层及中间电极的数量均为n个，n为整数且n的取值≥1。2.根据权利要求1所述的频率可调的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述电极和压电层的三明治结构中的底电极和中间电极均通过电极引出层与外界偏置电压源相连。3.根据权利要求1所述的频率可调的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述电极和压电层的三明治结构中不同的电极的电位设置为相同极性...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，张铁林，刘红斌，衣新燕，赵利帅，欧阳佩东，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：