高频高Q值的声波谐振器及其制作方法技术

本申请公开了一种高频高Q值的声波谐振器及其制作方法，所述声波谐振器包括：衬底；设置于所述衬底一侧表面的释放层；设置于所述释放层背离所述衬底表面的压电层；设置于所述压电层背离所述释放层表面的多个金属电极；其中，所述释放层用于所述压电层与所述衬底之间的释放；当所述释放层释放时，在所述衬底与所述压电层之间形成刻蚀沟槽，以得到x

【技术实现步骤摘要】
高频高Q值的声波谐振器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及高频声波谐振器
，尤其是涉及一种高频高Q值的声波谐振器及其制作方法。

技术介绍

[0002]射频滤波器作为射频前端的重要模块之一，其性能的好坏直接决定了通信系统中信号在噪声中脱颖而出的能力。随着5G时代的来临，智能手机中滤波器的数量已经超过100颗，未来市场对于滤波器的需求将进一步提高。通信市场蓬勃发展的今天，6G、7G时代接踵而来，如何在未来更高频率下实现高性能滤波是市场追求的目标。
[0003]品质因数(Q)，作为衡量滤波器、谐振器性能好坏的重要指标之一，高的品质因数保证了滤波器良好的带内插损。所以，在高频段(MHz甚至GHz)实现极致高品质因数是实现高性能滤波的关键。声波谐振器凭借小尺寸、高品质因数、高频率等优点，自然而然成为目前射频滤波器中不可或缺的基本组成元件。
[0004]目前，声波谐振器使用的材料主要有PZT(锆钛酸铅压电陶瓷)、氮化铝(AlN)、掺钪氮化铝(AlScN)、铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT)等。其中，铌酸锂和钽酸锂因其较大的压电系数(e)，能很好的满足5G、6G频段下对于高品质因数和较大机电耦合系数(k2)声波谐振器的需求，逐渐成为声波滤波器制备的热门材料。铌酸锂和钽酸锂薄膜有多个切向，不同切向下激发出的声波模态也不尽相同，常见的切向有x
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cut、y
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cut和z
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cut。该类薄膜根据激发的声波模态不同，所使用的压电系数也有所区别，比如S0模态使用的是e
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，S1模态使用的是e
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，SH0模态使用的是e
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等等，压电系数的大小直接影响了该模态下谐振器性能的好坏。当压电薄膜切向确定之后，其压电系数可以通过旋转平面内的欧拉角进行改变，最终得到最优性能的声波谐振器。当前研究中，大多数学者都通过旋转平面内欧拉角来改变声波谐振器的机电耦合系数，但都忽略了欧拉角改变对于品质因数的影响，且工作在5G、6G频段的声波谐振器品质因数都很难突破1000，这大大影响了其组成滤波器的滤波性能。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提供了一种高频高Q值的声波谐振器及其制作方法，通过旋转欧拉角，在压电薄膜特定角度(
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40～+40度)下可以激发出S1振动模态，以实现高频高Q值的声波谐振器。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种高频高Q值的声波谐振器，所述声波谐振器包括：
[0008]衬底；
[0009]设置于所述衬底一侧表面的释放层；
[0010]设置于所述释放层背离所述衬底表面的压电层；
[0011]设置于所述压电层表面的多个金属电极；
[0012]其中，所述释放层用于所述压电层与所述衬底之间的释放；当所述释放层释放时，
在所述衬底与所述压电层之间形成刻蚀沟槽，以得到x
‑
cut压电薄膜
‑
40～+40度下S1振动模态的高频高Q值的声波谐振器。
[0013]优选的，在上述的声波谐振器中，所述金属电极位于所述压电层背离所述释放层的一侧表面；
[0014]和/或，所述金属电极位于所述压电层朝向所述衬底的一侧表面。
[0015]优选的，在上述的声波谐振器中，所述金属电极形成的电场方向与所述压电层全局坐标系下的+y轴方向呈欧拉角，所述欧拉角的取值为
‑
90～+90度；
[0016]所述金属电极基于所述欧拉角生长在所述压电层表面。
[0017]优选的，在上述的声波谐振器中，所述金属电极的材料为金，铝，钼，铂，或钛金、钛铝、铬金和铬铝组成的合金。
[0018]优选的，在上述的声波谐振器中，所述金属电极的数量为2～400个；
[0019]相邻所述金属电极之间的距离为0.1
‑
20um；
[0020]所述金属电极的厚度为5
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5000nm；
[0021]所述金属电极的宽度为0.1
‑
20um；
[0022]所述金属电极的长度为1
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1000um。
[0023]优选的，在上述的声波谐振器中，所述释放层为一层或多层，每层的材料包括二氧化硅、氮化硅、铌酸锂以及硅中的任意一种；
[0024]所述释放层的厚度为0.05
‑
50um。
[0025]优选的，在上述的声波谐振器中，所述压电层为铌酸锂层，或钽酸锂层，或铌酸锂层、氮化铝层、掺钪氮化铝层、钽酸锂层和氧化锌层的复合层；
[0026]所述压电层的厚度为10
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5000nm。
[0027]优选的，在上述的声波谐振器中，还包括：
[0028]温度补偿层；
[0029]所述温度补偿层位于所述压电层背离所述衬底的一侧表面；
[0030]和/或，所述温度补偿层位于所述压电层背离所述金属电极的一侧表面。
[0031]本专利技术还提供了一种高频高Q值的声波谐振器的制作方法，所述制作方法包括：
[0032]提供一衬底；
[0033]在所述衬底的一侧表面形成释放层；
[0034]在所述释放层背离所述衬底表面形成压电层；
[0035]在所述压电层表面形成多个金属电极；
[0036]其中，所述释放层用于所述压电层与所述衬底之间的释放；当所述释放层释放时，在所述衬底与所述压电层之间形成刻蚀沟槽，以得到x
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cut压电薄膜
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40～+40度下S1振动模态的高频高Q值的声波谐振器。
[0037]优选的，在上述的制作方法中，在所述压电层背离所述释放层表面形成多个金属电极，包括：
[0038]在所述压电层背离所述释放层的一侧表面形成掩膜层；
[0039]基于旋转欧拉角，在所述掩膜层上光刻得到多个预设角度下的电极窗口，并露出部分所述压电层表面；
[0040]通过镀膜技术在所述电极窗口上形成金属电极；
[0041]去除剩余的所述掩膜层。
[0042]通过上述描述可知，本专利技术技术方案提供的高频高Q值的声波谐振器及其制作方法中，通过旋转欧拉角，在压电层上沉积不同角度的金属电极，释放释放层，通过周期性的电场激励激发出x
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cut下压电层的S1振动模态，得到品质因数(Q)超过5000甚至上万的高频声波谐振器，可以很好的满足当前5G、6G频段下对滤波器高频率、高Q值的性能要求；并且通过旋转欧拉角，在保证频率和机电耦合系数(k2)基本不变的情况下，可以有效的调整声波谐振器的品质因数，最终得到
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40～+40度范围内S1振动模态下Q值超过5000甚至上万的高频高Q值的声波谐振器。
附图说明
[0043]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高频高Q值的声波谐振器，其特征在于，包括：衬底；设置于所述衬底一侧表面的释放层；设置于所述释放层背离所述衬底表面的压电层；设置于所述压电层表面的多个金属电极；其中，所述释放层用于所述压电层与所述衬底之间的释放；当所述释放层释放时，在所述衬底与所述压电层之间形成刻蚀沟槽，以得到x
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cut压电薄膜
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40～+40度下S1振动模态的高频高Q值的声波谐振器。2.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述金属电极位于所述压电层背离所述释放层的一侧表面；和/或，所述金属电极位于所述压电层朝向所述衬底的一侧表面。3.根据权利要求2所述的声波谐振器，其特征在于，所述金属电极形成的电场方向与所述压电层全局坐标系下的+y轴方向呈欧拉角，所述欧拉角的取值为
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90～+90度；所述金属电极基于所述欧拉角生长在所述压电层表面。4.根据权利要求3所述的声波谐振器，其特征在于，所述金属电极的材料为金，铝，钼，铂，或钛金、钛铝、铬金和铬铝组成的合金。5.根据权利要求4所述的声波谐振器，其特征在于，所述金属电极的数量为2～400个；相邻所述金属电极之间的距离为0.1
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20um；所述金属电极的厚度为5
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5000nm；所述金属电极的宽度为0.1
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20um；所述金属电极的长度为1
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1000um。6.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：左成杰，戴忠斌，刘雪彦，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：