一种高频声波谐振器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及微电子器件领域，特别涉及一种高频声波谐振器及其制备方法。该高频声波谐振器包括由下至上依次层叠的支撑衬底、压电薄膜和叉指换能器；其中，支撑衬底的声速不低于5000米/秒；高频声波谐振器的目标模式是由纵向电场激励产生的准体波模式；叉指换能器的厚度与叉指换能器的材料密度呈反比；目标模式的声速小于支撑衬底的声速。基于异质集成衬底，在简化声波谐振器结构的同时，降低欧姆损耗，提高高阶模式的机电耦合系数。提高高阶模式的机电耦合系数。提高高阶模式的机电耦合系数。

【技术实现步骤摘要】
一种高频声波谐振器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及微电子器件领域，特别涉及一种高频声波谐振器及其制备方法。

技术介绍

[0002]现代通讯行业对信号质量的要求越来越高以及对通信频谱资源的争夺越演越烈。低损耗、宽带宽、可调谐以及温度稳定性已经成为通讯行业的普遍追求目标。声学谐振器因其体积小、带宽大、Q值高目前已经广泛应用于通信领域。声学谐振器包括声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)谐振器和体声波(Bulk Acoustic Wave，BAW)谐振器。
[0003]相关技术中，BAW谐振器由于其的谐振频率与器件厚度成反比，通常采用降低压电薄膜的厚度来提高谐振器的频率。然而随着频率的提高，悬空的压电薄膜逐渐变薄，结构变得更加脆弱且散热变得更加艰难。并且通常通过顶部叉指电极以及悬浮底电极的结构来激发一阶的板波模式来满足高频需求。然而对于单晶压电材料来说，形成图案化的悬浮底电极非常困难，而且高频时电极宽度较小，欧姆损耗较大。因此，如何在简化谐振器结构、减小欧姆损耗的同时，使谐振器拥有较大的机电耦合系数，成为其实现高性能高频应用的关键。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本申请于一方面公开了一种高频声波谐振器，其包括由下至上依次层叠的支撑衬底、压电薄膜和叉指换能器；
[0005]其中，支撑衬底的声速不低于5000米/秒；高频声波谐振器的目标模式是由纵向电场激励产生的准体波模式；叉指换能器的厚度与叉指换能器的材料密度呈反比；目标模式的声速小于支撑衬底的声速。
[0006]于一个可行的实施例中，叉指换能器的周期与目标模式的频率的乘积大于或者等于支撑衬底的声速的80％，且小于支撑衬底的声速。
[0007]于一个可行的实施例中，准体波模式包括水平剪切波模式、兰姆波模式和瑞利模式的一阶及其高阶模式。
[0008]于一个可行的实施例中，叉指换能器的厚度为预设值与参考叉指换能器的厚度的乘积；
[0009]预设值为参考叉指换能器的材料密度与叉指换能器的材料密度的比值；
[0010]参考叉指换能器的材料为纯铝或铝含量超过95％的合金时，所述参考叉指换能器的厚度大于或者等于所述高频声波谐振器的15％的波长。
[0011]于一个可行的实施例中，当叉指换能器的材料为铝，压电薄膜的材料为X切铌酸锂，以及支撑衬底的材料为6H
‑
碳化硅时，叉指换能器的厚度为0.2倍的波长。
[0012]于一个可行的实施例中，当叉指换能器的材料为铝，压电薄膜的材料为X切铌酸锂，以及支撑衬底的材料为蓝宝石时，叉指换能器的厚度为0.18～0.19倍的波长。
[0013]于一个可行的实施例中，当叉指换能器的材料为铝，压电薄膜的材料为X切钽酸锂，以及支撑衬底的材料为蓝宝石时，叉指换能器的厚度为0.19～0.2倍的波长。
[0014]于一个可行的实施例中，压电薄膜包括铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅或铌镁酸铅
‑
钛酸铅晶体中的至少一种。
[0015]于一个可行的实施例中，叉指换能器为单层金属薄膜、多层金属薄膜、金属与非金属组成的复合薄膜中的任一种。
[0016]本申请于另一方面还公开了一种高频声波谐振器的制备方法，其包括：
[0017]提供一顶层设有压电薄膜的支撑衬底；支撑衬底的声速不低于5000米/秒；
[0018]在压电薄膜上制备叉指换能器；叉指换能器的厚度与叉指换能器的材料密度呈反比；高频声波谐振器的目标模式是由纵向电场激励产生的准体波模式；目标模式的声速小于支撑衬底的声速。
[0019]采用上述技术方案，本申请提供的高频声波谐振器具有如下有益效果：
[0020]该高频声波谐振器包括由下至上依次层叠的支撑衬底、压电薄膜和叉指换能器；其中，支撑衬底的声速不低于5000米/秒；高频声波谐振器的目标模式是由纵向电场激励产生的准体波模式；叉指换能器的厚度与叉指换能器的材料密度呈反比；目标模式的声速小于支撑衬底的声速。如此，可以有效降低阶模式的机电耦合系数，相对的，提升了高阶模式的机电耦合系数，且通过将高阶模式的声速设置成低于支撑衬底的声速，从而可以避免声波向支撑衬底泄露，使声波能量被约束在衬底表面。与此同时，通过上述叉指换能器厚度的设置，意味着更低的欧姆损耗，这对于波长小电极宽度小的高频谐振器十分重要，且该高频声波谐振器还有具有结构简单的优点。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是本申请实施例提供的一种高频声波谐振器的结构示意图；
[0023]图2是本申请实施例提供的不同叉指换能器的厚度对应的仿真导纳曲线；
[0024]图3是图2中S1模式对应的振型图；
[0025]图4是本申请实施例提供的第一种高频声波谐振器对应的仿真导纳曲线；
[0026]图5是图4中目标模式对应的振型图；
[0027]图6是本申请实施例提供的第二种高频声波谐振器对应的仿真导纳曲线；
[0028]图7是图6中目标模式对应的振型图；
[0029]图8是本申请实施例提供的第三种高频声波谐振器对应的仿真导纳曲线；
[0030]图9是本申请实施例提供的第四种高频声波谐振器对应的仿真导纳曲线；
[0031]图10是图8中目标模式对应的振型图；
[0032]图11是图9中目标模式对应的振型图；
[0033]图12是本申请实施例提供的一种高频声波谐振器的制备方法的流程示意图。
[0034]以下对附图作补充说明：
[0035]1‑
支撑衬底；2
‑
压电薄膜；3
‑
叉指换能器。
具体实施方式
[0036]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0037]此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高频声波谐振器，其特征在于，包括由下至上依次层叠的支撑衬底、压电薄膜和叉指换能器；其中，所述支撑衬底的声速不低于5000米/秒；所述高频声波谐振器的目标模式是由纵向电场激励产生的准体波模式；所述叉指换能器的厚度与叉指换能器的材料密度呈反比；所述目标模式的声速小于所述支撑衬底的声速。2.根据权利要求1所述的高频声波谐振器，其特征在于，所述叉指换能器的周期与所述目标模式的频率的乘积大于或者等于所述支撑衬底的声速的80％，且小于所述支撑衬底的声速。3.根据权利要求1所述的高频声波谐振器，其特征在于，所述叉指换能器的厚度为预设值与参考叉指换能器的厚度的乘积；所述预设值为所述参考叉指换能器的材料密度与所述叉指换能器的材料密度的比值；所述参考叉指换能器的材料为纯铝或铝含量超过95％的合金时，所述参考叉指换能器的厚度大于或者等于所述高频声波谐振器的15％的波长。4.根据权利要求1所述的高频声波谐振器，其特征在于，所述准体波模式包括水平剪切波模式、兰姆波模式和瑞利模式的一阶及其高阶模式。5.根据权利要求4所述的高频声波谐振器，其特征在于，当所述叉指换能器的材料为铝，所述压电薄膜的材料为X切铌酸锂，以及所述支撑衬底的材料为6H
‑
碳化硅时，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧欣，吴进波，张师斌，张丽萍，姚虎林，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：