CN103023457A

CN103023457A - 一种用于声表面波滤波器的ZnO压电薄膜

Info

Publication number: CN103023457A
Application number: CN2012104736053A
Authority: CN
Inventors: 梅欣; 张俊
Original assignee: LIYANG PRODUCTIVITY PROMOTION CENTER
Current assignee: LIYANG PRODUCTIVITY PROMOTION CENTER
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种用于声表面波滤波器的ZnO压电薄膜，该压电薄膜为掺杂Ti、Nb和Mn的ZnO压电薄膜，其中，Ti的原子百分数为3.5～5.5％，Nb的原子百分数为2.5～6％，Mn的原子百分数为2～4.5％。采用该压电薄膜制成的滤波器机电耦合系数高，插入损耗低，工作效率高。

Description

一种用于声表面波滤波器的ZnO压电薄膜

技术领域

本发明涉及一种压电薄膜，尤其涉及一种用于滤波器的压电薄膜。

背景技术

声表面波滤波器是采用石英晶体、压电陶瓷等压电材料，利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而制成的一种滤波专用器件。所谓压电效应，即是当晶体受到机械作用时，将产生与压力成正比的电场的现象。具有压电效应的晶体，在受到电信号的作用时，也会产生弹性形变而发出声波，即可把电信号转为声信号。由于这种声波只在晶体表面传播，故称为声表面波。

声表面波滤波器具有体积小，重量轻、性能可靠、不需要复杂调整。其包括声表面波电视图像中频滤波器、电视伴音滤波器、电视频道残留边带滤波器。广泛应用于电视机及录像机中频电路中，以取代LC中频滤波器，使图像、声音的质量大大提高。

近年来，通信的高速发展需要受到目前可用频率资源不足的制约，使得实际通信向更高频率发展。作为移动通信中常用的频率控制元件—声表面波滤波器，其发展趋势也必然是高频滤波器。但是现有技术纵声表面波滤波器件的插入损耗一般都比较大，而且随着声表面波器件的使用频率不断提高，其插入损耗的问题越来越明显。因此如何降低滤波器的损耗，提高其工作效率，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明公开了一种用于声表面波滤波器的ZnO压电薄膜，采用该压电薄膜制成的滤波器机电耦合系数高，插入损耗低，工作效率高。

本发明的用于滤波器的ZnO压电薄膜为掺杂Ti、Nb和Mn的ZnO压电薄膜，其中，Ti的原子百分数为3.5～5.5％，Nb的原子百分数为2.5～6.0％，Mn的原子百分数为2.0～4.5％。

优选的，所述压电薄膜的厚度为250nm～350nm。

优选的，所述压电薄膜的压电常数为150pC/N～260pC/N。

优选的，所述压电薄膜地电阻率为10⁷～10¹²Ω·cm。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更清楚地理解本发明的用于声表面波滤波器的ZnO压电薄膜，下面通过具体实施方式详细描述其技术方案。

本发明的滤波器包括衬底、沉积于所述衬底上的压电薄膜、位于所述压电薄膜上的输入叉指换能器与输出叉指换能器，其中所述压电薄膜为为掺杂Ti、Nb和Mn的ZnO压电薄膜，其中，Ti的原子百分数为3.5～5.5％，优选4.0～5.0％；Nb的原子百分数为2.5～6.0％，优选3.0～5.0％，Mn的原子百分数为2.0～4.5％，优选3.0～4.0％。

优选地，所述压电薄膜的厚度为200nm～400nm，优选为250～350nm；

优选地，所述压电薄膜的压电常数为150pC/N～260pC/N；

优选地，所述压电薄膜地电阻率为10⁷Ω·cm～10¹²Ω·cm。

优选地，所述衬底为金刚石、蓝宝石或碳化硅。

优选地，所述ZnO压电薄膜通过物理气相沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶或电化学的方法进行沉积；所述输入叉指换能器与输出叉指换能器可通过电子束直写工艺进行制备。

下面详细描述本发明的声表面波滤波器的制造方法的具体实施方式

实施例1

采用物理气相沉积法在金刚石衬底材料上制备Ti、Nb和Mn掺杂的ZnO压电薄膜，其中，Ti的原子百分数为4％；Nb的原子百分数为3％，Mn的原子百分数为3％，制得的掺杂的ZnO压电薄膜的压电常数d₃₃为150pC/N，电阻率ρ为10⁹Ω·cm，厚度为250nm；在上述制得的掺杂ZnO压电薄膜上采用电子束直写工艺制作宽度为600nm的输入叉指换能器和输出叉指换能器，得到声表面波滤波器。

上述制备的声表面波滤波器的频率为8GHz，且机电耦合系数高达4.3％和插入损耗为13dB。

实施例2

采用化学气相沉积法在类金刚石衬底材料上制备Ti、Nb和Mn掺杂的ZnO压电薄膜， Ti的原子百分数为4.5％；Nb的原子百分数为5％，Mn的原子百分数为4.5％，制得的ZnO压电薄膜的压电常数为d₃₃为190pC/N，电阻率为ρ为10¹⁰Ω·cm，厚度为350nm；在上述制得的掺杂ZnO压电薄膜上采用电子束直写工艺制作宽度为500nm的输入叉指换能器和输出叉指换能器，得到声表面波滤波器。

上述制备的声表面波滤波器的频率为9GHz，且机电耦合系数高达6.6％和插入损耗为11dB。

实施例3

采用溶胶-凝胶法在蓝宝石衬底材料上制备Ti、Nb和Mn掺杂的ZnO压电薄膜，Ti的原子百分数为2.5％；Nb的原子百分数为4.6％，Mn的原子百分数为3.8％，制得的掺杂的ZnO压电薄膜的压电常数为d₃₃为240pC/N，电阻率为ρ为10⁸Ω·cm，厚度为300nm；在上述制得的掺杂ZnO压电薄膜上采用电子束直写工艺制作宽度为300nm的输入叉指换能器和输出叉指换能器，得到声表面波滤波器。

上述制备的声表面波滤波器的频率为11GHz，且机电耦合系数高达6.2％和插入损耗为7dB。

本发明具有的有益效果为：采用掺杂的新型ZnO压电薄膜，具有大的压电响应和高的电阻率，叉指换能器能够进行高效的能量转换，可以显著提高滤波器工作效率和耦合系数，降低插入损耗，相比纯ZnO压电薄膜或V掺杂ZnO压电薄膜或Cr掺杂的ZnO压电薄膜制得的滤波器机电耦合系数增加20％，损耗降低15％。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种用于声表面波滤波器的ZnO压电薄膜，其特征在于，所述压电薄膜为掺杂Ti、Nb和Mn的ZnO压电薄膜，其中，Ti的原子百分数为3.5～5.5％，Nb的原子百分数为2.5～6.0％，Mn的原子百分数为2.0～4.5％。

2.如权利要求1所述的压电薄膜，其特征在于，所述压电薄膜的厚度为250nm～350nm。

3.如权利要求1所述的压电薄膜，其特征在于，所述压电薄膜的压电常数为150pC/N～260pC/N。

4.如权利要求1所述的压电薄膜，其特征在于，所述压电薄膜地电阻率为10⁷～10¹²Ω·cm。