CN103985949B - 高频体声波延迟线换能器制备方法及高频体声波延迟线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高频体声波延迟线换能器制备方法及高频体声波延迟线，换能器制备时，先在传声介质两端面分别沉积底电极薄膜，用上电极光刻板进行底电极薄膜的光刻，形成底电极图形；再在两端底电极上沉积压电层薄膜；最后在两端压电层薄膜上沉积上电极薄膜，用底电极光刻板进行上电极薄膜的光刻，形成上电极图形。本发明无需光刻氮化铝压电薄膜，简化了制备工艺，避免了底电极薄膜图形在刻蚀氮化铝时遭破坏，避免了氮化铝腐蚀表面残留物对后续工艺质量的影响。本发明可以优化高频体声波延迟线制备工艺，简化高频体声波延迟线换能器制备工艺，并提高器件工艺制备成品率和产品可靠性。

Description

高频体声波延迟线换能器制备方法及高频体声波延迟线

技术领域

本发明涉及体声波延迟线的改进，具体指高频体声波延迟线换能器制备方法，同时还涉及基于该换能器的高频体声波延迟线，属于微声薄膜器件技术领域。

背景技术

体声波延迟线主要用于无线高度表的基准校正，具有高频、宽带、低插损、小体积、高稳定性的特点。在微波系统信号处理，特别是在微波延迟信号的处理上具有不可替代的优势。

随着新型电子装备系统的发展，对更高频率的体声波延迟线的应用也提出了需求。

薄膜压电换能器是体声波延迟线的基础，它的制作工艺决定了高频体声波延迟线的制作工艺，是高频体声波延迟线性能实现的保障。因此，体声波延迟线的技术进步往往通过体声波薄膜换能器的技术革新来实现。

常规体声波薄膜换能器的制备工艺步骤：

1）传声介质清洗；

2）在传声介质的两个端面分别采用溅射或蒸发方法沉积底电极薄膜铬和金，用底电极光刻板刻蚀得到底电极图形；

3）在两端底电极上采用溅射方法沉积氮化铝压电层薄膜；刻蚀得到压电层图形；

4）在两端压电层上采用溅射或蒸发方法沉积上电极薄膜铝，用上电极光刻板刻蚀得到上电极图形。

该薄膜换能器结构与工艺有以下几个缺点：

一、该结构需要刻蚀压电薄膜材料，涉及到复杂的多种材料选择性刻蚀工艺，特别针对高频体声波延迟线，由于压电薄膜厚度非常薄，工艺过程中极易造成底电极薄膜被腐蚀；压电薄膜腐蚀不干净或过腐，有杂质残留的现象，这会大幅度恶化体声波延迟线性能指标。

二、在完成压电层图形成形后，直接在压电层上沉积上电极铝金属膜，铝膜在氮化铝薄膜上附着力差，在上电极光刻成形时极易脱落，造成工艺制备成品率下降，还存在产品可靠性隐患。

发明内容

针对现有技术中高频体声波延迟线换能器制备存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种不需要压电薄膜层材料光刻的高频体声波延迟线换能器的制备方法。同时提供一种基于该换能器的高频体声波延迟线。本发明可以优化高频体声波延迟线制备工艺，简化高频体声波延迟线换能器制备工艺，并提高器件工艺制备成品率和产品可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高频体声波延迟线换能器制备方法，步骤如下，

1）清洗传声介质；

2）在传声介质两个端面分别采用溅射或蒸发方法沉积底电极薄膜，用上电极光刻板进行底电极薄膜的光刻，形成底电极图形；

3）在两端底电极上采用溅射方法沉积压电层薄膜，压电层薄膜材料为氮化铝；

4）在两端压电层薄膜上采用溅射或蒸发方法沉积上电极薄膜，用底电极光刻板进行上电极薄膜的光刻，形成上电极图形。

进一步地，所述底电极薄膜由底电极打底层和底电极层构成，先在传声介质两个端面沉积底电极打底层，底电极打底层薄膜材料为铬（厚度为30nm）；然后在底电极打底层上沉积底电极层，底电极层薄膜材料为金（厚度为90nm）；底电极图形光刻时要同时对底电极打底层和底电极层进行光刻。

所述压电层薄膜材料为（002）面取向的AlN（薄膜厚度为300nm）。

所述上电极薄膜由上电极打底层和上电极层构成，先在压电层薄膜上沉积上电极打底层，上电极打底层的薄膜材料为金属钛（厚度为30nm）；然后在上电极打底层上采用蒸发方法沉积上电极层，上电极层的薄膜材料为铝（厚度为90nm）；上电极图形光刻时要同时对上电极打底层和上电极层进行光刻。

所述传声介质为钇铝石榴石。

一种高频体声波延迟线，包括输入匹配网络、输入端（硅铝丝）键和线、输入换能器、传声介质、输出换能器、输出端（硅铝丝）键和线、输出匹配网络、固定传声介质的导电银浆和金属外壳。输入换能器和输出换能器均包括底电极、压电薄膜和上电极，在底电极和上电极上分别光刻有图形；压电薄膜不需要光刻；底电极图形用上电极光刻板光刻得到，上电极图形用底电极光刻板光刻得到；上电极通过（硅铝丝）键和线与对应的匹配网络相连，分别将电信号引入引出到器件输入输出端。

所述匹配网络为微带短截线阻抗匹配网络，制作在微波介质板上。

本发明针对现有技术的缺点，将换能器底电极图形和上电极图形交换光刻，同时增加上电极金属打底层的方法，减掉了复杂的氮化铝光刻工艺，提高了上电极薄膜附着力。相比现有技术，本发明具有以下优点：

1、无需光刻氮化铝压电薄膜，简化了制备工艺，避免了底电极薄膜图形在刻蚀氮化铝时遭破坏，避免了氮化铝腐蚀表面残留物对后续工艺质量的影响。

2、增加了上电极金属打底层金属钛，增加铝膜的附着力，从而提高工艺制备成品率和键和可靠性。

附图说明

图1-本发明高频体声波延迟线换能器制备方法示意图，图1A是步骤1）所对应的结构示意图，图1B是步骤2）所对应的结构示意图，图1C是步骤3）所对应的结构示意图，图1D是步骤4）所对应的结构示意图。

图2-本发明高频体声波延迟线结构示意图。

图3-现有体声波延迟线结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明高频体声波延迟线换能器是在传声介质1两端形成的底电极打底层2、底电极金属层3、压电层薄膜4、上电极打底层5、上电极金属层6。

本发明高频体声波延迟线换能器虽然也同样包括底电极、压电薄膜和上电极，但制备方法不同，具体如下：

1）如图1A所示，选用传声损耗因子小（0.6dB/μs1.5GHz）的YAG材料作为传声介质1，采用清洗液对YAG基片进行清洗。

2）如图1B所示，在YAG基片的两端分别沉积底电极打底层2，薄膜材料为铬，厚度为30nm。然后沉积底电极金属层3，薄膜材料为金，厚度为90nm。最后用常规工艺制备的上电极光刻板进行底电极金膜和铬膜的光刻，形成所需的底电极图形。金膜和铬膜共同构成底电极薄膜。

3）如图1C所示，在底电极图形已经成形的YAG基片两端分别采用磁控溅射方法生长压电层薄膜4，压电薄膜材料为（002）面取向的AlN，薄膜厚度为300nm。

4）如图1D所示，在压电层薄膜4上采用磁控溅射方法沉积上电极打底层5，薄膜材料为金属钛，厚度为30nm。然后，采用蒸发方法沉积上电极金属层6，薄膜材料为铝，厚度为90nm。最后，采用常规工艺制备的底电极光刻板进行上电极铝膜和钛膜的光刻，形成所需的上电极图形。铝膜和钛膜共同构成上电极薄膜。

本发明高频体声波延迟线结构如图2所示，包括输入匹配网络1、输入（硅铝丝）键和线2、输入换能器3、传声介质4、输出换能器5、输出（硅铝丝）键和线6、输出匹配网络7、传声介质固定银浆8、体声波延迟线外壳9。输入换能器和输出换能器均包括底电极、压电薄膜和上电极，底电极和上电极分别通过不同光刻板光刻形成不同的电极形状，以满足延迟线不同的性能指标要求。

本发明输入换能器和输出换能器由前面所述方法制备得到，即压电薄膜不需要光刻，底电极图形用上电极光刻板光刻得到，上电极图形用底电极光刻板光刻得到。上电极通过键和线与对应的匹配网络相连，分别将电信号引入引出到器件输入输出端。

所述匹配网络为微带短截线阻抗匹配网络，制作在微波介质板上。

现有体声波延迟线结构如图3所示，输入输出硅铝丝键和线均从底电极金属膜上引出，这就需要刻蚀掉其上覆盖的压电膜和上电极金属膜，而采用本发明所述的体声波延迟线换能器制备方法后，体声波延迟线输入输出硅铝丝键和线均可以直接从上电极金属膜上引出，从而省略了氮化铝压电薄膜的光刻工艺步骤，避免了在氮化铝薄膜刻蚀时造成底电极金属被腐蚀。同时，在压电薄膜和上电极膜间增加一层金属钛做为打底层，可以增加上电极膜的附着力，从而提高延迟线工艺制备成品率和产品可靠性。

采用本发明所述的体声波延迟线换能器制备方法后，对体声波延迟线性能指标没有影响，但可以提高延迟线工艺制备成品率和产品可靠性。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种高频体声波延迟线换能器制备方法，其特征在于：步骤如下，

1）清洗传声介质；

2）在传声介质两个端面分别沉积底电极薄膜，用上电极光刻板进行底电极薄膜的光刻，形成底电极图形；

3）在两端底电极上沉积压电层薄膜，压电层薄膜材料为氮化铝；

4）在两端压电层薄膜上沉积上电极薄膜，用底电极光刻板进行上电极薄膜的光刻，形成上电极图形。

2.根据权利要求1所述的高频体声波延迟线换能器制备方法，其特征在于：所述底电极薄膜由底电极打底层和底电极层构成，先在传声介质两个端面沉积底电极打底层，底电极打底层薄膜材料为铬；然后在底电极打底层上沉积底电极层，底电极层薄膜材料为金；底电极图形光刻时要同时对底电极打底层和底电极层进行光刻。

3.根据权利要求1所述的高频体声波延迟线换能器制备方法，其特征在于：所述压电层薄膜材料为（002）面取向的AlN。

4.根据权利要求1所述的高频体声波延迟线换能器制备方法，其特征在于：所述上电极薄膜由上电极打底层和上电极层构成，先在压电层薄膜上沉积上电极打底层，上电极打底层的薄膜材料为金属钛；然后在上电极打底层上采用蒸发方法沉积上电极层，上电极层的薄膜材料为铝；上电极图形光刻时要同时对上电极打底层和上电极层进行光刻。

5.根据权利要求1所述的高频体声波延迟线换能器制备方法，其特征在于：所述传声介质为钇铝石榴石。

6.一种高频体声波延迟线，包括输入匹配网络、输入端键和线、输入换能器，传声介质、输出换能器、输出端键和线、输出匹配网络、固定传声介质的导电银浆和金属外壳；输入换能器和输出换能器均包括底电极、压电薄膜和上电极，在底电极和上电极上分别光刻有图形；其特征在于：压电薄膜不需要光刻；底电极图形用上电极光刻板光刻得到，上电极图形用底电极光刻板光刻得到；上电极通过键和线与对应的匹配网络相连，分别将电信号引入引出到器件输入输出端。

7.根据权利要求6所述的高频体声波延迟线，其特征在于：所述输入匹配网络和输出匹配网络为微带短截线阻抗匹配网络，制作在微波介质板上。