CN106209001B - 基于单晶铌酸锂薄片的薄膜体声波谐振器及其制备方法 - Google Patents
基于单晶铌酸锂薄片的薄膜体声波谐振器及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及微电子器件领域，具体涉及一种基于单晶铌酸锂薄片压电材料的薄膜体声波谐振器，以及该谐振器的制备方法。本发明用于克服现有薄膜体声波谐振器机电耦合系数过低的缺陷，该薄膜体声波谐振器包括Si衬底，于Si衬底上形成的图形化键合胶支撑层，于键合胶支撑层上设置的单晶铌酸锂薄片，于键合胶间隙中设置的下电极层附着于铌酸锂薄片下表面，于铌酸锂薄片上表面形成上电极层，所述上电极层、下电极层对应设置。该薄膜体声波谐振器既能满足高频率，也能保持极大的机电耦合系数，能够达到43％，从而极大的提高了器件传输频率带宽；且该谐振腔结构简单、加工重复性好，能够获得一致性良好的大规模线列和阵列器件。
Description
技术领域
本发明涉及微电子器件领域，具体涉及一种基于单晶铌酸锂薄片压电材料的薄膜体声波谐振器，以及该谐振器的制备方法。
背景技术
随着通信领域快速发展，大数据时代已经到来。目前，低频段频谱被占用殆尽，而高频段频谱的技术开发还有待发展，传统成熟的表声波谐振器器件由于制备工艺限制，在频率方面很难突破2Ghz以上；新一代的薄膜体声波器件却很好的解决了该方面的技术难点，可以轻易做到应用在高频段频率上的谐振器；同时，大数据传输已经成为限制信息交互的最重要的一环，由香农信道公式，为了增加数据传输，有效地方法就是增加传输频率带宽；这意味着薄膜体声波谐振器不仅需要满足高频段的要求，还需具备高的机电耦合系数。但是，现有薄膜体声波谐振器多采用ZnO、AlN等传统压电材料，仅能达到较高的频率，机电耦合系数极限只能到7％左右。因此，克服上述问题成为本发明研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于针对现有薄膜体声波谐振器机电耦合系数过低的缺陷，提供一种基于单晶铌酸锂薄片压电材料的薄膜体声波谐振器及其制备方法，该薄膜体声波谐振器采用单晶铌酸锂薄片压电材料，既能满足高频率，也能保持极大的机电耦合系数，能够达到43％；同时，该谐振器制备工艺简单、制备过程中对器件性能损害小。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
基于单晶铌酸锂薄片的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述薄膜体声波谐振器包括Si衬底，于Si衬底上形成的图形化键合胶支撑层，于键合胶支撑层上设置的单晶铌酸锂薄片，于键合胶间隙中设置的下电极层附着于铌酸锂薄片下表面，于铌酸锂薄片上表面形成上电极层，所述上电极层、下电极层对应设置。
进一步的，所述单晶铌酸锂薄片的厚度≤10um。所述上电极层、下电极层均采用金属Al，厚度为50-200nm。所述图形化键合胶支撑层采用光敏BCB键合胶。
需要说明的是，本发明提供薄膜体声波谐振器的压电薄膜采用减薄的单晶铌酸锂薄片，单晶铌酸锂薄片与硅衬底通过图形化键合胶键合形成谐振器空气腔。图形化键合胶支撑层采用光敏BCB键合胶，该胶具备键合胶特性和光刻胶特性，键合胶特性能够保证键合后的硬度符合工艺要求，且键合时BCB胶流动性很低；光刻胶特性能够保证形成图形化键合胶；同时，光敏BCB键合胶的键合温度低于200℃，能够避免器件键合过程中由温度引起的材料热应力失配、导致材料破裂。
上述基于单晶铌酸锂薄片的薄膜体声波谐振器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、采用离子刻蚀法于单晶铌酸锂薄片下表面预设位置刻蚀形成凹槽，
步骤2、采用剥离法在步骤1刻蚀形成凹槽处制备形成下电极层，
步骤3、将键合胶旋涂于硅衬底上，并通过光刻法形成预设图形，
步骤4、将步骤2制备得带下电极层的单晶铌酸锂薄片与步骤3制备得旋涂有图形化键合胶层的硅衬底置于键合机中进行键合，并保证下电机层与键合胶空隙校准对其，
步骤5、采用步骤2相同工艺于单晶铌酸锂薄片上表面制备形成上电极层。
本发明具有以下优点：
1、本发明提供的基于单晶铌酸锂薄片压电材料的薄膜体声波谐振器同时具有较大的谐振频率和极大的机电耦合系数，从而极大的提高了器件传输频率带宽；且该谐振腔结构简单、加工重复性好，能够获得一致性良好的大规模线列和阵列器件。
2、本发明薄膜体声波谐振器中直接采用单晶铌酸锂薄片，大大简化器件制备工艺，提高生产效率，有利于工业化生产。
3、本发明薄膜体声波谐振器的制备工艺简单、制备成本低。
附图说明
图1至图9为本发明基于单晶铌酸锂薄片的薄膜体声波谐振器的制备工艺分步示意图，其中，1为硅衬底、2为BCB键合胶、3为单晶铌酸锂薄片、4为下电极层、5为上电极层、6为光刻胶。
图10为本发明基于单晶铌酸锂薄片的薄膜体声波谐振器俯视示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本实施例提供一种基于单晶铌酸锂薄片的薄膜体声波谐振器，其结构如图9所示，包括Si衬底1，于Si衬底1上形成的图形化键合胶支撑层2，于键合胶支撑层2上设置的单晶铌酸锂薄片3，于键合胶间隙中设置的下电极层4附着于铌酸锂薄片3下表面，于铌酸锂薄片上3表面形成上电极层5，所述上电极层5、下电极层4对应设置。其具体制备过程如下：
步骤1、在单晶铌酸锂薄片的下表面局部采用离子刻蚀形成凹槽，如图1所示，用于减薄铌酸锂，同时为为空气腔提供更大的空间；所述凹槽的尺寸为100um*100um，凹槽处单晶铌酸锂薄片的厚度为5um；
步骤2、采用剥离法在步骤1刻蚀形成凹槽处制备形成下电极层，
首先在单晶铌酸锂薄片下表面整面旋涂一层光刻胶6，如图2所示；再通过前烘、曝光、显影、后烘工艺制备出图形化光刻胶的图形，如图3所示；然后再均匀溅射一层Al电极，如图4所示；最后用丙酮清洗该面，将光刻胶洗去，形成图形化的下电极层，如图5所示；
步骤3、将键合胶旋涂于硅衬底上，并通过光刻法形成预设图形，
将光敏BCB键合胶旋涂于衬底上，如图6所示，通过前烘、曝光、显影、后烘工艺制备出图形化键合胶支撑层，如图7所示；
步骤4、键合工艺，将图5所示结构与图7所示结构置于在键合机中于200℃下进行键合，并保证将下电极层和键合胶空隙进行校准对其，如图8所示；
步骤5、采用步骤2相同工艺于单晶铌酸锂薄片上表面制备形成上电极层，如图9所示；所述上电极层采用不规则五边形，尺寸小于下电极，如图10所示。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
Claims (5)
1.基于单晶铌酸锂薄片的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述薄膜体声波谐振器包括Si衬底，于Si衬底上形成的图形化键合胶支撑层，于键合胶支撑层上设置的单晶铌酸锂薄片，于键合胶间隙中设置的下电极层附着于铌酸锂薄片下表面，于铌酸锂薄片上表面形成上电极层，所述上电极层、下电极层对应设置。
2.按权利要求1所述基于单晶铌酸锂薄片的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述单晶铌酸锂薄片的厚度≤10um。
3.按权利要求1所述基于单晶铌酸锂薄片的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述上电极层、下电极层均采用金属Al，厚度为50-200nm。
4.按权利要求1所述基于单晶铌酸锂薄片的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述图形化键合胶支撑层采用光敏BCB键合胶。
5.按权利要求1所述基于单晶铌酸锂薄片的薄膜体声波谐振器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、采用离子刻蚀法于单晶铌酸锂薄片下表面预设位置刻蚀形成凹槽，
步骤2、采用剥离法在步骤1刻蚀形成凹槽处制备形成下电极层，
步骤3、将键合胶旋涂于硅衬底上，并通过光刻法形成预设图形，
步骤4、将步骤2制备得带下电极层的单晶铌酸锂薄片与步骤3制备得旋涂有图形化键合胶层的硅衬底置于键合机中进行键合，并保证下电机层与键合胶空隙校准对其，
步骤5、采用步骤2相同工艺于单晶铌酸锂薄片上表面制备形成上电极层。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
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| CN102273072A (zh) * | 2008-11-05 | 2011-12-07 | 国家科学研究中心(C.N.R.S) | 利用多次谐波共振在共振结构上横向耦合的体波滤波器元件 |
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