CN108155884B - 一种声表面波滤波器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声表面波滤波器的制备方法，包括：在选定的石英压电基片上沉积预定厚度的氧化锌薄膜材料，生成氧化锌薄膜层；并在所述氧化锌薄膜层上实现声表面滤波器的性能指标，获得声表面滤波器。本发明实施例具体是通过在基片材料上制作出合适的压电薄膜，组成多层结构基片，以提高基片的高阻率和机电耦合系数，从而大大降低滤波器的插入损耗；同时减小了声表面波的传播速度，降低声表面波的芯片尺寸，减小器件的体积。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种声表面波滤波器的制备方法。
背景技术
随着社会的高速发展，对通信系统的性能要求也越来越高。这对于通信系统中应用于通信接收模块的关键器件之一的滤波器也提出了越来越高的要求，主要体现在低插损、小体积、一致性好等方面。
具体地，对于声表面波滤波器来说，基片材料的机电耦合系数和良好的频率温度系数(TCF)决定了其应用，机电耦合系数决定了器件可实现的带宽，频率温度系数决定了在不同温度下器件频率的偏移。多层结构的基片材料的应用，将极大改善传统单晶基片材料的滤波器的性能，其将提高声表面波滤波器在模块综合小型化等领域的竞争力。
其中，对于常用中频滤波器，其频率相对较低，因此体积一般也较大，为实现高矩形度等指标时，一般通过牺牲产品的插入损耗来实现，使得在石英基片材料上制备中频声表面波滤波器时，存在滤波器的插入损耗较大的问题。
随着模块综合化、小型化需求的增加，声表面波滤波器也需要进行小型化处理，同时最大限度的优化使用条件，降低所占用的使用空间。此时，若在相同指标下能够减小插入损耗，则可以降低模块功耗，减小信号能量的损失。然而，目前还没有一种能够进一步减小声表面波滤波器插入损耗的技术方案可供选择应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种声表面波滤波器的制备方法，以便能够有效降低声表面波滤波器的插入损耗，提高声表面波滤波器的使用性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种声表面波滤波器的制备方法，包括：
在选定的石英压电基片上沉积预定厚度的氧化锌薄膜材料，生成氧化锌薄膜层；并在所述氧化锌薄膜层上实现声表面滤波器的性能指标，获得声表面滤波器。
所述选定的石英压电基片为采用42°石英压电材料制成。
所述石英压电基片上沉积的氧化锌薄膜材料的预定厚度包括：1800nm～2500nm。
所述实现声表面滤波器的性能指标的步骤具体包括：
通过设计叉指换能器的电极形貌，激励和接收声表面波信号，实现声表面滤波器的性能指标。
所述设计叉指换能器的电极形貌的步骤具体包括：
在石英压电基片沉积的所述氧化锌薄膜层上，根据带通滤波器的性能指标设计电极形貌，并通过剥离工艺制备出完整的设计图形。
所述设计叉指换能器的电极形貌的步骤具体包括：
在所述氧化锌薄膜层上镀一层过渡层，之后再在所述过渡层上镀一层合金膜作为电极层，并通过剥离工艺制备出完整的滤波器叉指换能器的电极形貌。
所述过渡层采用铬金属材料，其厚度为0.05～0.20nm；所述合金膜为铝铜合金，其中铜含量为2％，且所述合金膜的相对膜厚波长比为3％～5％。
所述电极层具体是通过真空蒸镀技术将金属电极沉积到压电基片上。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的制备方法，以减小声表面波滤波器插入损耗，具体是通过在基片材料上制作出合适的压电薄膜，组成多层结构基片，以提高基片的高阻率和机电耦合系数，从而大大降低滤波器的插入损耗；同时减小了声表面波的传播速度，降低声表面波的芯片尺寸，减小器件的体积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1为本发明实施例提供的多层结构基片的结构示意图；
图2为未采用本发明实施例提供的方法前的声表面波滤波器测试频响图；
图3为采用本发明实施例提供的方法后的声表面波滤波器测试频响图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供的声表面波滤波器的制备方法的技术方案旨在解决在石英基片材料上制备中频声表面波滤波器时，滤波器的插入损耗较大的问题。本发明实施例主要通过在石英压电基片上沉积氧化锌膜形成多层膜结构的基片材料(即在基片材料上制作出合适的压电薄膜，组成多层结构基片)，以减小常规设计器件的插入损耗。进一步地，利用在石英衬底上生长出高质量的氧化锌膜层，并通过对膜层的晶粒均匀致密性及厚度等性能参数的数据验证，同时结合声表面波滤波器设计方案得到最佳优化设计参数；采用本发明实施例提供的技术方案制备的声表面波带通滤波器的插入损耗较常规设计的产品减小30％以上。
本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的制备方法，以减小声表面波滤波器插入损耗，其具体实现过程可以包括以下处理步骤：
(1)在选定的石英压电基片上沉积预定厚度的氧化锌薄膜材料，生成氧化锌薄膜层，用以提高声电转换效率，提高材料的机电耦合系数减小声表面波滤波器的工作损耗；其中，所述选定的石英压电基片可以为采用42°石英压电材料制成，且要求其具有良好的温度稳定性，且常用以制备声表面波滤波器窄带器件的基片；
所述石英压电基片上沉积的氧化锌薄膜材料的预定厚度包括：1800nm～2500nm。
(2)在所述氧化锌薄膜层上实现声表面滤波器的性能指标，获得声表面滤波器；具体可以采用常规设计结构来实现声表面滤波器的性能指标。
在所述实现声表面滤波器的性能指标的处理过程中具体可以包括：通过设计叉指换能器的电极形貌，激励和接收声表面波信号，实现声表面滤波器的性能指标。
具体地，所述设计叉指换能器的电极形貌的步骤具体可以包括：
在石英压电基片沉积的所述氧化锌薄膜层上，根据带通滤波器的性能指标设计电极形貌，并通过剥离工艺制备出完整的设计图形。
进一步地，所述设计叉指换能器的电极形貌的步骤具体还可以包括：
在所述氧化锌薄膜层上镀一层铬金属过渡层，之后在所述过渡层上镀一层合金膜作为电极层，并通过剥离工艺制备出完整的滤波器叉指换能器的电极形貌。
在本发明实施例中，具体可以通过真空蒸镀技术将作为电极层的金属电极(合金膜)沉积到压电基片上。
本发明实施例可以用于中频声表面波带通滤波器领域，以在声表面波带通滤波需要降低插入损耗，且使用空间有限的环境要求下，可以制备出低插损，小体积的声表面波滤波器。
具体地，本发明实施例采用氧化锌薄膜的制备工艺，通过在石英材料上制备出高质量的氧化锌薄膜层，形成多层结构基片材料，提高了材料的机电耦合系数，从而大大降低了声表面波滤波器的传输损耗，同时镀有氧化锌的石英多层结构基片降低了声表面波传播速率，在相同条件下又可以降低滤波器的体积。
本发明实施例还通过优化常规设计结构参数，如优化叉指换能器的根数、孔径，反射栅的根数，输入输出电极块的结构布局等，使之与沉积的氧化锌薄膜层相匹配，同时运用剥离工艺技术，实现较好的叉指换能器(IDT)的电极形貌制备。从而满足了模块综合小型化下对声表面波滤波器的低插损，同时减小体积的要求。
通过上述技术方案的描述可以看出，本发明实施例为解决中频滤波器在设计制作过程中插入损耗大的问题，具体采用了在42°石英材料上沉积一定厚度的高质量的C轴向的氧化锌薄膜，制造出适合制备声表面波滤波器的多层结构压电基片材料，以提高基片材料的机电耦合系数；然后在多层结构基片上制备叉指换能器，即在多层结构基片上通过叉指换能器激励和接收声表面波，声表面波在此基片上沿特定方向传播。
在制备叉指换能器的过程中具体包括：在多层结构的压电基片上蒸镀过渡层，用以提高合金电极(即电极层)的附着力；然后在过渡层上蒸镀合金电极材料形成电极层，所述过渡层和合金层的形貌一致，用以激励和接收声表面波。
具体地，在所述多层结构的压电基片材料上可以通过磁控溅射法，在石英衬底上制备纳米级ZnO薄膜，利用XRD(X射线衍射)、高阻仪等测试手段对薄膜取向、表面形貌薄膜与衬底的层间结合力进行表征分析。并以此优化ZnO薄膜的沉积工艺，制备出满足需求的高质量的ZnO薄膜。
本发明实施例在具体实现过程中，还采用常规设计结构，利用声表面波在多层结构上的传播特性，进行设计仿真，同时通过实际滤波器产品频响测试，修正多层结构的耦合膜参数，从而保证设计与工艺匹配。
本发明实施例在具体实现过程中，还采用真空蒸镀技术在多层结构基片上制备叉指换能器。其组合合金电极(即过渡层和合金膜)采用的材料为纯铬和铝铜合金，其中铝铜合金中铜含量为2％，以此制备的声表面波滤波器插入损耗大大减小，使滤波器的插入损耗较常规的产品减小30％以上，且芯片键合力测试满足可靠性要求。
具体地，仍参照图1所示，本发明实施例制备的声表面波滤波器的结构包括多层结构压电基片1，在多层结构压电基片上产生声表面波，其中，所述压电基片1包括石英基片和ZnO薄膜；在ZnO薄膜上设置有过渡层2，过渡层2的形状与合金层(即电极层3)一致，厚度可以为0.05～0.20nm，用于提高金属电极材料的附着力。在过渡层2上设置有电极层3，用以激励和接收声表面波，其形貌和厚度由电性能指标而定，其相对膜厚波长比为3％～5％。其中，过渡层2采用的材料可以为铬金属。
本发明实施例制备的声表面波滤波器在具体应用过程中的应用效果可以通过对比频响测试结果进行说明。相应的一种频点为300M滤波器，其未采用本发明实施例提供的方法制备时获得的频响测试结果参照图2所示，其采用本发明实施例提供的方法制备时获得的频响测试结果如图3所示。根据图2和图3的对比可见，采用本发明实施例提供的方法制备的声表面波滤波器可以将插入损耗降低约31％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种声表面波滤波器的制备方法，其特征在于，包括：
在选定的石英压电基片上沉积预定厚度的氧化锌薄膜材料，生成氧化锌薄膜层，所述石英压电基片上沉积的氧化锌薄膜材料的预定厚度包括：1800 nm ~2500nm；并在所述氧化锌薄膜层上实现声表面滤波器的性能指标，获得声表面滤波器；
其中，所述实现声表面滤波器的性能指标的步骤具体包括：
通过设计叉指换能器的电极形貌，激励和接收声表面波信号，实现声表面滤波器的性能指标；所述设计叉指换能器的电极形貌的步骤具体包括：
在所述氧化锌薄膜层上镀一层过渡层，之后再在所述过渡层上镀一层合金膜作为电极层，并通过剥离工艺制备出完整的滤波器叉指换能器的电极形貌；所述过渡层采用铬金属材料，其厚度为0.05~0.20nm；所述合金膜为铝铜合金，其中铜含量为2%，且所述合金膜的相对膜厚波长比为3％~5％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选定的石英压电基片为采用42°石英压电材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述设计叉指换能器的电极形貌的步骤具体包括：
在石英压电基片沉积的所述氧化锌薄膜层上，根据带通滤波器的性能指标设计电极形貌，并通过剥离工艺制备出完整的设计图形。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电极层具体是通过真空蒸镀技术将金属电极沉积到压电基片上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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