CN108259019B

CN108259019B - 射频谐振器电极和薄膜组合及其制造方法

Info

Publication number: CN108259019B
Application number: CN201810005261.0A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Zhuhai Crystal Resonance Technologies Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Crystal Resonance Technologies Co Ltd
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2018-01-03
Publication date: 2021-07-20
Anticipated expiration: 2038-01-03
Also published as: CN108259019A; US20180278233A1; US10601397B2

Abstract

一种厚度在200‑500nm范围内的压电谐振膜，其中厚度可以控制在1％以内；该薄膜夹裹在电极之间以形成谐振器，其中至少一个电极包括铝，因此归功于电极的重量使阻尼最小化。

Description

射频谐振器电极和薄膜组合及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种射频谐振器电极和薄膜组合及其制造方法。

背景技术

手机用户要求在更广阔的区域内拥有高质量的信号接收与传输，射频（RF）信号的质量取决于手机中的射频滤波器。每个射频滤波器都可以传导特定的频率并阻挡其他不需要的频率，这一特性使得频段选择成为可能，并且允许手机只处理指定的某些信号。

据信到2020年，载波聚合、5G、4x4 MIMO等技术将成为主流应用，届时手机内的滤波器将增至100个之多，全球滤波器市场年需求量将达2千亿只。

声波谐振器是射频滤波器和传感器的基本组件，一般都含有将机械能转化为电能的压电机电转导层。这些谐振器必须物美价廉。表面声波（SAW）谐振器和体声波（BAW）谐振器是其最常见的两种类型。

在表面声波谐振器中，声波信号是由表面波传导。在体声波(BAW)谐振器中，信号在谐振器薄膜的体内传导。这两种滤波器的谐振频率，是由其本身尺寸、构成材料的机械性能所决定的一种特质。

谐振器的质量由其品质因子给出，它是谐振器所储存的能量与其消散的能量之比率。品质因子的值高说明滤波器在工作中损失的能量少，插入损耗较低，拥有更加陡峭的裙边曲线，与临近波频有更加显著的隔离区分。

为了接收与传输日益增大的数据流，下一代手机需要在更高的频段下工作。在不增大手机体积的前提下处理如此高的频率，就必须有能处理高频率信号、小巧且耗能低的谐振器，将其置于手机中不至于大量消耗电池的电量。

品质因子，或称Q因子，是一个无量纲参数，它描述振荡器或谐振器的振动衰减，表征谐振器相对其中心频率的带宽。下一代手机需要使用Q因子高的高质量谐振器。

体声波（BAW）滤波器相较于表面声波（SAW）滤波器有更佳的表现。最好的SAW滤波器的Q因子可达1000至1500，而目前最先进的BAW滤波器Q因子已可达2500至5000。

相较于SAW滤波器，BAW滤波器可在更高的频率下工作，消耗更少的能量，拥有更小巧的体积，更高的静电放电（ESD）能力，更好的辐射发散能力以及更少的带外波纹。

然而，SAW滤波器的制造流程却更为简单，造价相对低廉。由于可以通过光掩模的布局来调整IDT间距，频率相差甚远的谐振器亦可被组装在同一晶片上，并使用同一厚度的压电薄膜。

BAW谐振器的电阻具有两个特征频率：谐振频率ƒ_R和反谐振频率ƒ_A。在ƒ_R处，电阻非常小，而在ƒ_A处，电阻则非常大。滤波器是通过组合几个谐振器而制成。并联谐振器的频率会依据串联谐振器的频率做相应的偏移。当串联谐振器的谐振频率等于并联谐振器的反谐振频率时，最大信号从设备的输入端传输到输出端。在串联谐振器的反谐振频率处，输入端和输出端之间的阻抗非常高，滤波器的传输被阻挡。在并联谐振器的谐振频率处，任何通过滤波器的电流都会由于并联谐振器的超低阻抗而接地短路，因而BAW滤波器亦具有阻止该频率信号传输的功能。ƒ_R和ƒ_A之间的频率间隔决定了滤波器带宽。

置于谐振频率和反谐振频率之外的频率时，BAW谐振器则像金属-绝缘体-金属（MIM）电容器般工作。置于远低于或远高于这些谐振频率的频率时，BAW谐振器电阻抗的大小与1/f成正比，其中f是频率。ƒ_R和ƒ_A间的频率间隔是谐振器压电强度的量度，称为有效耦合系数，由K²eff表示。描述有效耦合系数的另一种方法是测量谐振器（或滤波器）的电能与机械能之间转换的效率。应当注意，机电耦合系数是一种与材料性质有关的属性，可定义压电薄膜的K²eff。

滤波器的性能等级是由其优质因数（factor of merit, FOM）定义为FOM=Q×K²eff。

实际应用中，人们偏好拥有较高K²eff和Q因子的滤波器。而这些参数之间却存在一些权衡取舍。K²eff与频率间并不存在函数关系，而Q因子却依赖于频率变动，因而FOM与频率间也存在函数关系。因此，相较于谐振器的设计，FOM在滤波器的设计过程中被更为普遍的应用。

根据应用情况，设备设计人员通常可以容忍K²eff稍降，以换取更高的Q因子，其中K²eff较小的降幅即可以换取Q因子较大的升幅。相反，通过降低Q因子以获取K²eff提升的设计是无法实现的。

可以通过选择高声阻抗电极，或调整其他参数，如电极厚度、钝化层增厚等方法提升K²eff。

BAW谐振器（及滤波器）主要有两种类型：SMR（固态装配型谐振器）与FBAR（薄膜体声波谐振器）。

在SMR谐振器中，把低阻抗薄膜与高阻抗薄膜交替层叠堆积在底部电极之下，可生成一种布拉格反射器。每个薄膜的厚度均为λ/4，其中λ为目标频率的波长。所生成的布拉格反射器可以像镜子一样把声波反射回谐振器内。

与FBAR谐振器相比，SMR谐振器的制造工艺较为简单，价格较低。由于其压电薄膜直接附着在衬底上，散热效率更高。但因其只反射纵波，不反射横波，所以Q因子更低。

FBAR谐振器中使用了一种只有边缘支撑的独立体声膜。下电极与载体晶圆之间有一个空气腔体。相较于SMR滤波器，FBAR滤波器的高Q因子是一个巨大的优势。

目前，商用FBAR滤波器市场主要被博通公司（前身为AVAGO）垄断。该公司使用氮化铝（AlN）作为压电薄膜材料，极好的平衡了产品性能、生产能力与晶圆级封装（WLP）工艺间的取舍。该工艺利用硅通孔（TSV）技术在位于FBAR上方的硅晶片上蚀刻出腔体并进行微封装，从而实现倒装芯片。氮化铝是压电薄膜材料中声速最高的(11,300m/s)，因此在特定谐振频率下需要增加其厚度，这反而会缓解工艺公差。此外，高质量溅射出的氮化铝薄膜，其X射线衍射峰（XRD）半峰全宽（FWHM）少于1.8度，可以使K²eff达到或超过6.4%，这几乎是美国联邦通信委员会（FCC）所规定的美国数字蜂窝技术（PCS）传输带宽的两倍。当它的Q因子达到5000时，优质因数（FOM）就可达到250-300，这样的滤波器已是超一流产品。为了满足带宽要求，K²eff必须保持恒定。若想提高滤波器的FOM，通常的做法是提升Q因子。

虽然FBAR滤波器有上述诸多优越的性能，目前仍存在一些问题导致它无法迈向下一代无线通讯技术。越来越多的用户在接收和发送日益庞大的数据流，这导致了越来越多的波段重叠冲撞。为解决这一问题，未来的滤波器应该更加灵活可变，以适应各种不同的波段组合。例如，5GHz无线局域网（Wi-Fi）波段下辖3个子波段，分别处于5.150-5.350GHz,5.475-5.725GHz, 5.725-5.825GHz，其相对应的K²eff分别为7.6%、8.8%和3.4%。耦合系数K²eff主要由压电材料本身属性所决定，但亦受压电薄膜的晶化质量和晶位、外界电容器和电感器、电极以及其它层叠材料的厚度的影响。AlNFBAR的波段主要由预先集成在IC衬底中的电容器和电感器所调制。但这些元件会降低Q因子，增加衬底的层数，进而增加成品的体积。另一种设定K²eff的方法是采用电致伸缩材料打造可调波段的FBAR滤波器。钛酸锶钡（BST）是候选材料的一种，在加以直流电场的时候，其K²eff可被调节。

BST的可调性体现在，当作为FBAR谐振器电路内置的可变电容器时，它可协助滤波器匹配并调节其带阻。此外，BSTFBAR只在施加特定的直流偏置电压时才谐振，表明其具有低泄露开关的特性，这意味着它有可能替代移动设备前端模组（FEM）开关，进而简化模组结构，降低其体积和成本。BSTFBAR在射频应用领域还具有其他有利的属性。铁电材料的高介电常数(ɛr>100)可以使设备体积缩小，例如，在低吉赫标准50-Ω射频系统中，典型的BST谐振器和滤波器的面积分别为0.001mm²和0.01mm²。实际上，BST谐振器的体积可能比传统的AlN谐振器小一个数量级。由于BST薄膜只泄漏极少的电流，即使在整个设备中施加直流偏置电压，BSTFBAR自身的能量消耗依然可以忽略不计。

可惜，AlN、Ba_xSr_(1-x)TiO₃（BST）及其他压电材料与当前使用的下电极金属相比，具有更大的晶格间距和取向差异,使得其不可能将强烈的纹理或这些材料的单晶膜沉积到底部电极材料上。此外，下电极可选材料非常有限，特别是使用BST作为压电材料时。因为电极金属必须要能承受压电材料沉积时的超高温度。

耐火材料用于电极的使用并不理想，因为它们倾向于具有高电阻并且密集，这抑制了具有这种电极的谐振器。

发明内容

第一方面涉及一种谐振器，包括夹裹在上电极和下电极之间的压电薄膜，其中所述下电极包括铝。

优选地，所述压电薄膜包括单晶材料。

优选地，所述压电薄膜包括Ba_xSr_(1-x)TiO₃。

优选地，所述压电薄膜包括Ba_xSr_(1-x)TiO₃单晶。

典型地，所述压电薄膜具有<111>取向。

典型地，x在0.2和0.5之间，并且被控制在±1％的公差内。

典型地，谐振器还包括位于压电薄膜与下电极之间的粘合层。

典型地，所述粘合层包括钛。

典型地，所述粘合层的厚度为5-50纳米之间。

典型地，所述下电极厚度为100±5纳米。

优选地，所述上电极和所述下电极都包括铝。

第二方面涉及一种具有铝下电极的压电薄膜的制造方法，包括：在衬底上生长具有氧化物分子束外延的压电薄膜，随后将铝物理气相沉积在压电晶体上。

优选地，所述压电薄膜为单晶材料。

优选地，所述压电薄膜包括Ba_xSr_(1-x)TiO₃单晶。

典型地，在溅射所述下电极之前，将钛粘合层沉积到所述压电层上。

典型地，所述粘合层通过溅射沉积。

任选地，所述衬底是C轴<0001>单晶蓝宝石膜，覆盖有C轴<0001>单晶GaN释放层。

优选地，在沉积所述Ba_xSr_(1-x)TiO₃之前，在所述单晶GaN释放层上沉积TiO₂或SrTiO₃的缓冲层或包含复合TiO₂与SrTiO₃的双缓冲层。

根据权利要求18所述的方法，其中所述缓冲层通过氧化物分子束外延来沉积。

根据权利要求18所述的方法，其中所述Ba_xSr_(1-x)TiO₃通过氧化物分子束外延来沉积。

附图说明

为了更好的解释本发明及其在实际中的应用，下文描述将配以图示。

下述图例中均带有详尽标识与细节。应强调的是，所示细节、标识仅作参考用途，目的是说明性的讨论本发明的优选实施例；最清晰、最简明、最易懂的阐述本发明的原理与概念。因此，除最基本理解需求之外的更多、更深入的结构细节并不会予以展示。对于本领域技术人员，附图与说明足以明确阐述本发明的一些变形在实际中的应用。

特别说明，为了更清晰的阐述原理与概念，示意图并未按实际比例绘制，某些超薄膜的厚度被明显放大了。在附图中：

图1示出了如何制造单晶压电谐振器膜的流程图；

图1（a）为具有外延生长的GaN涂层的蓝宝石单晶片的示意图；

图1（b）为具有图1（a）的外延生长的GaN涂层的蓝宝石单晶片的示意图，其背面具有散热层；

图1（c）为在图1（b）的背面具有外延生长的GaN涂层和散热层的蓝宝石单晶片的示意图，其还包括单晶缓冲层,该单晶缓冲层包括通过氧化物分子束外延沉积到GaN涂层上的单晶TiO₂或单晶SrTiO₃或单晶TiO₂随后是单晶SrTiO₃；

图1（d）为具有外延生长的GaN涂层、背面的散热层和通过氧化物分子束外延淀积到GaN涂层上的缓冲层的蓝宝石单晶片的示意图，其还包括通过氧化物分子束外延沉积的BST单晶层；

图2为图1（d）的结构的180°XRD光谱，表明获得了BST的单晶膜。

图3为示出如何将第一铝电极沉积到压电膜上的流程图。

图3（i）为图1（d）加以必要的变更的衬底上的单晶示意图；

图3（ii）为图3（ii）的蓝宝石载体上加上一层粘合层的单晶示意图，以及

图3（iii）为图1（d）所示结构加上铝电极层的示意图。

具体实施方式

具有较强C轴方向排列的晶面分布是AlN/BSTFBAR最重要的先决条件，因为这类FBAR的声学模式都需要被纵向激活；并且AlN/BSTFBAR的压电轴是C轴取向。

此外，AlN/BST滤波器中的压电薄膜厚度与工作频率呈负相关。在极高频率下工作的滤波器，如5GHzWi-Fi、Ku和K波段滤波器，都需要使用超薄膜。在6.5GHz频率下工作的滤波器所使用的BST层厚须为270nm左右，10GHz下AlN层厚须为200nm。这些规格带来了极大的挑战，因为定锚层越薄越难以保持应有的硬度，自身的晶体缺陷和压力都更容易造成裂缝和破碎。

本发明涉及用于由这种薄膜制造谐振器和滤波器的外延压电薄膜和电极。预期具有强纹理外延生长的压电薄膜比随机取向薄膜具有更光滑的表面。

当用作滤波器中的谐振膜时，获得了减小的散射损耗和金属电极与压电薄膜之间更平滑的界面，这两者都有助于提高质量因子。为此，下一代高频FBAR需要无缺陷的单晶膜。

以FWHM小于1°为代表的高质量单晶压电薄膜对FBAR和SMR滤波器的属性有巨大的影响，它能减少50%以热量形式损耗掉的射频能量。这些节约下的能量可以显著减少通话掉线率，并增加手机电池的使用寿命。

可惜，AlN、Ba_xSr_(1-x)TiO₃（BST）及其他压电材料与当前使用的下电极金属相比，具有更大的晶格间距和取向差异,使其不可能将这样的单晶膜沉积到底部电极材料上。此外，下电极可选材料非常有限，特别是使用BST作为压电材料时。因为电极金属必须要能承受压电材料沉积时的超高温度。因此，到目前为止，已成功证明，还没有真正的高质量单晶压电薄膜适用于RF滤波器。

本发明的一些方面涉及用于RF滤波器的这种单晶压电薄膜和电极。

参照图1（a），一个C轴<0001>±1º蓝宝石晶圆10，获得一层C轴<0001>±1º无掺杂氮化镓（U-GaN）释放层12。沉积有U-GaN12的蓝宝石晶圆10为市售商品。直径为2"、4"和6"，厚度为430µm到700µm，表面抛光RMS平滑度1nm以内的蓝宝石晶圆为市售商品。U-GaN12层一般厚度为4µm，表面抛光RMS平滑度1nm以内，适合晶体在其上取向附生。目前，这种涂覆有U-GaN12的蓝宝石晶圆10在市面上有多家中国公司在生产，包括三安光电（San'an）和苏州纳维科技(NANOWIN)™。这些衬底原先是为发光二极管（LED）行业开发。

参照图1（b），为了散热，金属层14被沉积在蓝宝石晶圆10的背面，就是覆有GaN12面的反面。金属层14的厚度取决于所选用的金属。在这种情况下，由于随后沉积的缓冲层16和压电材料18的性质（参见下文），钛就成为了散热层14一个很好的选择，它的适宜厚度约为150nm。例如，散热金属层14可以通过诸如溅射(sputtering)的物理气相沉积来沉积。

参照图1（c），利用氧化物分子束外延技术，使用诸如VacuumMicroengineeringInc.，Varian™，Veeco™和SVTAssociates™之类的可从供应商获得的市售设备将<100>TiO₂（金红石）或<111>SrTiO₃之一或<100>TiO₂层的单晶之后是<111>SrTiO₃单晶层的缓冲层16沉积在氮化镓释放层C轴<0001>±1º（U-GaN）12上。氮化镓释放层12厚度为4nm，RMS粗糙度小于2nm。由于缓冲层16中金红石TiO₂的<100>面或单晶SrTiO₃的<111>面与GaN12和蓝宝石10的<0001>面之间的晶格匹配，缓冲层16铺设成单晶膜。

参照图1（d），利用氧化物分子束外延（MBE）技术，通过在低压过量的氧气中使用氧化钡、氧化锶和氧化钛将厚度在30nm和40nm之间的Ba_xSr_(1-x)TiO₃（BST）层18沉积到缓冲层16上。氧化物分子束外延（MBE）是一种高纯度低能量的沉积技术，其产物具有低点缺陷的特点。由于<111>Ba_xSr_(1-x)TiO₃(BST)18晶格间距与<100>TiO₂（金红石）/111>单晶SrTiO₃缓冲层16的晶格间距的紧密匹配，以及在缓冲层16的晶格间距与C轴<0001>±1°氮化镓（U-GaN）释放层12的C轴<0001>±1°蓝宝石晶片10的晶格间距的紧密匹配，Ba_xSr_(1-x)TiO₃18沉积为单晶膜，其厚度范围在200nm至500nm内，但公差范围在±1％内。

参考图2，示出了堆叠的XRD光谱，表明Ba_xSr_(1-x)TiO₃膜是真正外延的<111>单晶Ba_xSr_(1-x)TiO₃，其半峰全宽为1°。

Ba_xSr_(1-x)TiO₃的晶格间距<111>的单晶膜显然是第一次生长。可以理解的是，晶界抑制了声波的传播，并且在多晶压电薄膜中，不仅存在降低Q因子的晶界，而且也不容易控制晶粒尺寸，因此引入重复性和再现性问题。与使信号衰减的多晶压电晶体不同，可以理解的是，使用单晶膜将提供前所未有的Q值和质量控制。

可以高精度地控制钡与锶的比例，并且这将影响膜的柔性和共振。

例如，公差为±1％的Ba_0.5Sr_0/5TiO₃的<111>取向单晶膜的Q值为200。

公差为±1%的Ba_0.35Sr_0.65TiO₃的<111>取向单晶膜的Q值为2000。

公差为±1%的Ba_0.2Sr_0.8TiO₃的<111>取向单晶膜的Q值为4000。

外延生长的BST膜的平滑度可以具有小于1.5nm的RMS。这有效地消除了所谓的波纹效应。

诸如FBAR和SMR的体声波谐振器（BAW）包括夹在金属电极之间的压电薄膜。通常将压电材料沉积在电极上。因此，电极材料必须禁受制造需要难熔金属如钨、钼和铂之类压电材料的加工温度。当用作电极时，这种难熔金属具有密度并因此机械地对谐振器产生阻尼。通常难熔金属具有高的耐受性，这也是不良的。

这里公开的技术特征是首先制造压电薄膜，然后仅将电极金属施加到压电薄膜上。因此，电极材料不必承受压沉积或电材料的制造温度，并且可以使用更宽范围的材料。例如，参照图3并进一步参考图3（i），第①步，获得载体衬底10上的压电晶体18。如图1（d）所示，载体可以是具有GaN释放层12的单晶蓝宝石晶片10，其具有施加到背表面的散热层14和在GaN释放层12上外延生长的TiO₂/SrTiO₃/TiO₂+SrTiO₃双层缓冲层16，接着在缓冲层16上生长出压电晶体膜18。因此，参照图1的方法加以必要的修改，压电晶体膜18可以是Ba_xSr_(1-x)TiO₃单晶。

参考图3（ii），第②步，通常厚度在5nm至50nm范围内且公差在±5％的范围内的粘合层20（例如钛），可以沉积到压电层的表面上。然后，参考图3（iii），第③步，可以将第一铝电极22沉积到粘合层20上。通常厚度为100nm且公差为±5％的铝电极是可接受的。粘合层20和铝电极层22都可以通过例如溅射来沉积。

随后，第④步，根据要形成的谐振器的类型（例如，具有布拉格反射器的SMR谐振器或FBAR型谐振器，）可以将另外的层沉积到铝电极上，然后通过例如用CMP去除散热背衬层14，随后通过蓝宝石单晶片10对GaN层12进行激光辐射，然后剥离，可以移除支撑件。然后将也可以是铝的第二电极沉积到压电薄膜的新鲜暴露的第二面上。

优选使用铝阳极，因为它比RF谐振器中使用的常规电极材料更轻，因此它对谐振器的机械阻尼效应要小得多。铝也具有低电阻和极好的低阻抗。这些因素使衰减最小化，并有助于保持谐振器和铝电极滤波器的高Q值。

由于单晶压电体没有晶界，并且电极是由低密度金属制成的，所以组合这两个特征的谐振器中声信号的衰减是最小的。据我们所知，目前单晶Ba_xSr_(1-x)TiO₃薄膜还未能实现，所以具有铝电极的BST薄膜，特别是具有铝电极的单晶Ba_xSr_(1-x)TiO₃薄膜是新颖的。其他低密度可选材料包括例如碳纳米管和锂。

如图所示，将铝电极22施加到BST单晶18上，然而使用铝22而不是阻抗较高的重质难熔金属作为待选的电极材料的优点与多晶BST和其它压电材料相关，假设随后在低温下处理和使用，那么压电材料和铝阳极都不会被损坏。

在本发明的优选实施例中，单晶压电，优选<111>取向的单晶Ba_xSr_(1-x)TiO₃薄膜18涂覆有钛粘合层，然后通过溅射涂覆铝电极层22。

第⑤步，在例如第④步施加布拉格谐振器层和/或硅单晶晶片背衬层的后续处理之后，可以将具有铝电极22的Ba_xSr_(1-x)TiO₃薄膜18从GaN12上分离。例如，首先通过蚀刻、抛光或通过化学机械抛光将CMP散热层16去除。然后，使用248nm准分子激光器通过蓝宝石衬底照射GaN，以使GaN剥离。IPG Photonics™生产这种具有方波形的脉冲激光，该过程称为激光剥离。

可以使用诸如Cl₂、BCl₃和Ar等电感耦合等离子体（ICP）去除残留的GaN。该操作可在低于150℃的温度下进行，免去了压电薄膜，然后是诸如电极层、布拉格反射层、用于FBAR滤波器的硅等沉积层的热处理。

电感耦合等离子体（ICP）是市售的工艺，被诸如NMC（North Microelectrics）China Tool和SAMCOINCTM等公司使用。

U-GaN沉积层与压电体的界面附近相比可能富含更多的镓，这使其难以除去。提供TiO₂（金红石）和/或SrTiO₃缓冲层16的目的是能够去除任何残留的GaN12而不损害Ba_xSr_(1-x)TiO₃单晶膜18的完整性。

第⑥步，一旦移除衬底，可以将第二电极沉积到压电层的新鲜暴露的表面上。该第二电极也可以包含铝。通过适当的接触并且当安装在衬底上时，压电层可以用于诸如FBAR和SMR型谐振器封装和滤波器布置的谐振器中。

使用BST，优选地使用单晶BST作为诸如表面安装谐振器（SMR）和FBAR之类的体声波谐振器（BAW）中的压电材料为射频应用提供了一些有利的属性。只要后续的制造路线和使用不暴露在高温下，具有低密度、低直流电阻和低阻抗的铝是理想的电极材料。

铁电材料的高介电常数（ετ>100）可以使器件体积缩小。例如，在低GHz频率的标准50ΩRF系统中，典型的BST谐振器和滤波器的面积分别约为0.001mm²和0.01mm²。因此，与传统的AIN谐振器相比，谐振器体积小一个数量级。智能手机等移动通信设备变得越来越复杂，它们需要更多的滤波器，因此小体积非常重要。此外，由于薄膜铁电BST只泄露极小的电流，即使在器件两端的直流偏置电压下，BST谐振器和滤波器的功耗也可以忽略不计。

尽管讨论了具有铝电极的单晶BST，可以理解的是诸如AlN、ZnO和PZT之类的其他材料的单晶压电薄膜将具有比相同材料的多晶膜更低的阻抗。多晶BST也保证了与这些使用多晶AlN获得的相比更小的滤波器。只要加工温度和操作温度保持在低水平，铝电极由于其重量轻变得更加有利并因此阻尼最小。

因此，请本领域技术人员理解，本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围由所附权利要求限定，并且包括上文描述的各种特征的组合和子组合及其变化和修改，本领域技术人员在阅读前文描述时应已预计到。

在权利要求中，“包括”一词及其同义词，如“包含”、“含有”等，意为所列出的组件被包括，但通常不排除其他组件。

Claims

1.一种具有铝下电极的压电薄膜的制造方法，依次包括：

在由C轴<0001>单晶蓝宝石膜构成的衬底上，沉积由C轴<0001>单晶GaN构成的释放层；

在所述释放层上方沉积缓冲层；其中，所述缓冲层的晶格间距被构造成与所述释放层的晶格间距以及与随后生长的压电薄膜的晶格间距均紧密匹配，

在所述缓冲层上生长包括<111>取向的Ba_xSr_(1-x)TiO₃压电薄膜；

将铝物理气相沉积在所述压电薄膜上，以形成包括铝的下电极。

2.根据权利要求1所述的方法，在所述的将铝物理气相沉积在压电晶体上，以形成包括铝的下电极的步骤后，还包括：

移除释放层和/或衬底以暴露所述压电薄膜，并且随后将上电极沉积到所述压电薄膜的新鲜暴露的表面上。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压电薄膜包括Ba_xSr_(1-x)TiO₃单晶。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，在溅射所述下电极之前，将钛粘合层沉积到所述压电薄膜上。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过溅射沉积所述钛粘合层。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述Ba_xSr_(1-x)TiO₃通过氧化物分子束外延来沉积。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述缓冲层为TiO₂或SrTiO₃的缓冲层或包含复合TiO₂与SrTiO₃的双缓冲层。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述缓冲层通过氧化物分子束外延来沉积。

9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述上电极也包括铝。

10.一种谐振器，包括夹裹在上电极和下电极之间的压电薄膜，其中，所述谐振器通过如权利要求1或2所述的方法制造，并且所述下电极包括铝。

11.根据权利要求10所述的谐振器，其中，所述压电薄膜包括Ba_xSr_(1-x)TiO₃单晶。

12.根据权利要求11所述的谐振器，其中，x在0.2和0.5之间，并且被控制在±1％的公差范围内。

13.根据权利要求10所述的谐振器，还包括位于所述压电薄膜与所述下电极之间的粘合层。

14.根据权利要求13所述的谐振器，其中所述粘合层包括钛。

15.根据权利要求14所述的谐振器，其中所述粘合层的厚度为5-50纳米。

16.根据权利要求10所述的谐振器，其中所述下电极厚度为100纳米±5纳米。

17.根据权利要求10所述的谐振器，其中，所述上电极也包括铝。