CN109219896A - 用于表面声波器件的混合结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于表面声波器件的混合结构(100)，该混合结构(100)包括压电材料的有用层(10)，该有用层(10)具有第一自由面(1)和设置在支撑衬底(20)上的第二面(2)，该支撑衬底(20)具有比所述有用层(10)的热膨胀系数低的热膨胀系数。所述混合结构(100)的特征在于所述有用层(10)包括纳米腔(31)的区域(30)。

Description

用于表面声波器件的混合结构
技术领域
本发明涉及表面声波器件的领域。它尤其涉及一种适合于生产表面声波器件的混合结构。
背景技术
诸如表面声波(SAW)器件的声谐振器结构使用设置在压电衬底中的一个或更多个叉指型换能器来将电信号转换成声波并且反之亦然。此类SAW器件或谐振器常常被用在滤波应用中。射频(RF)SAW技术具有诸如高绝缘和低插入损耗的高性能。由于此原因，它被广泛地用于无线通信应用中的RF双工器。然而，为了对于体声波(BAW)双工器更具竞争力，RFSAW器件的性能需要改进，并且特别地，要求其频率响应对于温度是稳定的。
SAW器件工作频率是温度相关的，换句话说，温度系数频率(TCF)部分地取决于换能器叉指型电极间距中的变化，其进而一般地是由于所使用的压电衬底中的相对较高的热膨胀系数(CTE)而导致的；另外，TCF取决于热速系数，因为压电衬底的膨胀或收缩伴随有表面声波的加速或减速。使热系数频率(TCF)最小化的可能目标是为了使压电衬底的膨胀/收缩最小化，尤其是在声波将被传播的表面区域中。
K.Hashimoto、M.Kadota等人的文章“Recent Development of TemperatureCompensated SAW Devices”,IEEE Ultrason.Symp.2011,pages 79to 86,2011给出了克服SAW器件频率响应中的温度依赖性的当前方法的概要。
一种方法在于使用混合衬底，例如通过使压电层遍布硅衬底。硅的低CTE帮助限制压电层的基于温度的膨胀/收缩。在钽酸锂(LiTaO3)的压电层的情况下，先前引用的文章表明LiTaO3的厚度与硅衬底的厚度之比为10允许热系数频率(TCF)的适当改进实现。此方法的缺点之一是由于对在混合衬底上生产的谐振器的频率特性具有负面影响的杂散声波(在文章“Characterization of bonded wafer for RF filters with reduced TCF”,B.P.Abbott et al,Proc 2005IEEE International Ultrasonics Symposium,Sept 19-21,2005,pages 926-929中称作“杂散声模式”)的存在而导致的。这些杂散谐振尤其与主声波(主要在LiTaO3层的表面区域中传播)在底层界面(并因此特别是LiTaO3与硅之间的界面)上的杂散反射有关。用于减少这些杂散谐振的一个解决方案是增加LiTaO3层的厚度；这还涉及增加Si衬底的厚度以保存TCF的改进。在这种情况下，混合衬底的总厚度不再与减小最终组件的厚度特别地以蜂窝电话市场作为目标的需要兼容。由K.Hashimoto等人提出的另一解决方案包括使LiTaO3层的下表面变粗糙(在与衬底的结合界面处)以便减少声波在其上的反射。当要求非常光滑的组装表面的直接结合方法被用于生产混合衬底时，这种粗糙化是需要被管理的一个困难。
发明目的
本发明的一个目的是向现有技术的解决方案提供另选的解决方案。本发明的一个目的特别是提出一种允许减少和/或消除所述杂散声波的混合结构。
发明内容
本发明涉及一种用于表面声波器件的混合结构，该混合结构包括有用压电层，该有用压电层具有第一自由面和设置在支撑衬底上的第二面，该支撑衬底具有比所述有用层的热膨胀系数低的热膨胀系数。所述混合结构的特征在于所述有用层包括纳米腔的区域。
所述纳米腔的区域适合于扩散在所述有用层的厚度中传播的声波直到所述区域为止；它减少或者甚至消除所述声波的杂散反射，这些反射一般地发生在所述混合结构的一个或更多个界面处并且对所述SAW器件的频率特性具有负面影响。
此外，所述纳米腔的区域形成在所述有用层的厚度中并且不影响所述第二面的粗糙度，并且这方便并改进所述有用层在所述支撑衬底上的组装的可靠性。
根据本发明的有利特性，单独地或相结合地采取：
·所述纳米腔的区域具有50nm至3微米的功能厚度；
·所述纳米腔的区域比所述有用层的所述第一面更靠近所述第二面；
·所述纳米腔的区域位于离所述有用层的所述第二面大于50nm的距离处；
·所述纳米腔至少部分地具有1nm至500nm的最大尺寸；
·所述纳米腔占去所述纳米腔的区域中的体积的10％至20％；
·所述纳米腔是基本上球形的或多面体的；
·所述纳米腔的全部或部分包含气体；
·所述纳米腔的区域在与所述有用层的所述第二面平行的平面中延伸；
·所述纳米腔的区域在与所述有用层的所述第二面平行的平面中是连续的；
·所述纳米腔的区域在与所述有用层的所述第二面平行的平面中是不连续的；
·所述支撑衬底包括在硅、玻璃、二氧化硅、蓝宝石、氧化铝、氮化铝和碳化硅当中选取的材料；
·所述有用层包括在钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)、石英和氧化锌(ZnO)当中选取的压电材料；
·所述混合结构包括位于所述有用层的所述第二面与所述支撑衬底之间的中间层。
本发明还涉及一种包括如上所述的混合结构的表面声波器件。声波的频率被有利地包括在700MHz与3GHz之间。
本发明最后涉及一种用于制造用于表面声波器件的混合结构的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供具有第一面和第二面的有用压电层；
b)提供具有比所述有用层的热膨胀系数低的热膨胀系数的支撑衬底；以及
c)在所述支撑衬底上组装所述有用层的所述第二面。
所述方法的特征在于它包括将气体物种引入到所述有用层中以形成纳米腔的区域。
根据本发明的有利特性，单独地或相结合地采取：
·在步骤a)中提供的所述有用层被包括在压电供体衬底中；
·所述制造方法在所述组装步骤之后包括薄化所述供体衬底至可用于形成所述有用层的厚度的步骤d)；
·所述气体物种引入步骤包括在氢气、氦气、氩气和其它惰性气体当中选取的至少一种离子注入；
·所述制造方法包括在所述气体物种引入步骤之后的热处理步骤；
·在所述组装步骤之前，在所述有用层的所述第二面上执行气体物种到所述有用层中的引入；
·在所述组装步骤之后，在所述有用层的所述第一面上执行气体物种到所述有用层中的引入；
·通过应用掩模而局部地将气体物种引入到所述有用层中。
附图说明
根据参照附图进行的详细描述，本发明的另外的特性和优点将是清楚的，在附图当中：
-图1示出了根据本发明的混合结构；
-图2a至图2e示出了根据本发明的混合结构的横截面视图(2a)和顶视图(2b至2e)；
-图3示出了根据本发明的混合结构；
-图4示出了根据本发明的表面声波器件；
-图5a至图5e示出了根据第一实施方式的用于制造混合结构的方法；
-图6a和图6b示出了根据第二实施方式的用于制造混合结构的方法；
-图7a至图7c示出了根据第三实施方式的用于制造混合结构的方法。
具体实施方式
在描述部分中，图中相同的参照物可被用于相同类型的元件。
图是为了清楚起见未按比例绘制的示意表示。特别地，根据Z轴的层的厚度相对于根据X轴和Y轴的横向尺寸未按比例绘制。同样地，纳米腔的尺寸相对于本发明的元件的层厚度或其它横向尺寸未按比例绘制。
本发明涉及用于表面声波器件的混合结构100，该混合结构100包括有用压电层10，该有用压电层10具有第一自由面1和设置在支撑衬底20上的第二面2。有用层10通常根据要在混合结构100上生产的SAW器件的类型具有1微米至50微米的有用厚度。有用层10有利地包括从钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)、石英和氧化锌(ZnO)中选取的压电材料。
混合结构100的支撑衬底20至少在各向异性材料的情况下沿着结晶轴具有比有用层10的热膨胀系数低的热膨胀系数。它可以包括在硅、玻璃、二氧化硅、蓝宝石、氧化铝、氮化铝和碳化硅当中选取的材料。
显然，此材料清单是不详尽的，并且可以根据应用的类型和所需要的性能选取其它衬底或有用压电层。
混合结构100还在有用层10中包括纳米腔31的区域30，如图1所示。
纳米腔31优选地具有基本上球形、多面体或椭圆体形状。这种形状是有利的原因在于它促进多向反射并因此促进很可能在有用层10的厚度中传播的声波的扩散，从而防止它们在诸如位于有用层10与支撑衬底20之间的界面的平面表面上反射。纳米腔31可以是空的或者包含气体或甚至气体的混合物。
纳米腔31通常具有1nm至500nm的最大尺寸；最大尺寸在纳米腔31是球形的情况下被理解为是例如纳米腔的直径，或者在纳米腔31是略微椭圆体的情况下是最大直径。区域30中的纳米腔31的密度是这样的，即，它们优选地占去所述区域30的体积的10％至20％。纳米腔31的尺寸和密度可影响声波扩散效率。因此，可根据在要在混合结构100上生产的器件中传播的声波的频率来调整纳米腔31的尺寸和密度参数。
纳米腔31的区域30有利地沿着图1中的Z轴具有50nm至3微米的所称的功能厚度e。功能厚度e被有利地选取为等于或者基本上小于用于SAW器件的声信号的波长λ，例如包括在λ与λ/8之间。另一方面，纳米腔的最大平均直径将优选地被选取为小于或者等于声波的波长λ，通常包括在λ/10与λ之间。此配置促进声波与纳米腔31的区域30之间的相互作用。特别地，通常从混合结构的界面反射离开的声波部分将被区域30有利地扩散，从而导致强烈地限制或者甚至消除声波的作为杂散效应的来源的反射分量。
纳米腔31的区域30优选地在有用层10的第二面2附近。特别地，它可以被放置在离第二面2大约50nm的距离处。作为另选方案，它可以被放置在包括在几纳米和有用厚度的约30％之间的距离处。例如，对于有用厚度为10微米的有用层10，区域30可以位于离第二面2达50nm至3微米的距离处。
纳米腔的区域30有利地在与有用层10的第二面2平行的平面中延伸。它在有用层10中可以是连续的，即，遍及混合结构100存在。此配置为将SAW器件定位在混合结构100上给予大量空间。
作为另选方案，纳米腔31的区域30可以是不连续的并且仅在有用层10的某些区域中具有局部存在，如图2a所示。作为非限制性示例，当从上方观察时，纳米腔31的区域30可采用条形图案(图2b)、圆形图案(图2c)、补充圆形图案的区域(图2d)或甚至正方形图案(图2e)的形状。包括纳米腔的区域30的区域在平面(x,y)中的尺寸优选地被包括在1微米与10微米之间。
纳米腔31的区域30的不连续可在具有长波长(大约5微米以上)的声波的情况下提供优势；实际上，具有比纳米腔31大的周期的更大图案的存在可促进声波与不连续区域30的相互作用并且因此改进波的扩散。
根据另一实施方式，纳米腔的局部区域30可仅存在于将在上面生产SAW器件的电极的区域中，声波在所述电极之间传播。
根据本发明的混合结构100同样地可包括设置在有用层10的第二面2与支撑衬底20之间的中间层40(图3)。此中间层40例如由在氧化硅、氮化硅、非晶或多晶硅等当中选取的材料制成。中间层40可具有将在混合结构100上生产的将来SAW器件中的功能(电绝缘、电荷载流子的俘获等)。它还可用于方便有用层10与支撑衬底20之间的组装，特别地用于加强组装界面的结合能。
根据本发明的混合结构100适合于生产表面声波器件200，其简化表示被提供在图4中。这种器件200尤其包括设置在有用层10的第一面1上的金属电极50。一个或更多个声波将在器件200的操作期间在电极50之间传播。
混合结构100的纳米腔31的区域30适合于使在有用层10的厚度中传播的声波扩散直到所述区域30为止；它减少或者甚至消除声波的杂散反射，这些杂散反射一般地发生在混合结构100的一个或更多个界面处并且对SAW器件200的频率特性具有负面影响。
根据本发明的混合结构100特别适于使用700MHz至3GHz的声波频率的SAW器件200的生产。
本发明还涉及用于为表面声波器件200制造混合结构100的方法，该方法包括提供具有第一面1和第二面2的有用压电层10的第一步骤。该制造方法同样地包括提供具有比有用层10的热膨胀系数低的热膨胀系数的支撑衬底20的步骤。它还包括在支撑衬底20上组装有用层10的第二面2的步骤。如本身已知的，可以实现不同的组装技术，包括通过分子附着力结合、通过粘合剂结合，或适于生产混合结构的任何其它类型的结合。可在组装之前在有用层10的第二面2上或者在支撑衬底20的待组装面上或者在两者上添加中间层40。此中间层40例如由氧化硅、氮化硅或甚至多晶硅制成并且具有包括在几纳米与几微米之间的厚度。可根据现有技术中已知的各种技术(诸如热氧化或氮化处理、化学沉积(PECVD、LPCVD等)等)来生产中间层40。
根据本发明的制造方法还包括将气体物种(gaseous species)引入到有用层10中以形成纳米腔31的区域30的步骤。可在将有用层10组装到支撑衬底20上的步骤之前或之后执行此步骤。气体物种引入步骤有利地包括在氢气、氦气、氩气和其它惰性气体当中选取的离子的至少一种注入。显然能够使用能够在有用层10中形成纳米腔31的其它气体。
如对本领域技术人员来说一般地已知的，根据用于纳米腔31的区域30的寻求深度选取注入能量。注入离子的剂量是在使得有可能在有用层10的材料中形成纳米腔31的范围当中选取的，同时尺寸和密度有利地允许纳米腔31占去区域30中的体积的10％至20％。注入离子的剂量同样地被选取为低于很可能在有用层10的面1、2中的任何一个上产生变形或其它损坏的剂量。
根据所选取的纳米腔31的区域30的功能厚度，可以按不同的注入能量在有源层(10)中执行一个或更多个离子注入步骤，以便使注入分布加宽并因此使所述功能厚度加宽或者其目的是形成与通过单一注入所产生的基本高斯分布不同的特定分布。
根据一个另选方案，可在有用层10中局部地执行气体物种引入步骤。出于此目的，通常使用沉积在待注入的有用层10的面上的掩模层，该掩模层保护寻求形成区域30的区域并且使其中必须形成区域30的区域暴露。因此能够获得诸如图2a至图2e所示的那些的混合结构100。
制造方法可有利地包括继气体物种引入之后的热处理步骤，从而使得有可能至少部分地从有用层10中去除气体并且特别地形成和/或稳定材料中的纳米腔31。可以例如在范围从几分钟至几小时的时段期间在200℃至900℃的温度下执行这种热处理。热处理温度将优选地被选取为低于有用层10的压电材料的居里温度。
现在将参照图5、图6和图7描述制造方法的具体实施方式。
根据本发明的第一实施方式，方法的第一步骤包括提供包括有用层10的由压电材料制成的供体衬底11(图5a)。供体衬底11包括第一面1'和第二面2。例如，它可以由在钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)、石英和氧化锌(ZnO)当中选取的压电材料构成。
在方法的第二步骤中提供具有比供体衬底11的热膨胀系数低的热膨胀系数的支撑衬底20(图5b)。如以上所指示的，它可以例如包括在硅、玻璃、二氧化硅、蓝宝石、氧化铝、氮化铝和碳化硅当中选取的材料。
在组装步骤之前，在供体衬底11的第二面上执行气体物种引入步骤，如图5c所示。它因此产生掩埋区域，其厚度和深度依赖于离子注入的能量和剂量，并且依赖于供体衬底11的性质。此掩埋区域将形成纳米腔31的区域30。根据是完全在第二面2上还是局部地执行注入，区域30在与第二面2平行的平面中将是连续的或不连续的。
纳米腔31在注入后直接地存在，或者通过后续热处理步骤来形成和稳定。在本实施方式中，此热处理步骤还具有在组装之前使供体衬底11的气体的全部或部分向外扩散的优点，这尤其可防止在结合界面处脱气，其很可能使其机械强度和/或质量降级。
然后执行将供体衬底11的第二面2组装到支撑衬底20上的步骤(图5d)。通过分子附着力结合是一种有利的技术的原因在于它不需要添加材料来组装表面。然而，它确实需要良好的表面条件(良好的平整度、低粗糙度、极好的清洁度)来生产高质量组装件。根据本发明的纳米腔31的区域30的形成不会使第二面2的质量降级；气体物种引入步骤被限定为使得掩埋区域不会在待组装的第二面2上产生任何变形或损坏。
为了使结合界面巩固，结合的混合结构101有利地经历热处理。应该注意的是，供体衬底11和支撑衬底20的材料具有非常不同的热膨胀系数。如此施加的热处理必须保持在比结合结构101将破裂或者损坏的温度低的温度下。温度范围将通常被包括在几十度与500℃之间。
根据本发明的第一实施方式的制造方法还包括通过供体衬底11的第一面1'使薄化供体衬底11以便获得有用层10的所称的有用厚度并且形成第一自由面1的步骤(图5e)。此有用厚度取决于将在混合结构100上生产的声波器件的类型。
薄化步骤可基于已知的研磨、化学机械抛光(CMP)和/或化学蚀刻(湿法或干法)技术。这些方法特别适合于形成厚有用层，例如从几微米到几十微米，并且最多几百微米。
为了形成薄有用层10，即具有通常小于2微米的厚度，可以实施其它层转移方法，包括Smart CutTM方法。这基于将氢气和/或氦气的轻离子注入到供体衬底11中以在相对于第二面2不小于有用厚度的深度处形成脆化掩埋层。可在组装步骤之前、在纳米腔31的区域30的形成之前或之后执行此注入步骤。
在支撑衬底20上组装之后的分离步骤然后使得有可能在脆化掩埋层处使薄表面层与供体衬底11(有用层10)分离。可以包括热处理和/或通过化学蚀刻或抛光而薄化的加工步骤最终向有用层10提供所需要的结晶和表面质量。此方法特别适于薄有用层的生产。
根据本发明的第二实施方式，在组装步骤之后执行将气体物种引入到有用层10中的步骤。包括设置在支撑衬底20上的有用层10的混合结构100'经受气体物种引入步骤以形成纳米腔31的区域30(图6a)。离子的能量在注入的情况下被有利地选取，使得区域30形成在有用层10的靠近第二面2的下三分之一中。
可以执行热处理以便形成和/或稳定区域30的纳米腔31。这种热处理必须考虑组成混合结构100的材料的热膨胀系数的差异，如图6b所示。
根据本发明的第三实施方式，在方法的第一供应步骤期间，有用层10的第一面1被设置在临时衬底60上(图7a)。它有利地通过Smart Cut方法来转移并且因此在其第二面2上包括脆化掩埋层的残余物。
在将有用层10的第二面2组装在支撑衬底20上之前中间层40被优选地沉积在有用层10的第二面2上(图7b)。
然后通过机械或化学薄化或者通过在有用层10的第一面1与临时衬底60之间的界面处进行去除来去除临时衬底60。
图7c示出了获得的混合结构100：在Smart Cut方法期间形成的脆化掩埋层的残余物使得有可能在此实施方式中在有用层10的第二面2附近产生纳米腔31的区域30。
当混合结构100的材料的热膨胀系数(CTE)使得难以直接地应用Smart Cut方法以将薄有用层10转移到支撑衬底20上时此第三实施方式是有利的。在这种情况下，有用层10首先形成在临时衬底60(其可具有与有用层10相同的CTE或介于有用层10的CTE与支撑衬底20的CTE之间的中间CTE)上，然后被转移到支撑衬底20上。然后使用Smart Cut方法所需要的轻离子的注入来形成纳米腔31的区域30，从而避免任何附加步骤。然而，在此第三实施方式中，在区域30的功能厚度方面并且在纳米腔31的特性(尺寸、密度等)方面几乎没有灵活性，因为注入参数最初由Smart Cut方法规定。
示例1：
由LiNbO3制成的供体衬底11在其第二面2上被注入有能量为180keV并且剂量为3.5.1016He/cm2的氦离子。在注入之前，保护层(例如由SiO2制成)被有利地沉积在第二面2上，以便在注入步骤期间限制供体衬底11的污染。
这种注入通常在离第二面2大约350nm的距离处形成具有大约700nm的功能厚度的纳米腔31的区域30。
通过化学蚀刻去除保护层。
在700℃下执行2小时的热处理以稳定纳米腔31并且从供体衬底11去除全部或部分氦气。
供体衬底11和由硅制成的支撑衬底20(例如分别具有350微米和625微米的厚度)然后在通过分子附着力被组装从而形成结合混合结构101之前经历清洁工序。供体衬底11的面2具有非常高的质量，与直接结合相兼容，并且注入气体以形成区域30不会产生任何表面变形或损坏。
研磨和抛光的连续步骤被应用于供体衬底11的第一面1'，直到获得有用厚度为20微米的有用层10为止。从而形成根据本发明的混合结构100。
此结构适于表面声波器件200的生产，尤其包括在有用层10的第一面1上形成叉指型金属电极50。根据本发明的纳米腔31的区域30的存在使得有可能衰减或者甚至消除声波在有用层10与支撑衬底20之间的界面上的杂散反射：朝向所述界面传播的声波在多个方向上被反射，并且因此被形成区域30的多个纳米腔31扩散。
示例2：
掩模层形成在由LiTaO3制成的供体衬底11的第二面2上，从而产生掩模区域和暴露区域。暴露区域形成例如像在图2c中从上方所示观察的那样通过掩模区域彼此分离的圆形块。暴露区域具有5微米的直径，两个相邻的暴露区域之间的间隔也是5微米。
供体衬底11然后在其第二面2上被连续地按照多个能级：140keV、160keV、180keV并按照针对每个能级应用的2.1016He/cm2的剂量注入氦离子。
通过化学蚀刻去除掩模层。
在580℃下执行2小时的热处理以稳定纳米腔31并且从供体衬底11去除全部或部分气体。
供体衬底11和由硅制成的支撑衬底20然后在通过分子附着力被组装从而形成结合的混合结构101之前经历清洁工列。供体衬底11的面2具有非常高的质量，与直接结合相兼容，并且注入气体以形成区域30不会产生任何表面变形或损坏。
研磨和抛光的连续步骤被应用于供体衬底11的第一面1'，直到获得有用厚度为20微米的有用层10为止。从而形成根据本发明的混合结构100。
此结构适于表面声波器件200的生产，尤其包括在有用层10的第一面1上形成叉指型金属电极50。根据本发明的纳米腔31的区域30的存在使得可衰减或者甚至消除声波在有用层10与支撑衬底20之间的界面上的杂散反射：朝向所述界面传播的声波在多个方向上被反射，并且因此被形成区域30的多个纳米腔31扩散。

Claims (13)

1.一种用于表面声波器件的混合结构(100)，该混合结构(100)包括有用压电层(10)，该有用压电层(10)具有第一自由面(1)和设置在支撑衬底(20)上的第二面(2)，该支撑衬底(20)具有比所述有用层(10)的热膨胀系数低的热膨胀系数，所述混合结构(100)的特征在于，所述有用层(10)包括纳米腔(31)的区域(30)。
2.根据前述权利要求所述的用于表面声波器件的混合结构(100)，其中，所述纳米腔(31)的区域(30)具有50nm至3微米的功能厚度。
3.根据前述权利要求中的一项所述的用于表面声波器件的混合结构(100)，其中，所述纳米腔(31)的区域(30)位于离所述有用层(10)的所述第二面(2)大于50nm的距离处。
4.根据前述权利要求中的一项所述的用于表面声波器件的混合结构(100)，其中，所述纳米腔(31)至少部分地具有1nm至500nm的最大尺寸。
5.根据前述权利要求中的一项所述的用于表面声波器件的混合结构(100)，其中，所述纳米腔(31)的区域(30)在与所述有用层(10)的所述第二面(2)平行的平面中延伸。
6.根据前述权利要求中的一项所述的用于表面声波器件的混合结构(100)，其中，所述支撑衬底(20)包括在硅、玻璃、二氧化硅、蓝宝石、氧化铝、氮化铝和碳化硅当中选取的材料。
7.根据前述权利要求中的一项所述的用于表面声波器件的混合结构(100)，其中，所述有用层(10)包括在钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)、石英和氧化锌(ZnO)当中选取的压电材料。
8.根据前述权利要求中的一项所述的用于表面声波器件的混合结构(100)，所述混合结构(100)包括位于所述有用层(10)的所述第二面(2)与所述支撑衬底(20)之间的中间层(40)。
9.一种表面声波器件(200)，该表面声波器件(200)包括根据前述权利要求中的一项所述的混合结构(100)。
10.一种用于制造用于表面声波器件的混合结构(100)的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供具有第一面(1)和第二面(2)的有用压电层(10)；
b)提供具有比所述有用层(10)的热膨胀系数低的热膨胀系数的支撑衬底(20)；以及
c)将所述有用层(10)的所述第二面(2)组装在所述支撑衬底(20)上，
所述方法的特征在于，所述方法包括将气体物种引入到所述有用层(10)中以形成纳米腔(31)的区域(30)。
11.根据前述权利要求所述的用于制造混合结构(100)的方法，其中，引入气体物种的步骤包括在氢气、氦气、氩气和其它惰性气体当中选取的离子的至少一种注入。
12.根据前两项权利要求中的一项所述的用于制造混合结构(100)的方法，所述方法包括在引入气体物种的步骤之后的热处理步骤。
13.根据前三项权利要求中的一项所述的用于制造混合结构(100)的方法，其中，通过应用掩模而局部地向所述有用层中引入气体物种。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111490748A (zh) * 2020-02-28 2020-08-04 武汉大学 一种薄膜体声波谐振器
CN113629182A (zh) * 2020-05-08 2021-11-09 济南晶正电子科技有限公司 一种tc-saw复合衬底及其制备方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3878097A1 (en) * 2018-11-13 2021-09-15 Huawei Technologies Co., Ltd. Surface acoustic wave device with phononic crystal
DE102018131946A1 (de) 2018-12-12 2020-06-18 RF360 Europe GmbH Dünnfilm-SAW-Vorrichtung
FR3091032B1 (fr) * 2018-12-20 2020-12-11 Soitec Silicon On Insulator Procédé de transfert d’une couche superficielle sur des cavités
EP3896850A1 (en) 2020-04-14 2021-10-20 IQE plc Layered structure with regions of localized strain in crystalline rare earth oxides
CN112382559A (zh) * 2020-11-13 2021-02-19 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种异质薄膜结构及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070296306A1 (en) * 2004-09-17 2007-12-27 Markus Hauser Saw-Component Having a Reduced Temperature Path and Method for the Production Thereof
JP2008219720A (ja) * 2007-03-07 2008-09-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 弾性表面波デバイス
US20090224853A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-10 Oh Young Joo Piezoelectric substrate and surface acoustic wave filter using the same
CN102361061A (zh) * 2010-05-17 2012-02-22 株式会社村田制作所 复合压电基板的制造方法及压电器件
JP2012109399A (ja) * 2010-11-17 2012-06-07 Ngk Insulators Ltd 複合基板及びその製法
CN105308860A (zh) * 2013-04-08 2016-02-03 Soitec公司 先进热补偿表面声波器件及其制造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8997320B2 (en) * 2008-01-24 2015-04-07 Murata Manufacturing Co., Ltd. Method for manufacturing acoustic wave device
JP5814774B2 (ja) * 2010-12-22 2015-11-17 日本碍子株式会社 複合基板及び複合基板の製造方法
EP2658123B1 (en) * 2010-12-24 2019-02-13 Murata Manufacturing Co., Ltd. Elastic wave device and method for manufacturing the same.

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070296306A1 (en) * 2004-09-17 2007-12-27 Markus Hauser Saw-Component Having a Reduced Temperature Path and Method for the Production Thereof
JP2008219720A (ja) * 2007-03-07 2008-09-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 弾性表面波デバイス
US20090224853A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-10 Oh Young Joo Piezoelectric substrate and surface acoustic wave filter using the same
CN102361061A (zh) * 2010-05-17 2012-02-22 株式会社村田制作所 复合压电基板的制造方法及压电器件
JP2012109399A (ja) * 2010-11-17 2012-06-07 Ngk Insulators Ltd 複合基板及びその製法
CN105308860A (zh) * 2013-04-08 2016-02-03 Soitec公司 先进热补偿表面声波器件及其制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111490748A (zh) * 2020-02-28 2020-08-04 武汉大学 一种薄膜体声波谐振器
CN113629182A (zh) * 2020-05-08 2021-11-09 济南晶正电子科技有限公司 一种tc-saw复合衬底及其制备方法

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