CN109997307A - 表面声波装置 - Google Patents

Abstract

本文中的实施例涉及表面声波(surface acoustic wave，SAW)装置，例如滤波器和双工器。所述SAW装置可以具有高声速层和耦合到所述高声速层的压电层。至少一个变换器至少耦合到所述压电层，其中所述变换器沿着所述压电层的表面传播具有工作波长的表面声波。金属层可以被耦合到所述压电层的表面并且与所述变换器电隔离。

Description

表面声波装置

交叉引用

本申请要求于2016年11月24日提交的申请号为15/361,054、发明名称为“表面声波装置”的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本文中公开的实施例涉及表面声波(surface acoustic wave，SAW)装置。具体地，实施例涉及机电耦合和表面波速度得以改进的SAW滤波器、谐振器和/或双工器。

背景技术

在通信系统(终端和基站基础设施)中，广泛使用表面声波(SAW)滤波器和谐振器。对于诸如5G-TG4-CA中使用的E-UTRA等新标准，人们对于更高的工作频率、更低的插入损耗、更高的发射功率和/或更宽的信道带宽的需求不断增长。期望新的压电材料或结构可以满足日益增长的对更高频率和更宽信道带宽的需求。特别是，SAW滤波器的高机电耦合系数可能是合乎需要的。

影响滤波器带宽的因素之一是压电材料的机电耦合系数(k²)。机电耦合系数k²越高，滤波器带宽可能越宽。人们已经提出氮化铝(Aluminum Nitride，AlN)/金刚石多层结构可能在AlN厚度为0.35波长λ下具有约9500m/s的非常高的声波速度。然而，1.2％的相对较小的k²可能不适用于宽带滤波器和双工器应用。

钪掺杂AlN(ScAlN)膜由于其高压电性、高导热性和相对高的声波速度而被尝试。一种这样的结构在Hashimoto等人的“使用ScAlN-单晶金刚石结构的2-3GHz范围内的高Q表面声波谐振器”(2012年IEEE国际会议：超声学研讨会(IUS))(High Q surface acousticwave resonators in 2-3GHz range using ScAlN-single crystalline diamondstructure”；Hashimoto et al.；Conf.:Ultrasonics Symposium(IUS),2012 IEEEInternational)一文中进行了描述，在此通过引用明确地整体并入。

类似地，另一种这样的结构在Zhang等人的“具有掩埋电极的ScAlN/金刚石结构的表面声波传播特性”(压电声波与装置应用(SPAWDA)2014年研讨会第271-274页，2014)(Surface acoustic wave propagation characteristics of ScAlN/diamond structurewith buried electrode；Zhang et al.；Piezoelectricity Acoustic Waves and DeviceApplications(SPAWDA)2014Symposium on,pp.271-274,2014)一文中进行了描述，在此通过引用明确地整体并入。

虽然人们已经探索了这些结构，但是不足以解决如本文所述的具体挑战。

发明内容

下面描述的实施例可以提供具有高达6.0％的相对带宽的SAW滤波器。具体地，使用本文描述的技术，SAW滤波器可以满足E-UTRA频带42滤波器(例如，3500MHz或更高的中心频率(f₀)和200MHz或更高的带宽(BW_3db))的要求。使用具有高机电耦合系数k²的压电结构，本文中描述的实施例可以获得宽带SAW滤波器，例如E-UTRA频带42滤波器(例如，f₀＝3.5GHz，BW_3db＝200MHz)。本文中描述的实施例还可以实现在此未明确说明的附加益处和优点。

在一些实施例中，本公开描述了一种SAW装置。所述SAW装置包括高声速层和耦合到所述高声速层的压电层。所述SAW装置还包括耦合到至少所述压电层的至少一个变换器。所述变换器被配置为沿着所述压电层的表面传播具有工作波长(λ)的表面声波。所述SAW装置还包括耦合到所述压电层并且与所述至少一个变换器电隔离的金属层。

在一些实施例中，所述至少一个变换器可以设置在所述压电层和所述高声速层之间。

在一些实施例中，所述金属层可以由铝(aluminum，Al)、铜(copper，Cu)、铂(platinum，Pt)、铝铜合金(Aluminum-copper alloy，Al/Cu/Al)、钼(molybdenum，Mo)、钨(tungsten，W)、钛(titanium，Ti)、金(gold，Au)、镍(nickel，Ni)和氮化钛(titaniumnitride，TiN)以及银(silver，Ag)、钴(cobalt，Co)、铬(chromium，Cr)、铜铁合金(copper-iron alloy，Cu-Fe)、铌(niobium，Nb)、镍(nickel，Ni)、锌(zinc，Zn)或锆(zirconium，Zr)中的至少一个形成。

在一些实施例中，所述SAW装置可以包括耦合到所述高声速层的基层。

在一些实施例中，所述基层可以包括硅衬底。

在一些实施例中，所述压电层的厚度可以小于所述工作波长。

在一些实施例中，所述压电层的厚度可以在大约0.15λ至大约0.258λ之间。

在一些实施例中，所述至少一个变换器中的每一个可以包括多个叉指式变换器(interdigital transducer，IDT)电极，每个所述IDT电极具有IDT厚度。

在一些实施例中，所述IDT厚度可以在大约0.01λ至大约0.1λ之间。

在一些实施例中，对于西沙瓦波模式，所述表面声波装置的机电耦合系数(k²)可以在大约8.4％至大约16％之间。

在一些实施例中，所述压电层可以包括钪掺杂氮化铝(ScAlN)层。

在一些实施例中，所述钪掺杂可以在大约40至大约45原子百分比之间。

在一些实施例中，所述压电层的厚度可以约为0.2λ，所述IDT厚度可以约为0.02λ。

在一些实施例中，所述压电层的厚度可以在大约0.65λ至大约0.85λ之间。

在一些实施例中，所述IDT厚度可以在大约0.06λ至大约0.09λ之间。

在一些实施例中，所述压电层的厚度可以约为0.73λ，所述IDT厚度可以约为0.08λ。

在一些实施例中，所述高声速层可以包括金刚石层。

在一些实施例中，所述金刚石层的厚度可以大于所述工作波长。

在一些实施例中，所述高声速层的声速可以在大约8,000m/s至大约10,000m/s之间。

在一些实施例中，所述至少一个变换器可以包括输入变换器和输出变换器。

在一些实施例中，本公开描述了一种用于制造SAW装置的方法。所述方法包括提供高声速层并在所述高声速层上提供一对变换器。所述变换器被配置为传播或接收表面声波并且具有工作波长。所述方法还包括在所述一对变换器和所述高声速层上提供压电层。所述方法还包括在所述压电层上提供金属层。

在一些实施例中，提供的所述高声速层的厚度可以大于所述工作波长。

在一些实施例中，提供的所述压电层的厚度可以在大约0.15的工作波长至大约0.258的工作波长之间。

在一些实施例中，所述SAW装置的机电耦合系数可以在大约11.6％至17.5％之间。

附图说明

通过示例的方式，现在将参考示出本申请的示例实施例的附图，其中：

图1A是示例SAW滤波器的俯视平面图；

图1B是示例梯型SAW滤波器的示意图；

图1C是示出图1B的梯型SAW滤波器的仿真结果的图表；

图2是图1A的SAW滤波器的侧视截面图；

图3是另一个示例性SAW滤波器的侧视横截面图；

图4A至图4F是图2中呈现的示例的四种具有不同叉指式电极高度的波模式的耦合系数与钪掺杂氮化铝(ScAlN)层的高度的仿真图；

图5是图2中呈现的示例的第二种波模式的耦合系数与叉指式电极高度的仿真图；

图6是图3中呈现的示例的四种波模式的耦合系数与钪掺杂氮化铝(ScAlN)层的高度的仿真图；

图7是图3中呈现的示例的四种波模式的耦合系数与叉指式电极高度的仿真图；

图8是图2的示例中的SAW速度的仿真图；

图9是图3的示例的四种波模式的SAW速度的仿真图；

图10是示出图2中呈现的示例性SAW滤波器的示例性制造方法的流程图；以及

图11是示出图3中呈现的示例性SAW滤波器的示例性制造方法的流程图。

在不同的附图中可能使用了类似的附图标记来表示类似的组件。

具体实施方式

图1A和图1B中分别示出了表面声波(SAW)装置100(例如横向滤波器或谐振器滤波器)的物理实现方式的示例。虽然下面的描述是参考特定的SAW装置100来描述的，但是本文中描述的技术可以同样适用于其他类型的SAW滤波器和/或谐振器。例如，任何SAW变换器、叉指式变换器(interdigital transducer,IDT)、交叉指型的叉指式变换器(Inter-digitated Inter-digital transducer,IIDT)、梯型滤波器或可以包含本文所述的多层结构的其他类型。

参见图1A中所示的具体示例，SAW装置100(在该示例性实施例中即基本滤波器)可以包括多层主体102(如下面进一步讨论)，所述多层主体102具有输入变换器104和输出变换器106，输入变换器104和输出变换器106各自由其相应的虚线框表示。输入变换器104和输出变换器106可以耦合到所述主体102。输入变换器104和输出变换器106各自包括多个导电叉指式变换器(IDT)电极108。IDT电极108可以在它们各自的变换器104/106内彼此大致平行，并且每个IDT电极108的每个指状物可以由一半的工作波长(λ/2)间隔开。输入变换器104和输出变换器106的IDT电极108也可以大致彼此平行。IDT电极108可以电耦合到引出焊盘110，用于通过输入端子112向IDT电极108供电(在输入变换器104的情况下)或者通过输出端子114从IDT电极108接收电力(在输出变换器106的情况下)。IDT电极108可具有介于大约0λ至大约0.10λ之间的IDT厚度。在本公开中，层或材料可以具有大约0λ的厚度，以表示该层或材料提供零电势并且没有机械质量负载效应(例如，出于仿真的目的)；大约0λ的厚度并不表示该层或材料被省略。

当电力被供应到输入端子112时，输入变换器104的IDT电极108将电能转换成沿着主体102传播的SAW(例如，转导)。SAW可以在主体102上传送，并且SAW可以通过输出变换器106的IDT电极108被转换回电信号。然后电信号可以在输出端子114处提供，例如经由模数转换器(未示出)被处理器(未示出)接收。SAW滤波器的中心频率可以由SAW的速度除以工作波长给出。

现在转到图1B，梯型SAW滤波器100包括可以以梯形配置电连接的多个SAW谐振器120。该梯形SAW滤波器100使用图2中呈现的结构的仿真参数来仿真，下面进一步详细描述。该仿真的响应如图1C所示，并且证明该梯形SAW滤波器100可以实现E-UTRA频带42的性能要求。该响应展示了大约3.5GHz的中心频率和大约200MHz的相对平坦的通带。

图2示出了沿线A-A的SAW装置100的侧视截面图。SAW装置100的多层主体102可以包括四个层200：基层208、高声速层206(例如金刚石层)、压电层204(例如，钪掺杂氮化铝(ScAlN)膜)以及金属层或表面202。IDT电极108可以是任何合适的导电材料(例如铜(Cu))。由于IDT电极108的厚度(h_Cu)小于或等于大约0.06λ，所以压电层204的厚度(h_ScAlN)可以小于工作波长并且可以在大约0.15λ至0.25λ之间。在其他示例实施例中，如可在图5中观察到的那样，压电层204的厚度可以是0.2λ并且IDT电极108的厚度可以在大约0λ至大约0.10λ之间，这示出了下面进一步描述的仿真结果。高声速层206的厚度可以大于一个工作波长。对于本文中提供的示例，工作波长可以在大约1μm至大约4μm之间。

通常可以使用如参照图10进一步描述的任何合适的半导体制造技术将各层200提供在彼此之上。基层208可以包括可设置高声速层206的硅衬底。高声速层206可以实现高声速(例如，10,000m/s)的SAW，并可实现较高的工作频率。在该实施例中，IDT电极108可以被设置在高声速层206上并且可以被封装在包括钪掺杂氮化铝的薄压电层204中。在一个示例中，压电层204包括Sc_0.41Al_0.59N(例如Sc含量为41原子百分比(at％)且Al含量为51at％的Sc掺杂AlN)。压电层204可以小于一个波长(λ)。当压电层204低于截止厚度时，由于低机电耦合系数(k²)，可能检测不到波模式。当压电层204的厚度增加时，对于特定的波模式，机电耦合系数可以逐渐改善，如下面进一步描述的。随着压电层204在一个波长上的厚度增加，下面的高声速层206可能对SAW装置100的操作具有减小的益处。当压电层204的厚度增加超过约3个波长的高度时，压电层204可被视为半无限且高声速层206可为SAW装置100提供可忽略的益处。

该实施例中的顶层是金属层202。金属层202可以完全包围IDT电极108并且可以提供电短边界条件(例如，零电势边界条件)。在示例实施例中，可以为具有高电导率和高声速的金属层202选择金属材料。例如，金属层202可以是铜、铝、铍或钼。在金属层202的厚度可能远小于压电层204厚度的一些示例实施例中，金属材料的声学特性与金属材料的电特性相比可具有较小的重要性。

对于使用诸如在本文的实施例中描述的非常薄的压电层204制成的SAW装置100，由于压电层204的厚度小于一个波长，所以声波可以更深地穿透高声速层206。SAW的能量可以大部分消散在主要传播有该波的高声速层206中。当压电层204的厚度增加时，声速逐渐变为压电层204的声速。

图2中示出的示例性实施例使用商业有限元软件COMSOL Multiphysics进行仿真。本文中使用或呈现的仿真、方程和图仅仅是用于示例和说明，并不用于限制。仿真的参数是针对Sc_0.41Al_0.59N的压电层204。在仿真中使用的Sc_0.41Al_0.59N的材料常数可以在Hashimoto等人的“使用ScAlN6H-SiC结构的1至3GHz范围内的高性能表面声波谐振器”(IEEE超声波、铁电体和频率控制会刊第60卷第3号2013年3月)(High-performance surface acousticwave resonators in the 1to 3GHz range using a ScAlN6H-SiC structure；Hashimotoet al.；IEEE Trans.On Ultrasonics,Ferroelectrics and Frequency Control,Vol.60,No.3,March 2013)一文中找到，其通过引用结合在本申请中。在仿真中使用的金刚石的材料常数可以在Yamanouchi K.等人的“SAW传播特性和压电薄膜金刚石结构的制造技术”(IEEE 1989超声学研讨会第351-354页)(SAW propagation characteristics andfabrication technology of piezoelectric thin film diamond structure；Yamanouchi,K.et al.；IEEE 1989Ultrasonics Symposium.pp.351-354)一文中找到，其通过引用整体并入。大于λ的高速声层206厚度被视为半无限的，并且归一化的压电层204厚度(h_ScAlN/λ)是图4A至图4F中的x轴变量。与工作波长相比，表面上的金属层202的厚度可以大约为零(例如，提供零电势并且没有机械质量负载效应)。由于假设高速声层206的厚度是半无限的，因此基层208未被包括在仿真中，因而基层208对整个SAW装置100的性能的影响可以被忽略。基层208用作支撑衬底，以在其上生长高声速层206，并且可以用其他衬底替代或者甚至省略(例如，在高速声层206厚得足以自支撑的示例中)。

机电耦合(k²)由以下等式计算：

其中f_r和f_a是SAW装置的谐振频率和反谐振频率。在仿真中，对于厚度为0λ、0.02λ、0.04λ、0.06λ、0.08λ和0.10λ的每个IDT变换器104/106(例如电极厚度h_cu)，压电层204的厚度在0.10λ到1.0λ之间变化。这些仿真的结果分别在图4A到图4F中示出。

从图4A至图4F可以看出，不同的波模式为不同高度的压电层204和IDT电极108厚度的机电耦合系数提供了特定的优点。通常，随着IDT电极108厚度增加，电磁耦合系数降低。在一些实施例中，当压电层204可能很薄时，通常可以产生瑞利波(Rayleigh波：在这些实施例中也称为基模式或模式1)。随着压电层204厚度的增加，一些更高阶的声波模式可能比瑞利波传播地更好。例如，在图4A至图4F中，模式2波(在这些实施例中也称为西沙瓦(Sezawa)波)在分层结构中可以比瑞利波传播地更好，如参照图2所示，因为高声速层具有比上覆的压电层204更高的声速。对于相似的厚度，西沙瓦波可以表现出比瑞利波更大的相速度(例如更高的谐振频率)，并且因此对于一些更高频率的应用可能是期望的。通常，在一些实施例中，期望选择具有高电磁耦合系数的波模式，其中其他波模式具有低电磁耦合系数以限制SAW装置100中的寄生信号或不需要的信号。

如图4A所示，发现在压电层204厚度为0.2λ的情况下，对于西沙瓦波模式，实现最大压电层机电耦合系数(k²)为17.5％。另外，其他波模式(例如，模式1、3和4)在该厚度的压电层204处呈现大约零的机电耦合，从而限制来自这些其他波模式的寄生信号。通过将金属表面202设置在掩埋的IDT电极108之上，发现k²从12.48％(瑞利模式)增加到17.5％(对于西沙瓦波)，从而允许SAW装置100具有更宽的带宽。通过将金属表面202设置在掩埋的IDT电极108之上，对应于最大k²的压电层的厚度从0.5λ减小到0.2λ，这将声波相速度从4260m/s(瑞利模式)增加至8832m/s(西沙瓦模式)。相速度的这种增加可以为更高频率的应用提供更高的工作频率。而且，通过将金属表面202设置在掩埋的IDT电极108之上，不想要的其它模式的k²可以大约为零，如图4A所示。这使得滤波器性能中寄生噪声更小。当压电层204的厚度在大约0.15λ至大约0.25λ之间时，在该实施例中发现该范围。

还参见图4A所示，对于瑞利波模式(模式1)，发现在压电层204的厚度为0.4λ的情况下，实现最大k²约为13.29％。虽然瑞利模式的机电耦合系数k²在h_SCAlN/λ＝0.4这种情况下非常高，为13.29％，但是第二种西沙瓦模式的耦合系数k²在约4％处不可忽略。当使用瑞利波模式时，西沙瓦模式波可能在频谱中表现为寄生信号并且降低SAW装置100的性能。可以在压电层206的厚度为0.5λ的情况下为瑞利波模式选择约12.43％的较低k²，其中其他波模式小于约2％，从而限制寄生信号。

图5示出了在压电层204厚度为0.2λ的情况下西沙瓦波模式的耦合系数与IDT电极108厚度的仿真图。随着IDT电极厚度从0λ增加到0.1λ，耦合系数从约16％降低到约8.4％。

在图3中所示的另一个实施例中，代替金属表面202作为顶层的是，金属表面202可以位于压电层204和高声速层206之间。IDT电极108然后可以被设置在压电层204之上。各层的性质类似于以上参考图2描述的性质。

对于图3中示出的实施例，如先前描述的那样，使用COMSOL Multiphysics进行仿真，其中物理层配置根据图3的物理层配置而改变。如从图6中呈现的结果所观察到的那样，发现当压电层204的厚度大约为0.8λ并且IDT电极108的厚度在大约0λ至大约0.10λ之间时，西沙瓦波模式的耦合系数在大约4.9％至大约8.3％之间，如图7所示。图7还表明，在整个范围内，其它波模式的耦合系数可以忽略不计。

在另一个实施例中，可以从图6中观察到，压电层204的厚度可以在大约0.65λ至大约0.85λ之间，并且IDT电极108的厚度可以在大约0.06λ至大约0.09λ之间(对于铜电极)。在此范围内，其他波模式的耦合系数约低于1％，西沙瓦波可能具有大于8％的机电耦合系数。在另一个实施例中，对于IDT电极108厚度为0.08λ(对于铜电极)，可以实现在压电层204厚度为0.73λ的情况下西沙瓦波模式的k²为大约8.43％。

通过将金属表面202设置在压电层204和高声速金刚石层206的交界面处，使用现有方法，发现西沙瓦模式的k²从约5.48％增加到约8.43％，从而允许SAW装置100有更宽的带宽。

图8和图9表示IDT电极108的厚度分别为大约0λ和大约0.08λ，压电层204厚度为0.15λ至1.0λ的波速的仿真图。在图8和图9中各呈现四种波模式。根据这些仿真结果，IDT电极108的厚度和压电层204的厚度可能影响波速。例如，当压电层204和IDT电极108很薄(例如，h_ScAlN/λ＝0.2且h_Cu/λ<0.06)，例如图4A至图4C的仿真结果中，波速非常高。例如，在图8中，对于压电层204厚度在大约0.15λ至0.25λ之间，西沙瓦波的波速在大约8,000m/s至大约10,000m/s之间。当使用较厚的层时，波速要低得多。例如，如可以在图9中观察到的那样，对于压电层204厚度在大约0.7λ至大约0.8λ范围内，而IDT电极108的厚度大约为0.08λ，西沙瓦波的速度可以是大约5000m/s。

在图6中，发现在压电层204厚度为0.18λ的情况下，实现瑞利波模式的最大k²为大约8.10％，然而，西沙瓦(第二种)模式的耦合系数k²在约3.5％处不可忽略。这种西沙瓦模式可能在频谱上显示为寄生信号并降低装置性能。发现进一步的机电耦合系数是通过调节压电层204的高度和相对于图6所示的仿真结果所观察到的波长来实现的。

通常参考图10的使用掩埋电极108(如图2中所示)的实施例和图11的使用未掩埋电极108(如图3所示)的实施例来描述上面讨论的SAW滤波器的示例制造过程。常见步骤可能会被描述一次，并且需要的话可以指出不同之处。尽管某些技术可以在下面描述，但是可以使用任何合适的薄膜或半导体制造技术。基层208可以包括清洁的硅衬底(步骤602)，其中可以使用化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)将多晶金刚石薄膜沉积为高声速层206(步骤604)。高声速层206可以被沉积成大于工作波长的厚度，例如3λ。在CVD之后，高声速层206可以被抛光成显著小于工作波长的表面粗糙度，例如小于3nm的均方根(root-mean squared，rms)(步骤606)。抛光表面越光滑，可能SAW传播越好，因为平滑表面可能具有较小的传播损耗。

当IDT电极108被掩埋时，例如在图2的实施例中所示，然后在步骤610中使用标准光刻和/或直接电子束写入技术将IDT电极108图案用金属在高声速层206上进行图案化，所述金属诸如铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)、铝铜合金(Al/Cu/Al)或其他金属或合金。在该实施例中，示出了铜IDT电极108。对于压电层204，然后在步骤612使用反应性脉冲直流(directcurrent，DC)溅射技术用高纯度Sc-Al合金靶在IDT/金刚石薄膜206之上生长薄膜。

在步骤618，诸如铝等金属层202可以沉积在压电层204之上并且与输入变换器104和输出变换器106电隔离。可以使用真空蒸发来蒸发金属层202或者使用各种溅射技术来溅射金属层202。该示例过程的结果是IDT电极108被掩埋在压电层204内并且压电层204覆盖有金属层202。

如图3所示，当IDT电极108不是掩埋的IDT电极108时，然后如先前在步骤618中所述，可将金属层202施加到高声速层206的表面。然后可以在步骤614中使用反应性脉冲DC溅射或其他技术，例如双RF磁控管反应性共溅射、RF磁控管溅射、DC反应性磁控溅射或者具有共溅射的高功率脉冲磁控溅射(High power impulse magnetron sputtering，HiPIMS)，将压电层204沉积在金属层206之上。可以在步骤616中将IDT电极108在压电层204而不是高声速层206上进行图案化。该示例过程的结果是IDT电极108存在于压电层204的表面上并且金属层202位于压电层204之下。

尽管本文中描述的实施例公开了SAW滤波器，但是本文中的技术也可以应用于SAW谐振器、双工器、滤波器、传感器等。本文中描述的特定优点可以有益于任何需要高机电耦合和/或使用西沙瓦波模式来起作用的SAW装置。

虽然变换器104和106在本文中可以被描述为输入变换器和输出变换器，但是可以理解的是，SAW装置100可以是双向的，并且指定输入端和输出端仅仅是为了便于参考而被标记。尽管本文中的实施例示出了用于SAW装置的两个变换器，但是其他实施例可以具有单个变换器或多个变换器。尽管本文中的实施例仅示出了变换器结构，但是其他实施例可以包括反射器。

虽然本文描述的示例实施例涉及ScAlN，但ScAlN膜中的Sc掺杂浓度在约40％-45％之间可以提供最高的机电耦合系数。

尽管本文中描述CVD用于生长金刚石层，但其他实施例可以使用任何合适的沉积技术，包括例如等离子体增强CVD(plasma enhanced CVD，PECVD)、热丝CVD(Hot filamentCVD，HFCVD)、微波等离子体增强CVD(microwave plasma enhanced CVD，MPCVD)。单晶金刚石衬底也可以使用高压高温(high pressure high temperature，HPHT)方法。

虽然本文中的IDT电极108可以描述为使用诸如铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)和/或铝铜合金(Al/Cu/Al)等的金属，但是电极108可以由任何合适的材料制成，包括例如钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、金(Au)、镍(Ni)和氮化钛(TiN)以及银(Ag)、钴(Co)、铬(Cr)、铜铁合金(Cu-Fe)、铌(Nb)、镍(Ni)、锌(Zn)、锆(Zr)和/或包含任何数量的这些金属的合金。

尽管本文中描述的基层208和高声速层206可以是两个分开的层，但是这两个层可以使用单晶金刚石衬底来替换。在其他示例实施例中，基层208可能不是硅，而可能是为高声速层206提供机械支撑的另一种材料。可以选择硅，因为它是半导体行业中常用的衬底，相对较低成本的材料和/或广泛可用的材料。只要高声速层206可以有效地生长在基层208上，硅就可以被其他衬底材料替代。具体而言，对于金刚石薄膜，硅材料可以提供优于其他类型的材料的优点。

在其他示例实施例中，基层208可以在最终装置制造状态中被移除(只留下层202、204和206)，如果需要，只要高声速层206具有足够的强度来支撑自身和装置100的其他部件即可。例如，对于传感器应用，为了实现更薄的装置100，移除基层208可能是有用的。

尽管本文中的金属层202被描述为使用诸如铝(Al)的金属，但是其他金属可以是合适的，诸如铜(Cu)、铂(Pt)和/或铝铜合金(Al/Cu/Al)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、金(Au)、镍(Ni)和氮化钛(TiN)以及银(Ag)、钴(Co)、铬(Cr)、铜铁合金(Cu-Fe)、铌(Nb)、镍(Ni)、锌(Zn)、锆(Zr)和/或包含任何数量的这些金属的合金。

在不脱离权利要求的主题的情况下，可以以其他具体形式来体现本公开。所描述的示例实施例在所有方面都被认为仅仅是说明性的而非限制性的。一个或多个上述实施例中的选定特征可以被组合以产生未明确描述的替代实施例，适合于这种组合的特征被理解为在本公开的范围内。例如，虽然本文中公开了IDT电极108的具体尺寸和形状，但也可以使用其他尺寸和形状。在另一个示例中，尽管特定的SAW装置100(例如，滤波器)可以在此描述，所描述的结构可以适用于其他SAW装置的配置。

本文描述的层200和300中的每层的厚度意味着是说明性的而非限制性的。出于说明的目的和/或为了便于参考，可能夸大了这些图或最小化这些层的高度。

尽管示例实施例可以参照特定方向(例如，顶部和底部)，这只是为了方便和易于参考来描述附图。

所公开的范围内的所有值和子范围也被公开。而且，尽管本文中公开和示出的系统、设备和过程可以包括特定数量的元件/组件，但是系统、设备和组件可以被修改为包括额外或更少的这种元件/组件。例如，尽管所公开的任何元件/组件可以被引用为单数，但是本文公开的实施例可以被修改为包括多个这样的元件/组件。本文中描述的主题旨在涵盖和包含技术上的所有适当变化。

Claims (24)

1.一种表面声波装置，包括：

高声速层；

耦合到所述高声速层的压电层；

耦合到至少所述压电层的至少一个变换器，所述至少一个变换器被配置为沿着所述压电层的表面传播具有工作波长λ的表面声波；和

耦合到所述压电层并且与所述至少一个变换器电隔离的金属层。

2.根据权利要求1所述的表面声波装置，其中所述至少一个变换器位于所述压电层与所述高声速层之间。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的表面声波装置，其中所述金属层由铝Al、铜Cu、铂Pt、铝铜合金Al/Cu/Al、钼Mo、钨W、钛Ti、金Au、镍Ni和氮化钛TiN以及银Ag、钴Co、铬Cr、铜铁合金Cu-Fe、铌Nb、镍Ni、锌Zn或锆Zr中的至少一个形成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的表面声波装置，还包括耦合到所述高声速层的基层。

5.根据权利要求4所述的表面声波装置，其中所述基层包括硅衬底。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的表面声波装置，其中所述压电层的厚度小于所述工作波长。

7.根据权利要求6所述的表面声波装置，其中所述压电层的厚度在大约0.15λ至大约0.258λ之间。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的表面声波装置，其中所述至少一个变换器中的每一个包括多个叉指式变换器IDT电极，每个所述IDT电极具有IDT厚度。

9.根据权利要求8所述的表面声波装置，其中所述IDT厚度在大约0.01λ至大约0.1λ之间。

10.根据权利要求9所述的表面声波装置，其中对于西沙瓦波模式，所述表面声波装置的机电耦合系数k²在大约8.4％至大约16％之间。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的表面声波装置，其中所述压电层包括钪掺杂氮化铝ScAlN层。

12.根据权利要求11所述的表面声波装置，其中所述钪掺杂在大约40至大约45原子百分比之间。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的表面声波装置，其中所述压电层的厚度约为0.2λ，所述IDT厚度约为0.02λ。

14.根据权利要求13所述的表面声波装置，其中所述压电层的厚度在大约0.65λ至大约0.85λ之间。

15.根据权利要求14所述的表面声波装置，其中所述IDT厚度在大约0.06λ至大约0.09λ之间。

16.根据权利要求8至15中任一项所述的表面声波装置，其中所述压电层的厚度约为0.73λ，所述IDT厚度约为0.08λ。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的表面声波装置，其中所述高声速层包括金刚石层。

18.根据权利要求17所述的表面声波装置，其中所述金刚石层的厚度大于所述工作波长。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的表面声波装置，其中所述高声速层的声速在大约8,000m/s至大约10,000m/s之间。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的表面声波装置，其中所述至少一个变换器包括输入变换器和输出变换器。

21.一种表面声波SAW装置的制造方法，所述方法包括：

提供高声速层；

在所述高声速层上提供至少一个变换器，所述变换器被配置为传播或接收表面声波并且具有工作波长；

在所述至少一个变换器和所述高声速层上提供压电层；和

在所述压电层上提供金属层。

22.根据权利要求21所述的方法，其中提供的所述高声速层的厚度大于所述工作波长。

23.根据权利要求21至22中任一项所述的方法，其中提供的所述压电层的厚度在大约0.15的工作波长至大约0.258的工作波长之间。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述SAW装置的机电耦合系数在大约11.6％至17.5％之间。