CN110277973A - 一种薄膜体声波谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薄膜体声波谐振器，包括衬底层，所述衬底层的上方设置有第一电极层，所述第一电极层的上方设置有压电薄膜层；所述压电薄膜层上设置有多个孔洞，所述压电薄膜层的上方设置有第二电极层，该薄膜体声波谐振器,通过在压电薄膜层设置孔洞阵列，从而增强了纵向声波模式的质量，减小了共振频率的半峰宽，应用该薄膜体声波谐振器可以用来制作传感器检测气体、检测温度等。
Description
技术领域
本发明涉及声波谐振技术领域，具体涉及一种薄膜体声波谐振器。
背景技术
薄膜体声波谐振器,其英文全称是Film Bulk Acoustic Resonator,缩写为FBAR。不同于以前的滤波器，是使用硅底板、借助MEMS技术以及薄膜技术而制造出来的。在无线收发器中实现镜像消除、寄生滤波和信道选择等功能，有较高Q值和易实现微型化等特点。
随着薄膜与微纳制造技术的发展，电子器件正向微型化、高密集复用、高频率和低功耗的方向迅速发展。近年来发展起来的薄膜体声波谐振器（FBAR）采用一种先进的谐振技术,它是通过压电薄膜的逆压电效应将电能量转换成声波而形成谐振，这一谐振技术可以用来制作薄膜频率整形器件等先进元器件，薄膜体声波谐振器（FBAR）声波器件具有体积小,成本低,品质因数（Q）高、功率承受能力强、频率高（可达1-10GHz）且与IC技术兼容等特点，适合于工作在1-10 GHz的RF系统应用，有望在未来的无线通讯系统中取代传统的声表面波（SAW）器件和微波陶瓷器，因此在新一代无线通信系统和超微量生化检测领域具有广阔的应用前景。。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄膜体声波谐振器，包括衬底层，所述衬底层的上方设置有第一电极层，所述第一电极层的上方设置有压电薄膜层；所述压电薄膜层上设置有多个孔洞，所述压电薄膜层的上方设置有第二电极层。
所述孔洞延伸至第一电极层的上表面。
所述孔洞的径向半径不同。
所述衬底层是由二氧化硅制成。
所述第一电极层、第二电极层是由金、银、铜中的任意一种制成。
所述压电薄膜层是由AlN、ZnO、LiNbO3或石英中的任意一种制成。
所述压电薄膜层是的厚度是100nm～500nm。
所述孔洞的截面半径为30nm～400nm。
本发明的有益效果：本发明提供的这种薄膜体声波谐振器，通过在压电薄膜层设置孔洞阵列，从而增强了纵向声波模式的质量，减小了共振频率的半峰宽，应用该薄膜体声波谐振器可以用来制作传感器检测气体、检测温度等。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是薄膜体声波谐振器的结构示意图一。
图2是薄膜体声波谐振器的结构示意图二。
图3是薄膜体声波谐振器的结构示意图三。
图4是薄膜体声波谐振器的结构示意图四。
图中：1、衬底层；2、第一电极层；3、压电薄膜层；4、第二电极层；5、孔洞。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本实施例提供了一种如图1～图4所示的薄膜体声波谐振器，包括衬底层1，所述衬底层1的上方设置有第一电极层2，所述第一电极层2的上方设置有压电薄膜层3；所述压电薄膜层3上设置有多个孔洞5，所述压电薄膜层3的上方设置有第二电极层4；第一电极层2与第二电极层4与外接电源的正负极进行电连接，这样就可以在压电薄膜层3上加载电压，从而在压电薄膜层3上产生逆压电效应，将电能量转换成声波而形成谐振，为了增强声波的的谐振效应，在所述压电薄膜层3上设置了多个孔洞5，这样可以增加压电薄膜层3的结构的各向异性，从而提高了纵向声波的质量。
进一步的，所述孔洞5延伸至第一电极层2的上表面，即，所述孔洞5贯穿压电薄膜层3，如图1和图2所示。孔洞5也可以不贯穿压电薄膜层3，如图3和图4所示。
进一步的，所述孔洞5为圆柱形，当然也可以选择长方体、正方体形等其他形状。
进一步的，所述孔洞5的径向间隔相同，如图1和图3所示，这样可以提供更窄的谐振模式；所述孔洞5的径向间隔也可以不同，如图2和图4所示，这样可以设置更大的谐振模式或宽频的谐振。一般孔洞5的径向半径选择在，30nm～400nm，孔洞5的径向半径设置的大小，可以根据所产生的声波的频率进行设定，以能够与声波的产生共振为最佳选择。
所述衬底层1主要起着支撑和绝缘的作用，因此，衬底层1是由二氧化硅制成；二氧化硅是常用的衬底材料，具有很好的绝缘性。
所述第一电极层2、第二电极层4是由金、银、铜中的任意一种制成。
所述压电薄膜层3是由AlN、ZnO、LiNbO3或石英中的任意一种制成。
所述压电薄膜层3是的厚度是100nm～500nm。
本发明提供这种薄膜体声波谐振器的制备方法是：从下往上依次制备衬底层1、第一电极层2、压电薄膜层3、第二电极层4；然后再利用粒子束刻蚀方法在第二电极层4和压电薄膜层3中制备金属孔洞5。
此外，金属孔洞5的尺寸还可以锥形的。也就是说，在第二电极层4一侧，金属孔洞5的尺寸大；在第一电极层2一侧，金属孔洞5的尺寸小，这样以来，不仅可以提供更窄的谐振模式，而且可以提供力学上更稳定的结构。
综上所述，该薄膜体声波谐振器，通过在压电薄膜层3设置孔洞阵列，从而增强了纵向声波模式的质量，减小了共振频率的半峰宽，应用该薄膜体声波谐振器可以用来制作传感器检测气体、检测温度等。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于：包括衬底层（1），所述衬底层（1）的上方设置有第一电极层（2），所述第一电极层（2）的上方设置有压电薄膜层（3）；所述压电薄膜层（3）上设置有多个孔洞（5），所述压电薄膜层（3）的上方设置有第二电极层（4）。
2.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述孔洞（5）延伸至第一电极层（2）的上表面。
3.如权利要求1或2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述孔洞（5）的径向半径不同。
4.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述衬底层（1）是由二氧化硅制成。
5.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述第一电极层（2）、第二电极层（4）是由金、银、铜中的任意一种制成。
6.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述压电薄膜层（3）是由AlN、ZnO、LiNbO3或石英中的任意一种制成。
7.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述压电薄膜层（3）是的厚度是100nm～500nm。
8.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述孔洞（5）的截面半径为30nm～400nm。
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