CN110649908A - 温度补偿声表波滤波器及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度补偿声表波滤波器及其制备方法和应用。所述声表波滤波包括叉指换能器电极，所述叉指换能器电极包括第一汇流电极和第二汇流电极，所述第一汇流电极包括间隔设置的若干第一叉指指条电极，所述第二汇流电极包括间隔设置的若干第二叉指指条电极；沿平行于所述第一汇流电极或第二汇流电极方向，由所述第一叉指指条电极的端部末端起向所述第一汇流电极端的一段区域构成为第一边界区域；由所述第二叉指指条电极的端部末端起向所述第二汇流电极端的一段区域构成为第二边界区域；且在所述第一边界区域和第二边界区域内的所述第一叉指指条电极和第二叉指指条电极上沉积绝缘介质层。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种温度补偿声表波滤波器及其 制备方法与应用。
背景技术
声表面波是指声波在弹性体表面的传播，这个波被称为弹性声表面波。 声表面波的传播速度比电磁波的速度约小10万倍。声表面波滤波器普遍采 用石英晶体、压电陶瓷等压电材料，利用其压电效应和声表面波传播的物理 特性而制成的一种滤波专用器件。所谓压电效应，即是当晶体受到机械作用 时，将产生与压力成正比的电场的现象。具有压电效应的晶体，在受到电信 号的作用时，也会产生弹性形变而发出机械波(声波)，即可把电信号转为声 信号。由于这种声波只在晶体表面传播，故称为声表面波。
声表面波滤波器的英文缩写为SAWF，声表面波滤波器具有体积小，重 量轻、性能可靠、不需要复杂调整。在有线电视系统中实现邻频传输的关键 器件。声表面波滤波器具有频率响应平坦、矩形系数好和可以用放大器补偿 电平损失等优点。因此，所述声表面波滤波器在通讯和视频领域得到了广发 的应用。
20世纪末的海湾战争是现代新型战争的起点，其中信息高速传输与对抗 起到了关键作用，对信息高速传输的控制，是现代新型战争敌我双方争夺的 新制高点。基于SAWF的优点，SAWF成为军事信息传输和对抗设备也包括 民用信息传输设备中的重要频率元器件。但是在实际应用中发现，现有的 SAWF存在至少存在以下两方面的问题：
第一，声波在叉指换能器电极中传输过程中，由于声波传播和扩散的特 性，声波除了沿着叉指换能器电极的叉指指条电极传输的同时，也会向侧面 传播，向侧面传播的声波造成了声波的损耗，造成了声波的衰减，从而降低 了SAWF的Q值。
第二，由于常规SAWF滤波器频率温度系数大，在温度变化大的军事和 民生应用环境中，常规SAWF滤波器电性能的变化会恶化军事和民生装备性 能指标。例如SAWF滤波器是相控阵雷达T/R通道中的重要元器件，相控阵 雷达各T/R通道因发热或者受外界环境的影响出现较大温度变化，导致常规 SAWF因频率温度系数大出现频率漂移等电性能参数变化，从而引起相控阵 雷达各信道单元相位变化，进而影响相控阵雷达的整体电性能。而且还发现 现有的SAWF滤波器还存在瑞利波寄生响应现象。虽然也有公开在现有 SAWF滤波器中也于叉指上覆盖一层保护层，但是其保护层仅仅是为了起到 保护作用，不能够有效解决SAWF滤波器的瑞利波寄生响应现象，也不能够 降低有SAWF滤波器的频率温度系数大的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的所述不足，提供一种温度补偿声表波 滤波器及其制备方法，以解决现有SAWF存在的Q值大或进一步存在温度 系数大等不足的技术问题。
为了实现所述发明目的，本发明一方面，提供了一种温度补偿声表波滤 波器。所述温度补偿声表波滤波器包括：
温度补偿声表波滤波器，其特征在于：包括
压电基底，至少具有一平面；
叉指换能器电极，所述叉指换能器电极是固定设置在所述压电基底的所 述平面上；
其中，所述叉指换能器电极包括第一汇流电极和第二汇流电极，所述第 一汇流电极和第二汇流电极先对设置；所述第一汇流电极包括间隔设置的若 干第一叉指指条电极，且每根所述第一叉指指条电极的一端与所述第一汇流 电极接触，另一端指向所述第二汇流电极；所述第二汇流电极包括间隔设置 的若干第二叉指指条电极，且每根所述第二叉指指条电极的一端与所述第二 汇流电极接触，另一端指向所述第一汇流电极；所述第一叉指指条电极与第 一叉指指条电极呈交错排列；
沿平行于所述第一汇流电极或第二汇流电极，由所述第一叉指指条电极 的端部末端起向所述第一汇流电极端的一段区域构成为第一边界区域；由所 述第二叉指指条电极的端部末端起向所述第二汇流电极端的一段区域构成 为第二边界区域，且在所述第一边界区域和第二边界区域内的所述第一叉指 指条电极和第二叉指指条电极上沉积有抑制声波横向传播损耗模式的绝缘 介质层。
本发明另一方面，提供了本发明温度补偿声表波滤波器的一种制备方法。 所述温度补偿声表波滤波器制备方法包括如下步骤：
在压电基底的一平面上制备叉指换能器电极；
在所述叉指换能器电极的第一边界区域和第二边界区域沉积所述绝缘 介质层。
本发明又一方面，还提供了本发明温度补偿声表波滤波器的应用。所述 温度补偿声表波滤波器在雷达、移动通信、信道化接收机、遥感遥测系统中 的应用。
与现有技术相比，本发明温度补偿声表波滤波器通过将叉指换能器电极 设置成“活塞”结构，并在“活塞”结构的所述叉指换能器电极的第一边界 区域和第二边界区域内的叉指指条电极上均形成绝缘介质层。通过设置的所 述绝缘介质层由于是分布在声波传播的波导区域的两侧，这样，能够有效降 低声波向波导区域两侧区域进行传播，从而有效降低了声波的损耗，从而有 效降低所述声表波滤波器的Q值，同时还发现，所述声表波滤波器的寄生响 应同时降低。
本发明温度补偿声表波滤波器制备方法采用沉积法在制备在所述叉指 换能器电极的第一边界区域和第二边界区域形成绝缘介质层，这样一方面能 够有效保证形成的绝缘介质层起到降低声波向第一边界区域和第二边界区 域传播的速率，有效降低了声波的损耗，从而有效降低所述声表波滤波器的 Q值和同时降低寄生响应；另一方面保证了形成的绝缘介质层性能稳定，从 而保证了所述声表波滤波器的Q值和声波质量稳定。而且所述制备方法工艺 条件可控，能够有效保证制备的声表波滤波器性能稳定，良品率高，成本低。
正是由于本发明温度补偿声表波滤波器同时具有较小的Q值和寄生响 低特性，而且工作性能稳定性。因此，所述声表波滤波器在相应领域应用得 到了加强，从而提高了相应器件的工作性能以及工作的稳定性能。
附图说明
图1是本发明实施例温度补偿声表波滤波器的结构示意图；
图2是图1所示温度补偿声表波滤波器所含叉指换能器电极的结构示意 图和其各区域声波传播速率图；其中，图2-A为叉指换能器电极的结构示意 图；其中，图2-B为声波在叉指换能器电极各区域中传播的速率曲线图；
图3是本发明实施例温度补偿声表波滤波器优选含有绝缘保护层的结构 示意图；
图4是本发明实施例温度补偿声表波滤波器的机电耦合系数与压电基底 欧拉角的关系曲线图；
图5是本发明实施例温度补偿声表波滤波器的机电耦合系数与叉指换能 器电极的厚度hmet/λ关系图；
图6是本发明实施例温度补偿声表波滤波器导纳与绝缘保护层外表面形貌 的关系图；其中，图6a为绝缘保护层外表面凸起顶部宽度A与所述根部宽度B 的比值SR为0.78时形貌图；图6b为绝缘保护层外表面凸起顶部宽度A与所 述根部宽度B的比值SR为0.38时形貌图；图6c为绝缘保护层外表面凸起SR 为0.78时形貌时的导纳图；图6d为绝缘保护层外表面凸起SR为0.38时形貌 时的导纳图；
图7是本发明实施例温度补偿声表波滤波器频率温度系数与绝缘保护层 总厚度的关系曲线图；
图8是本发明实施例温度补偿声表波滤波器的制备方法流程示意图；
图9是沉积形成绝缘保护膜层后的声表波滤波器在对400～2000cm-1 处的FT-IR光谱图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白， 以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的 具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，本发明实施例提供一种温度补偿声表波滤波器(下文统一简称 为声表波滤波器)。所述温度补偿声表波滤波器的结构如图1所示，其包括 压电基底1、叉指换能器电极2。
其中，所述声表波滤波器所含的压电基底1至少具有一平面11，所述平 面11用于设置叉指换能器电极2。一实施例中，所述压电基底1的材料为 LiTaO3中的至少一种。另外，研究发现，所述压电基底1的材料欧拉角对机 电耦合系有影响，在进一步实施例中，所述压电基底1的材料的欧拉角(0， θ，0)θ为380、410、420中的任一欧拉角。具体如图4所示，当所述声表波 滤波器含有如图3中所示的绝缘保护层3时，所述绝缘保护层3的材料及其 厚度不变如为SiO2，其厚度为0.3λ(λ为声波波长)，所述叉指换能器电 极2的材料为铜且电极厚度为0.05λ时，控制所述压电基底1材料LiTaO3的欧拉角，会影响所述声表波滤波器的机电耦合系数，具体LiTaO3的欧拉 角与所述声表波滤波器的机电耦合系关系如图4所示。由图4可知，所述压 电基底1的材料为LiTaO3时，且LiTaO3切型约为128°也即是LiTaO3的欧拉 角(0，θ，0)θ为38°。另外，所述压电基底1的厚度可以是常规的厚度。 因此，通过对压电基底1的材料种类和特性如欧拉角等因素控制，使得该压 电基底1与其他器件如叉指换能器电极2和绝缘保护层起到协同增效作用， 从而降低所述声表波滤波器的频率温度系数和瑞利波寄生响应现象，以提高 所述声表波滤波器的耦合系数降低。
所述声表波滤波器所含的叉指换能器电极2是固定设置在所述压电基底 1的所述平面11上。在本发明实施例中，所述叉指换能器电极2被设置成如 图2A所示的“活塞”结构。具体地，所述叉指换能器电极2包括第一汇流 电极21和第二汇流电极22，所述第一汇流电极21和第二汇流电极22相对 设置；所述第一汇流电极21包括间隔设置的若干第一叉指指条电极211，且 每根所述第一叉指指条电极211的一端与所述第一汇流电极21接触，另一端指向所述第二汇流电极22；所述第二汇流电极22包括间隔设置的若干第 二叉指指条电极221，且每根所述第二叉指指条电极221的一端与所述第二 汇流电极22接触，另一端指向所述第一汇流电极21；所述第一叉指指条电 极211与第二叉指指条电极221呈交错排列。
在上述如图2A所述的叉指换能器电极2结构基础上，进一步沿平行于 所述第一汇流电极21或第二汇流电极22方向，由所述第一叉指指条电极211 的端部末端起向所述第一汇流电极端21的一段区域构成为第一边界区域A1， 由于所述第一边界区域A1是沿平行于所述第一汇流电极21或第二汇流电极 22方向，因此，所述第一边界区域A1理所当然的是包括分布在该区域内的 部分第二叉指指条电极221。也即是由部分第一叉指指条电极211和第二叉 指指条电极221共同构成了第一边界区域A1。同理，由所述第二叉指指条 电极221的端部末端起向所述第二汇流电极端22的一段区域构成为第二边 界区域A2，由于所述第二边界区域A2也是沿平行于所述第一汇流电极21 或第二汇流电极22方向，因此，所述第二边界区域A2理所当然的是包括分 布在该区域内的部分第一叉指指条电极211。也即是由部分第一叉指指条电 极211和第二叉指指条电极221共同构成了第二边界区域A2。那么分布在 于第一边界区域A1和第二边界区域A2之间的部分第一叉指指条电极211 和第二叉指指条电极221共同构成波导区域A3，靠近第一汇流电极21的剩 余部分的第一叉指指条电极211构成了第一外边源区域A4，靠近第二汇流 电极22的剩余部分的第二叉指指条电极221构成了第二外边源区域A5。
进一步地，在图2A所述的叉指换能器电极2结构的第一边界区域A1 和第二边界区域A2内的所述第一叉指指条电极211和第二叉指指条电极221 上沉积有绝缘介质层23。通过在第一边界区域A1和第二边界区域A2内的 叉指指条电极上设置绝缘介质层23。以起到的作用，如图2B所示。经测得， 声波在如图2A所述的叉指换能器电极2中传播过程中，测得声波在第一边 界区域A1和第二边界区域A2内的传播速率Vs，声波在第一外边源区域A4 和第二外边源区域A5内的传播速率Vf，声波在波导区域A3内的传播速率 Vg，其中，Vs明显小于Vg。因此，波降速绝缘介质层23的存在，能够有 效降低声波向波导区域A3两侧区域进行传播，从而有效降低了声波的损耗， 从而有效降低所述声表波滤波器的Q值，并同时起到降低寄生响应的作用。 一实施例中，所述第一边界区域A1的宽度占所述第一叉指指条电极211总 长度的1-2％，具体的第一边界区域A1的宽度可以是2-3微米；或所述第二 边界区域A2的宽度占所述第二叉指指条电极221总长度的2-3％。另一实施 例中，所述绝缘介质层的材料可以为五氧化二钽(Ta2O5)；所述绝缘介质 层的厚度为800-1000埃。通过对所述绝缘介质层23的尺寸，以进一步有效 降低声波向波导区域A3两侧区域进行传播，从而进一步有效降低所述声表 波滤波器的Q值，并同时起到降低寄生响应的作用。
在图2A所示叉指换能器电极2结构的基础上，在一实施例中，所述叉 指换能器电极2的材料可以是Al、Cu、Ti中的任意一种或者Al与Cu合金。 对所述叉指换能器电极2的材料的选择，与所述压电基底1等器件协同作用， 以提高所述的声表波滤波器的频率温度系数和瑞利波寄生响应现象，以提高 所述声表波滤波器的耦合系数降低。另外，研究发现，基于所述声表波滤波 器的结构，调整所述叉指换能器电极2的厚度(记为hmet)也会影响所述声 表波滤波器机电耦合系数，所述hmet与机电耦合系数之间的关系如图5所 示。由图5可知，在含有如图3所示绝缘保护层3且绝缘保护层3厚度一定 的前提下，机电耦合系数随着hmet的值增大而减小。因此，优选的所述叉 指换能器电极2的厚度hmet为0.045-0.055λ，优选为0.05λ。
在上述各实施例的基础上，一实施例中，如图3所示，所述声表波滤波 器还包括绝缘保护层3，所述绝缘保护层3层叠结合在所述压电基底1的所 述平面11上，并覆盖所述叉指换能器电极2。
在进一步实施例中，所述声表波滤波器所含的绝缘保护层3具有相对的 两个表面，其中一表面层叠结合在所述压电基底1的所述平面11上，并覆 盖所述叉指换能器电极2；另一表面上形成有若干间隔分布的凸起31。这样， 由于所述绝缘保护层3是覆盖所述叉指换能器电极2，其一方面能够有效起 到保护层的作用，将所述叉指换能器电极2与外界中的水汽等不利因素隔开， 保证所述叉指换能器电极2工作性能的稳定性，如提高其抗腐蚀等性能；另 一方面，本发明实施例通过改变绝缘保护层3的外表面的特征，具体是将绝 缘保护层3的外表面上形成有若干间隔分布的凸起31，能够使得所述声表波 滤波器的频率温度系数降低，如通过同时调整和控制叉指换能器电极2和压 电基底1性能和材料，使得三者起到协同增效作用，甚至可以显著降低所述 声表波滤波器频率温度系数，而且还能有效降低所述声表波滤波器的瑞利波 寄生响应。
另外，进一步研究发现通过对所述绝缘保护层3外表面凸起31的形状和尺 寸进行控制，能够显著的降低所述声表波滤波器频率温度系数，如优于-4ppm/℃， 甚至接近0。而且还能够降低所述声表波滤波器的瑞利波寄生响应。因此，在 一实施例中，单个所述凸起31的形状控制为：顶部宽度(A)小于根部宽度(B)， 且单个所述凸起31的侧面为斜面。在进一步实施例中，单个所述凸起31的所 述顶部宽度(A)与所述根部宽度(B)的比值SR为0.3-0.4，优选比值SR为 0.38。另一实施例中，所述凸起31的高度为1.0-1.1μm，所述高度是单个所述 凸起31的所述顶部到所述根部的垂直距离。如具体实施例中，SR值与所述声 表波滤波器导纳关系如图6所示。在图6中，当所述压电基底1的材料为LiTaO3、 所述叉指换能器电极2的材料为铜、绝缘保护层3材料为SiO2时，控制SR为0.78时如图6a，由所述声表波滤波器导纳图6c可知，其出现瑞利响应现象； 当SR为0.38时如图6b，由所述声表波滤波器导纳图6d可知，其没有出现瑞 利响应现象，瑞利响应基本消失。
在又一实施例中，控制相邻所述凸起31之间的间距为0.3-0.8μm(指相 邻所述凸起31根部之间的间距)，如可以将单个所述凸起31形成的位置与 所述叉指换能器电极2的单根电极正对应，也即是将单个所述凸起31设置 在与所述叉指换能器电极2的单根电极的正上方。另外，研究发现所述绝缘 保护层3的总厚度(记为hsio2)也会对所述声表波滤波器的频率温度系数有 影响。所述绝缘保护层3的厚度hsio2与所述声表波滤波器的频率温度系数的 关系如图7所示。由图7可知，当所述叉指换能器电极2厚度hmet一定时， 所述声表波滤波器的频率温度系数随着hsio2值的增大而减小。因此，在一实 施例中，所述所述绝缘保护层3的总厚度hsio2，也即是从所述凸起31的所 述顶部A至与所述压电基底1的所述平面结合的所述绝缘保护层3表面之间 的垂直厚度为29-31％λ，优选为30％λ。
因此，上文各实施例中声表波滤波器通过将叉指换能器电极设置成“活 塞”结构，并在“活塞”结构的所述叉指换能器电极的第一边界区域A1和 第二边界区域A2内的叉指指条电极上均形成绝缘介质层23，以实现有效降 低声波向波导区域两侧区域进行传播，从而有效降低了声波的损耗，从而有 效降低所述声表波滤波器的Q值和寄生响现象。进一步增设的绝缘保护层3 以及对所述绝缘保护层3外表面的设置，实现对绝缘保护层3、叉指换能器 电极2和压电基底1等部件协同作用，有效降低所述声表波滤波器的频率温 度系数和瑞利波寄生响应。另外，还可以通过优化叉指换能器电极2、绝缘 介质层23和绝缘保护层3的尺寸、形状和材料等控制和优化，能够显著降 低所述声表波滤波器频率的Q值和温度系数，并进一步降低所述声表波滤波 器的瑞利波寄生响应。
相应地，本发明实施例还提供了上文所述温度补偿声表波滤波器的一种 制备方法。所述声表波滤波器制备方法结合图1，所述声表波滤波器的制备 方法工艺流程如图8所示，其包括如下步骤：
S01：在压电基底1的一平面11上制备叉指换能器电极2；
S02：在所述叉指换能器电极2的第一边界区域A1和第二边界区域A2 沉积所述绝缘介质层23。
具体地，上述步骤S01中，在所述压电基底1制备叉指换能器电极2的 方法可以按照现有制备叉指换能器电极的方法进行制备。只要是能够形成如 图2A所示的“活塞”结构即可。一实施例中，通过对制备叉指换能器电极 2方法工艺条件进行控制，优选的控制所述叉指换能器电极2的厚度为 0.045-0.055λ，更优选为0.05λ。其中，用于制备所述叉指换能器电极2的材 料可以是如上文中所述的为Al、Cu、Ti中的任意一种或者Al、Cu合金。所 述压电基底1的材料和厚度如上文中所述的可以为材料为LiTaO3。
所述步骤S02中，作为本发明的一实施例中，沉积所述绝缘介质层23 的方法包括如下：
采用等离子体增强型化学气相法(简称：PECVD)将绝缘介质层材料分 别沉积在所述第一边界区域A1和第二边界区域A2内，至少在所述第一边 界区域A1和第二边界区域A2内的叉指指条电极表面沉积形成所述绝缘介 质层23。
具体地，是将含有叉指换能器电极的压电基底置于低气压辉光放电的电 极上，然后通入适量气体，在一定的温度下，利用化学反应和离子轰击相结 合的过程，在所述第一边界区域和第二边界区域内的表面上沉积所述绝缘介 质层，具体的如五氧化二钽薄膜。一实施例中，沉积所述绝缘介质层的PECVD 工作条件为：工作温度在250℃～400℃，射频放电频率为13.56MHz，射频 功率1-2KW，镀膜腔内真空保持在7*10-5Pa以内。绝缘介质层材料如上文所 述的五氧化二钽。
一实施例中，通过对制备绝缘介质层23方法工艺条件进行控制，优选 的控制所述绝缘介质层23的厚度为800-1000埃。
进一步实施例中，在所述步骤S02之后，如图8所示，还包括如下步骤：
S03：在所述压电基底1的所述平面11上沉积绝缘保护膜层，并使得所 述绝缘保护膜层覆盖所述叉指换能器电极2；
S04：对所述绝缘保护膜层的外表面进行刻蚀处理，使得所述表面形成 有若干间隔分布的凸起31。
所述步骤S03中，沉积所述绝缘保护膜层的方法可以但不仅仅采用磁控 溅射形成。当采用磁控溅射沉积形成所述绝缘保护膜层时，经发明人研究发 现，磁控溅射的条件变化会导致绝缘保护膜层弹性常数的变化，从而影响制 备的声表波滤波器频率温度系数。如具体实施例中，所述绝缘保护膜层的材 料为SiO2，也即是在压电基底1上沉积SiO2薄膜后，对400～2000cm-1处的 波数进行了FT-IR测量，沉积的SiO2薄膜的FT-IR光谱显示了三个主要的峰， 如图9所示。测得峰值与分子振动方式的关系，包括摇摆模式(ω1：450cm-1)、 弯曲模式(ω3：800cm-1)和拉伸模式(ω4：1070cm-1)。
当使用不同的磁控溅射工艺参数沉积膜厚度都是0.3λ的SiO2薄膜，得 到了不同峰值频率的ω3和ω4，对应的峰值频率汇总见表1，峰值频率ω3 和ω4分别在810.9-815.5cm-1和1065.6-1079.2cm-1范围内变化，弹性常数变 化7％。通过以上研究，当溅射工艺参数发生变化时，弹性常数的温度系数 将随之改变，从而导致TCF的变化。
表1 SiO2沉积薄膜的FT-IR光谱
因此，在一实施例中，采用磁控溅射沉积所述绝缘保护膜层具体如沉积 SiO2薄膜时，磁控溅射沉积的条件为：射频磁控放电控制在10-1～10-2Pa，磁 控靶面磁场强度B控制在30～50mT之间，真空腔体内与磁场正交的电场控 制在500～700V之间。由此可以通过控制磁控溅射的输入工艺参数控制沉积 所述绝缘保护膜层的结构，从而实现所述声表波滤波器的TCF最小化。如控 制温度频率系数在-20-0ppm/℃之间变化。
另外，待沉积形成绝缘保护膜层后，还包括对所述绝缘保护膜层外表面 进行平坦化处理的步骤。
所述步骤S04中，对沉积形成的所述绝缘保护膜层进行刻蚀处理，以获 得如上文和附图3中所示的外表面具有凸起31的绝缘保护层3。其中，所述 凸起31的尺寸和分布位置等均如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。
一实施例中，对所述绝缘保护膜层3的外表面进行刻蚀处理包括如下步 骤：
(1)按照相邻所述凸起31之间的间距设计要求，将所述绝缘保护膜层 的外表面划分成刻蚀区域和非刻蚀区域，并在所述非刻蚀区域表面覆盖一防 刻蚀的保护膜层；再
(2)采用电感耦合等离子体刻蚀工艺对所述绝缘保护膜层的外表面中 的刻蚀区域进行定向刻蚀处理。
其中，步骤(1)中在非刻蚀区域也即是经刻蚀处理后形成凸起31的区 域。那么覆盖的所述保护膜层是为了避免在刻蚀过程中对所述非刻蚀区域进 行刻蚀，使得刻蚀气体只对所述刻蚀区域进行刻蚀处理，从而形成若干简介 分布的所述凸起31。
步骤(2)中的电感耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺进行所述定向刻蚀处 理的工艺条件优选如下：所用的刻蚀剂为SF6，钝化聚合物产生剂为C4F8， 所述SF6和C4F8是交替通入刻蚀室内。ICP刻蚀采用SF6作为刻蚀剂，C4F8作为钝化聚合物产生剂。SF6在电感辉光放电的作用下，电离电子，带电离 子，原子或者原子基团等多种成分的混合体，这些粒子会和所述绝缘保护膜 层的材料SiO2如发生化学反应，在钝化过程中，反应室里通入C4F8气体， 在等离子体的作用下完成等离子聚合过程，该过程具有高度的各向同性，因 此会在SiO2的表面和结构深槽内都均匀地覆盖一层聚合物保护膜。在随后的 刻蚀过程中，反应室内的活性气体转换成SF6，并被分解为SF+和SF-，电场 会对正离子加速，这样增加垂直方向的离子能量，使平行于基片表面的聚合 物区域被优先去除。随着这种高的定向性，在深槽底部的硅表面优先暴露出 来与F-反应生成SiF4从而被刻蚀。
在刻蚀深度控制方面，通过增加工艺过程中的刻蚀功率及纵向偏压来实 现。在ICP刻蚀过程中，各向异性是依靠反应离子在槽底表面的刻蚀作用和 聚合物在侧壁的抑止作用相结合实现的。反应离子在横向电场作用下，会发 生偏转，在相同功率下随着槽或孔刻蚀深度的增加，等离子体中的反应离子 难以达到刻蚀表面。因此随着刻蚀深度的增加，按比例增加工艺过程中的刻 蚀功率及纵向偏压，补偿横向电场偏转作用以实现深槽刻蚀。
在刻蚀角度控制方面，通过调整刻蚀及保护气体比例来实现。实验发现 影响刻蚀角度的主要因素是工艺气体的流量，通过调整交替通入SF6、C4F8两种气体的流量比可以达到控制刻蚀角度的目的。减小SF6流量并增加C4F8流量，可以实现正V形槽，实现凸起31顶部宽度A与根部宽度B比A/B的 精确控制，以满足对绝缘保护层3表面形貌凸起31的优化控制要求。因此， 一实施例中，所述定向刻蚀处理的工艺条件如下：
所述SF6通入的气流流速为30-60SCCM；
所述C4F8通入的气流流速为30-60SCCM；
刻蚀功率为300-400W；
纵向偏压为30-35VDC。
通过对所述定向刻蚀处理的控制，实现定向刻蚀，从而实现对刻蚀形成 的凸起31的尺寸和形貌进行精确控制。
因此，上文所述声表波滤波器制备方法采用沉积法在所述叉指换能器电 极2的第一边界区域A1和第二边界区域A2形成绝缘介质层23，这样一方 面能够有效降低声波向第一边界区域A1和第二边界区域A2传播的速率， 有效降低了声波的损耗，从而有效降低所述声表波滤波器的Q值和同时降低 寄生响应；另一方面保证了形成的绝缘介质层23性能稳定，从而保证了所 述声表波滤波器的Q值和声波质量稳定。进一步地，在含有绝缘介质层23的叉指换能器电极2外表面形成绝缘保护膜层3，并对所述绝缘保护膜层3 的外表面进行定向刻蚀处理以形成具有间隔分布凸起31的表面，从而赋予 制备的声表波滤波器具有低的频率温度系数和低的瑞利波寄生响应现象，而 且能够起到保护作用，以赋予制备的声表波滤波器具有工作性能稳定性和使 用寿命长等优点。另外，所述制备方法工艺条件可控，能够有效保证制备的 温度补偿声表波滤波器性能稳定，良品率高，成本低。
基于上文声表波滤波器及其制备方法中所述表波滤波器具有具有低的 频率温度系数和低的瑞利波寄生响应现象以及具有工作性能稳定性和使用 寿命长等优点。因此，所述声表滤波器在抑制电子信息设备高次谐波、镜像 信息、发射漏泄信号以及各类寄生杂波干扰等方面起到良好的作用，可以实 现任意所需精度的幅频和相频特性的滤波。如能够使所述声表滤波器上使用 上限频率提高到2.5GHz～3GHz。从而促使所述声表滤波器在抗EMI领域获 得更广泛的应用。如常规滤波器的频率温度系数(TCF)通常约为-45ppm/℃， 所述声表滤波器则降至-4ppm/℃以上，甚至接近0。而且瑞利波寄生响应低， 甚至消失。因此，所述声表波滤波器能够被广泛在雷达、移动通信、信道化
现结合具体实例，对本发明进行进一步详细说明。其中，下文各实施例 中的“/”表示的是层叠结合的意思。
1声表波滤波器结构实施例
实施例11
本实施例提供一种声表波滤波器及其制备方法。所述声表波滤波器的结构 如图1-图2所示，所述声表波滤波器的结构为：压电基底1/叉指换能器电极2。 其中，所述压电基底1为LiTaO3，其欧拉角(0，θ，0)θ为38°；所述叉指换能 器电极2的材料为铜，且其厚度为0.05λ，且所述叉指换能器电极2为如图2A所 示的“活塞”结构，具体的叉指换能器电极2结构如上文所述，为了节约篇幅， 在此不再赘述，其中，所述绝缘介质层23的厚度为800埃，宽度占所述第二叉指 指条电极总长度的3％，材料为五氧化二钽。
实施例12
本实施例提供一种声表波滤波器及其制备方法。所述声表波滤波器的结构 如图1-图2所示，所述声表波滤波器的结构为：压电基底1/叉指换能器电极2。 其中，所述压电基底1为LiTaO3，其欧拉角(0，θ，0)θ为38°；所述叉指换能 器电极2的材料为铜，且其厚度为0.05λ，且所述叉指换能器电极2为如图2A所 示的“活塞”结构，具体的叉指换能器电极2结构如上文所述，为了节约篇幅， 在此不再赘述，其中，所述绝缘介质层23的厚度为1000埃，宽度为占所述第二 叉指指条电极总长度的2％，材料为五氧化二钽。
实施例13
本实施例提供一种声表波滤波器及其制备方法。所述声表波滤波器的结构 如图1-图3所示，所述声表波滤波器的结构为：压电基底1/叉指换能器电极2/绝 缘保护层3。其中，所述压电基底1为LiTaO3，其欧拉角(0，θ，0)θ为38°； 所述叉指换能器电极2的材料为铜，且其厚度为0.05λ，且所述叉指换能器电极 2为如图2A所示的“活塞”结构，具体的叉指换能器电极2结构如上文所述，为 了节约篇幅，在此不再赘述，其中，所述绝缘介质层23的厚度为900埃，宽度为 占所述第二叉指指条电极总长度的3％，材料为五氧化二钽；所述绝缘保护层3 的材料为SiO2，其总厚度为0.3λ，且绝缘保护层3的外表面上形成有若干间隔分布的凸起31，且所述凸起31形成的位置与所述叉指换能器电极2的单根电极正 对应，相邻所述凸起31之间的间距为0.6μm，所述凸起31顶部宽度A小于根部宽 度B，且A与B的比值SR＝0.38。
2声表波滤波器的制备方法实施例
实施例21
本实施例提供了实施例11中声表波滤波器的制备方法。所述制备方法包 括如下步骤：
S1：在LiTaO3压电基底1的一平面11上制备如图2A所示的叉指换能 器铜电极2；控制所述叉指换能器铜电极2厚度更优选为0.05％λ；
S2：在所述叉指换能器电极2的第一边界区域A1和第二边界区域A2 沉积所述绝缘介质层23；其中，沉积所述绝缘介质层23的方法包括如下：
采用等离子体增强型化学气相法(简称：PECVD)将绝缘介质层材料五 氧化二钽沉积在所述第一边界区域A1和第二边界区域A2内，至少是使得 两区域内的叉指指条电极表面沉积形成绝缘介质层23；其中沉积所述绝缘介 质层的PECVD工作条件为：工作温度在250℃～400℃，射频放电频率为13.56 MHz，射频功率1-2KW，镀膜腔内真空保持在7*10-5Pa以内。
实施例22
本实施例提供了实施例12中声表波滤波器的制备方法。所述制备方法包 括如下步骤：
S1：在LiTaO3压电基底1的一平面11上制备如图2A所示的叉指换能 器铜电极2；控制所述叉指换能器铜电极2厚度更优选为0.05％λ；
S2：在所述叉指换能器电极2的第一边界区域A1和第二边界区域A2 沉积所述绝缘介质层23；其中，沉积所述绝缘介质层23的方法包括如下：
采用等离子体增强型化学气相法(简称：PECVD)将绝缘介质层材料五 氧化二钽沉积在所述第一边界区域A1和第二边界区域A2内，至少是使得 两区域内的叉指指条电极表面沉积形成绝缘介质层23；其中沉积所述绝缘介 质层的PECVD工作条件为：工作温度在250℃～400℃，射频放电频率为13.56 MHz，射频功率1-2KW，镀膜腔内真空保持在7*10-5Pa以内。
实施例23
本实施例提供了实施例13中声表波滤波器的制备方法。所述制备方法包 括如下步骤：
S1：在LiTaO3压电基底1的一平面11上制备叉指换能器铜电极2；控 制所述叉指换能器铜电极2厚度更优选为0.05％λ；
S2：参照实施例21中步骤S2在所述叉指换能器电极2的第一边界区域 A1和第二边界区域A2沉积所述绝缘介质层23；
S3：在所述压电基底1的所述平面11上采用磁控溅射工艺沉积SiO2绝 缘保护膜层，并使得所述绝缘保护膜层覆盖所述叉指换能器电极2；其中， 控制其总厚度为0.3λ，所述磁控溅射工艺的工艺条件为射频磁控放电控制 在10-1～10-2Pa，磁控靶面磁场强度B控制在40mT，真空腔体内与磁场正交 的电场控制在600V；
S4：对所述绝缘保护膜层的外表面进行ICP刻蚀处理，使得所述表面形 成有若干间隔分布的凸起31，使得SiO2绝缘保护膜层成为SiO2绝缘保护层 3；其中，所述ICP刻蚀处理所用的刻蚀剂为SF6，钝化聚合物产生剂为C4F8， 所述SF6和C4F8是交替通入刻蚀室内；且所述定向刻蚀处理的工艺条件如下：
所述SF6通入的气流流速为45SCCM；
所述C4F8通入的气流流速为45SCCM；
刻蚀功率为350W；
纵向偏压为30VDC。
对比例
市售常规的声表波滤波器。
3.声表波滤波器相关性能测试
将实施例11-13提供的声表波滤波器和对比例提供的市售常规的声表波 滤波器分别进行如下相关性能测试，其中，所述实施例11、实施例13和对比 例1声表波滤波器测得结果如下述表1中所示：
表1
另外，实施例12提供的声表波滤波器如表1中实施例11声表滤波器的性能 测试结果近似。因此，由表1中相关性能测试结果得知，本实施例声表波滤 波器具有低的Q值和频率温度系数以及低的瑞利波寄生响应现象，而且工作 性能稳定性和使用寿命长。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种温度补偿声表波滤波器，其特征在于：包括
压电基底，至少具有一平面；
叉指换能器电极，所述叉指换能器电极是固定设置在所述压电基底的所述平面上；
其中，所述叉指换能器电极包括第一汇流电极和第二汇流电极，所述第一汇流电极和第二汇流电极相对设置；所述第一汇流电极包括间隔设置的若干第一叉指指条电极，且每根所述第一叉指指条电极的一端与所述第一汇流电极接触，另一端指向所述第二汇流电极；所述第二汇流电极包括间隔设置的若干第二叉指指条电极，且每根所述第二叉指指条电极的一端与所述第二汇流电极接触，另一端指向所述第一汇流电极；所述第一叉指指条电极与第二叉指指条电极呈交错排列；
沿平行于所述第一汇流电极或第二汇流电极方向，由所述第一叉指指条电极的端部末端起向所述第一汇流电极端的一段区域构成为第一边界区域；由所述第二叉指指条电极的端部末端起向所述第二汇流电极端的一段区域构成为第二边界区域；且在所述第一边界区域和第二边界区域内的所述第一叉指指条电极和第二叉指指条电极上沉积有抑制声波横向传播损耗模式的绝缘介质层。
2.根据权利要求1所述的声表波滤波器，其特征在于：所述第一边界区域的宽度占所述第一叉指指条电极总长度的1-2％；或
所述第二边界区域的宽度占所述第二叉指指条电极总长度的2-3％。
3.根据权利要求1-2任一项所述的声表波滤波器，其特征在于：所述绝缘介质层的材料为Ta2O5；和/或
所述绝缘介质层的厚度为800-1000埃；和/或
所述叉指换能器电极的厚度为0.045-0.055λ。
4.根据权利要求1-2任一项所述的声表波滤波器，其特征在于：还包括绝缘保护层，所述绝缘保护层层叠结合在所述压电基底的所述平面上，并覆盖所述叉指换能器电极。
5.根据权利要求4所述的声表波滤波器，其特征在于：所述绝缘保护层具有相对的两个表面，其中一表面层叠结合在所述压电基底的所述平面上，并覆盖所述叉指换能器电极；另一表面上形成有若干间隔分布的凸起。
6.根据权利要求5所述的声表波滤波器，其特征在于：单个所述凸起的顶部宽度小于根部宽度，且单个所述凸起的侧面为斜面；和/或
单个所述凸起的所述顶部宽度与所述根部宽度的比值为0.3-0.4；和/或
相邻所述凸起之间的间距为0.3-0.8μm；和/或
所述凸起的高度为1.0-1.1μm；和/或
单个所述凸起形成的位置与所述叉指换能器电极的单根电极正对应；和/或
所述绝缘保护层的材料为二氧化硅、氮化硅中的至少一种；和/或
所述绝缘保护层总厚度为0.29-0.31λ，所述λ为声波波长。
7.根据权利要求1-2、5和6任一项所述的声表波滤波器，其特征在于：
所述叉指换能器电极的材料为Al、Cu、Ti、中的任意一种或Al与Cu合金；
所述压电基底的材料为LiTaO3，且其欧拉角(0，θ，0)θ为380、410、420中的任一值。
8.根据权利要求1-7任一项所述声表波滤波器的制备方法，包括如下步骤：
在压电基底的一平面上制备叉指换能器电极；
在所述叉指换能器电极的第一边界区域和第二边界区域沉积所述绝缘介质层。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：沉积所述绝缘介质层的方法包括如下：
采用等离子体增强型化学气相法将绝缘介质层材料沉积在所述第一边界区域和第二边界区域内，至少在所述第一边界区域和第二边界区域内的所述第一叉指指条电极和第二叉指指条电极上形成抑制声波横向传播损耗模式的所述绝缘介质层；
或/和
在沉积所述绝缘介质层的步骤之后，还包括如下步骤：
在所述压电基底的所述平面上沉积绝缘保护膜层，并使得所述绝缘保护膜层覆盖所述叉指换能器电极；
对所述绝缘保护膜层的外表面进行刻蚀处理，使得所述表面形成有若干间隔分布的凸起。
10.根据权利要求1-7任一项所述的声表波滤波器在雷达、移动通信、信道化接收机、遥感遥测系统中的应用。
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