CN111937302A - 复合基板上的表面声波设备 - Google Patents
复合基板上的表面声波设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111937302A CN111937302A CN201980022462.4A CN201980022462A CN111937302A CN 111937302 A CN111937302 A CN 111937302A CN 201980022462 A CN201980022462 A CN 201980022462A CN 111937302 A CN111937302 A CN 111937302A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- surface acoustic
- acoustic wave
- piezoelectric layer
- wave device
- base substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 148
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 title claims abstract description 105
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 42
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 42
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 17
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910003327 LiNbO3 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 11
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 11
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 11
- 229910012463 LiTaO3 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 9
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 9
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 21
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 229960001948 caffeine Drugs 0.000 description 1
- 210000001520 comb Anatomy 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
- RYYVLZVUVIJVGH-UHFFFAOYSA-N trimethylxanthine Natural products CN1C(=O)N(C)C(=O)C2=C1N=CN2C RYYVLZVUVIJVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02559—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of lithium niobate or lithium-tantalate substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/0222—Details of interface-acoustic, boundary, pseudo-acoustic or Stonely wave devices
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02236—Details of surface skimming bulk wave devices
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02574—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02582—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of diamond substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
- H03H9/02834—Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/25—Constructional features of resonators using surface acoustic waves
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
- H03H9/6406—Filters characterised by a particular frequency characteristic
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02228—Guided bulk acoustic wave devices or Lamb wave devices having interdigital transducers situated in parallel planes on either side of a piezoelectric layer
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02566—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of semiconductor substrates
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
本发明涉及一种表面声波设备，所述表面声波设备使用纵向极化导波，所述表面声波设备包括复合基板(7)，所述复合基板(7)包括形成在基底基板(9)之上的压电层(11)，其中，所述压电层(11)相对于所述基底基板(9)的晶体取向使得纵向极化波的相速度低于所述基底基板(9)的临界相速度，在所述临界相速度处，所述压电层(11)内的波传导消失。本发明还涉及制造这种表面声波设备的方法。
Description
本发明涉及表面声波设备和尤其是在复合基板上制造表面声波设备的方法。
近年来，表面声波(surface acoustic wave，SAW)设备已经用于越来越多的实际应用中，诸如，滤波器、传感器及延迟线。尤其是，SAW滤波器由于它们无需采用具有空前密集的复杂电路即可形成低损耗高阶带通滤波器的能力而在移动电话应用中颇受关注。因此，SAW滤波器相比于其它滤波器技术在性能和大小方面提供了显著的优势。
在典型的表面声波设备中，一个或更多个叉指换能器(inter-digitatedtransduces，IDT)用于利用压电效应将声波转换成电信号或将电信号转换为声波。叉指换能器包括具有设置于压电基板上的叉指金属指的相对“电极梳”。通过电刺激这些指，在基板上产生瑞利(Rayleigh)表面声波。其它波类型(剪切波和纵向极化波)在体积中行进并且被吸收。也可以以相反的方式使用SAW设备，即，通过在换能器下方的压电基板材料中传播的表面声波可以在指上产生电信号。
SAW设备通常使用由单片石英、LiNbO3或LiTaO3晶体制成的晶片作为压电材料。然而，根据所使用的压电材料，压电基板的使用导致对温度的高敏感性或弱机电耦合。这导致滤波器的通带特性表现不佳。此外，弹性波速度通常受单晶材料性能限制，尤其是考虑到大多数时间保持在3000m/s至4000m/s之间的相速度。
解决该问题的一种方法导致了复合基板的使用。复合基板包括形成在基底基板之上的压电层。复合基板给予针对基底基板的材料的很多选择，并且可以选择具有高声波传播速度的基底基板材料(诸如，金刚石、蓝宝石、碳化硅、甚至硅)。
通过在考虑材料的频率温度系数(TCF)的情况下调整所使用的材料，与在压电基板上制造的设备相比，在使用复合基板时还可以降低SAW设备的温度敏感性。例如，可以使用具有相反TCF的两种材料，这导致SAW设备随着温度在频谱上更加稳定。也可以使用呈现小于顶部压电层的热膨胀的热膨胀的基板，从而加强复合热膨胀以及产生TCF的减小。
最后，与单独使用压电基板相比，复合基板的材料的选择、材料的组合、材料的取向及顶部压电层的厚度提供了广泛的设计可能性，这在高频滤波领域中提供了改进SAW设备的空间。复合基板组合了强耦合(即，机电系数ks 2大于1％)和温度稳定性(即，频率温度系数(TCF)小于20ppm/K)，并且可以改进SAW设备的性能并提供设计灵活性。
然而，由于用于创建叉指梳状电极结构的光刻技术，SAW设备通常用于高达2GHz的频率。实际上，到目前为止使用的光刻技术是I线光刻技术，使得最多可以达到1.5μm的波长。因此，对于以3000m/s传播的瑞利表面波模态(mode)，可达到的频率极限为2GHz。因此，要制造2GHz以上的SAW设备，需要付出巨大的技术努力。
因此，本发明的目的是提供一种表面声波SAW设备，其可以在超过2GHz的频率下起作用，但是仍然可以使用标准I线光刻来制造。
本发明的目的通过一种表面声波设备来实现，该表面声波设备使用纵向极化导波，该表面声波设备包括复合基板，复合基板包括形成在基底基板之上的压电层，其中，压电层相对于基底基板的晶体取向使得纵向极化波的相速度低于基底基板的临界相速度，在临界相速度处，压电层内的波传导消失。在文献中，通常将该临界相速度识别为单晶或基底基板(在复合材料的情况下)的掠面体波(Surface Skimming Bulk Wave，SSBW)速度极限。
在这种设备中，由于压电层相对于基底基板的相对晶体取向，不仅瑞利波在压电层中行进，而且纵向极化波仍在压电层中被传导。由于该波的速度大于瑞利波的速度，所以可以使用相同的IDT尺寸来扩展SAW设备的频率范围。对于在基底基板之上包括顶部压电层的复合基板，存在具有高声波传播速度的基底基板(诸如，金刚石、蓝宝石、碳化硅、甚至硅)，上述SSBW速度极限VSSBW由√(C44/ρs)以一阶近似给出的剪切波速固定，其中，C44为有效剪切弹性常数，ρs为基底基板的质量密度，假设为立方基板性能。因此，在顶层(例如，上面引用的压电层，即，石英、LiNbO3或LiTaO3)中激发并传播的相速度小于上面定义的SSBW速度极限的任何波将由基底基板在顶层压电层中传导。观察到的现象类似于光波导的操作。
根据本发明的变型，压电层可以是单晶。当满足上述相速度条件时，单晶层跨较大距离改进了纵向极化波在压电层内的传导。
根据本发明的变型，压电层的厚度可以为约亚波长范围或更小，尤其是在300nm至700nm的范围内，优选地是500nm。在该厚度范围内，可以将机电场集中在压电层内，这将得到改进的机电耦合和光谱纯度，从而允许对设备响应进行单一或至少有限数量的模态贡献。
根据本发明的变型，基底基板可以具有大于5600m/s的剪切波速度。基底基板可以是硅基板，尤其是具有表面取向(100)的硅基板，或者是蓝宝石、碳化硅、碳金刚石或金刚石基板。
根据本发明的变型，声表面波设备还可以包括夹在基底基板与压电层之间的电介质层，尤其是SiO2层。电介质层或钝化层可以改进压电层在基底基板之上的附接，而且还可以改进机电耦合同时保持声表面波设备的温度稳定性。优选地，电介质层具有小于800nm的厚度，尤其是在100nm至650nm的范围内的厚度，更尤其是在600nm至650nm的范围内。SiO2层的厚度可以根据顶层和基底基板的热弹性性能而被优化。氧化物层的厚度也可以被优化用于模态传导改进，因为它也影响模态速度。
根据本发明的变型，复合基板的压电层可以是钽酸锂LiTaO3或铌酸锂LiNbO3。
根据本发明的变型，压电层可以是具有根据标准IEEE 1949 Std-176定义为(YXIt)/θ/ψ的晶体取向的钽酸锂LiTaO3层，其中，晶体取向角θ介于40°至65°之间，尤其是θ为约42°或约62°，对应于(YXI)/42°切割或(YXI)/62°切割。优选地，将纵向极化导波的传播方向Ψ设置为与晶体X轴成90°。更优选地，基底基板包括硅。在该特定方向上，可以观察到大约5350m/s到5650m/s的快速传播速度和介于-20ppm/K至-5ppm/K之间的TCF、以及从大约0.5％至2％或更高的ks 2值。
根据本发明的变型，压电层上的换能器结构的电极指的相对厚度h/λ和/或金属化比率w/p可以被选择成使得纵向极化导波在压电层中的机电耦合ks 2介于0.5％至2.5％之间，尤其是在2％以上，其中，h和w分别是电极指的厚度和宽度，p和λ分别是换能器结构的电极间距和波长。通过改变换能器结构的结构特性，即，换能器结构的电极指的相对厚度h/λ和/或金属化比率w/p，可以优化压电层中的纵向极化导波的电化学耦合ks 2，以便获得用于SAW设备的期望应用的复合基板的所需电化学耦合系数ks 2和温度稳定性。
根据一实施方式，压电层可以是具有根据标准IEEE 1949 Std-176的(YXIt)/θ/ψ切割的铌酸锂LiNbO3层。优选地，基底基板包括金刚石。尤其是，将纵向极化导波的传播方向Ψ设置为与晶体X轴成90°。更尤其是，当θ被介于35°至40°之间或在100°至150°之间时，在该特定传播方向上，可以观察到7000m/s的快速传播速度和从大约11％至20％或者更多的机电耦合ks 2值。
根据一实施方式，压电层可以是具有根据标准IEEE 1949 Std-176被定义为(YXIt)/θ/Ψ的晶体取向的钽酸锂LiTaO3层，其中，晶体取向角θ介于40°至60°之间，尤其是θ为约41°，对应于(YXI)/41°切割。优选地，对于(YXIt)/41°/90°切割，晶体X轴的纵向偏振导波的传播方向Ψ被介于80°至100°之间，尤其是约90°。优选地，基底基板包括蓝宝石，尤其是(YXIt)/50°/90°切割蓝宝石。尤其是，将纵向极化导波的传播方向Ψ设置成与晶体X轴成90°。使用这种特定的复合基板，可以观察到约6700m/s的快速传播速度和从大约6％到10％的机电耦合ks 2值。
本发明的目的还通过一种表面声波滤波器设备来实现，该表面声波滤波器设备包括至少一个如上所述的表面声波(SAW)设备。这种表面声波滤波器设备可以产生介于0.1％至1％之间的滤波器带通，并且具有降低的一阶温度频率系数(TCF1)，从而使得设备性能随着温度是稳定的。
本发明的目的还通过一种表面声波谐振器设备来实现，该表面声波谐振器设备包括至少一个如上所述的表面声波(SAW)设备。这种表面声波滤波器设备可以获得小于1％的窄滤波器带通，并且具有降低的一阶温度频率系数(TCF1)，从而使得设备性能随着温度是稳定的。
本发明的目的还通过制造如上所述的表面声波设备的方法来实现，该方法包括以下步骤：a)在基底基板之上设置压电层；b)在压电层上设置换能器结构；其中，在步骤a)中，压电层被设置成使得压电层相对于基底基板具有使得纵向极化波的相速度低于基底基板的临界相速度的晶体取向，在临界相速度处，压电层内的波传导消失。
根据本发明的变型，制造如上所述的表面声波设备的方法的步骤a)或b)中的至少一者是层转移工艺。例如，可以使用
工艺，其中，通过在热退火期间沿着先前被离子注入削弱的第一基板中的界面传播破裂波，将第一基板的层转移到基底基板上。转移的层可以是表面声波设备中的压电层或任何其它层或层的组合。
根据优选实施方式，步骤b)可以包括I线光刻图案化步骤，以在表面声波设备中获得换能器结构，以允许频率极限多于2GHz、尤其是多于3.5GHz。因此，与频率被限制在2GHz的瑞利表面波使用设备相比，变得可以在不改变图案化技术的情况下扩展频率范围。
通过参考结合附图的以下描述，可以理解本发明，其中附图标记标识本发明的特征。
图1a例示了根据标准IEEE Std-176定义的切割角。
图1b示出了根据本发明的表面声波设备并且例示了弹性波传播方向。
图2a和图2b示出了针对如图1b所示的SAW设备的两个不同传播方向计算的有效介电常数的曲线图。
图3a至图3d例示了具有200nm的SiO2层的根据本发明的使用复合基板的表面声波设备的特性。
图4a至图4d例示了具有500nm的SiO2层的根据本发明的使用复合基板的表面声波设备的特性。
图5例示了表面声波设备的特性根据电介质SiO2层厚度的变化。
图6a至图6d例示了具有200nm的SiO2层的根据本发明的使用复合基板的表面声波设备根据换能器结构的电极的相对厚度和金属化比率的特性。
图7例示了当使用LiNbO3作为压电材料并且使用金刚石作为复合基板的基底基板时，对于纵向模态和瑞利模态两者，左Y轴上的导波的相速度(m/s)和右Y轴上的机电耦合系数ks 2(％)根据X轴上的切角旋转角θ的绘图。
图8示出了根据本发明的用于制造表面声波设备的方法的步骤的示意图。
图1a例示了根据标准IEEE 1949 Std-176定义的切割角，并且图1b例示了在根据本发明的表面声波(SAW)设备中的弹性波传播方向。
通过两个旋转角来定义晶体切割。在标准IEEE 1949 Std-176中通过由毛坯(blank)1的厚度t和长度l定义的轴并且通过绕由毛坯1的宽度w、长度l和厚度t定义的轴的旋转角来定义切割。Z轴由毛坯1的宽度w定义，X轴由长度l定义，并且Y轴由厚度t定义。这些轴原则上应理解成旋转后的轴，即，对于涉及三个旋转的切割，首先执行绕Z轴(w)的旋转Φ，得到X轴X’(l)和Y轴Y’(t)。然后执行绕X’(l)的旋转θ，得到旋转后的Z轴Z”(w)和旋转后的Y轴Y”(t)。晶体切割然后被标记为(YXwI)/Φ/θ.。
此外，将使得Φ＝0且θ≠0的任何切割称为单旋转切割，然后标记为(YXI)/θ，并且将使得Φ≠0且θ≠0的任何切割称为双旋转切割。
如图1b中所示，对于表面波3的传播，用Ψ表示的第三个角定义了表面波3的传播方向。该角由绕轴Y”的旋转定义。在这种情况下，晶体切割将被标记为(YXIt)/θ/Ψ。
图1b示意性地例示了根据本发明的包括复合基板7的SAW设备5。复合基板7包括基底基板9和压电层11。
基底基板9是具有表面取向(100)的硅基底基板。硅基底基板9具有约5650m/s的声SSBW速度极限。代替硅基板，蓝宝石或大体上剪切波速大于5600m/s的任何基板材料将是合适的。
对于硅基板，使用(100)取向，但是也可以使用(100)或(010)。实际上，当使用沿着X(±10°)或Z(±10°)晶轴的传播方向时，满足SSBW相速度标准。基于格林函数(Green’sfunctions)的计算表明，对于硅切割(YXIt)/45°/0°或者还标记为(YXI)/45°，该SSBW速度可以达到超过5750m/s的值。此外，发现定义为(YXIt)/45°/90°的晶体切割使SSBW速度最大达到5770m/s。
对于蓝宝石，进行了相同的计算，表明5750m/s的SSBW速度是最低可实现的相速度。然而，对于40°<θ<60°且80°<Ψ<100°的晶体切割(YXIt)/θ/Ψ，SSBW速度超过6700m/s。利用这样的基板，可以使用适当的层厚度来传导在LiNbO3层中激发的纵波。例如，考虑到在700nm的(YXIt)/41°/90°LiNbO3层上激发到800nm的SiO2层上的纵波，这两个层均沉积在(YXIt)/50°/90°蓝宝石基板上，考虑到2GHz的工作频率，允许体辐射抑制以及机电耦合超过6％并且可能高达10％的纵波模态的传导。
在该实施方式中，压电层11是单晶钽酸锂LiTaO3，其晶体取向根据标准IEEE 1949Std-176被定义为(YXI)/θ，其中，晶体取向角θ介于40°至65°之间，更尤其地θ接近42°或接近62°。根据本发明的变型，压电层11也可以是单晶铌酸锂LiNbO3。压电层11的厚度为大约SAW设备5的波3的波长λ或以下。通常，压电层的厚度在300nm至700nm之间的范围中，尤其是500nm，尤其适于在2GHz至4GHz频率范围内的操作。
根据本发明的变型，复合基板7还可以包括电介质层，尤其是SiO2层(未示出)。电介质层夹在基底基板9与压电层11之间。电介质层的存在可以改变电化学耦合系数ks 2以及复合基板7的温度稳定性。该影响取决于层的厚度，因此该层的厚度表示用于优化复合基板7的性能以获得SAW设备5的期望应用的所需电化学耦合系数ks 2和复合基板的温度稳定性的参数。通常，作为电介质层的SiO2层的厚度小于800nm，尤其是在100nm至650nm之间的范围内，更尤其是在600nm至650nm之间的范围内，尤其适于在2GHz至4GHz频率范围内的操作。
表面声波设备5还包括在压电层11上的两个换能器结构21和23。在该实施方式中，换能器结构21和23是相同的，但是根据一变型，换能器结构21和23可以是不同的或者可以仅存在一个换能器结构。表面声波设备5还可以包括一个或更多个谐振器结构。
换能器结构21和23均包括相反的叉指梳状电极25和27，各个叉指梳状电极25和27具有多个电极指。叉指梳状电极25和27以及电极指由任何合适的导电金属(例如，铝或铝合金)形成。
根据换能器结构21、23是被用于激发基板7中的表面声波3还是将接收的表面声波转换成电信号或两者，电负载和/或源电势29、31可以分别跨换能器结构21、23的叉指梳状电极25、27被耦合。然后将叉指电极指连接到交流电势。
换能器结构21和/或23在电场方向上(意味着垂直于梳状电极25、27的电极指的延伸方向)激发表面声波，如图1b中的箭头E所示，因此沿着由Ψ定义的传播方向。
如图1b所示，SAW设备5的利用频率fr由fr＝v/2p定义，v是声波的速度，并且p是换能器结构21、23的电极间距。换能器结构的电极间距p也被选择为λ/2，λ是声波的工作波长。因此，如图1b所示，电极间距p定义了换能器结构的利用频率，并且对应于连接到不同梳状电极的两个相邻电极指之间的边缘到边缘电极指距离。此外，换能器结构在布拉格条件下工作，布拉格条件由p＝λ/2定义。
在该实施方式中，叉指电极指通常都具有基本上相同的长度d、宽度w和厚度h(未示出)。根据本发明的变型，它们也可以是不同的。
由SAW设备5产生的表面声波3的传播特性除了其它以外包括传播相速度、机电耦合系数ks 2和频率温度系数TCF。传播相速度影响换能器结构的电极间距p与设备的期望频率之间的关系。
此外，在滤波器设备应用中使用SAW设备5的情况下，考虑到经验关系Δf/f～(2/3)ks 2，滤波器的带宽Δf与机电耦合系数ks 2成比例，Δf对应于滤波器的频率中的带通宽度，fr是换能器结构的谐振频率。TCF与温度对滤波器中的频率变化的影响有关联。
在环境温度为T0＝25℃左右，热灵敏度由TCF1和TCF2表征。该定义首先在J.J.Campbell和W.R.Jones的IEE Trans中提出。用于SAW设备的Sonics Ultrasonics 15，209(1968)被广泛使用并且是本领域技术人员已知的。其表达式如下：
f＝f0×(1+TCF1(T-T0)+TCF2(T-T0)2)
该表达式对应于限于二级的温度-频率依赖性的多项式展开，通常用于标准设备上的SAW。在考虑传递函数的给定幅值/相位点的实验频率-温度测量值、或滤波器的反射系数或自导纳、互导纳、或自阻抗或互阻抗的情况下，通过使用最佳拟合过程，可以精确地获得TCF1和TCF2。
图2a和图2b例示了针对复合基板7的两种不同取向计算出的有效介电常数，其中，压电层11是在硅(100)的基底基板9上的厚度为500nm的LiTaO3层。
根据标准IEEE 1949 Std-176，图2a示出了42°Y切割、X传播的介电常数(因此为(YXI)/42°切割)，并且图2b示出了绕Y’旋转90°(因此为(YXIt)/42°/90°切割)的情况下的介电常数。图2a和图2b绘制了相对于X轴上以m/s为单位的相速度的右Y轴上的有效/相对介电常数的虚部和左Y轴上的有效/相对介电常数的实部。
材料的相对介电常数是其绝对介电常数，被表示为相对于真空介电常数的比率。介电常数是影响材料中的两点电荷之间的库仑力的材料性能。相对介电常数是相对于真空减小在此位于叉指电极指下方的电荷之间的电场的因素。同样，相对介电常数是使用该材料作为电介质的电容器与具有真空作为其电介质的类似电容器相比的电容的比率。相对介电常数通常也称为介电常数。
在图2a中，示出了在(YXI)/42°切割的情况下的LiTaO3压电层11的曲线图。可以看出，三种声学模态可以在钽酸锂层LiTaO3的压电层中传播。声学模态呈现在2800m/s、4300m/s和5400m/s处。这三种模态分别对应于压电层中存在的三种类型的声波：瑞利声波、剪切波和纵向极化模态。
在复合基板7中，对应于钽酸锂层11中的纵向极化导波的模态的最大传播速度实际上由基底基板的剪切声波速度界定。在当前情况下，后者的速度是硅(100)的速度，因此值为大约5650m/s。超过该阈值，波在基底基板中被辐射，并且因此对应损耗与从钽酸锂层11的表面辐射至基底基板的能量的量成比例地急剧增加。
在图2b中，所示曲线图对应于钽酸锂层LiTaO3的晶体取向为绕Y’旋转90°的42°Y切割X传播，因此为(YXIt)/42°/90°切割。可以看出，现在仅存在两种声学模态，该声学模态在2800m/s和5400m/s处。对应于剪切波的4300m/s的声学模态消失了。
基本上，通过选择相对于晶体X轴成90°的传播方向，不再激发剪切波模态，并且仅瑞利波模态和纵向极化体积模态在压电层11内传播。
因此，在根据本发明的复合基板7中，在硅基底基板(100)9和500nm的(YXI)/42°或(YXIt)/42°/90°切割压电LiTaO3层11的情况下，可以在压电层11内传导具有大约基底基板的传播速度(在此即5640m/s)的模态。由于压电层11的特殊晶体取向，相速度使得其保持在临界相速度以下，在该临界相速度以下，纵向极化体积波将不被限制在压电层11内，而会消失在基底基板9中。
图3a至图3d例示了具有硅(100)基底基板、200nm厚的SiO2电介质层和500nm厚的LiTaO3压电层的复合基板的性能。
如已经在图2a和图2b中例示的，在根据本发明的复合基板中，可以传导具有接近但小于基板的SSBW速度极限的传播速度的模态，在此即在压电层内5400m/s。这些模态将被称为“高速”模态。
实际上，由于硅的温度膨胀系数在2.6ppm/℃附近，而例如(YXt)/42°的LiTaO3的温度膨胀系数近似为16ppm/℃，所以SAW设备的组合温度膨胀系数通常将在2.6ppm/℃至16ppm/℃的范围内，具体取决于压电层的厚度和键合界面处的应力水平。有效降低复合基板的温度膨胀系数导致降低沉积在复合基板顶部的换能器结构的频率温度系数(TCF)。
此外，这种“高速”模态的传播速度对于直接频带合成尤其有吸引力，消除了获得从低(<30mHz)或中间(例如，在300mHz至600mHz之间)频率源开始倍增以达到超高频(UHF)或S或C频带的目标值所需的频率倍增阶段。通过使用I线型光刻(UV 365nm)，在这种模式下可实现的最大频率为大约4GHz；即，考虑5500m/s的速度和1.4μm的波长，这给出大约350nm的电极宽度。因此，可以使用标准SAW工业技术直接在最终工作频率下设计谐振器。
图3a至图3c分别例示了根据压电层的切割的旋转角θ和传播方向角Ψ的纵向极化导波的相速度、机电耦合和TCF值。
图3d示出了左Y轴上的传播速度(m/s)和右Y轴上的TCF(ppm/K)针对在Ψ＝90°的X轴上绘制的变化晶体取向角θ的变化。示出了针对金属表面(因此换能器结构)和自由表面(没有金属表面)二者的传播速度。
图3a至图3c例示了不能同时优化三个期望参数：高速度、接近零的TCF和高机电耦合。频率被设置到2GHz。然而，传播方向Ψ＝90°有利于在40°至65°范围中使θ值左右的热效应最小化。在此角度范围中，可以观察到超过1％的机电耦合ks 2值。
从图3d中可以进一步看出，传播速度(m/s)和TCF(ppm/K)的变化实际上几乎与相相反，使得当传播速度(m/s)在高值处时，TCF处于高负值(ppm/K)。然而，可以选择晶体取向的切割，以便在TCF与所期望的传播速度值之间找到权衡。例如，在θ＝42°左右，可以观察到TCF为大约-20ppm/K，并且速度超过5600m/s，或者在θ＝62°左右，可以观察到TCF为大约-5ppm/K，并且速度为大约5350m/s。因此，(YXIt)/42°/90°和(YXIt)/62°/90°二者都是有利的晶体取向。利用这样的值，可以获得改进的SAW设备作为频率源，例如，滤波器或谐振器，其需要稳定的温度和足够高的电化学耦合。在该特定示例中，可以利用改进的温度稳定性实现带通为约0.1％到1％的SAW滤波器。
图4a至图4d例示了与图3a至图3d相同的参数，但是针对500nm厚的SiO2层的情况，并且也是针对2GHz的频率。重要的是要注意，SiO2层厚度的影响在TCF中尤其明显(图4c)。通过使电介质层变厚，从而可以在不影响机电耦合和相同量的传播速度的情况下提高温度稳定性。
尤其是，图4d例示了对于几种配置甚至可以取消频率1的热系数(TCF1)。实际上，对于θ值接近50°和接近70°的晶体取向，当传播速度分别为5400m/s和5150m/s左右时，TCF1被取消。然而，对于不具有最大耦合的晶体取向，获得温度影响的最小化。
然而，机电耦合对沉积在激励表面上的SiO2钝化层基本是敏感的，并且对于具有复合基板的SAW设备，可以在保持相速度大于5000m/s的情况下达到接近8％的值。
从图3和图4可以看出，可以实现传播速度为约5500m/s的导波、介于-20ppm/K至0ppm/K之间的TCF、以及在0.5％至2％之间变化的电化学耦合系数。
图5例示了针对如上所述的表面声波(SAW)设备(即，对于具有(YXIt)/42°/90°切割的LiTaO3层且频率为2GHz的情况)的左Y轴上的机电耦合系数ks 2(％)和右Y轴上的TCF(ppm/K)根据X轴上的钝化层或电介质层的厚度的变化。
在图5中，可以看到，对于大约630nm或以下的厚度，TCF被取消。在630nm的该值下，机电耦合系数ks 2为约2.1％。因此，电介质层的存在在改进机电耦合的同时维持了温度稳定性。
图6a至图6d例示了在布拉格条件下具有200nm的SiO2层的根据本发明的使用复合基板的表面声波设备根据换能器结构的电极的相对厚度和金属化比率的特性。复合基板在此是在硅(100)基底基板上的200nm的SiO2上具有(YXIt)/42°/90°晶体切割的500nm厚的LiTaO3层。
尤其是，图6a示出了相速度(m/s)的变化，图6b示出了机电耦合系数ks 2(％)的变化，图6c示出反射系数(％)(阻带的带宽)的变化，并且最后图6d示出了在这种复合基板中的高速模态的方向性的变化。方向性被定义成阻带的输入和输出的谐振幅度之间的比率。
模态特征的计算对于使用这种“高速”模态的任何SAW组件设计操作都是必须的。尤其是，重要的是知道根据电极形状(即，相对厚度h/λ和金属化比率w/p，其中，p和λ分别是电极阵列的电极间距和波长，并且h和w分别是电极指的厚度和宽度)的传播速度、电化学耦合系数ks 2和衍射效应的变化。换能器结构在布拉格条件下操作，因此p＝λ/2。
如图6c中可以看见的，所实现的反射系数(值高达1.5)适于将SAW设备用作谐振器。
图6a示出可以达到约5500m/s的相速度，并且相速度随着换能器结构的电极指的相对厚度h/λ的增加而在5500m/s和5400m/s之间变化。
如图6b中可以看出，机电耦合系数ks 2实际上随着金属的厚度而增加。可以达到高达2.5％的ks 2的值。还应注意的是，对于金属化比率w/p大于0.7，尤其是接近0.8，高速模态表现出接近零的机电耦合。
根据图6d，可以看出方向性达到了高达6的值。然而，对于约为0.5的金属化比率w/p，可以看出方向性接近零。这对于接近技术的分辨率极限的设备的制造是重要且有价值的方面，例如，当换能器结构包括相似的电极宽度和相似的电极间距离时。
尽管在此未示出，但是当电极厚度增加时，其影响是降低TCF。
因此，相对厚度h/λ和金属化比率w/p对机电耦合系数ks 2的值、相速度和TCF的影响表示用于优化复合基板7的性能以获得SAW设备5的期望应用的复合基板的所需电化学耦合系数ks 2和温度稳定性的另一参数。
图7例示了具有金刚石基底基板和500nm厚的LiNbO3压电层的复合基板的瑞利模态和纵向模态的色散曲线。工作频率为2GHz。
尤其是，当使用LiNbO3作为压电材料并且使用金刚石作为复合基板的基底基板时，对于纵向模态和瑞利模态两者，左Y轴上的导波的相速度(m/s)和右Y轴上的机电耦合系数ks 2(％)被绘制成X轴上的变化的晶体取向角θ的函数。
使用铌酸锂的纵向模态的有利配置对应于在100°至150°之间、尤其是接近120°的切割角θ，其中，相速度超过7000m/s，并且机电耦合系数ks 2高至20％。对于此配置，在由(YXIt)/120°/90°的LiNbO3和100nm厚的二氧化硅SiO2、以及半无限C取向的金刚石基板组成的叠层上以4μm波长计算该模态的TCF针对在350nm至500nm内的铌酸锂厚度得到从-12ppm/K至+12ppm/K的值。
还应注意的是，对于在35°至40°之间、尤其是接近(YXIt)/36°/90°切割的LiNbO3的θ，瑞利波表现出最小耦合，低于0.5％，而纵向模态达到10％的机电耦合系数ks 2，使得该配置有利于频谱纯度目的。
实际上，应将SAW设备的操作用于35°至40°之间或100°至150°之间、尤其是接近36°或接近120°的角θ以及沿着晶体X轴成90°的传播方向，这考虑以下事实：对于这两种配置，瑞利模态的耦合处于其最小值，低于0.5％，并且对于第一种配置，观察到的机电耦合系数ks 2为大约11％，在第二种配置中可以达到超过20％的值。
图8例示了如图1b所示的根据本发明的用于制造表面声波设备的方法的步骤的示意图。
该方法包括在基底基板之上提供压电层的第一部分。
为了实现该过程的这一部分，在步骤a)中设置基底基板510。基底基板510是具有取向(100)的单晶体硅基板，或者是具有高声波传播速度的任何其它基板材料，诸如，金刚石、蓝宝石、碳化硅或氮化铝。
在步骤a)中，还设置了处理基板530，在该实施方式中，该处理基板530是单晶压电基板。在该实施方式中，处理基板530是LiTaO3，但是也可以使用铌酸锂LiNbO3。在处理基板530内设置有预定分割区域550，以形成厚度为t的待转移层570。
此外，在该实施方式中，LiTaO3基板具有根据标准IEEE 1949 Std-176的(YXI)/θ切割，其中，晶体取向角θ介于40°至65°之间。在此尤其是，LiTaO3基板具有(YXI)/42°取向。在将使用LiNbO3的变体中，LiNbO3层将具有(YXIt)/θ/90°取向，其中θ介于35°至40°之间或在100°至150°之间。如本领域中已知的，预定分割区域可以通过离子注入来实现。
待转移的压电层570的厚度t为约最终SAW设备的工作波长，尤其是小于最终SAW设备的工作波长。厚度t尤其是在300nm至700nm的范围内，更尤其是500nm。
在步骤b)中，处理基板530和基底基板510被附接，以将待转移层570夹在处理基板590的其余部分与基底基板510之间。附接可以通过粘合的方式发生。
如本领域中已知的，可以通过施加能量(尤其是热能或机械能)将压电层570与处理基板590的其余部分分离。分离发生在预定分割区域550处。
在复合基板600中，如步骤c)所示，提供压电层570，使得压电层570相对于基底基板510具有使得纵向极化波在压电层570中行进的相速度低于基底基板510的临界相速度SSBW的晶体取向，在该临界相速度下，压电层570内的波传导消失。
在一变型中，可以在提供压电层570之前在基底基板510的顶部上提供薄SiO2层(未示出)，以改进耦合同时保持如上所述的温度稳定性。SiO2层可以自然存在于Si基底基板510上。作为优选实施方式，SiO2层的厚度小于800nm，尤其是在100nm至650nm之间的范围内，更尤其是在600nm至650nm之间的范围内。
在附接之前，可以添加附加处理步骤，诸如，对将要进行附接的压电层570的一侧和/或基底基板510的一侧进行抛光。
根据步骤d)，使用层沉积和图案化步骤的组合在压电层570上形成换能器结构610。如从图3a中可以看出，换能器结构610包括两个叉指梳状电极，该叉指梳状电极各自分别包括多个电极装置630和650。叉指梳状电极以及它们相应的电极装置630和650由导电金属(例如，铝、铝合金或钼或钨)形成。
根据一个尤其有利的实施方式，叉指梳状电极被布置成使得纵向极化导波的传播方向670在Ψ＝90°的方向上，以确保高传播速度以及如上所述的高温稳定性。
根据本发明，使用I线光刻技术来实现图案化步骤。在压电层570内使用纵向极化导波允许实现具有可以使用I线光刻成像的电极尺寸的频率在2GHz以上、尤其是在3GHz以上的SAW设备690。
选择用于SAW设备5、690的层、它们的材料、它们的厚度和晶体取向，以便满足一定量的标准，即，机电耦合系数ks 2、频率温度系数(TCF)和声波在压电层11、570中行进的声波传播速度。
根据本发明，可以获得复合基板7、600，该复合基板7、600提供至少0.5％至高达超过2％、尤其是高达约2.5％的预定水平的机电耦合，并且小于|20ppm/K|的温度稳定性可以通过组合具有不同频率温度系数(TCF)的材料并在必要时通过添加电介质层(如SiO2)来实现。对于这种基板，与使用瑞利模态的设备相比，可以观察到纵向极化导波的导模态的约5500m/s的更高声波传播速度。更尤其是，复合基板还可以实现高达20％的机电耦合，并且可以观察到纵向极化导波的导模态的约7000m/s或更多的声波传播速度。
通过使用I线光刻或允许以亚微米尺寸进行高质量电极图案化的任何光刻手段，与体压电基板相比，使用这种复合基板，可以改进SAW设备的性能以及它们的应用范围。
已经描述了本发明的多个实施方式。然而，应当理解，可以在不脱离所附权利要求的情况下进行各种修改和增强。
Claims (20)
1.一种表面声波设备，所述表面声波设备使用纵向极化导波，所述表面声波设备包括复合基板(7)，所述复合基板(7)包括形成在基底基板(9)之上的压电层(11)，其中，所述压电层(11)相对于所述基底基板(9)的晶体取向使得所述纵向极化波的相速度低于所述基底基板(9)的临界相速度，在所述临界相速度处，所述压电层(11)内的波传导消失。
2.根据权利要求1所述的表面声波设备，其中，所述压电层(11)是单晶。
3.根据权利要求1或2所述的表面声波设备，其中，所述压电层(11)的厚度为约亚波长范围或更小，尤其是约300nm至700nm，更尤其是500nm。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的表面声波设备，其中，所述基底基板(9)具有多于5600m/s的剪切波速度。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的表面声波设备，所述表面声波设备还包括被夹在所述基底基板(9)与所述压电层(11)之间的电介质层，尤其是SiO2层。
6.根据权利要求5所述的表面声波设备，其中，所述电介质层的厚度小于800nm，尤其是在100nm至650nm的范围内，更尤其是在600nm至650nm的范围内。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的表面声波设备，其中，所述压电层(11)是钽酸锂LiTaO3或铌酸锂LiNbO3。
8.根据权利要求7所述的表面声波设备，其中，所述压电层(11)是具有根据标准IEEE1949 Std-176定义为(YX/)/θ的晶体取向的钽酸锂LiTaO3，其中，晶体取向角θ介于40°至65°之间，尤其接近42°或接近62°。
9.根据权利要求8所述的表面声波设备，其中，所述纵向极化导波的传播方向与所述晶体X轴成90°，尤其是对于LiTaO3压电层(11)为(YX/t)/42°/90°切割或(YX/t)/62°/90°切割。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的表面声波设备，其中，所述压电层(11)为钽酸锂LiTaO3，并且所述基底基板(9)包括硅。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的表面声波设备，其中，所述压电层(11)上的换能器结构(21、23)的电极指的相对厚度h/λ和/或金属化比率w/p被选择为使得所述纵向极化导波在所述压电层(11)中的机电耦合ks 2介于0.5％至2.5％之间，尤其是在2％以上，其中，h和w分别是所述电极指的厚度和宽度，p和λ分别是所述换能器结构(21、23)的电极间距和波长。
12.根据权利要求7所述的表面声波设备，其中，所述压电层(11)是具有根据标准IEEE1949 Std-176的晶体取向(YX/t)/θ/90°的铌酸锂LiNbO3，其中，θ为晶体取向角，并且所述纵向极化导波的传播方向与所述晶体X轴成90°，使得θ的值介于35°至40°之间或100°至150°之间，尤其是接近36°或接近120°。
13.根据权利要求7或12中的任一项所述的表面声波设备，其中，所述压电层(11)为铌酸锂LiNbO3，并且所述基底基板(9)包括金刚石。
14.根据权利要求7所述的表面声波设备，其中，所述压电层(11)是具有根据标准IEEE1949 Std-176的晶体取向(YX/t)/θ/Ψ的铌酸锂LiNbO3，其中，对于(YX/t)/41°/90°切割，晶体取向角θ介于40°至60°之间，并且尤其是θ为约41°，并且所述纵向极化导波的传播方向Ψ介于80°至100°之间，尤其是约90°。
15.根据权利要求7或14中的任一项所述的表面声波设备，其中，所述压电层(11)为铌酸锂LiNbO3，并且所述基底基板(9)包括蓝宝石，尤其是(YX/t)/50°/90°切割蓝宝石。
16.一种表面声波滤波器设备，其特征在于，所述表面声波滤波器设备包括至少一个根据权利要求1至15中的任一项所述的表面声波设备(SAW)。
17.一种表面声波谐振器设备，所述表面声波谐振器设备包括至少一个根据权利要求1至15中的任一项所述的表面声波设备(SAW)。
18.一种制造表面声波设备的方法，所述表面声波设备是根据前述权利要求1至15中的任一项所述的表面声波设备，所述方法包括以下步骤：
a)在基底基板之上设置压电层；以及
b)在所述压电层上设置换能器结构；
其中，在步骤a)中，所述压电层被设置成使得所述压电层相对于所述基底基板具有使得纵向极化波的相速度低于所述基底基板的临界相速度的晶体取向，在所述临界相速度处，所述压电层内的波传导消失。
19.根据权利要求18所述的制造表面声波设备的方法，其中，所述步骤a)或所述步骤b)中的至少一者包括层转移工艺。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，步骤b)包括I线光刻图案化步骤，以在所述表面声波设备中获得换能器结构，以允许频率极限多于2GHz，尤其是多于3.5GHz。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1852687A FR3079667B1 (fr) | 2018-03-28 | 2018-03-28 | Dispositif d'onde acoustique de surface sur substrat composite |
| FR1852687 | 2018-03-28 | ||
| PCT/EP2019/056933 WO2019185415A1 (en) | 2018-03-28 | 2019-03-20 | Surface acoustic wave device on composite substrate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111937302A true CN111937302A (zh) | 2020-11-13 |
Family
ID=62873465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201980022462.4A Pending CN111937302A (zh) | 2018-03-28 | 2019-03-20 | 复合基板上的表面声波设备 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11437973B2 (zh) |
| EP (1) | EP3776855B1 (zh) |
| CN (1) | CN111937302A (zh) |
| FR (1) | FR3079667B1 (zh) |
| WO (1) | WO2019185415A1 (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11626856B2 (en) * | 2019-10-30 | 2023-04-11 | X-Celeprint Limited | Non-linear tethers for suspended devices |
| KR20230146636A (ko) * | 2021-02-20 | 2023-10-19 | 스펙트론 (선전) 테크놀로지스 씨오., 엘티디 | 공진 장치 및 음향 필터 |
| CN117581476A (zh) * | 2021-11-18 | 2024-02-20 | 华为技术有限公司 | 一种saw谐振器及saw滤波器 |
| WO2023250159A1 (en) * | 2022-06-24 | 2023-12-28 | Massachusetts Institute Of Technology | Thin, flexible electronic devices and associated systems and methods |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1894850A (zh) * | 2003-12-16 | 2007-01-10 | 株式会社村田制作所 | 声界面波装置 |
| JP2008081695A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-10 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 極細炭素含有塗料と極細炭素膜の製造方法及び極細炭素膜並びに電界電子放出素子 |
| US20160261248A1 (en) * | 2015-03-04 | 2016-09-08 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Surface elastic wave device comprising a single-crystal piezoelectric film and a crystalline substrate with low visoelastic coefficients |
| WO2017043394A1 (ja) * | 2015-09-10 | 2017-03-16 | 株式会社村田製作所 | 弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置 |
| US20170222622A1 (en) * | 2016-01-28 | 2017-08-03 | Triquint Semiconductor, Inc. | Surface acoustic wave device having a piezoelectric layer on a quartz substrate and methods of manufacturing thereof |
| US20180048282A1 (en) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | The Japan Steel Works, Ltd. | Bonded substrate, surface acoustic wave element, surface acoustic wave device, and method of manufacturing bonded substrate |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW241397B (zh) * | 1993-01-14 | 1995-02-21 | Murata Manufacturing Co | |
| JP4316632B2 (ja) * | 2007-04-16 | 2009-08-19 | 富士通メディアデバイス株式会社 | 弾性表面波装置及び分波器 |
| US9596546B2 (en) * | 2012-12-12 | 2017-03-14 | Epcos Ag | Electroacoustic components and methods thereof |
| US10128814B2 (en) * | 2016-01-28 | 2018-11-13 | Qorvo Us, Inc. | Guided surface acoustic wave device providing spurious mode rejection |
-
2018
- 2018-03-28 FR FR1852687A patent/FR3079667B1/fr active Active
-
2019
- 2019-03-20 CN CN201980022462.4A patent/CN111937302A/zh active Pending
- 2019-03-20 WO PCT/EP2019/056933 patent/WO2019185415A1/en unknown
- 2019-03-20 EP EP19711372.3A patent/EP3776855B1/en active Active
- 2019-03-20 US US17/042,768 patent/US11437973B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1894850A (zh) * | 2003-12-16 | 2007-01-10 | 株式会社村田制作所 | 声界面波装置 |
| JP2008081695A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-10 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 極細炭素含有塗料と極細炭素膜の製造方法及び極細炭素膜並びに電界電子放出素子 |
| US20160261248A1 (en) * | 2015-03-04 | 2016-09-08 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Surface elastic wave device comprising a single-crystal piezoelectric film and a crystalline substrate with low visoelastic coefficients |
| WO2017043394A1 (ja) * | 2015-09-10 | 2017-03-16 | 株式会社村田製作所 | 弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置 |
| US20170222622A1 (en) * | 2016-01-28 | 2017-08-03 | Triquint Semiconductor, Inc. | Surface acoustic wave device having a piezoelectric layer on a quartz substrate and methods of manufacturing thereof |
| US20180048282A1 (en) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | The Japan Steel Works, Ltd. | Bonded substrate, surface acoustic wave element, surface acoustic wave device, and method of manufacturing bonded substrate |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李传山;沈建兴;张雷;董金美;: "PZT压电厚膜的研究现状与进展", 硅酸盐通报, no. 05, 28 October 2006 (2006-10-28) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3079667A1 (fr) | 2019-10-04 |
| EP3776855A1 (en) | 2021-02-17 |
| WO2019185415A1 (en) | 2019-10-03 |
| EP3776855B1 (en) | 2024-02-21 |
| FR3079667B1 (fr) | 2020-03-27 |
| US20210028760A1 (en) | 2021-01-28 |
| US11437973B2 (en) | 2022-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11309861B2 (en) | Guided surface acoustic wave device providing spurious mode rejection | |
| TWI762832B (zh) | 聲表面波器件 | |
| US10270420B2 (en) | Surface elastic wave device comprising a single-crystal piezoelectric film and a crystalline substrate with low visoelastic coefficients | |
| US7659653B2 (en) | Acoustic wave device and filter | |
| CN111937302A (zh) | 复合基板上的表面声波设备 | |
| JP4535067B2 (ja) | 弾性境界波装置の製造方法及び弾性境界波装置 | |
| US7564174B2 (en) | Acoustic wave device and filter | |
| KR102067310B1 (ko) | 탄성파 소자와 이것을 사용한 안테나 공용기 | |
| WO2017073425A1 (ja) | 弾性波共振子、弾性波フィルタ、分波器、通信装置および弾性波共振子の設計方法 | |
| JP2017175276A (ja) | 弾性波共振器、フィルタおよびマルチプレクサ並びに弾性波共振器の製造方法 | |
| CN110120794B (zh) | 弹性波装置、高频前端电路以及通信装置 | |
| CN110880922B (zh) | 一种二维超高频谐振器 | |
| JPWO2005086345A1 (ja) | 弾性境界波装置 | |
| US20230261639A1 (en) | Acoustic wave device | |
| CN110710106A (zh) | 弹性波装置、分波器及通信装置 | |
| KR102294196B1 (ko) | 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 | |
| WO2024077955A1 (zh) | 一种多传输零点的声表面波滤波器及信号处理电路 | |
| CN112929004A (zh) | 声波谐振器、滤波器、多路复用器和晶片 | |
| JP2023060058A (ja) | 弾性波共振器、フィルタおよびマルチプレクサ | |
| US20230275560A1 (en) | Acoustic wave device | |
| US20230109106A1 (en) | Multilayer piezoelectric substrate surface acoustic wave device with spurious shifting | |
| CN114070257A (zh) | 声波装置、滤波器及多路复用器 | |
| US20210044273A1 (en) | Transducer structure for source suppression in saw filter devices | |
| CN215871345U (zh) | 一种声波器件以及一种滤波装置 | |
| WO2023224072A1 (ja) | 弾性波装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20230526 Address after: French Boerning Applicant after: SOITEC Address before: France Basancon Applicant before: Fu Ruisienxitong |