CN112511128A - 一种具有poi结构的兰姆波谐振器及其制造方法 - Google Patents
一种具有poi结构的兰姆波谐振器及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112511128A CN112511128A CN202011374849.7A CN202011374849A CN112511128A CN 112511128 A CN112511128 A CN 112511128A CN 202011374849 A CN202011374849 A CN 202011374849A CN 112511128 A CN112511128 A CN 112511128A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- substrate
- piezoelectric layer
- resonator
- lambda
- 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
- 235000019687 Lamb Nutrition 0.000 title claims abstract description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 229910003327 LiNbO3 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 3
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 2
- 229910012463 LiTaO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 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
-
- 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
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/145—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks 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
- H03H9/25—Constructional features of resonators using surface acoustic waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
本发明提供一种具有POI结构的兰姆波谐振器及其制造方法。该谐振器包括：包含高声速衬底及在该衬底上的低声速介质层的至少一层反射层、在与该衬底相对的一侧上与该介质层键合在一起的压电层、以及在该压电层上的电极。其制造方法包括：提供压电层，在该压电层上形成IDT电极；提供衬底，在该衬底上沉积介质层；以及将介质层和压电层进行低温键合。本发明激发兰姆波S0模式，实现了高频高带宽低插损兰姆波谐振器，同时满足高频、高机电耦合系数、高Q值、低TCF值、无杂散等多方面的设计要求。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及手机射频前端中的声波谐振器/滤波器。
背景技术
一般而言，手机的射频前端(RFFE)是智能手机的射频收发器和天线之间的功能区域，它由功率放大器、天线开关、滤波器、双工器和低噪声放大器等器件组成。
其中，主流滤波器通常包括声表面波(SAW)、体声波(BAW)、以及薄膜体声波(FBAR)滤波器。
5G时代现已开启，由于5G新增了频段，5G手机的射频前端有新的变化，同时考虑到5G手机将继续兼容4G、3G、2G标准，5G手机射频前端异常复杂。因此，5G技术对滤波器提出了更低损耗、更高频率和更大带宽的要求，这对现有的技术提出了严峻的挑战，因为这些技术通常受到杂散效应的限制。
为了满足这一需求，最近提出的兰姆(Lamb)波谐振器，主要采用板波模式，具有较高声速，在sub-6GHz及毫米波的移动通信中表现出应用优势，但同时提高频率、机电耦合系数、抑制杂散效应、提高Q值始终是兰姆波谐振器面临的关键难题。
目前，亟须一种高声速、高机电耦合系数、大带宽、高Q值、低损耗、且杂散小的兰姆谐振器。
发明内容
提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于确定或限制所要求保护的主题的范围。
兰姆波谐振器中主模式为兰姆波，瑞利波等其它模式是杂散模式。兰姆波被分类为对称模(S模)和反对称模(A模)，又进一步分为S0、S1、A0、A1四种模式。在以压电体厚度的一半的线折返时，将位移重叠的模称作对称模，将位移为相反方向的模称作反对称模。下标的数值表示厚度方向的波节的数量，例如A1模兰姆波是指1次反对称模兰姆波。
如图5所示，(a)－(d)分别表示S0模兰姆波、S1模兰姆波、A0模兰姆波、A1模兰姆波的传播状态的图，各箭头的方向分别表示弹性波的位移方向。
发明人注意到，压电绝缘体(POI)结构利用异质集成技术，将LiNbO3/LiTaO3单晶压电薄膜与高声速、高导热衬底结合，可提高射频声表面波滤波器的工作频率和综合性能。
本发明提供的具有POI结构的高频高带宽兰姆波谐振器，具有高声速、高机电耦合系数、高Q值和杂散小的优势。
本发明提供的具有POI结构的高频高带宽兰姆波谐振器的制造方法利用POI结构及Y切LiNbO3，通过调节压电层和电极厚度，在压电层和衬底之间插入一层SiO2作为低声速层，并结合POI高声速结构，激发兰姆波S0模式，可以提高工作频率、Q值和抑制杂散效应，谐振频率高达4.25G。
本发明的兰姆波谐振器，包括：
包含衬底及在衬底上的介质层的反射层、在与衬底相对的一侧上与介质层键合在一起的压电层，以及在压电层上的电极。
其中衬底为高声速层，使用的材料为高声阻抗材料4H-SiC、3C-SiC或6H-SiC。衬底的厚度为5λ，其中λ为所述电极激发的声波波长，λ为1um。
其中介质层为低声速层，使用材料为低声阻抗材料SiN或SiO2，介质层厚度为0.1λ。
其中压电层的材料为YX-LiNbO3，切角为30°，压电层的厚度为0.2λ。
其中电极为叉指换能器IDT电极，电极之间间距为0.25λ，且电极的宽度为0.25λ。
本发明的兰姆波谐振器的制造方法，包括：
采用smart cut智能剥离技术提供薄压电层；对压电层进行预处理，比如清洗、抛光；在处理后的压电层上沉积一层IDT电极；提供衬底；采用PECVD、CVD、PVD、溅射、或MOCVD等方式，在衬底上沉积一层介质层；对键合压电晶圆和介质层的键合面进行CMP抛光处理，以及对介质层和压电层进行低温键合，其中，键合温度≤200℃。
本发明POI结构及Y切LiNbO3，调整电极厚度、宽度和占空比、压电层及低声阻抗厚度，激发兰姆波S0模式，实现了高频高带宽低插损兰姆波谐振器，Q值高达近6000，FOM＝1444.5，主模式无杂散，同时满足高频、高机电耦合系数、高Q值、低TCF值、无杂散等多方面的设计要求。
而且，本发明的兰姆波谐振器生产工艺简单，能保证良率及适合大规模生产。
附图说明
以下将通过参考附图中示出的具体实施例来对本发明进行更具体描述。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
图1是根据本发明的具有中间层的兰姆波谐振器的示意图；
图2是图1的兰姆波谐振器的参数示意图；
图3是图1的兰姆波谐振器的模型图；
图4是图1的兰姆波谐振器的导纳图；
图5是兰姆波模式示意图；
图6是图1的兰姆波谐振器的反射层的示意图；
图7是根据本发明的兰姆波谐振器的制造工艺流程图。
具体实施方式
以下将通过参考附图中示出的具体实施例来对本发明进行更具体描述。通过阅读下文具体实施方式的详细描述，本发明的各种优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的各实施方式所限制。提供以下实施方式是为了能够更透彻地理解本发明。除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
以下结合图1、2、3详述根据本发明的具有中间层的兰姆波谐振器。
图1是根据本发明的具有中间层的兰姆波谐振器的示意图。该兰姆波谐振器包括衬底101、中间层亦即低声速介质层102、压电层103和电极104。
其中，衬底101使用的衬底材料为4H-SiC、3C-SiC或6H-SiC，是高声速材料，构成POI结构，具有高声阻抗。
压电层103材料为YX-LiNbO3，切角为30°。
压电层上有1000对叉指换能器(IDT)电极104，从图2可见，电极占空比设为0.5，两个电极之间间距以及各电极的宽度均为0.25λ，其中λ是电极指激发的声波波长，λ＝1um。IDT电极104由Ti、Al、Cu、Au、Pt、Ag、Pd、Ni等金属或合金、或者这些金属或合金的层叠体构成，机电耦合系数k2＝(π2/8)(fp 2-fs 2)/fs 2，其中fs为谐振频率，fp为反谐振频率。
插入在压电层103和POI结构衬底101之间的是介质层102，其介质材料可以为低声阻抗材料SiN或SiO2，介质层102的厚度为0.1λ，介质层频率温度系数为正，压电层频率温度系数为负，上述介质层可以降低兰姆谐振器频率温度系数(TCF)。介质层具有低声速，与高声速衬底形成反射层，将泄漏到衬底的声波反射至压电层，可以大幅提高器件Q值。
结合图2和图3可见，衬底101的厚度为5λ，压电层103的厚度为0.2λ。
图4，从图可知，采用兰姆波S0模式为主模式，将压电层厚度设为0.2λ，电极厚度设为480nm，电极占空比设为0.5，介质层厚度设为0.1λ，由此激发S0模式，声波速度v＝4247m/s，fs＝4.247G，fp＝4.657G，根据公式k2＝(π2/8)(fp 2-fs 2)/fs 2，机电耦合系数k2＝24.94％，机电耦合系数越高，谐振器的最大带宽越大；品质因数Q＝5792.05，获得了很高的Q值，Q值越高，插损越小。从图可知，其它模式的声波得到很好的抑制，无杂散。
图6是一层兰姆波谐振器反射层610示意图，其由高声速的POI结构衬底101和低声速的介质层102组成。反射层由两层声速不同(声阻抗也不同)的层构成，声波会在声阻抗不同层的界面产生反射，反射层会对泄漏到衬底的声波反射，抑制声波的泄露，这样极大提高Q值。
图1－3的兰姆波谐振器仅仅示出了采用了一层如图6所示的反射层。然而，根据器件需要，如图6所示的反射层可以被设置为多层，比如两层、三层、四层反射层等。
图7是根据本发明的兰姆波谐振器的制造工艺流程图，包括以下步骤：
步骤a，采用smart cut智能剥离技术获得薄的LiNbO3压电层；
步骤b，对压电层进行预处理，比如清洗、抛光；
步骤c，在压电层上沉积一层IDT电极；
步骤d，提供衬底；
步骤e，在衬底上沉积一层介质层，这可以采用PECVD、CVD、PVD、溅射、MOCVD等方式沉积；
步骤f，将介质层和压电层进行低温键合，低温键合之前，需对键合压电晶圆和介质层的键合面进行CMP抛光处理，键合温度≤200℃。
本发明利用POI结构及Y切LiNbO3，调整电极厚度、宽度和占空比、压电层及低声阻抗厚度，激发兰姆波S0模式，实现了高频高带宽低插损兰姆波谐振器，Q值高达近6000，FOM＝1444.5，主模式无杂散，同时满足高频、高机电耦合系数、高Q值、低TCF值、无杂散等多方面的设计要求。
本发明的兰姆波谐振器生产工艺简单，能保证良率及适合大规模生产。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种兰姆波谐振器，包括：
至少一层反射层，所述反射层包括：
衬底，以及
在所述衬底上的介质层；
在与所述衬底相对的一侧上与所述介质层键合在一起的压电层；以及
在所述压电层上的电极。
2.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于：
所述衬底为高声速层，所述衬底使用的材料为高声阻抗材料4H-SiC、3C-SiC或6H-SiC。
3.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于：
所述介质层为低声速层，所述介质层的材料为低声阻抗材料SiN或SiO2。
4.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于：
所述压电层的材料为YX-LiNbO3，切角为30°。
5.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于：
所述电极为叉指换能器IDT电极，两个所述电极之间间距为0.25λ，且电极的宽度为0.25λ，其中λ为所述电极激发的声波波长。
6.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于：
所述衬底的厚度为5λ，所述压电层的厚度为0.2λ，且所述介质层厚度为0.1λ，其中λ为所述电极激发的声波波长。
7.如权利要求5或6所述的谐振器，其特征在于：所述λ为1um。
8.一种兰姆波谐振器的制造方法，包括：
提供压电层；
在所述压电层上形成IDT电极；
提供衬底；
在所述衬底上沉积介质层；以及
将所述介质层和所述压电层进行低温键合。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述在压电层上形成IDT电极的步骤进一步包括：
在形成IDT电极之前对所述压电层进行预处理；以及
在所述低温键合之前对键合面进行CMP抛光处理。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，
所述提供压电层包括采用smart cut智能剥离技术获得所述压电层；
所述在衬底上沉积介质层采用PECVD、CVD、PVD、溅射、或MOCVD方式；以及
所述键合温度≤200℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011374849.7A CN112511128A (zh) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 一种具有poi结构的兰姆波谐振器及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011374849.7A CN112511128A (zh) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 一种具有poi结构的兰姆波谐振器及其制造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112511128A true CN112511128A (zh) | 2021-03-16 |
Family
ID=74969361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011374849.7A Pending CN112511128A (zh) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 一种具有poi结构的兰姆波谐振器及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112511128A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114726334A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-08 | 重庆大学 | 一种声波谐振器及其制造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008070669A2 (en) * | 2006-12-05 | 2008-06-12 | Miradia Inc. | Method and apparatus for mems oscillator |
| WO2016047255A1 (ja) * | 2014-09-26 | 2016-03-31 | 国立大学法人東北大学 | 弾性波装置 |
| CN111416590A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-14 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种高频声波谐振器及其制备方法 |
-
2020
- 2020-11-30 CN CN202011374849.7A patent/CN112511128A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008070669A2 (en) * | 2006-12-05 | 2008-06-12 | Miradia Inc. | Method and apparatus for mems oscillator |
| WO2016047255A1 (ja) * | 2014-09-26 | 2016-03-31 | 国立大学法人東北大学 | 弾性波装置 |
| CN111416590A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-14 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种高频声波谐振器及其制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114726334A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-08 | 重庆大学 | 一种声波谐振器及其制造方法 |
| CN114726334B (zh) * | 2022-04-28 | 2023-08-08 | 重庆大学 | 一种声波谐振器及其制造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6025815B2 (ja) | 弾性表面波フィルタ装置 | |
| CN104702239B (zh) | 梯型弹性波滤波器及使用该弹性波滤波器的天线双工器 | |
| CN103283147B (zh) | 弹性波装置及其制造方法 | |
| CN101145767B (zh) | 声波器件和滤波器 | |
| US7459991B2 (en) | SAW component having an improved temperature coefficient | |
| CN102652395B (zh) | 天线共用器 | |
| WO2007007476A1 (ja) | 弾性境界波フィルタ装置 | |
| CN112702036A (zh) | 一种具有poi结构的兰姆波谐振器 | |
| CN112737541B (zh) | 一种tc-saw谐振器、制作方法和滤波器 | |
| CN110572138A (zh) | 一种滤波装置及其制作方法 | |
| CN113381725A (zh) | 一种利于小型化和扩大带宽的saw谐振器结构及saw滤波器 | |
| CN112511128A (zh) | 一种具有poi结构的兰姆波谐振器及其制造方法 | |
| CN116232270A (zh) | 一种高频多层膜声表面波谐振器 | |
| CN115425942A (zh) | 声表面波器件 | |
| CN114614790A (zh) | 声表面波滤波器及其制造方法 | |
| JP2002111443A (ja) | 複合弾性表面波フィルタ | |
| CN114070257A (zh) | 声波装置、滤波器及多路复用器 | |
| CN112600529A (zh) | 一种具有poi结构的兰姆波谐振器 | |
| CN117526897B (zh) | 双模声表面波器件及其制备方法 | |
| CN215871345U (zh) | 一种声波器件以及一种滤波装置 | |
| CN112615600B (zh) | 一种上下埋电极比例相反兰姆波谐振器 | |
| CN116248072B (zh) | 一种声波滤波器及信号处理电路 | |
| CN112702035A (zh) | 一种高频大宽带低插损高性能声表面波谐振器及制造方法 | |
| CN219164537U (zh) | 抑制能量横向泄露的薄膜体声波谐振器及体声波滤波器 | |
| CN112702037A (zh) | 一种具有poi结构的兰姆波谐振器 |
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: 20210707 Address after: 510700 Room 202, building D, No. 136, Kaiyuan Avenue, Huangpu District, Guangzhou City, Guangdong Province Applicant after: Guangdong Guangna Technology Development Co.,Ltd. Address before: 510700 room 1004, building D, 136 Kaiyuan Avenue, Huangpu District, Guangzhou City, Guangdong Province Applicant before: Guangdong guangnaixin Technology Co.,Ltd. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210812 Address after: 510535 Room 201, building D, 136 Kaiyuan Avenue, Huangpu District, Guangzhou City, Guangdong Province Applicant after: Guangdong Guangdong Guangdong Hong Kong Macao Dawan District National Nanotechnology Innovation Research Institute Address before: 510700 Room 202, building D, No. 136, Kaiyuan Avenue, Huangpu District, Guangzhou City, Guangdong Province Applicant before: Guangdong Guangna Technology Development Co.,Ltd. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210909 Address after: 510700 room 1004, building D, 136 Kaiyuan Avenue, Huangpu District, Guangzhou City, Guangdong Province Applicant after: Guangdong guangnaixin Technology Co.,Ltd. Address before: 510535 Room 201, building D, 136 Kaiyuan Avenue, Huangpu District, Guangzhou City, Guangdong Province Applicant before: Guangdong Guangdong Guangdong Hong Kong Macao Dawan District National Nanotechnology Innovation Research Institute |