CN112953441A - 谐振器和谐振器的制造方法 - Google Patents
谐振器和谐振器的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112953441A CN112953441A CN202110181106.6A CN202110181106A CN112953441A CN 112953441 A CN112953441 A CN 112953441A CN 202110181106 A CN202110181106 A CN 202110181106A CN 112953441 A CN112953441 A CN 112953441A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- resonator
- thickness
- electrode
- layer
- 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.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 65
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 57
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 8
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 229920000334 poly[3-(3'-N,N,N-triethylamino-1-propyloxy)-4-methylthiophene-2,5-diyl hydrochloride] polymer Polymers 0.000 claims 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 132
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 36
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 36
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 36
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 27
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 11
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 229910004206 O3-xPbTiO3 Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical group [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910003781 PbTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 SiN Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 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
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
本发明提供一种谐振器及其制造方法，该谐振器的特征在于，包括：衬底；压电层，该压电层形成在所述衬底上；电极，该电极形成在所述压电层上；氧化层，该氧化层形成在所述电极上并且覆盖所述电极；以及频率调整层，该频率调整层形成在氧化层上。
Description
技术领域
本申请涉及电子器件，尤其涉及谐振器以及谐振器的制造方法。
背景技术
声表面波(SAW：surface acoustic wave)器件是基于压电材料的压电效应，利用压电材料表面的声表面波工作的电子器件，其利用形成于压电材料表面的叉指换能器(IDT：interdigital transducer)(一种金属电极周期结构，其形状如同双手交叉)将电输入信号转换为声表面波，是现今通信设备的关键元器件。
对于SAW谐振器而言，所具有的各项性能都会对其使用表现产生较大的影响，进而影响包含SAW谐振器在内的整个装置乃至整个系统的稳定性、使用寿命等等。一般来说，现有的TC-SAW(Temperature Compensated SAW：温度补偿型SAW谐振器)的中心频率f0≤3GHz，频率温度系数(TCF：Temperature Coefficient of Frequency)为-20至-25ppm/℃(进一步优化可达到TCF≤-20ppm/℃)，品质因数Q≤1500，优质因数(FOM：Figure ofMerit)≤100，机电耦合系数K2(也可写为k2)≤10％。
发明内容
发明所要解决的技术问题
随着5G通信等大带宽通信的飞速发展，对于SAW谐振器之类的器件的各项性能、尤其是压电性能提出了更高的要求。然而，如上所述的现有的SAW谐振器不能同时地满足大带宽、低插损以及高杂波抑制等通信要求。
本发明鉴于上述那样的现有问题而完成，其目的在于，提供一种谐振器及其制造方法，能够获得综合性能优异的谐振器。
解决技术问题的技术方案
在解决上述问题的本发明的一个实施例中，提供了一种谐振器，其特征在于，包括：
衬底；
压电层，该压电层形成在所述衬底上；
电极，该电极形成在所述压电层上；
氧化层，该氧化层形成在所述电极上并且覆盖所述电极；以及
频率调整层，该频率调整层形成在氧化层上。
在本发明的一实施例中，所述频率调整层由SiN形成。
在本发明的一实施例中，所述压电层由PMNT材料形成。
在本发明的一实施例中，所述PMNT材料是单晶材料，并且所述PMNT材料的极化方向是[001]方向。
在本发明的一实施例中，所述PMNT材料是0.67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3。
在本发明的一实施例中，所述电极由Ti、Al、Cu、Cr、Au、Pt、Ag、Pd、Ni或它们的合金、或者这些金属或合金的层叠体形成。
在本发明的一实施例中，所述衬底由SiC、蓝宝石、金刚石和Si中的一种或多种形成。
在本发明的一实施例中，所述氧化层由SiO2、SiFO和SiOC中的一种或多种形成。
在解决上述问题的本发明的一个实施例中，提供了一种制造谐振器的制造方法，其特征在于，包括：
将由PMNT材料形成的压电层与衬底层进行键合；
在键合完成之后，对所述压电层和所述衬底层进行冷却；
在所述压电层上沉积电极；
在所述电极上沉积氧化层；以及
在所述氧化层上沉积频率调整层。
在本发明的一实施例中，所述压电层由PMNT材料形成。
发明效果
根据本发明，可获得大带宽、无杂散且FOM较高的SAW谐振器。
附图说明
为了能够详细地理解本发明，可参考实施例得出上文所简要概述的本发明的更具体的描述，一些实施例在附图中示出，为了促进理解，已尽可能使用相同附图标记来标示各图所共有的相同要素。然而，应当注意，附图仅仅示出本发明的典型实施例，并且因此不应视为限制本发明的范围，因为本发明可允许其它等效实施例，在附图中：
图1是本发明所涉及的谐振器的示意图。
图2是表示本发明的一个实施例所涉及的PMNT材料的居里温度随PT浓度的变化的示意图。
图3是表示本发明的一个实施例所涉及的谐振器的机电耦合系数随电极占空比η的变化的示意图。
图4是表示本发明的一个实施例所涉及的谐振器的机电耦合系数随氧化层厚度的变化的示意图。
图5是表示本发明的一个实施例所涉及的谐振器的机电耦合系数随电极厚度的变化的示意图。
图6是表示本发明的一个实施例所涉及的谐振器的机电耦合系数随衬底厚度的变化的示意图。
图7是表示本发明的一个实施例所涉及的谐振器的品质因数随电极占空比η的变化的示意图。
图8是表示本发明的一个实施例所涉及的谐振器的品质因数随氧化层厚度的变化的示意图。
图9是表示本发明的一个实施例所涉及的谐振器的品质因数随电极厚度的变化的示意图。
图10是表示本发明的一个实施例所涉及的谐振器的品质因数随衬底厚度的变化的示意图。
图11是表示本发明的一个实施例所涉及的在衬底厚度为335λ的情况下的谐振器的导纳的示意图。
图12是表示本发明的一个实施例所涉及的在衬底厚度为365λ的情况下的谐振器的导纳的示意图。
图13是表示本发明的一个实施例所涉及的在衬底厚度为380λ的情况下的谐振器的导纳的示意图。
图14是表示本发明的一个实施例所涉及的谐振器的机电耦合系数、品质因数随占空比、电极厚度、衬底厚度和氧化层厚度的变化的示意图。
图15是本发明的一个实施例所涉及的谐振器的制造工艺的示意图。
图16是本发明的一个实施例所涉及的谐振器的制造工艺的流程图。
可以预期的是，本发明的一个实施例中的要素可有利地适用于其它实施例而无需赘述。
具体实施方式
以下通过具体实施例来进行说明，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容清楚地了解本发明的其它优点与技术效果。此外，本发明并不限于下述具体实施例，也可通过其它不同的实施例加以施行或应用，并且，对于本说明书中的各项具体内容，可在不背离本发明的精神下进行各种修改与变更。
下面，基于附图对本发明的具体实施例进行详细叙述。所列举的附图仅为简单说明，并非依实际尺寸描绘，未反应出相关结构的实际尺寸，先予叙明。为了便于理解，在各附图中使用了相同的参考标号，以指示附图中共用的相同元素。附图并未依比例绘制并且可为了清晰而被简化。一个实施例的元素及特征可有利地并入其它实施例中，而无须进一步叙述。
申请人发现，铅基复合钙钛矿弛豫铁电单晶(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMNT)材料是由弛豫铁电体Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN)与正常铁电体PbTiO3(PT)组成的ABO3型钙钛矿结构的固溶体，其中A位为Pb2+离子，B位为Mg2+、Nb5+、Ti4+离子。在x为0.3至0.35的范围内时，PMNT材料中存在一个三方-四方的准同型相界(MPB：Morphotropic Phase Boundary)。在这个范围内，PMNT材料的各个特性出现极端的情况，并且随着x值的不同，PMNT的相结构也发生改变：当x小于0.3时，PMNT材料以三方相的形式存在；当x为0.3至0.35时，PMNT材料中多相共存；当x大于0.35时，PMNT材料以四方相的形式存在。PMNT单晶当x为0.30～0.35和[001]方向上具有优越的压电性能、机电耦合性能和优异的热释电性能，PMNT单晶材料具有非常优异的压电性能，例如其压电常数d33达到1500pC/N以上，比PZT陶瓷高4～5倍，其电致应变达到1.7％，比PZT陶瓷高一个数量级，其机电耦合系数k33达到90％以上，显著高于PZT陶瓷的70％左右的机电耦合系数。
为了提高谐振器的介电性能、压电性能和机电耦合性能等多种特性，可以使用PMNT材料制造谐振器。
<实施例1>
以下，参照图1至图14对本发明所涉及的谐振器进行说明。
首先，使用图1来说明本发明所涉及的谐振器的结构。
图1是本发明所涉及的谐振器的示意图。本实施例的谐振器中，衬底2的材料可以是高声速层材料，优选为SiC、蓝宝石、金刚石、Si等。衬底2的厚度可以根据产品设计来进行调整，优选为350μm～500μm。在衬底2上形成有压电层1。该压电层1的厚度可以根据电极指激发的声波波长λ(作为示例，λ＝1μm)来确定，例如可以为0.1λ～2λ。在本实施例中，压电层1的材料为PMNT单晶，其化学式(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3中的x为0.33～0.35，其极化方向为[001]方向。虽然这里采用x为0.33～0.35的PMNT单晶材料作为谐振器的压电层材料，但本领域技术人员将理解，也可以采用x取其它值的PMNT单晶材料、例如(1-x)Pb(In1/ 2Nb1/2)O3-xPbTiO3、(l-x)Pb(SC1/2Nb1/2)O3-xPbTiO3等钙钛矿型材料、或者其它合适的压电层材料来构成压电层1。压电层1上有电极3，电极3的占空比η(占空比η＝电极宽度/(电极宽度+电极间距))。电极3的占空比η可基于需要来进行设置，例如可以为0.1～0.9。电极3的数量可以根据产品设计来进行调整，例如，电极3的对数优选为1000对。电极3例如可以由Ti、Al、Cu、Cr、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。作为非限制性的示例，电极3的厚度可为80nm～300nm。电极3的结构可以是单层结构或多层结构。电极3的结构优选为是多层结构。电极3进一步优选为由Ni或Cr所形成的第一层和Pt或Al所形成的第二层这两个金属层层叠形成。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。通过测量fs以及fp，可以计算得到机电耦合系数K2。在电极3和压电层1上形成有氧化层4。氧化层4的材料可以是氧化物，优选为SiO2、SiFO、SiOC等。氧化层4的厚度也可以根据电极指激发的声波波长λ来确定，例如可以为0.1λ～2λ。在氧化层4上可以形成有频率调整层5。频率调整层5可以由SiO2等氧化物或SiN等氮化物构成，优选为由SiN构成。频率调整层5的厚度可以根据设计要求进行调整。
本实施例的谐振器可以作为TC-SAW谐振器进行使用，也可以根据需要来作为其它类型的SAW谐振器进行使用。
下面，使用图2至图12说明本实施例的谐振器的性能。
图2是本发明所涉及的PMNT材料的居里温度随PT浓度的变化的示意图。如图2所示，PMNT材料在x为0.3～0.35内的情况下存在一个三方-四方的准同型相界(MPB：Morphotropic Phase Boundary)。在x为0.3～0.35的这个范围内，PMNT材料的各个特性出现极端的情况，因而具有优异的介电性能、压电性能等性能。随着x值的不同，PMNT材料的相结构也发生改变：当x小于0.3时，PMNT材料以三方相的形式存在，含71°、109°、180°畴；当x为0.3～0.35时，PMNT材料中多相共存；当x大于0.35时，PMNT材料以四方相的形式存在，含90°和180°畴，存在具有良好的双折射特性。
以下的图3至图14中，使用衬底2的材料为金刚石、压电层1的材料为PMNT、氧化层4的材料为SiO2、电极3的材料为Pt并且频率调整层的材料为SiN的谐振器为例进行说明。在图4至图12中，“h金刚石”表示衬底的厚度，“hPMNT”表示压电层1的厚度，“hSiO2”表示氧化层4的厚度，“hPt”表示电极3的厚度，电极的占空比η＝0.4。
图3是表示本发明所涉及的谐振器的机电耦合系数随电极占空比η的变化的示意图。其中，纵坐标表示机电耦合系数K2，横坐标表示电极3的占空比η。图3是通过如下方式绘制的：保持谐振器的电极3的厚度为180nm、氧化层4的厚度为1.6λ、压电层1的厚度为λ以及衬底2的厚度为350μm这些参数不变，令电极3的占空比η在0.1～0.9的范围内变化，并针对具有不同的电极占空比η的谐振器测量fs和fp，并且基于fs和fp计算出机电耦合系数K2以进行绘制。如图3所示，随着电极3的占空比η增加，谐振器的机电耦合系数先增加，后减小，再增加。当本实施例中的谐振器的电极3的厚度为180nm，衬底2的厚度为350μm，氧化层4的厚度为1.6λ，压电层1的厚度为λ，并且电极占空比η为0.4～0.5或0.9时，谐振器的机电耦合系数较大，K2≥13.6％。此时，谐振器中，除了主模式以外，存在其它杂散模式。
图4是表示本发明所涉及的谐振器的机电耦合系数随氧化层厚度的变化的示意图。其中，纵坐标表示机电耦合系数K2，横坐标表示氧化层4的厚度。图4是通过如下方式绘制的：保持谐振器的电极3的厚度为180nm、衬底2的厚度为350μm、压电层1的厚度为λ、以及电极占空比η为0.4这些参数不变，令氧化层4的厚度在0.2λ～2λ的范围内变化，并针对具有不同厚度的氧化层4的谐振器测量fs和fp，并且基于fs和fp计算出机电耦合系数K2以进行绘制。当本实施例中的谐振器的电极3的厚度为180nm，衬底2的厚度为350μm，压电层1厚度为λ，电极占空比η为0.4，并且氧化层4的厚度为0.2λ～2λ时，谐振器的机电耦合系数K2≥13.68％。此时，谐振器中，除了主模式以外，存在其它杂散模式。
图5是表示本发明所涉及的谐振器的机电耦合系数随电极厚度的变化的示意图。其中，纵坐标表示机电耦合系数K2，横坐标表示电极3的厚度。图5是通过如下方式绘制的：保持谐振器的衬底2的厚度为350μm、压电层1的厚度为λ、氧化层4的厚度为2λ、以及电极占空比η为0.4这些参数不变，令电极3的厚度在80nm～300nm的范围内变化，并针对具有不同厚度的电极3的谐振器测量fs和fp，并且基于fs和fp计算出机电耦合系数K2以进行绘制。如图5所示，当电极3的厚度为80nm～180nm时，随着电极厚度增加，机电耦合系数持续增加；当电极厚度为180nm～300nm时，随着电极厚度增加，机电耦合系数在15％上下浮动。随着氧化层4的厚度增加，谐振器的机电耦合系数持续减小。在电极3的厚度为220nm时，机电耦合系数是最大的，为15.29％。
图6是表示本发明所涉及的谐振器的机电耦合系数随衬底厚度的变化的示意图。其中，纵坐标表示机电耦合系数K2，横坐标表示衬底2的厚度。图6是通过如下方式绘制的：保持谐振器的电极3的厚度为280nm、压电层1的厚度为λ、氧化层4的厚度为2λ、以及电极占空比η为0.4这些参数不变，令衬底2的厚度在335μm～380μm的范围内变化，并针对具有不同厚度的衬底2的谐振器测量fs和fp，并且基于fs和fp计算出机电耦合系数K2以进行绘制。如图6所示，随着衬底2的厚度增加，谐振器的机电耦合系数K2几乎不变。当本实施例的谐振器的电极厚度为280nm，衬底厚度为335μm～380μm，氧化层厚度为2λ，压电层厚度为λ，并且电极占空比η为0.4时，谐振器的机电耦合系数K2≥14.93％。
图7是表示本发明所涉及的谐振器的品质因数随电极占空比η的变化的示意图。其中，纵坐标表示品质因数Q，横坐标表示电极3的占空比η。图7是通过如下方式绘制的：保持谐振器的电极3的厚度为180nm、衬底2的厚度为350μm、氧化层4的厚度为1.6λ、以及压电层1的厚度为λ这些参数不变，令电极3的占空比η在0.1～0.9的范围内变化，并针对具有不同厚度的压电层1的谐振器测量和计算品质因数Q以进行绘制。如图7所示，随着电极3的占空比η增加，谐振器的品质因数Q先减小，后增加，再减小。当本实施例的谐振器的电极3的厚度为180nm，衬底2的厚度为350μm，氧化层4的厚度为1.6λ，压电层厚度为2λ，并且占空比η为0.5～0.6时，谐振器的品质因数Q≥1700，为较大的。此时，谐振器中，除了主模式以外，存在其它杂散模式。
图8是表示本发明所涉及的谐振器的品质因数随氧化层厚度的变化的示意图。其中，纵坐标表示谐振器的品质因数Q，横坐标表示氧化层4的厚度。图8是通过如下方式绘制的：保持谐振器的电极3的厚度为180nm、衬底2的厚度为350μm、压电层1的厚度为λ、以及电极占空比η为0.4这些参数不变，令氧化层4的厚度在0.2λ～2λ的范围内变化，并针对具有不同厚度的氧化层4的谐振器测量和计算品质因数Q以进行绘制。如图8所示，随着氧化层4的厚度增加，Q值呈正态分布。当本实施例的谐振器的电极3的厚度为180nm，衬底2的厚度为350μm，压电层1的厚度为λ，电极占空比η为0.4并且氧化层4的厚度为0.9λ～λ时，谐振器的品质因数Q≥1380。
图9是表示本发明所涉及的谐振器的品质因数随电极厚度的变化的示意图。其中，纵坐标表示谐振器的品质因数Q，横坐标表示电极3的厚度。图9是通过如下方式绘制的：保持谐振器的衬底2的厚度为350μm、氧化层4的厚度为2λ、压电层1的厚度为λ、以及电极占空比η为0.4这些参数不变，令电极3的厚度在80nm～300nm的范围内变化，并针对具有不同厚度的氧化层4的谐振器测量和计算品质因数Q以进行绘制。如图9所示，随着氧化层4的厚度增加，品质因数Q先增加，后减小。当本实施例的谐振器的衬底2的厚度为350μm，氧化层4的厚度为2λ，压电层1的厚度为λ，电极占空比η为0.4并且电极3的厚度为180nm或260nm时，谐振器的品质因数Q≥1280，为较大的。
图10是表示本发明所涉及的谐振器的品质因数随衬底厚度的变化的示意图。其中，纵坐标表示谐振器的品质因数Q，横坐标表示衬底2的厚度。图10是通过如下方式绘制的：保持谐振器的电极3的厚度为280nm、氧化层4的厚度为2λ、压电层1的厚度为λ、以及电极占空比η为0.4这些参数不变，令衬底2的厚度为在335μm～380μm的范围内变化，并针对具有不同厚度的衬底2的谐振器测量和计算品质因数Q以进行绘制。如图10所示，随着衬底2的厚度增加，品质因数Q先减小，后增加。当本实施例的谐振器的电极3的厚度为280nm，氧化层4的厚度为2λ，压电层1的厚度为λ，电极占空比η为0.4，并且衬底2的厚度为335μm～350μm时，谐振器的品质因数Q≥1000。
图11是表示本发明所涉及的谐振器的衬底厚度为335λ的情况下的谐振器的导纳的示意图。其中，纵坐标表示谐振器的导纳，横坐标表示谐振器频率。图11是通过如下方式绘制的：保持谐振器的电极3的厚度为280nm、衬底2的厚度为335μm、氧化层4的厚度为2λ、压电层1的厚度为λ、以及电极占空比η为0.4这些参数不变，令谐振器频率在2000MHz～2400MHz的范围内变化，并针对不同的谐振器频率来测量和计算导纳以进行绘制。当本实施例的谐振器的电极3的厚度为280nm，氧化层4的厚度为2λ，压电层1的厚度为λ，电极占空比η为0.4，并且衬底2的厚度为335μm、335λ时，谐振器的谐振频率fs＝2.183GHz，反谐振频率fp＝2.316GHz，机电耦合系数K2＝15.47％，品质因数Q＝1006，FOM＝156。此时，谐振器的主模式没有杂散。
图12是表示本发明所涉及的谐振器的衬底厚度为365λ的情况下的谐振器的导纳的示意图。其中，纵坐标表示谐振器的导纳，横坐标表示谐振器频率。图12是通过如下方式绘制的：保持谐振器的电极3的厚度为280nm、衬底2的厚度为335μm、氧化层4的厚度为2λ、压电层1的厚度为λ、以及电极占空比η为0.4这些参数不变，令谐振器频率在2000MHz～2300MHz的范围内变化，并针对不同的谐振器频率来测量和计算导纳。当本实施例的谐振器的电极3的厚度为280nm，氧化层4的厚度为2λ，压电层1的厚度为λ，电极占空比η为0.4，并且衬底2的厚度为335μm、365λ时，谐振器的谐振频率fs＝2.112GHz，反谐振频率fp＝2.242GHz，机电耦合系数K2＝15.64％，品质因数Q＝390，FOM＝61。此时，谐振器的主模式没有杂散。
图13是表示本发明所涉及的谐振器的衬底厚度为380λ的情况下的谐振器的导纳的示意图。其中，纵坐标表示谐振器的导纳，横坐标表示谐振器频率。图13是通过如下方式绘制的：保持谐振器的电极3的厚度为280nm、衬底2的厚度为335μm、氧化层4的厚度为2λ、压电层1的厚度为λ、以及电极占空比η为0.4这些参数不变，令谐振器频率在2000MHz～2400MHz的范围内变化，并针对不同的谐振器频率来测量和计算导纳。当本实施例的谐振器的电极3的厚度为280nm，氧化层4的厚度为2λ，压电层1的厚度为λ，电极占空比η为0.4，并且衬底2的厚度为335μm、380λ时，谐振器的谐振频率fs＝2.156GHz，反谐振频率fp＝2.289GHz，机电耦合系数K2＝15.67％，品质因数Q＝913，FOM＝143。此时，谐振器的主模式没有杂散。
图14是表示本发明所涉及的谐振器的机电耦合系数、品质因数随占空比、电极厚度、衬底厚度、氧化层厚度的变化的示意图。从图12可知，在谐振器的厚度为280nm，氧化层4的厚度为2λ，压电层1的厚度为λ，电极占空比η为0.4，并且衬底2的厚度为335μm、380λ时，机电耦合系数K2≥15.47％，品质因数Q≥913，FOM≥143。此时，谐振器的主模式没有杂散。
从以上内容可以知道，对于本实施例中的利用新型压电材料PMNT62/38材料作为压电层的谐振器：
1.当谐振器的电极厚度、衬底厚度、压电层厚度、氧化层厚度、占空比为表1的数值时，机电耦合系数K2≥15％，中心频率f0(中心频率f0＝(反谐振频率fp+谐振频率fs)/2)≥2GHz，可以获得大带宽的谐振器；
表1
2.当电极厚度为280nm，衬底厚度为335um、380λ，当压电层厚度为λ，氧化层厚度为2λ时，占空比为0.4时，K2≥15.47％，Q≥913,FOM≥143,可以获得大带宽、无杂散且FOM较高的谐振器。
<实施例2>
以下，参照图15以及图16对本发明所涉及的谐振器的制造方法进行详细说明。
图15是根据本实施例的谐振器的制造方法的示意图，而图16是根据本实施例的谐振器的制造方法的流程图。
本实施方式的谐振器的制造方法开始于步骤S1601。在该步骤S1601中，如图15中的a所示，可提供衬底22。衬底22的材料可以是高声速层材料，优选为SiC、蓝宝石、金刚石、Si等。衬底22的厚度可以根据产品设计来进行调整，优选为350μm～500μm。
接着，在步骤S1602中，可将压电层21通过低温键合与衬底22相结合，如图15中的b所示。作为一个示例，低温键合可以是在对衬底22和压电层21的键合表面进行抛光(诸如化学机械研磨(CMP))之后利用诸如环氧树脂、金属之类的键合材料作为键合层来进行键合的低温键合。在进行低温键合时，例如，键合温度≤300℃。压电层21的材料可以是铅基复合钙钛矿弛豫铁电单晶(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMNT)材料。在本实施例中，作为谐振器的压电层材料，对于PMNT材料来说，化学式(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3中的x优选为在0.33～0.35的范围内，并且所述PMNT单晶材料的极化方向为[001]方向。作为示例，压电层21的材料进一步优选为化学式是0.67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3的PMNT单晶材料。作为示例，压电层21可通过将压电晶圆减薄等各种工艺来制造。压电层21的厚度可以根据电极指激发的声波波长λ来确定，例如可以为0.1λ～2λ。压电层21的厚度优选为λ。
然后，在步骤S1603中，在低温键合完成之后，对压电层21和衬底22所形成的结构进行冷却，如图15中的c所示。
之后，在步骤S1604中，通过例如蒸镀、溅射等方法，在压电层21的表面沉积电极23，如图15中的d所示。电极23的占空比η(占空比＝电极宽度/(电极宽度+电极间距))。电极3的占空比η可基于需要来进行设置，例如可以为0.1～0.9。电极3的占空比η优选为0.4。电极23的数量可以根据产品设计来进行调整，例如，电极23的对数优选为1000对。电极23例如可以由Ti、Al、Cu、Cr、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。电极23的厚度可以根据产品设计来进行调整。电极23的结构可以是单层结构或多层结构。电极23的结构优选为是多层结构。电极23进一步优选为由Ni或Cr所形成的第一层和Pt或Al所形成的第二层这两个金属层层叠形成。
在步骤S1605中，在电极23上通过例如PECVD、PVD、CVD、MOCVD等方法，沉积氧化层24，如图15中的e所示。氧化层24的材料可以是氧化物，优选为SiO2、SiFO、SiOC等。氧化层24的厚度可以根据电极指激发的声波波长λ来确定，例如可以为0.1λ～2λ。氧化层24的厚度优选为0.2λ～2λ。
在步骤S1606中，在氧化层24上通过例如PECVD、PVD、CVD、MOCVD等方法，沉积频率调整层25，如图15中的f所示。频率调整层25的材料可以是诸如SiO2之类的氧化物、或者诸如SiN之类的氮化物。频率调整层25的材料优选是SiN。频率调整层25的厚度可以根据实际需要来设计。
至此，最终结构形成，方法结束。
在某些实施例中，上述各实施例中的方法所包括的操作可同时地发生、实质上同时地发生、或以不同于附图所示的次序而发生。
在某些实施例中，上述各实施例中的方法所包括的操作的全部或部分可选地可以由程序来自动执行。在一个示例中，本发明可以被实施作为存储在用于与计算机系统一起使用的计算机可读存储介质上的程序产品。程序产品的(多个)程序包括实施例的功能(包括本文所述的方法)。说明性计算机可读存储介质包括但不限于：(i)不可写存储介质(例如，计算机内的只读存储器装置，诸如可通过CD-ROM机读取的CD-ROM盘、闪存、ROM芯片或任何类型的固态非易失性半导体存储器)，在该不可写存储介质上的信息被永久存储；以及(ii)可写存储介质(例如，盘存储或硬盘驱动或者任何类型的固态随机存取半导体存储器)，在该可写存储介质上存储可变动信息。当实施指示本文所述的方法的功能的计算机可读指令时，这种计算机可读存储介质是本发明的实施例。
以上详细描述了本发明的可选实施方式。但应当理解，在不脱离本发明的广义精神和范围的情况下可以采用各种实施方式及变形。本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应属于由本发明的权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种谐振器，其特征在于，包括：
衬底；
压电层，该压电层形成在所述衬底上；
电极，该电极形成在所述压电层上；
氧化层，该氧化层形成在所述电极上并且覆盖所述电极；以及
频率调整层，该频率调整层形成在氧化层上。
2.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述频率调整层由SiN形成。
3.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述压电层由PMNT材料形成。
4.如权利要求3所述的谐振器，其特征在于，所述PMNT材料是单晶材料，并且所述PMNT材料的极化方向是[001]方向。
5.如权利要求4所述的谐振器，其特征在于，所述PMNT材料是0.67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3。
6.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述电极由Ti、Al、Cu、Cr、Au、Pt、Ag、Pd、Ni或它们的合金、或者这些金属或合金的层叠体形成。
7.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述衬底由SiC、蓝宝石、金刚石和Si中的一种或多种形成。
8.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述氧化层由SiO2、SiFO和SiOC中的一种或多种形成。
9.一种制造谐振器的制造方法，其特征在于，包括：
将由PMNT材料形成的压电层与衬底层进行键合；
在键合完成之后，对所述压电层和所述衬底层进行冷却；
在所述压电层上沉积电极；
在所述电极上沉积氧化层；以及
在所述氧化层上沉积频率调整层。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述压电层由PMNT材料形成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110181106.6A CN112953441B (zh) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | 谐振器和谐振器的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110181106.6A CN112953441B (zh) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | 谐振器和谐振器的制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112953441A true CN112953441A (zh) | 2021-06-11 |
| CN112953441B CN112953441B (zh) | 2023-10-24 |
Family
ID=76245196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110181106.6A Active CN112953441B (zh) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | 谐振器和谐振器的制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112953441B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002141768A (ja) * | 2000-11-02 | 2002-05-17 | Alps Electric Co Ltd | 表面弾性波素子 |
| CN1647923A (zh) * | 2004-01-26 | 2005-08-03 | 精工爱普生株式会社 | 压电元件、压电致动器、喷墨式记录头及喷墨打印机 |
| JP2009201101A (ja) * | 2008-01-21 | 2009-09-03 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Ｂａｗ共振装置およびその製造方法 |
| CN105119585A (zh) * | 2010-06-17 | 2015-12-02 | 天工松下滤波方案日本有限公司 | 弹性波元件 |
| CN111262543A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-06-09 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 一种钪掺杂氮化铝兰姆波谐振器与制备方法 |
-
2021
- 2021-02-09 CN CN202110181106.6A patent/CN112953441B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002141768A (ja) * | 2000-11-02 | 2002-05-17 | Alps Electric Co Ltd | 表面弾性波素子 |
| CN1647923A (zh) * | 2004-01-26 | 2005-08-03 | 精工爱普生株式会社 | 压电元件、压电致动器、喷墨式记录头及喷墨打印机 |
| JP2009201101A (ja) * | 2008-01-21 | 2009-09-03 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Ｂａｗ共振装置およびその製造方法 |
| CN105119585A (zh) * | 2010-06-17 | 2015-12-02 | 天工松下滤波方案日本有限公司 | 弹性波元件 |
| CN111262543A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-06-09 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 一种钪掺杂氮化铝兰姆波谐振器与制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112953441B (zh) | 2023-10-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7802349B2 (en) | Manufacturing process for thin film bulk acoustic resonator (FBAR) filters | |
| KR100865652B1 (ko) | 압전 박막 공진자 | |
| US7105980B2 (en) | Saw filter device and method employing normal temperature bonding for producing desirable filter production and performance characteristics | |
| US7105880B2 (en) | Electronic device and method of fabricating the same | |
| EP1124269B1 (en) | Method for producing resonator devices having piezoelectric films | |
| US8330556B2 (en) | Passivation layers in acoustic resonators | |
| US7323953B2 (en) | Film bulk acoustic resonator and method of producing the same | |
| JP4478910B2 (ja) | 圧電薄膜共振子 | |
| JP3953315B2 (ja) | 窒化アルミニウム薄膜−金属電極積層体およびそれを用いた薄膜圧電共振子 | |
| CN101309074A (zh) | 压电薄膜谐振器和滤波器 | |
| EP3599720B1 (en) | Resonant cavity surface acoustic wave (saw) filters | |
| US20050093399A1 (en) | Film bulk acoustic resonator | |
| JP2005142629A (ja) | 弾性表面波素子およびその製造方法 | |
| JP4186685B2 (ja) | 窒化アルミニウム薄膜及びそれを用いた圧電薄膜共振子 | |
| CN112787620A (zh) | 一种具有多层膜结构的声表面波谐振器及制造方法 | |
| CN112953441B (zh) | 谐振器和谐振器的制造方法 | |
| CN112953440B (zh) | 谐振器和谐振器的制造方法 | |
| JP2002374145A (ja) | 圧電薄膜共振子 | |
| CN112953445B (zh) | 谐振器和谐振器的制造方法 | |
| CN112953444B (zh) | 谐振器和谐振器的制造方法 | |
| CN114520637A (zh) | 一种基于弛豫铁电单晶的声表面波谐振器及制备方法 | |
| CN112953447B (zh) | 谐振器及电子设备 | |
| CN112653407B (zh) | 一种tc-saw谐振器及制造方法 | |
| CN112838838A (zh) | 一种具有单晶pmnt的声表面波谐振器及制造方法 | |
| JP2002076822A (ja) | 圧電薄膜フィルタ |
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 | ||
| CB02 | Change of applicant information |
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. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210816 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: 20210913 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 |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |