CN113162579A - 一种固态反射型声表面波谐振器及其制备方法 - Google Patents
一种固态反射型声表面波谐振器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113162579A CN113162579A CN202110273851.3A CN202110273851A CN113162579A CN 113162579 A CN113162579 A CN 113162579A CN 202110273851 A CN202110273851 A CN 202110273851A CN 113162579 A CN113162579 A CN 113162579A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- acoustic wave
- surface acoustic
- wave resonator
- porous structure
- 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
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 117
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 29
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 229910018503 SF6 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 4
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 claims description 4
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N sulfur hexafluoride Chemical compound FS(F)(F)(F)(F)F SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229960000909 sulfur hexafluoride Drugs 0.000 claims description 4
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N Fluoroform Chemical compound FC(F)F XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000007735 ion beam assisted deposition Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 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
- H03H9/25—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
- H03H9/02—Details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
本发明属于单晶薄膜器件的加工和声表面波器件领域，具体涉及一种固态反射型声表面波谐振器及其制备方法。本发明通过在反射层的至少一个低声阻抗反射层和高声阻抗反射层循环间设置至少一层多孔结构层，通过设置多孔结构层负荷电子，减小反射层间和流向基底的漏电流，并且能够起到对谐振能量有效反射的效果。最终通过反射层和其间的多孔结构层设计，本发明得到了强度高且性能优异的固态反射型声表面波谐振器；并且，制备的声表面波谐振器可以有效解决因为漏电流所导致的器件射频性能变差，难以实现宽带滤波的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于单晶薄膜器件的加工和声表面波器件领域，具体涉及一种固态反射型声表面波谐振器及其制备方法。
背景技术
声表面波谐振器以体积小，高品质因子(Q值)等优点，已广泛应用于无线通信领域。声表面波谐振器的基本工作原理是：发射换能器经逆压电效应将电信号转换为声表面波信号，声表面波信号沿压电薄膜表面传播到周期性反射栅，满足布拉格反射条件的特定波长的声表面波信号能够经反射栅反射回去，反射回去的声波信号与下一时间发射出的声波信号在谐振腔内叠加，形成稳定的驻波；接收换能器接收到这一特定波长的声表面波信号后经压电效应将其转变成电信号发出。
谐振频率与压电薄膜的厚度，以及各层薄膜的特性和厚度有关。要获得高Q值的谐振器，必须将谐振能量限制在压电层内。声表面波谐振器的能量都有向基底泄露的现象，向基底泄露的能量主要分为声波向基底泄露而导致的能量损耗和漏电流导致的能量损耗。对于声波向基底泄露而导致的能量损耗，现在一般采用反射层这种结构来抑制声波向基底泄露。而对于抑制漏电流的研究不多。声表面波谐振器的各层薄膜都不是完全绝缘的，在电极上施加电压后，都会产生有流向基底的漏电流。
发明内容
针对上述存在问题或不足，为解决现有固态反射型声表面波谐振器存在漏电流，导致谐振器的射频性能变差；对谐振频率影响大，难以达到宽频滤波的技术问题。本发明提供了一种固态反射型声表面波谐振器及其制备方法，通过在压电层下方制备的多层反射结构层间(即高声阻抗反射层和低声阻抗反射层之间)设置了多孔结构层，多孔结构层的设置主要为了负荷电子，减小反射层间和流向基底的漏电流，并且能够起到对谐振能量有效反射的效果。
一种固态反射型声表面波谐振器，从下至上依次包括：衬底、反射层、压电薄膜和上电极。
所述反射层是以一层低声阻抗反射层叠在一层高声阻抗反射层上为一个循环的n循环叠层结构，n取1-5，且至少一个循环中包含有一层多孔结构层。
进一步的，所述压电薄膜的材料为铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT)或石英。
进一步的，所述多孔结构层的材料为多晶硅、非晶硅或多晶碳化硅。
进一步的，所述多孔结构层的单层厚度为50nm-1000nm，总厚度为100nm-5000nm。
上述固态反射型声表面波谐振器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、取经过离子注入的压电材料，并在压电材料的注入面下方生长反射层，然后将衬底与压电材料有反射层的一侧键合。
或者，在衬底上生长反射层，取经过离子注入的压电材料，将压电材料的注入面与衬底具有反射层的一侧键合；
或者，分别在离子注入的压电材料其注入面生长反射层，衬底生长反射层；然后将衬底生长反射层一侧与压电材料具有反射层的一侧键合；
所述反射层是以一层低声阻抗反射层叠在一层高声阻抗反射层上为一个循环的n循环叠层结构，n取1-5，且至少一个循环中包含有一层多孔结构层。
步骤2、将步骤1中得到的键合后的中间产物进行热处理，使压电材料的薄膜剥离，再在压电材料剥离后的一侧生长上电极，即得。
进一步的，所述多孔结构层的制备方法为：物理气相沉积(磁控溅射、蒸发镀膜、分子束外延、离子束辅助沉积)，化学气相沉积(热解化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、金属有机物化学气相沉积、激光气相外延、气相外延)方法，或离子刻蚀。
进一步的，所述多孔结构层采用离子刻蚀方法制备时，离子刻蚀的气体采用六氟化硫(SF6)、四氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、氩气(Ar)或氧气(O2)。
综上所述，本发明通过在反射层的至少一个低声阻抗反射层和高声阻抗反射层循环间设置至少一层多孔结构层，通过设置多孔结构层负荷电子，减小反射层间和流向基底的漏电流，并且能够起到对谐振能量有效反射的效果。最终通过反射层和其间的多孔结构层设计，本发明得到了强度高且性能优异的谐振器；并且，制备的声表面波谐振器可以有效解决因为漏电流所导致的器件射频性能变差，难以实现宽带滤波的技术问题。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例2的结构示意图；
图3为实施例3的结构示意图；
图4为实施例1有多孔结构层的反射型声表面波谐振器在串联谐振点的形变位移图；
图5为实施例1的对比例在串联谐振点的形变位移图。
附图标记：1-图形化的上电极，2-压电薄膜，3-低声阻抗反射层，4-多孔结构层，5-高声阻抗反射层，6-衬底。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
实施例1
本实施例的固态反射型声表面波谐振器的制备方法，包括如下步骤：
本实施例的反射层是以一层低声阻抗反射层叠在一层高声阻抗反射层上为一个循环的3循环叠层结构，多孔结构层为一层，设置于最上方(上电极一侧为上方)的一个反射层循环中，如图1所示结构。
步骤1、首先在压电材料的注入面下方生长一层低声阻抗反射层，然后在低声阻抗反射层下设置一层多孔结构层；设置方式为离子刻蚀方法。
然后再在多孔结构层上生长高声阻抗反射层；接着继续生长其余反射层循环，最后将衬底与压电材料有反射层的一侧键合，本实施例中，反射层循环共计生长3个循环。
步骤2、将步骤1中得到的键合后的中间产物进行热处理，使压电材料的薄膜剥离，再在压电材料剥离后的一侧生长上电极，即得固态反射型声表面波谐振器，结构如图1所示。
图4为实施例1有多孔结构层的反射型声表面波谐振器，在串联谐振点的形变位移图，通过图中可见：有多孔结构层的反射型声表面波谐振器，在谐振点的能量几乎没有向基底泄露。
采用实施例1的相同声表面波谐振器仅取消其多孔结构层作为对比例进行分析测试，作为没有多孔结构层的对比例反射型声表面波谐振器，测试结果如图5，在串联谐振点的形变位移图。
通过对比可以看出，没有多孔结构层的反射型声表面波谐振器，在谐振点的能量向基底泄露比较严重，而有多孔结构层的反射型声表面波谐振器，在谐振点的能量几乎没有向基底泄露。由此可知，本发明所述的结构和方法制备得到的固态反射型声表面波谐振器，能够减小反射层间和流向基底的漏电流，并且能够起到对谐振能量有效反射的效果，并且可以有效解决因为漏电流所导致的器件射频性能变差，难以实现宽带滤波的技术问题。
实施例2
本实施例的固态反射型声表面波谐振器的制备方法与实施例1相同：区别在于多孔结构层为一层，设置于中间的反射层循环中，如图2所示结构。
实施例3
本实施例的新型固态反射型声表面波谐振器的结构和制备方法，包括如下步骤：
本实施例的反射层是以一层低声阻抗反射层叠在一层高声阻抗反射层上为一个循环的3循环叠层结构，多孔结构层为3层，设置于各个反射层循环中，如图3所示结构。
步骤1、首先在压电材料的注入面下方生长一层低声阻抗反射层，然后在低声阻抗反射层下设置一层多孔结构层，接着在多孔结构层下方生长高声阻抗反射层；
然后按照低声阻抗反射层、多孔结构层和高声阻抗反射层为一个循环的结构，再生长两个循环的反射层和多孔结构层。最后将衬底与压电材料有反射层的一侧键合，本实施例中，反射层循环共计生长3个循环。
步骤2、将步骤1中得到的键合后的中间产物进行热处理，使压电材料的薄膜剥离，再在压电材料剥离后的一侧生长上电极，即得固态反射型声表面波谐振器，结构如图3所示。
Claims (7)
1.一种固态反射型声表面波谐振器，从下至上依次包括：衬底、反射层、压电薄膜和上电极，其特征在于：
所述反射层是以一层低声阻抗反射层叠在一层高声阻抗反射层上为一个循环的n循环叠层结构，n取1-5，且至少一个循环中包含有一层多孔结构层。
2.如权利要求1所述固态反射型声表面波谐振器，其特征在于：所述压电薄膜的材料为铌酸锂LN、钽酸锂LT或石英。
3.如权利要求1所述固态反射型声表面波谐振器，其特征在于：所述多孔结构层的材料为多晶硅、非晶硅或多晶碳化硅。
4.如权利要求1所述固态反射型声表面波谐振器，其特征在于：所述多孔结构层的单层厚度为50nm-1000nm，总厚度为100nm-5000nm。
5.如权利要求1所述固态反射型声表面波谐振器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、取经过离子注入的压电材料，并在压电材料的注入面下方生长反射层，然后将衬底与压电材料有反射层的一侧键合；
或者，在衬底上生长反射层，取经过离子注入的压电材料，将压电材料的注入面与衬底具有反射层的一侧键合；
或者，分别在离子注入的压电材料其注入面生长反射层，衬底生长反射层；然后将衬底生长反射层一侧与压电材料具有反射层的一侧键合；
所述反射层是以一层低声阻抗反射层叠在一层高声阻抗反射层上为一个循环的n循环叠层结构，n取1-5，且至少一个循环中包含有一层多孔结构层；
步骤2、将步骤1中得到的键合后的中间产物进行热处理，使压电材料的薄膜剥离，再在压电材料剥离后的一侧生长上电极，即得。
6.如权利要求5所述固态反射型声表面波谐振器的制备方法，其特征在于：所述多孔结构层的制备方法为物理气相沉积，化学气相沉积或离子刻蚀。
7.如权利要求6所述固态反射型声表面波谐振器的制备方法，其特征在于：所述多孔结构层采用离子刻蚀方法制备时，离子刻蚀的气体采用六氟化硫SF6、四氟化碳CF4、三氟甲烷CHF3、氩气Ar或氧气O2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110273851.3A CN113162579A (zh) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | 一种固态反射型声表面波谐振器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110273851.3A CN113162579A (zh) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | 一种固态反射型声表面波谐振器及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113162579A true CN113162579A (zh) | 2021-07-23 |
Family
ID=76887350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110273851.3A Pending CN113162579A (zh) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | 一种固态反射型声表面波谐振器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113162579A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102946236A (zh) * | 2012-10-22 | 2013-02-27 | 华中科技大学 | 一种可调薄膜体声波谐振器及其制备方法 |
| WO2020209152A1 (ja) * | 2019-04-08 | 2020-10-15 | 株式会社村田製作所 | 弾性波デバイスおよびそれを備えたフィルタ装置 |
| CN111868745A (zh) * | 2018-03-16 | 2020-10-30 | 福瑞斯恩系统 | 用于rfid和传感器应用的saw标签的复合基板 |
-
2021
- 2021-03-15 CN CN202110273851.3A patent/CN113162579A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102946236A (zh) * | 2012-10-22 | 2013-02-27 | 华中科技大学 | 一种可调薄膜体声波谐振器及其制备方法 |
| CN111868745A (zh) * | 2018-03-16 | 2020-10-30 | 福瑞斯恩系统 | 用于rfid和传感器应用的saw标签的复合基板 |
| WO2020209152A1 (ja) * | 2019-04-08 | 2020-10-15 | 株式会社村田製作所 | 弾性波デバイスおよびそれを備えたフィルタ装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王晓学 等: "布喇格反射型宽带单晶薄膜体声波滤波器", 《压电与声光》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220352862A1 (en) | Methods for fabrication of bonded wafers and surface acoustic wave devices using same | |
| EP4072013A1 (en) | Bulk acoustic resonator with electrode having void layer, filter, and electronic device | |
| US9099984B2 (en) | HBAR resonator comprising a structure for amplifying the amplitude of at least one resonance of said resonator and methods for producing such a resonator | |
| EP4050795A1 (en) | Bulk acoustic resonator, filter, and electronic device | |
| KR20010082097A (ko) | 아연 산화물에 기초한 공진기 제조 방법 | |
| WO2024055980A1 (zh) | 声表面波谐振装置及其形成方法 | |
| CN112737543A (zh) | 一种基于poi结构的高性能声表面波谐振器及制造方法 | |
| CN111342803A (zh) | 薄膜体声波谐振器 | |
| WO2022000809A1 (zh) | 谐振器及其制备方法 | |
| JP7306726B2 (ja) | フィルムバルク音響波共振器の製造方法 | |
| CN114499450A (zh) | 一种baw滤波器结构及制备方法 | |
| JP3941502B2 (ja) | 表面弾性波素子 | |
| Pijolat et al. | Large electromechanical coupling factor film bulk acoustic resonator with X-cut LiNbO3 layer transfer | |
| WO2022087825A1 (zh) | 谐振器及其制作方法、滤波器、电子设备 | |
| WO2020155192A1 (zh) | 谐振器及半导体器件 | |
| US20220385267A1 (en) | Surface acoustic wave device with high electromechanical coupling coefficient based on double-layer electrodes and preparation method thereof | |
| CN113162579A (zh) | 一种固态反射型声表面波谐振器及其制备方法 | |
| CN109995342B (zh) | 空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法 | |
| FI121722B (fi) | Levykondensaattori- tai levyresonaattorijärjestely | |
| CN211744436U (zh) | 薄膜体声波谐振器 | |
| JP2004336600A (ja) | 弾性表面波デバイス | |
| CN114124023A (zh) | 一种多层同质的压电结构及制备方法 | |
| CN112332798A (zh) | 一种固态装配型薄膜体声波谐振器及其制作方法 | |
| US20230090976A1 (en) | Bulk Acoustic Resonator and Filter | |
| JP2020043403A (ja) | 弾性波共振器、フィルタおよびマルチプレクサ |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210723 |