CN113328723A - 一种弹性波谐振器及其制备方法 - Google Patents

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CN113328723A CN202110665708.9A CN202110665708A CN113328723A CN 113328723 A CN113328723 A CN 113328723A CN 202110665708 A CN202110665708 A CN 202110665708A CN 113328723 A CN113328723 A CN 113328723A
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吴进波
张师斌
周鸿燕
张丽萍
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Abstract

本发明提供一种弹性波谐振器及其制备方法，所述弹性波谐振器至少包括：支撑衬底；压电层，形成于所述支撑衬底的上表面；叉指电极，形成于所述压电层的上表面；反射增强结构，至少形成于所述叉指电极的左右两侧，且形成于所述压电层的上表面及/或所述压电层中。通过本发明提供的弹性波谐振器及其制备方法，改善了现有弹性波谐振器声学能量泄露的问题。

Description

一种弹性波谐振器及其制备方法
技术领域
本发明属于微电子器件技术领域，特别是涉及一种弹性波谐振器及其制备方法。
背景技术
随着无线通信技术的发展，电子技术向5G迈进并朝向更小、更轻、更薄的方向发展。压电射频(RF)微机电系统(MEMS)谐振器已经被用来作为射频系统前端以实现选频和抑制干扰功能，其工作原理是利用压电薄膜实现机械能和电能的转换。
现代通讯行业对信号质量的要求越来越高以及对通信频谱资源的争夺也越演越烈，低损耗、宽带宽、可调谐以及温度稳定性已经成为通讯行业的普遍追求目标。声学谐振器包括声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)谐振器和体声波(Bulk Acoustic Wave，BAW)谐振器，因其体积小、带宽大、Q值高目前已经广泛应用于通信领域。其中SAW谐振器成本较低，在2.7GHz以下的频段有无可取代的优势，而体声波谐振器通过减小压电薄膜厚度轻松实现更高频段的滤波器。然而不论是SAW谐振器还是BAW谐振器，如何进一步减少声学损耗提高Q值成为了当前的首要挑战。
对于SAW谐振器，由于声波会向四周以及衬底泄露，因此反射栅电极以及异质衬底被应用来抑制这种声学损耗；低损耗、低电导率、低介电常数以及高声速的支撑衬底已经被应用在SAW谐振器器件中，但是很少有在反射栅的优化上实现谐振器Q值的明显提高。对于BAW谐振器，通过背部掏空工艺能够抑制声波向衬底泄漏，但由于没有定义水平方向的声学边界，反射栅电极仍然是十分重要的约束声学能量的方法，因此即便对于BAW谐振器，通过优化反射栅来优化器件性能仍然是一个十分重要的途径。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种弹性波谐振器及其制备方法，用于解决现有弹性波谐振器声学能量泄露的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种弹性波谐振器，所述弹性波谐振器至少包括：
支撑衬底；
压电层，形成于所述支撑衬底的上表面；
叉指电极，形成于所述压电层的上表面；
反射增强结构，至少形成于所述叉指电极的左右两侧，且形成于所述压电层的上表面及/或所述压电层中。
可选地，所述反射增强结构包括：加厚反射栅或嵌入反射栅；其中，
所述加厚反射栅包括：反射栅电极和至少一层电极加厚层，所述反射栅电极形成于所述叉指电极的左右两侧，且形成于所述压电层的上表面，所述电极加厚层形成于所述反射栅电极的上表面；
所述嵌入反射栅包括：反射栅电极，形成于所述叉指电极的左右两侧，且至少部分嵌入所述压电层中；或者，
所述嵌入反射栅包括：反射栅电极和至少一层电极加厚层，所述反射栅电极形成于所述叉指电极的左右两侧，所述电极加厚层形成于所述反射栅电极的上表面，所述反射栅电极和所述电极加厚层至少部分嵌入所述压电层中。
可选地，所述反射增强结构还包括：栅电极指间槽和汇流条侧槽中的至少一种；其中，所述栅电极指间槽形成于所述反射栅电极的相邻两电极指之间，且形成于所述压电层中；所述汇流条侧槽形成于所述叉指电极前后两侧，且形成于所述压电层中。
可选地，所述反射增强结构包括：反射栅电极，形成于所述叉指电极的左右两侧，且形成于所述压电层的上表面；所述反射增强结构还包括：栅电极指间槽和汇流条侧槽中的至少一种；其中，所述栅电极指间槽形成于所述反射栅电极的相邻两电极指之间，且形成于所述压电层中；所述汇流条侧槽形成于所述叉指电极前后两侧，且形成于所述压电层中。
可选地，所述反射增强结构包括：反射槽，形成于所述叉指电极的左右两侧，且形成于所述压电层中；所述反射槽包括至少一个槽体，在所述槽体数量大于1个时，多个所述槽体沿垂直于所述叉指电极的电极指方向呈周期性排布。
可选地，所述反射增强结构还包括：汇流条侧槽，形成于所述叉指电极前后两侧，且形成于所述压电层中。
可选地，所述汇流条侧槽与所述反射槽连通。
本发明还提供了一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：
提供一中间结构，其中，所述中间结构包括：支撑衬底及形成于所述支撑衬底上表面的压电层；
于所述压电层上表面形成叉指电极，并于所述压电层上表面及/或所述压电层中形成反射增强结构；其中，所述反射增强结构至少形成于所述叉指电极的左右两侧。
可选地，形成所述叉指电极和所述反射增强结构的方法包括：
于所述压电层的上表面形成叉指电极和反射栅电极，并于所述反射栅电极的上表面形成至少一层电极加厚层，其中，所述反射栅电极形成于所述叉指电极的左右两侧；或者，
于所述压电层中形成嵌入槽，之后于所述压电层的上表面形成叉指电极，同时于所述嵌入槽中形成反射栅电极，其中，所述反射栅电极形成于所述叉指电极的左右两侧；或者，
于所述压电层中形成嵌入槽，之后于所述压电层的上表面形成叉指电极，同时于所述嵌入槽中形成反射栅电极，最后于所述反射栅电极的上表面形成至少一层电极加厚层，其中，所述反射栅电极形成于所述叉指电极的左右两侧。
可选地，所述方法还包括：于所述压电层中形成栅电极指间槽及/或汇流条侧槽的步骤；其中，所述栅电极指间槽形成于所述反射栅电极的相邻两电极指之间；所述汇流条侧槽形成于所述叉指电极前后两侧。
可选地，形成所述叉指电极和所述反射增强结构的方法包括：于所述压电层的上表面形成叉指电极和反射栅电极，其中，所述反射栅电极形成于所述叉指电极的左右两侧；所述方法还包括：于所述压电层中形成栅电极指间槽及/或汇流条侧槽的步骤，其中，所述栅电极指间槽形成于所述反射栅电极的相邻两电极指之间，所述汇流条侧槽形成于所述叉指电极前后两侧。
可选地，形成所述叉指电极和所述反射增强结构的方法包括：于所述压电层中形成反射增强结构，并于所述压电层的上表面形成叉指电极；其中，所述反射增强结构包括：反射槽，形成于所述叉指电极的左右两侧；所述反射槽包括至少一个槽体，在所述槽体数量大于1个时，多个所述槽体沿垂直于所述叉指电极的电极指方向呈周期性排布。
可选地，所述方法还包括：于所述压电膜中形成汇流条侧槽的步骤，其中，所述汇流条侧槽形成于所述叉指电极前后两侧。
可选地，所述汇流条侧槽与所述反射槽连通。
如上所述，本发明的弹性波谐振器及其制备方法，本发明通过设置反射增强结构，可以有效提高叉指电极外围反射增强结构中高声速区域和低声速区域的声速差，从而大大提高反射增强结构对叉指电极区域声波反射的作用频率范围以及反射系数，使得弹性波能量能够很好地约束在叉指电极区域，减少声学能量的泄露，实现在不影响谐振频率的前提下，在更宽的频率范围内大大提高弹性波的约束能力，从而有效提高弹性波谐振器的Q值，同时还可以将纵向高阶模态移到通带以外。本发明的弹性波谐振器的制备工艺较为简便，成本较低，且不会增加器件的面积，适合于大规模生产高性能可商用的弹性波谐振器。
附图说明
图1显示为本发明实施例一所述弹性波谐振器的结构示意图，其中反射增强结构为加厚反射栅，且图1所示结构作为示例1。
图2显示为对比例1所述弹性波谐振器在不同叉指电极对数下所对应的导纳曲线图。
图3显示为对比例1所述弹性波谐振器具有不同叉指电极对数时，谐振点和反谐振点所对应的Q值变化曲线图。
图4显示为对比例1所述弹性波谐振器在不同反射栅对数下所对应的导纳曲线图。
图5显示为对比例1所述弹性波谐振器具有不同反射栅对数时，谐振点和反谐振点所对应的Q值变化曲线图。
图6显示为示例1所述弹性波谐振器在电极加厚层为Si层时，不同厚度Si层所对应的导纳曲线图。
图7显示为示例1所述弹性波谐振器在电极加厚层为Si层且具有不同厚度时，谐振点和反谐振点所对应的Q值变化曲线图。
图8显示为加厚反射栅、增加反射栅电极对数、增加叉指电极对数、同时增加叉指电极对数和反射栅电极对数以及未优化五种情况所对应的Bode Q值曲线变化图。
图9显示为本发明实施例二所述弹性波谐振器的结构示意图，其中反射增强结构为加厚反射栅结合栅电极指间槽。
图10显示为本发明实施例三所述弹性波谐振器的结构示意图，其中反射增强结构为加厚反射栅结合汇流条侧槽。
图11显示为本发明实施例四所述弹性波谐振器的结构示意图，其中反射增强结构为加厚反射栅结合栅电极指间槽以及汇流条侧槽。
图12显示为本发明实施例五所述弹性波谐振器的结构示意图，其中反射增强结构为反射栅电极结合栅电极指间槽。
图13显示为本发明实施例六所述弹性波谐振器的结构示意图，其中反射增强结构为反射栅电极结合汇流条侧槽。
图14显示为本发明实施例七所述弹性波谐振器的结构示意图，其中反射增强结构为反射栅电极结合栅电极指间槽以及汇流条侧槽。
图15显示为本发明实施例八所述弹性波谐振器的结构示意图，其中反射增强结构为嵌入反射栅，且所述嵌入反射栅包括反射栅电极和电极加厚层。
图16显示为本发明实施例九所述弹性波谐振器的结构示意图，其中反射增强结构为嵌入反射栅结合汇流条侧槽。
图17显示为本发明实施例十所述弹性波谐振器的结构示意图，其中反射增强结构为嵌入反射栅结合栅电极指间槽。
图18显示为本发明实施例十一所述弹性波谐振器的一种结构示意图，其中反射增强结构为嵌入反射栅结合栅电极指间槽以及汇流条侧槽。
图19显示为本发明实施例十二所述弹性波谐振器的一种结构示意图，其中反射增强结构为嵌入反射栅，且所述反射栅包括反射栅电极。
图20显示为本发明实施例十三所述弹性波谐振器的一种结构示意图，其中反射增强结构为嵌入反射栅结合汇流条侧槽。
图21显示为本发明实施例十四所述弹性波谐振器的一种结构示意图，其中反射增强结构为嵌入反射栅结合栅电极指间槽。
图22显示为本发明实施例十五所述弹性波谐振器的一种结构示意图，其中反射增强结构为嵌入反射栅结合栅电极指间槽以及汇流条侧槽。
图23显示为本发明实施例十六所述弹性波谐振器的一种结构示意图，其中反射增强结构为反射槽。
图24显示为本发明实施例十七所述弹性波谐振器的一种结构示意图，其中反射增强结构为反射槽结合汇流条侧槽。
图25显示为本发明实施例十八所述弹性波谐振器的一种结构示意图，其中反射增强结构为周边槽。
图26显示为本发明实施例十九所述弹性波谐振器的一种结构示意图，其中反射增强结构为周期性排布的反射槽。
图27显示为本发明实施例二十所述弹性波谐振器的一种结构示意图，其中反射增强结构为周期性排布的反射槽结合汇流条侧槽。
元件标号说明
100 支撑衬底
200 压电层
300 叉指电极
301 第一汇流条
302 第二汇流条
303 第一电极指
304 第二电极指
400 反射增强结构
401 反射栅电极
402 电极加厚层
403 栅电极指间槽
404 汇流条侧槽
405 反射槽
406 周边槽
500 能量反射结构
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图27。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种弹性波谐振器，所述弹性波谐振器至少包括：
支撑衬底100；
压电层200，形成于所述支撑衬底100的上表面；
叉指电极300，形成于所述压电层200的上表面；
反射增强结构400，形成于所述叉指电极300的左右两侧，且形成于所述压电层200的上表面。
本示例中，所述叉指电极300的右侧是指图1中箭头D1所指方向，叉指电极300的左侧是指图1中箭头D1所指方向的反方向，叉指电极300的前侧是指图1中箭头D2所指方向，叉指电极300的后侧是指图1中箭头D2所指方向的反方向。需要注意的是，其它示例中所述叉指电极300的左、右、前、后侧可参考本示例。
具体的，所述支撑衬底100包括但不限于与压电层材料相同的单晶压电衬底(如与压电层材料、切型均相同的单晶压电衬底，或与压电层材料相同但切型不同的单晶压电衬底)，或非压电材料、且电阻率高于1000Ω·cm的高阻衬底。所述支撑衬底100的电阻率很高，利用其与压电层200的各向异性可以抑制声波能量向衬底泄露、抑制杂模。在本实施例中，所述支撑衬底100选用硅衬底。
具体的，所述压电层200包括至少一层压电薄膜，其材料包括铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅(PZT)、铌镁钛酸铅(PMN-PT)中的至少一种，其厚度由实际应用中所需要产生的弹性波频段来确定。
具体的，所述叉指电极300包括：第一汇流条301、第二汇流条302、第一电极指303及第二电极指304，所述第一汇流条301与所述第二汇流条302平行排布，所述第一电极指303垂直固定于所述第一汇流条301上，所述第二电极指304垂直固定于所述第二汇流条302上，所述第一电极指303和所述第二电极指304交替间隔排布于所述第一汇流条301和所述第二汇流条302之间。更具体的，所述叉指电极300的材料包括铜、银、金、铝、铂、镍、钼、钨、铬、钛及其合金中的任一种。
具体的，如图1所示，所述反射增强结构400包括加厚反射栅；其中，所述加厚反射栅包括：反射栅电极401和至少一层电极加厚层402，所述反射栅电极401形成于所述叉指电极300的左右两侧，且形成于所述压电层200的上表面，所述电极加厚层402形成于所述反射栅电极401的上表面。更具体的，所述反射栅电极401的材料包括铜、银、金、铝、铂、镍、钼、钨、铬、钛及其合金中的任一种，所述电极加厚层402的材料包括金、铝、铬、钛、硅、氧化硅中的至少一种。本实施例中，还可以改变叉指电极300和/或反射栅电极401的周期，使得叉指电极300和反射栅电极401的周期不同，达到有效反射的频率范围整体向更高频或更低频移动目的；将其与加厚反射栅结合，能够在需要的频率范围内获得更高反射率。
具体的，所述弹性波谐振器还包括：能量反射结构500，形成于所述支撑衬底100中或形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间；其中，所述能量反射结构500包括：形成于所述支撑衬底100中的空腔、形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的单层反射层、或形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的布拉格反射层。更具体的，所述单层反射层可以由与压电层材料声阻抗失配的材料制成，也可以是通过人为离子注入或掺杂而形成的声阻抗突变层；所述布拉格反射层由两种声阻抗差距较大的材料交替堆叠形成。本实施例中，能量反射结构500是由二氧化硅制成的单层反射层(如图1所示)，其厚度可由实际应用中所需要产生的弹性波频段来确定。
具体的，在能量反射结构500为空腔时，所述弹性波谐振器还包括介质层，所述介质层形成于压电层200与支撑衬底100之间，通常采用氧化硅等用于温度补偿的材料或者采用碳化硅、氮化铝等高导热率的材料，用以进行温度补偿或提高散热，同时还可以提高结构稳定性。
具体的，所述弹性波谐振器激发的目标弹性波包括：瑞利波、对称型兰姆波、反对称型兰姆波、水平剪切波及其高阶模态中的至少一种。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：
步骤1)提供一中间结构，其中，所述中间结构包括：支撑衬底100及形成于所述支撑衬底100上表面的压电层200；
步骤2)于所述压电层200上表面形成叉指电极300，并于所述压电层200上表面形成反射增强结构400；其中，所述反射增强结构400形成于所述叉指电极300的左右两侧。
具体的，步骤1)中，形成中间结构的方法包括：
步骤1.1)提供一支撑衬底100，
步骤1.2)于所述支撑衬底100的上表面形成一压电层200。
具体的，步骤2)中，形成所述叉指电极300和所述反射增强结构400的方法包括：
于所述压电层200的上表面形成叉指电极300和反射栅电极401，并于所述反射栅电极401的上表面形成至少一层电极加厚层402，其中，所述反射栅电极401形成于所述叉指电极300的左右两侧。
更具体的，采用沉积工艺于所述压电层200的上表面依次形成金属材料层及电极加厚材料层，并对所述电极加厚材料层及所述金属材料层进行图形化刻蚀，以于所述压电层200的上表面形成叉指电极300和反射栅电极401，并去除叉指电极300上表面的电极加厚材料层，于所述反射栅电极401的上表面形成电极加厚层402。当然，本实施例中除了利用蚀刻工艺形成所述叉指电极300和反射栅电极401外，还可以利用剥离工艺。更具体的，于压电层200上表面利用光刻胶定义出叉指电极和反射栅电极的图形，采用沉积工艺于所述压电层200和光刻胶上表面依次沉积金属材料层及电极加厚材料层，利用剥离工艺去除光刻胶，以形成叉指电极300和反射栅电极401，并去除叉指电极300上表面的电极加厚材料层，于所述反射栅电极401的上表面形成电极加厚层402。
具体的，所述制备方法还包括：形成能量反射结构500的步骤，所述能量反射结构500包括：形成于所述支撑衬底100中的空腔、形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的单层反射层、或形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的布拉格反射层。更具体的，在所述能量反射结构500为空腔时，可在步骤2)之后执行形成能量反射结构500的步骤，如；采用背部刻蚀于所述支撑衬底100中形成暴露出所述压电层200的空腔；当然，也可先在支撑衬底上表面形成牺牲层，之后再于压电层上形成刻蚀孔去除部分牺牲层以形成空腔。在所述能量反射结构500为单层反射层或布拉格反射层时，可在形成所述压电层200之前执行形成所述能量反射结构500的步骤，如采用沉积工艺于所述支撑衬底100的上表面形成单层反射层或布拉格反射层；其中，所述单层反射层可以由与压电层材料声阻抗失配的材料制成，也可以是通过人为离子注入或掺杂而形成的声阻抗突变层；所述布拉格反射层由两种声阻抗差距较大的材料交替堆叠形成。
具体的，在所述弹性波谐振器包括能量反射结构500，且能量反射结构500为空腔时，在形成所述压电层200之前，所述制备方法还包括：于所述支撑衬底100的上表面形成介质层的步骤；此时，压电层200是形成在介质层的上表面。
下面以图1所示弹性波谐振器的结构作为示例1，于该结构中去除电极加厚层后的结构作为对比例1，以此对本实施例所述弹性波谐振器的性能进行说明。
示例1：以Si作为支撑衬底；以SiO2作为能量反射层；以Y42°LiNbO3作为压电薄膜，激发产生SH0模式，所述弹性波谐振器具有加厚反射栅，包括反射栅电极和电极加厚层。
对比例1：以Si作为支撑衬底；以SiO2作为能量反射层；以Y42°LiNbO3作为压电薄膜，激发产生SH0模式，所述弹性波谐振器仅包括反射栅电极。
图2为对比例1所述弹性波谐振器在不同叉指电极对数(20对、30对、50对、60对、80对、120对)下所对应的导纳曲线图，从图中可以看出，随着叉指电极对数的增加，谐振频率得到明显改善，整体的导纳比得到提高，但是反谐振频率处无明显变化。
图3显示为对比例1所述弹性波谐振器具有不同叉指电极对数时，谐振点和反谐振点所对应的Q值变化曲线图，从图中可以看出，增加叉指电极对数到一定程度后，Qs和Qp都不再增加，Qp仅仅达到预设Q值2000的一半。
图4显示为对比例1所述弹性波谐振器在不同反射栅电极对数(10对、25对、40对、80对)下所对应的导纳曲线图，从图中可以看出，反射栅电极对数增加到一定程度后同样无法继续改善能量的泄露问题，此处为了便于观察图中对每条曲线进行了分离。
图5显示为对比例1所述弹性波谐振器具有不同反射栅对数时，谐振点和反谐振点所对应的Q值变化曲线图，从图中可以看出，即使增加反射栅电极对数，Qs始终在1000以下。
图6显示为示例1所述弹性波谐振器在电极加厚层为Si层时，不同厚度Si层(0nm、50nm、100nm、125nm、150nm、200nm、300nm)所对应的导纳曲线图。从图中可以看出，通过改变硅层的厚度，谐振频率与反谐振频率之间的纵向高阶模态逐渐左移到了低于谐振频率的频段，这里为了方便观察对每条曲线进行了分离。由此得出，加厚反射栅电极能够增强弹性波的反射，在不改变压电衬底的前提下最大程度上抑制谐振频率和反谐振频率处的声学损耗。
图7显示为示例1所述弹性波谐振器在电极加厚层为Si层且具有不同厚度时，谐振点和反谐振点所对应的Q值变化曲线图。从图中可以看出，当硅层的厚度达到125nm左右时，Qs和Qp均接近预设的Q值2000，这意味着在谐振频率和反谐振频率之间声学泄露引起的损耗几乎可以忽略不计，这是仅仅依靠改变叉指电极和反射栅对数所无法做到的。
图8显示为对比例1所述弹性波谐振器(如图8中标为1的曲线)、在对比例1所述弹性波谐振器中增加反射栅电极对数(如图8中标为2的曲线)、在对比例1所述弹性波谐振器中增加叉指电极对数(如图8中标为3的曲线)、在对比例1所述弹性波谐振器中同时增加叉指电极对数和反射栅电极对数(如图8中标为4的曲线)、示例1所述弹性波谐振器(如图8中标为5的曲线)五种结构所对应的Bode Q值曲线变化图。从图中可以看出，在1.92GHz～2.06GHz频率范围内，示例1所述弹性波谐振器的Bode Q值均达到2000以上，对比例1所述弹性波谐振器在未优化、仅增加反射栅电极对数、仅增加叉指电极对数、同时增加叉指电极对数和反射栅电极对数四种情况下，在1.92GHz～2.02GHz频率范围内，Bode Q值始终在1000以下，仅在2.02GHz～2.06GHz频率范围内，Bode Q值才达到2000以上，由此可以得出，示例1所述弹性波谐振器在不改变叉指电极和反射栅对数的前提下，可以实现更宽范围内的更高的Bode Q值。
而且，在对比例1的基础上增加叉指电极和反射栅电极对数也会增大器件的面积，增加制作成本；而示例1所述弹性波谐振器利用加厚反射栅，能够大大节省了器件面积，降低工艺难度。
实施例二
如图9所示，本实施例所提供的弹性波谐振器是在实施例一所述弹性波谐振器的基础上增加了所述栅电极指间槽403；换句话说，本实施例所述反射增强结构400包括：所述反射栅电极401、所述电极加厚层402和所述栅电极指间槽403，其中，所述栅电极指间槽403形成于所述反射栅电极401的相邻两电极指之间，且形成于所述压电层200中。所述栅电极指间槽403能够使反射增强结构中高声速区域和低声速区域的声速差进一步增大，从而增大反射系数。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法在实施例一所述制备方法的基础上，还包括步骤3)于所述反射栅电极401的相邻两电极指之间形成所述栅电极指间槽403。具体的，所述栅电极指间槽403可通过刻蚀所述反射栅电极401相邻的两电极指之间的所述压电层200而形成。当然，所述栅电极指间槽403还可以在形成叉指电极300和反射栅电极401之前形成，这对本实施例没有影响。
实施例三
如图10所示，本实施例提供的弹性波谐振器是在实施例一所述弹性波谐振器的基础上增加了所述汇流条侧槽404；换句话说，本实施例所述反射增强结构400包括：所述反射栅电极401、所述电极加厚层402以及所述汇流条侧槽404，其中，所述汇流条侧槽404形成于所述叉指电极300的前后两侧，且形成于所述压电层200中。所述压电层200产生的弹性波是向所述叉指电极300左右两侧的方向传播，但其能量同样会在所述叉指电极300前后两侧的方向泄露，因此在所述叉指电极300前后两侧增加所述汇流条侧槽404能够进一步地约束能量，防止能量的泄露。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法在实施例一所述制备方法的基础上，还包括步骤3)中于所述叉指电极300的前后两侧形成所述汇流条侧槽404。具体的，所述汇流条侧槽404可通过刻蚀所述叉指电极300前后两侧的所述压电层200而形成。当然，所述汇流条侧槽404还可以在形成叉指电极300之前形成，这对本实施例没有影响。
实施例四
如图11所示，本实施例提供的弹性波谐振器是在实施例一所述弹性波谐振器的基础上增加了所述栅电极指间槽403和所述汇流条侧槽404；换句话说，本实施例所述反射增强结构400包括：所述反射栅电极401、所述电极加厚层402、所述栅电极指间槽403和所述汇流条侧槽404，其中，所述栅电极指间槽403形成于所述反射栅电极401的相邻两电极指之间，且形成于所述压电层200中，所述汇流条侧槽404形成于所述叉指电极300的前后两侧，且形成于所述压电层200中。所述栅电极指间槽403能够使反射增强结构中高声速区域和低声速区域的声速差进一步增大，从而增大反射系数；所述汇流条侧槽404的存在能够在叉指电极前后两侧方向上进一步约束能量，防止能量的泄露。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法在实施例一所述制备方法的基础上，还包括步骤3)于所述反射栅电极401的相邻两电极指之间形成所述栅电极指间槽403，并于所述叉指电极300的前后两侧形成所述汇流条侧槽404。具体的，通过刻蚀所述反射栅电极401相邻两电极指之间的所述压电层200形成所述栅电极指间槽403，通过刻蚀所述叉指电极300前后两侧的所述压电层200形成所述汇流条侧槽404。当然，所述栅电极指间槽403和所述汇流条侧槽404还可以在形成所述叉指电极300之前形成，这对本实施例没有影响。
实施例五
如图12所示，本实施例提供一种弹性波谐振器，所述弹性波谐振器至少包括：
支撑衬底100；
压电层200，形成于所述支撑衬底100的上表面；
叉指电极300，形成于所述压电层200的上表面；
反射增强结构400，形成于所述叉指电极300的左右两侧，且形成于所述压电层200的上表面及所述压电层200中。
具体的，所述支撑衬底100包括但不限于与压电层材料相同的单晶压电衬底(如与压电层材料、切型均相同的单晶压电衬底，或与压电层材料相同但切型不同的单晶压电衬底)，或非压电材料、且电阻率高于1000Ω·cm的高阻衬底。所述支撑衬底100的电阻率很高，利用其与压电层200的各向异性可以抑制声波能量向衬底泄露、抑制杂模。在本实施例中，所述支撑衬底100选用硅衬底。
具体的，所述压电层200包括至少一层压电薄膜，其材料包括铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅(PZT)、铌镁钛酸铅(PMN-PT)中的至少一种，其厚度由实际应用中所需要产生的弹性波频段来确定。
具体的，所述叉指电极300包括：第一汇流条301、第二汇流条302、第一电极指303及第二电极指304，所述第一汇流条301与所述第二汇流条302平行排布，所述第一电极指303垂直固定于所述第一汇流条301上，所述第二电极指304垂直固定于所述第二汇流条302上，所述第一电极指303和所述第二电极指304交替间隔排布于所述第一汇流条301和所述第二汇流条302之间。更具体的，所述叉指电极300的材料包括铜、银、金、铝、铂、镍、钼、钨、铬、钛及其合金中的任一种。
具体的，如图12所示，所述反射增强结构400包括反射栅电极401和栅电极指间槽403；所述反射栅电极401形成于所述叉指电极300的左右两侧，且形成于所述压电层200的上表面，所述栅电极指间槽403形成于反射栅电极401相邻两电极指之间，且形成于所述压电层200中。更具体的，所述反射栅电极401的材料包括铜、银、金、铝、铂、镍、钼、钨、铬、钛及其合金中的任一种。本实施例中，还可以改变叉指电极300和/或反射栅电极401的周期，使得叉指电极300和反射栅电极401的周期不同，达到有效反射的频率范围整体向更高频或更低频移动目的，将其与上述反射增强结构400结合，能够在需要的频率范围内获得更高反射率。
具体的，所述弹性波谐振器还包括：能量反射结构500，形成于所述支撑衬底100中或形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间；其中，所述能量反射结构500包括：形成于所述支撑衬底100中的空腔、形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的单层反射层、或形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的布拉格反射层。更具体的，所述单层反射层可以由与压电层材料声阻抗失配的材料制成，也可以是通过人为离子注入或掺杂而形成的声阻抗突变层；所述布拉格反射层由两种声阻抗差距较大的材料交替堆叠形成。本实施例中，能量反射结构500是由二氧化硅制成的单层反射层，其厚度可由实际应用中所需要产生的弹性波频段来确定。
具体的，在能量反射结构500为空腔时，所述弹性波谐振器还包括介质层，所述介质层形成于压电层200与支撑衬底100之间，通常采用氧化硅等用于温度补偿的材料或者采用碳化硅、氮化铝等高导热率的材料，用以进行温度补偿或提高散热，同时还可以提高结构稳定性。
具体的，所述弹性波谐振器激发的目标弹性波包括：瑞利波、对称型兰姆波、反对称型兰姆波、水平剪切波及其高阶模态中的至少一种。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：
步骤1)提供一中间结构，其中，所述中间结构包括：支撑衬底100及形成于所述支撑衬底100上表面的压电层200；
步骤2)于所述压电层200上表面形成叉指电极300，并于所述压电层200上表面及所述压电层200中形成反射增强结构400；其中，所述反射增强结构400形成于所述叉指电极300的左右两侧。
具体的，步骤1)中，形成中间结构的方法包括：
步骤1.1)提供一支撑衬底100，
步骤1.2)于所述支撑衬底100的上表面形成一压电层200。
具体的，步骤2)中，形成所述叉指电极300和所述反射增强结构400的方法包括：
于所述压电层200的上表面形成叉指电极300和反射栅电极401，并于所述反射栅电极401相邻两电极指之间形成栅电极指间槽403；其中，所述反射栅电极401形成于所述叉指电极300的左右两侧。
更具体的，采用沉积工艺于所述压电层200的上表面形成金属材料层，并对所述金属材料层进行图形化刻蚀，以于所述压电层200的上表面形成叉指电极300和反射栅电极401；蚀刻所述反射栅电极401相邻两电极指之间的所述压电层200形成栅电极指间槽403。当然，本实施例中除了利用蚀刻工艺形成所述叉指电极300和反射栅电极401外，还可以利用剥离工艺。更具体的，于压电层200上表面利用光刻胶定义出叉指电极和反射栅电极的图形，采用沉积工艺于所述压电层200和光刻胶上表面沉积金属材料层，利用剥离工艺去除光刻胶，以形成叉指电极300和反射栅电极401。
具体的，所述制备方法还包括：形成能量反射结构500的步骤，所述能量反射结构500包括：形成于所述支撑衬底100中的空腔、形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的单层反射层、或形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的布拉格反射层。更具体的，在所述能量反射结构500为空腔时，可在步骤2)之后执行形成能量反射结构500的步骤，如；采用背部刻蚀于所述支撑衬底100中形成暴露出所述压电层200的空腔；当然，也可先在支撑衬底上表面形成牺牲层，之后再于压电层上形成刻蚀孔去除部分牺牲层以形成空腔。在所述能量反射结构500为单层反射层或布拉格反射层时，可在形成压电层200之前执行形成能量反射结构500的步骤，如采用沉积工艺于所述支撑衬底100的上表面形成单层反射层或布拉格反射层；其中，所述单层反射层可以由与压电层材料声阻抗失配的材料制成，也可以是通过人为离子注入或掺杂而形成的声阻抗突变层；所述布拉格反射层由两种声阻抗差距较大的材料交替堆叠形成。
具体的，在所述弹性波谐振器包括能量反射结构500，且能量反射结构为空腔时，在形成所述压电层200之前，所述制备方法还包括：于所述支撑衬底100的上表面形成介质层的步骤；此时，压电层200是形成在介质层的上表面。
实施例六
如图13所示，本实施例与实施例五的区别在于，本实施例所述反射增强结构400包括：反射栅电极401和汇流条侧槽404；其中，所述反射栅电极401形成于所述叉指电极300的左右两侧，且形成于所述压电层200的上表面，所述汇流条侧槽404形成于所述叉指电极300的前后两侧，且形成于所述压电层200中。所述汇流条侧槽404的存在能够在叉指电极前后两侧方向上进一步约束能量，防止能量的泄露。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法与实施例五所述制备方法的区别在于：步骤2)中形成所述叉指电极300和所述反射增强结构400的方法包括：
于所述压电层200的上表面形成叉指电极300和反射栅电极401，并于所述压电层200中形成汇流条侧槽404，其中，所述反射栅电极401形成于所述叉指电极300的左右两侧，所述汇流条侧槽404形成于所述叉指电极300前后两侧。
具体的，采用沉积工艺于所述压电层200的上表面形成金属材料层，并对所述金属材料层进行图形化刻蚀，以于所述压电层200的上表面形成叉指电极300和反射栅电极401；蚀刻所述叉指电极300前后两侧的所述压电层200形成所述汇流条侧槽404。当然，本实施例中除了利用蚀刻工艺形成所述叉指电极300和反射栅电极401外，还可以利用剥离工艺。更具体的，于压电层200上表面利用光刻胶定义出叉指电极和反射栅电极的图形，采用沉积工艺于所述压电层200和光刻胶上表面沉积金属材料层，利用剥离工艺去除光刻胶，以形成叉指电极300和反射栅电极401。
实施例七
如图14所示，本实施例提供的弹性波谐振器是在实施五所述弹性波谐振器的基础上增加了汇流条侧槽404，换句话说，本实施例的反射增强结构400包括：所述反射栅电极401、所述栅电极指间槽403以及所述汇流条侧槽404；其中，所述栅电极指间槽403形成于所述反射栅电极401的相邻两电极指之间，且形成于所述压电层200中，所述汇流条侧槽404形成于所述叉指电极300的前后两侧，且形成于所述压电层200中。所述栅电极指间槽403能够使反射增强结构中高声速区域和低声速区域的声速差进一步增大，从而增大反射系数；所述汇流条侧槽404的存在能够在叉指电极前后两侧方向上进一步约束能量，防止能量的泄露。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法在实施例五所述制备方法的基础上，还包括的步骤3)于所述叉指电极300前后两侧形成所述汇流条侧槽404，具体的，通过刻蚀所述叉指电极300前后两侧的所述压电层200形成汇流条侧槽404。当然，所述栅电极指间槽403与所述汇流条侧槽404可以同时形成，这对本实施例没有影响。
实施例八
如图15所示，本实施例提供一种弹性波谐振器，所述弹性波谐振器至少包括：
支撑衬底100；
压电层200，形成于所述支撑衬底100的上表面；
叉指电极300，形成于所述压电层200的上表面；
反射增强结构400，形成于所述叉指电极300的左右两侧，且形成于所述压电层200中。
具体的，所述支撑衬底100包括但不限于与压电层材料相同的单晶压电衬底(与压电层材料、切型均相同的单晶压电衬底，或与压电层材料相同但切型不同的单晶压电衬底)，或非压电材料、且电阻率高于1000Ω·cm的高阻衬底。所述支撑衬底100的电阻率很高，利用其与压电层200的各向异性可以抑制声波能量向衬底泄露、抑制杂模。在本实施例中，所述支撑衬底100选用硅衬底。
具体的，所述压电层200包括至少一层压电薄膜，其材料包括铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅(PZT)、铌镁钛酸铅(PMN-PT)中的至少一种，其厚度由实际应用中所需要产生的弹性波频段来确定。
具体的，所述叉指电极300包括：第一汇流条301、第二汇流条302、第一电极指303及第二电极指304，所述第一汇流条301与所述第二汇流条302平行排布，所述第一电极指303垂直固定于所述第一汇流条301上，所述第二电极指304垂直固定于所述第二汇流条302上，所述第一电极指303和所述第二电极指304交替间隔排布于所述第一汇流条301和所述第二汇流条302之间。更具体的，所述叉指电极300的材料包括铜、银、金、铝、铂、镍、钼、钨、铬、钛及其合金中的任一种。
具体的，如图15所示，所述反射增强结构400包括嵌入反射栅；其中，所述嵌入反射栅包括：反射栅电极401和至少一层电极加厚层402，所述反射栅电极401形成于所述叉指电极200的左右两侧，所述电极加厚层402形成于所述反射栅电极401的上表面，所述反射栅电极401和所述电极加厚层402构成的整体至少部分嵌入所述压电层200中。由于嵌入所述反射增强结构400处的所述压电层200厚度更薄，对金属厚度更加敏感，增加相同厚度的金属时，声速减小更快，能够增大声速差，提高反射率。可选地，所述反射栅电极401和所述电极加厚层402构成的整体全部嵌入所述压电层200中，此时，所述电极加厚层402的上表面与所述压电层200的上表面齐平。更具体的，所述反射栅电极401的材料包括铜、银、金、铝、铂、镍、钼、钨、铬、钛及其合金中的任一种，所述电极加厚层402的材料包括金、铝、铬、钛、硅、氧化硅中的至少一种。本实施例中，还可以改变叉指电极300和/或反射栅电极401的周期，使得叉指电极300和反射栅电极401的周期不同，达到有效反射的频率范围整体向更高频或更低频移动目的；将其与嵌入反射栅结合，能够在需要的频率范围内获得更高反射率。
具体的，所述弹性波谐振器还包括：能量反射结构500，形成于所述支撑衬底100中或形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间；其中，所述能量反射结构500包括：形成于所述支撑衬底100中的空腔、形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的单层反射层、或形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的布拉格反射层。更具体的，所述单层反射层可以由与压电层材料声阻抗失配的材料制成，也可以是通过人为离子注入或掺杂而形成的声阻抗突变层；所述布拉格反射层由两种声阻抗差距较大的材料交替堆叠形成。本实施例中，能量反射结构500是由二氧化硅制成的单层反射层，其厚度可由实际应用中所需要产生的弹性波频段来确定。具体的，在能量反射结构500为空腔时，所述弹性波谐振器还包括介质层，所述介质层形成于压电层200与支撑衬底100之间，通常采用氧化硅等用于温度补偿的材料或者采用碳化硅、氮化铝等高导热率的材料，用以进行温度补偿或提高散热，同时还可以提高结构稳定性。
具体的，所述弹性波谐振器激发的目标弹性波包括：瑞利波、对称型兰姆波、反对称型兰姆波、水平剪切波及其高阶模态中的至少一种。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：
步骤1)提供一中间结构，其中，所述中间结构包括：支撑衬底100及形成于所述支撑衬底100上表面的压电层200；
步骤2)于所述压电层200上表面形成叉指电极300，并于所述压电层200中形成反射增强结构400；其中，所述反射增强结构400形成于所述叉指电极300的左右两侧。
具体的，步骤1)中，形成中间结构的方法包括：
步骤1.1)提供一支撑衬底100，
步骤1.2)于所述支撑衬底100的上表面形成一压电层200。
具体的，步骤2)中，形成所述叉指电极300和所述反射增强结构400的方法包括：
步骤2.1)于所述叉指电极300左右两侧形成嵌入槽，
步骤2.2)于所述压电层200的上表面形成叉指电极300，于所述嵌入槽中形成反射栅电极401，并于所述反射栅电极401的上表面形成至少一层电极加厚层402。
更具体的，采用沉积工艺于所述压电层200的上表面以及嵌入槽中依次形成金属材料层和电极加厚材料层，并对所述电极加厚材料层及所述金属材料层进行图形化刻蚀，以形成叉指电极300和反射栅电极401，并去除叉指电极300上表面的电极加厚材料层，于所述反射栅电极401的上表面形成电极加厚层402。当然，本实施例中图案化的叉指电极300和反射栅电极401还可以由剥离工艺完成。
具体的，所述制备方法还包括：形成能量反射结构500的步骤，所述能量反射结构500包括：形成于所述支撑衬底100中的空腔、形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的单层反射层、或形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的布拉格反射层。更具体的，在所述能量反射结构500为空腔时，可在步骤2)之后执行形成能量反射结构500的步骤，如；采用背部刻蚀于所述支撑衬底100中形成暴露出所述压电层200的空腔；当然，也可先在支撑衬底上表面形成牺牲层，之后再于压电层上形成刻蚀孔去除部分牺牲层以形成空腔。在所述能量反射结构500为单层反射层或布拉格反射层时，可在形成压电层200之前执行形成能量反射结构500的步骤，如采用沉积工艺于所述支撑衬底100的上表面形成单层反射层或布拉格反射层；其中，所述单层反射层可以由与压电层材料声阻抗失配的材料制成，也可以是通过人为离子注入或掺杂而形成的声阻抗突变层；所述布拉格反射层由两种声阻抗差距较大的材料交替堆叠形成。
具体的，在所述弹性波谐振器包括能量反射结构500，且能量反射结构为空腔时，在形成所述压电层200之前，所述制备方法还包括：于所述支撑衬底100的上表面形成介质层的步骤；此时，压电层200是形成在介质层的上表面。
实施例九
如图16所示，本实施例所提供的弹性波谐振器是在实施例八所述弹性波谐振器的基础上增加了所述汇流条侧槽404，换句话说，本实施例所述反射增强结构400包括所述反射栅电极401、所述电极加厚层402以及所述汇流条侧槽404，其中，所述汇流条侧槽404形成于所述叉指电极300前后两侧，且形成于所述压电层200中。所述汇流条侧槽404的存在能够在叉指电极前后两侧方向上进一步约束能量，防止能量的泄露。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法在实施例八所述制备方法的基础上，还包括步骤2.3)于所述叉指电极300的前后两侧形成所述汇流条侧槽404；具体的，所述汇流条侧槽404可通过刻蚀所述叉指电极300前后两侧的所述压电层200而形成。当然，所述汇流条侧槽404还可以在形成叉指电极300之前形成，与所述嵌入槽同时制备，这对本实施例没有影响。
实施例十
如图17所示，本实施例提供一种弹性波谐振器是在实施例八所述弹性波谐振器的基础上增加了栅电极指间槽403。换句话说，本实施例所述反射增强结构400包括：所述反射栅电极401、所述电极加厚层402、所述栅电极指间槽403，其中，所述栅电极指间槽403形成于所述反射栅电极401的相邻两电极指之间，且形成于所述压电层200中。所述栅电极指间槽403能够使反射增强结构中高声速区域和低声速区域的声速差进一步增大，从而增大反射系数。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法是在实施例八所述制备方法的基础上，还包括的步骤2.3)于所述反射栅电极401的相邻两电极指之间形成栅电极指间槽403；具体的，通过刻蚀所述反射栅电极401相邻两电极指之间的所述压电层200而形成所述栅电极指间槽403。当然，所述栅电极指间槽403还可以在所述叉指电极300之前形成，这对本实施例没有影响。
实施例十一
图18所示，本实施例所提供了的弹性波谐振器是在实施例八所述弹性波谐振器的基础上增加了所述栅电极指间槽403和所述汇流条侧槽404。换句话说，本实施例所述反射增强结构400包括所述反射栅电极401、电极加厚层402、所述栅电极指间槽403和所述汇流条侧槽404，其中，所述栅电极指间槽403形成于所述反射栅电极401的相邻两电极指之间，且形成于所述压电层200中，所述汇流条侧槽404形成于所述叉指电极300前后两侧，且形成于所述压电层200中。所述栅电极指间槽403能够使反射增强结构中高声速区域和低声速区域的声速差进一步增大，从而增大反射系数；所述汇流条侧槽404的存在能够在叉指电极前后两侧方向上进一步约束能量，防止能量的泄露。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法在实施例八所述制备方法的基础上，还包括步骤2.3)于所述反射栅电极401的相邻两电极指之间形成所述栅电极指间槽403，并于所述叉指电极300的前后两侧形成所述汇流条侧槽404。具体的，通过刻蚀所述反射栅电极401相邻两电极指之间的所述压电层200形成所述栅电极指间槽403，通过刻蚀所述叉指电极300前后两侧的所述压电层200形成所述汇流条侧槽404。当然，所述栅电极指间槽403和所述汇流条侧槽404还可以在形成所述叉指电极300之前形成，这对本实施例没有影响。
实施例十二
如图19所示，本实施例与实施例八的区别在于，本实施例所述的反射增强结构仅包括反射栅电极401，其中，所述反射栅电极401形成于所述叉指电极300左右两侧，且至少部分嵌入所述压电层中。可选地，所述反射栅电极401全部嵌入所述压电层200中，此时，所述反射栅电极401的上表面与所述压电层200的上表面齐平。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法同实施例八所述制备方法的区别在于：步骤2.2)中，于所述压电层200的上表面形成所述叉指电极300，于所述嵌入槽中形成所述反射栅电极401，其中，所述反射栅电极401形成于所述叉指电极200的左右两侧。
更具体的，采用沉积工艺于所述压电层200的上表面以及嵌入槽中形成金属材料层，并对所述金属材料层进行图形化刻蚀，以形成叉指电极300和反射栅电极401。当然，本实施例中图案化的叉指电极300和反射栅电极401还可以由剥离工艺完成。
实施例十三
如图20所示，本实施例与实施例九的区别在于，本实施例的反射增强结构400仅包括反射栅电极401和汇流条侧槽404，其中，所述反射栅电极401形成于所述叉指电极300的左右两侧，且至少部分嵌入所述压电层中，所述汇流条侧槽404形成于所述叉指电极300前后两侧，且形成于所述压电层中，所述汇流条侧槽404的存在能够在叉指电极300前后两侧方向上进一步约束能量，防止能量的泄露
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法同实施例九所述制备方法的区别在于：步骤2.2)于所述压电层200的上表面形成所述叉指电极300，并于所述嵌入槽中形成所述反射栅电极401。具体的，采用沉积工艺于所述压电层200的上表面以及嵌入槽中形成金属材料层，并对所述金属材料层进行图形化刻蚀，以形成叉指电极300和反射栅电极401。当然，本实施例中图案化的叉指电极300和反射栅电极401还可以由剥离工艺完成。
实施例十四
如图21所示，本实施例与实施例十的区别在于，本实施例反射增强结构仅包括反射栅电极401和栅电极指间槽403，其中，所述反射栅电极401形成于所述叉指电极300的左右两侧，且至少部分嵌入所述压电层200中，所述栅电极指间槽403形成于所述反射栅电极401的相邻两电极指之间，且形成于所述压电层200中。所述栅电极指间槽403能够使反射增强结构中高声速区域和低声速区域的声速差进一步增大，从而增大反射系数。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法同实施例十所述制备方法的区别在于：步骤2.2)于所述压电层200的上表面形成所述叉指电极300，于所述嵌入槽中形成所述反射栅电极401。
具体的，采用沉积工艺于所述压电层200的上表面以及嵌入槽中形成金属材料层，并对所述金属材料层进行图形化刻蚀，以形成叉指电极300和反射栅电极401。当然，本实施例中图案化的叉指电极300和反射栅电极401还可以由剥离工艺完成。
实施例十五
如图22所示，本实施例与实施例十一的区别在于，本实施例中反射增强结构仅包括所述反射栅电极401、所述栅电极指槽403以及所述汇流条侧槽404，其中，所述反射栅电极401形成于所述叉指电极200的左右两侧，且至少部分嵌入所述压电层200中，所述栅电极指间槽403形成于所述反射栅电极401的相邻两电极指之间，且形成于所述压电层200中，所述汇流条侧槽404形成于所述叉指电极300前后两侧，且形成于所述压电层200中。所述栅电极指间槽403能够使反射增强结构中高声速区域和低声速区域的声速差进一步增大，从而增大反射系数；所述汇流条侧槽404的存在能够在叉指电极前后两侧方向上进一步约束能量，防止能量的泄露。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法同实施例十一所述制备方法的区别在于：步骤2.2)于所述压电层200的上表面形成所述叉指电极300，于所述嵌入槽中形成所述反射栅电极401。
具体的，采用沉积工艺于所述压电层200的上表面以及嵌入槽中形成金属材料层，并对所述金属材料层进行图形化刻蚀，以形成叉指电极300和反射栅电极401。当然，本实施例中图案化的叉指电极300和反射栅电极401还可以由剥离工艺完成。
实施例十六
如图23所示，本实施例提供一种弹性波谐振器，所述弹性波谐振器至少包括：
支撑衬底100；
压电层200，形成于所述支撑衬底100的上表面；
叉指电极300，形成于所述压电层200的上表面；
反射增强结构400，形成于所述叉指电极300的左右两侧，且形成于所述压电层200中。
具体的，所述支撑衬底100包括但不限于与压电层材料相同的单晶压电衬底(与压电层材料、切型均相同的单晶压电衬底，或与压电层材料相同但切型不同的单晶压电衬底)，或非压电材料、且电阻率高于1000Ω·cm的高阻衬底。所述支撑衬底100的电阻率很高，利用其与压电层200的各向异性可以抑制声波能量向衬底泄露、抑制杂模。在本实施例中，所述支撑衬底100选用硅衬底。
具体的，所述压电层200包括至少一层压电薄膜，其材料包括铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅(PZT)、铌镁钛酸铅(PMN-PT)中的至少一种，其厚度由实际应用中所需要产生的弹性波频段来确定。
具体的，所述叉指电极300包括：第一汇流条301、第二汇流条302、第一电极指303及第二电极指304，所述第一汇流条301与所述第二汇流条302平行排布，所述第一电极指303垂直固定于所述第一汇流条301上，所述第二电极指304垂直固定于所述第二汇流条302上，所述第一电极指303和所述第二电极指304交替间隔排布于所述第一汇流条301和所述第二汇流条302之间。更具体的，所述叉指电极300的材料包括铜、银、金、铝、铂、镍、钼、钨、铬、钛及其合金中的任一种。
具体的，如图23所示，所述反射增强结构400包括反射槽405，所述反射槽405形成于所述叉指电极300左右两侧，且形成于所述压电层200中。所述反射槽405的存在增大了声波反射的作用频率范围，提高反射系数，使得弹性波能量能够很好地约束在叉指电极区域，还可以增大声波在反射增强结构中高声速区域和低声速区域的声速差，防止声波的泄露。
具体的，所述弹性波谐振器还包括：能量反射结构500，形成于所述支撑衬底100中或形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间；其中，所述能量反射结构500包括：形成于所述支撑衬底100中的空腔、形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的单层反射层、或形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的布拉格反射层。更具体的，所述单层反射层可以由与压电层材料声阻抗失配的材料制成，也可以是通过人为离子注入或掺杂而形成的声阻抗突变层；所述布拉格反射层由两种声阻抗差距较大的材料交替堆叠形成。本实施例中，能量反射结构500是由二氧化硅制成的单层反射层，其厚度可由实际应用中所需要产生的弹性波频段来确定。具体的，在能量反射结构500为空腔时，所述弹性波谐振器还包括介质层，所述介质层形成于压电层200与支撑衬底100之间，通常采用氧化硅等用于温度补偿的材料或者采用碳化硅、氮化铝等高导热率的材料，用以进行温度补偿或提高散热，同时还可以提高结构稳定性。
具体的，所述弹性波谐振器激发的目标弹性波包括：瑞利波、对称型兰姆波、反对称型兰姆波、水平剪切波及其高阶模态中的至少一种。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：
步骤1)提供一中间结构，其中，所述中间结构包括：支撑衬底100及形成于所述支撑衬底100上表面的压电层200；
步骤2)于所述压电层200上表面形成叉指电极300，并于所述压电层200中形成反射增强结构400；其中，所述反射增强结构400形成于所述叉指电极300的左右两侧。
具体的，步骤1)中，形成中间结构的方法包括：
步骤1.1)提供一支撑衬底100，
步骤1.2)于所述支撑衬底100的上表面形成一压电层200。
具体的，步骤2)中，形成所述叉指电极300和所述反射增强结构400的方法包括：
于所述压电层200的上表面形成叉指电极300，并于所述叉指电极300的左右两侧形成反射槽405。
更具体的，采用沉积工艺于所述压电层200的上表面形成金属材料层，并对所述金属材料层进行图形化刻蚀，以于所述压电层200的上表面形成叉指电极300；通过刻蚀所述叉指电极两侧的所述压电层200形成反射槽405。当然，本实施例中图案化的叉指电极300还可以由剥离工艺完成。
具体的，所述制备方法还包括：形成能量反射结构500的步骤，所述能量反射结构500包括：形成于所述支撑衬底100中的空腔、形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的单层反射层、或形成于所述压电层200与所述支撑衬底100之间的布拉格反射层。更具体的，在所述能量反射结构500为空腔时，可在步骤2)之后执行形成能量反射结构500的步骤，如；采用背部刻蚀于所述支撑衬底100中形成暴露出所述压电层200的空腔；当然，也可先在支撑衬底上表面形成牺牲层，之后再于压电层上形成刻蚀孔去除部分牺牲层以形成空腔。在所述能量反射结构500为单层反射层或布拉格反射层时，可在形成压电层200之前执行形成能量反射结构500的步骤，如采用沉积工艺于所述支撑衬底100的上表面形成单层反射层或布拉格反射层；其中，所述单层反射层可以由与压电层材料声阻抗失配的材料制成，也可以是通过人为离子注入或掺杂而形成的声阻抗突变层；所述布拉格反射层由两种声阻抗差距较大的材料交替堆叠形成。
具体的，在所述弹性波谐振器包括能量反射结构500，且能量反射结构为空腔时，在形成所述压电层200之前，所述制备方法还包括：于所述支撑衬底100的上表面形成介质层的步骤；此时，压电层200是形成在介质层的上表面。
实施例十七
如图24所示，本实施例提供的弹性波谐振器与实施例十六中所述弹性波谐振器的基础上增加了所述汇流条侧槽404，换句话说，本实施例的反射增强结构包括所述反射槽405和所述汇流条侧槽404；其中，所述反射槽405形成于所述叉指电极的左右两侧，且形成于所述压电层200中，所述汇流条侧槽404形成于所述叉指电极300的前后两侧，且形成于所述压电层200中。所述反射槽405的存在增大了声波反射的作用频率范围，提高反射系数，使得弹性波能量能够很好地约束在叉指电极区域，还可以增大声波在反射增强结构中高声速区域和低声速区域的声速差，防止声波的泄露；所述汇流条侧槽404的存在能够在叉指电极前后两侧方向上进一步约束能量，防止能量的泄露。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法在实施例十六所述制备方法的基础上，还包括步骤3)于所述叉指电极300前后两侧形成所述汇流条侧槽404，具体的，通过刻蚀所述叉指电极300前后两侧的压电层200形成汇流条侧槽404。其中，本实施例中，所述汇流条侧槽404与所述反射槽405不连通。当然，所述汇流条侧槽404还可以形成叉指电极之前形成，与所述反射槽405同时制备得到，这对本实施例没有影响。
实施例十八
如图25所示，本实施例与实施例十七的区别在于，本实施例反射增强结构404包括周边槽406，其中，所述叉指电极300左右两侧的所述反射槽405与所述叉指电极300前后两侧的所述汇流条侧槽404连通，形成周边槽406，所述周边槽406形成于所述叉指电极300的四周。本实施例中所述周边槽406能够使所述压电层200产生的弹性波在叉指电极区域四周的声速差增大，使能量约束在叉指电极区域。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法在实施例十六所述制备方法的区别在于，步骤3)中形成所述汇流条侧槽404与步骤2)中形成的所述反射槽405连通，形成所述周边槽406；通过刻蚀所述叉指电极300四周的压电层200而形成所述周边槽。当然，所述周边槽406还可以在形成叉指电极300之前形成，这对本实施例没有影响。
实施例十九
如图26所示，本实施例与实施例十六的区别在于，本实施例的反射增强结构400包括多个反射槽405，其中，所述多个反射槽405形成于所述叉指电极300左右两侧，且形成于所述压电层200中，本实施例中多个所述反射槽405沿垂直于所述叉指电极300的电极指方向呈周期性排布。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法同实施例十六所述制备方法。
实施例二十
如图27所示，本实施例提供的一种弹性波谐振器是在实施例十九中所述弹性波谐振器的基础上增加了所述汇流条侧槽404。换句话说，本实施例的反射增强结构400包括：多个反射槽405和汇流条侧槽404；其中，所述反射槽405形成于所述叉指电极300的左右两侧，且形成于所述压电层200中，所述汇流条侧槽404形成于所述叉指电极300的前后两侧，且形成于所述压电层200中。所述汇流条侧槽404的存在能够在叉指电极前后两侧方向上进一步约束能量，防止能量的泄露。
相应地，本实施例还提供一种弹性波谐振器的制备方法，所述制备方法同实施例十七所述制备方法。
综上所述，本发明的弹性波谐振器及其制备方法，本发明通过设置反射增强结构，可以有效提高叉指电极外围反射增强结构中高声速区域和低声速区域的声速差，从而大大提高反射增强结构对叉指电极区域声波反射的作用频率范围以及反射系数，使得弹性波能量能够很好地约束在叉指电极区域，减少声学能量的泄露，实现在不影响谐振频率的前提下，在更宽的频率范围内大大提高弹性波的约束能力，从而有效提高弹性波谐振器的Q值，同时还可以将纵向高阶模态移到通带以外。本发明的弹性波谐振器的制备工艺较为简便，成本较低，且不会增加器件的面积，适合于大规模生产高性能可商用的弹性波谐振器。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种弹性波谐振器，其特征在于，所述弹性波谐振器至少包括：
支撑衬底；
压电层，形成于所述支撑衬底的上表面；
叉指电极，形成于所述压电层的上表面；
反射增强结构，至少形成于所述叉指电极的左右两侧，且形成于所述压电层的上表面及/或所述压电层中。
2.根据权利要求1所述的弹性波谐振器，其特征在于，所述反射增强结构包括：加厚反射栅或嵌入反射栅；其中，
所述加厚反射栅包括：反射栅电极和至少一层电极加厚层，所述反射栅电极形成于所述叉指电极的左右两侧，且形成于所述压电层的上表面，所述电极加厚层形成于所述反射栅电极的上表面；
所述嵌入反射栅包括：反射栅电极，形成于所述叉指电极的左右两侧，且至少部分嵌入所述压电层中；或者，
所述嵌入反射栅包括：反射栅电极和至少一层电极加厚层，所述反射栅电极形成于所述叉指电极的左右两侧，所述电极加厚层形成于所述反射栅电极的上表面，所述反射栅电极和所述电极加厚层至少部分嵌入所述压电层中。
3.根据权利要求2所述的弹性波谐振器，其特征在于，所述反射增强结构还包括：栅电极指间槽和汇流条侧槽中的至少一种；其中，所述栅电极指间槽形成于所述反射栅电极的相邻两电极指之间，且形成于所述压电层中；所述汇流条侧槽形成于所述叉指电极的前后两侧，且形成于所述压电层中。
4.根据权利要求1所述的弹性波谐振器，其特征在于，所述反射增强结构包括：反射栅电极，形成于所述叉指电极的左右两侧，且形成于所述压电层的上表面；所述反射增强结构还包括：栅电极指间槽和汇流条侧槽中的至少一种；其中，所述栅电极指间槽形成于所述反射栅电极的相邻两电极指之间，且形成于所述压电层中；所述汇流条侧槽形成于所述叉指电极的前后两侧，且形成于所述压电层中。
5.根据权利要求1所述的弹性波谐振器，其特征在于，所述反射增强结构包括：反射槽，形成于所述叉指电极的左右两侧，且形成于所述压电层中；所述反射槽包括至少一个槽体，在所述槽体数量大于1个时，多个所述槽体沿垂直于所述叉指电极的电极指方向呈周期性排布。
6.根据权利要求5所述的弹性波谐振器，其特征在于，所述反射增强结构还包括：汇流条侧槽，形成于所述叉指电极的前后两侧，且形成于所述压电层中。
7.根据权利要求6所述的弹性波谐振器，其特征在于，所述汇流条侧槽与所述反射槽连通。
8.一种弹性波谐振器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一中间结构，其中，所述中间结构包括：支撑衬底及形成于所述支撑衬底上表面的压电层；
于所述压电层上表面形成叉指电极，并于所述压电层上表面及/或所述压电层中形成反射增强结构，其中，所述反射增强结构至少形成于所述叉指电极的左右两侧。
9.根据权利要求8所述的弹性波谐振器的制备方法，其特征在于，形成所述叉指电极和所述反射增强结构的方法包括：
于所述压电层的上表面形成叉指电极和反射栅电极，并于所述反射栅电极的上表面形成至少一层电极加厚层，其中，所述反射栅电极形成于所述叉指电极的左右两侧；或者，
于所述压电层中形成嵌入槽，之后于所述压电层的上表面形成叉指电极，同时于所述嵌入槽中形成反射栅电极，其中，所述反射栅电极形成于所述叉指电极的左右两侧；或者，
于所述压电层中形成嵌入槽，之后于所述压电层的上表面形成叉指电极，同时于所述嵌入槽中形成反射栅电极，最后于所述反射栅电极的上表面形成至少一层电极加厚层，其中，所述反射栅电极形成于所述叉指电极的左右两侧。
10.根据权利要求9所述的弹性波谐振器的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：于所述压电层中形成栅电极指间槽及/或汇流条侧槽的步骤；其中，所述栅电极指间槽形成于所述反射栅电极的相邻两电极指之间；所述汇流条侧槽形成于所述叉指电极的前后两侧。
11.根据权利要求8所述的弹性波谐振器的制备方法，其特征在于，形成所述叉指电极和所述反射增强结构的方法包括：于所述压电层的上表面形成叉指电极和反射栅电极，其中，所述反射栅电极形成于所述叉指电极的左右两侧；所述方法还包括：于所述压电层中形成栅电极指间槽及/或汇流条侧槽的步骤，其中，所述栅电极指间槽形成于所述反射栅电极的相邻两电极指之间，所述汇流条侧槽形成于所述叉指电极的前后两侧。
12.根据权利要求8所述的弹性波谐振器的制备方法，其特征在于，形成所述叉指电极和所述反射增强结构的方法包括：于所述压电层中形成反射增强结构，并于所述压电层的上表面形成叉指电极；其中，所述反射增强结构包括：反射槽，形成于所述叉指电极的左右两侧；所述反射槽包括至少一个槽体，在所述槽体数量大于1个时，多个所述槽体沿垂直于所述叉指电极的电极指方向呈周期性排布。
13.根据权利要求12所述的弹性波谐振器的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：于所述压电层中形成汇流条侧槽的步骤，其中，所述汇流条侧槽形成于所述叉指电极的前后两侧。
14.根据权利要求13所述的弹性波谐振器的制备方法，其特征在于，所述汇流条侧槽与所述反射槽连通。
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