CN113346867B - 声表面波装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种声表面波装置,包括:压电基板;IDT电极,设置在所述压电基板上,所述IDT电极包括:第一缓冲层,设置在所述压电基板上,所述第一缓冲层包括金属钛,在将所述IDT电极的电极周期所确定的弹性波的波长设为λ时,所述第一缓冲层的厚度为0.5%λ以下;第一金属层,设置在所述第一缓冲层远离所述压电基板的表面上,所述第一金属层包括铝,所述第一金属层的厚度范围在1%λ‑30%λ之间。根据本发明的声表面波装置,能够提高Al的抗电迁移性能,声表面波装置的耐受功率得以提高,并且耐久性得到兼顾,并且能够降低声表面波装置的频率温度系数,提高声表面波装置的温度稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及声表面波技术领域,具体而言,涉及一种声表面波装置。
背景技术
SAW滤波器的关键指标中,主要的有两类,一类是小信号参数,另一类是功率指标。其中小信号参数即S参数表征器件在实际使用中的性能优劣,而功率指标则主要是器件的最大耐受功率(烧毁临界功率)。
目前SAW滤波器支持的最大耐受功率仅能满足4G下的手机客户端、物联网客户端的功率需求。在5G要求下,如B41等频段对于功率需求相对于4G有所增长。这导致了市面上的SAW滤波器无法满足5G高功率需求。
此外,随着器件频率的提高,IDT(Interdigital transducer)电极的线条将变得更加细小,来自于声表面波的重复应力随着频率提高而急剧增加,导致滤波器失效,因此在SAW滤波器的最大耐受功率提高时,耐久性会降低,。
现有技术中亟需一种技术能够提高SAW滤波器的最大耐受功率,也不会降低耐久性。
发明内容
为了解决现有技术中的相关问题,本发明提供了一种声表面波装置,包括:包括:压电基板;压电基板的切向角,IDT电极,设置在所述压电基板上,所述IDT电极包括:第一缓冲层,设置在所述压电基板上,所述第一缓冲层包括金属钛,在将所述IDT电极的电极周期所确定的弹性波的波长设为λ时,所述第一缓冲层的厚度为0.5%λ以下;第一金属层,设置在所述第一缓冲层远离所述压电基板的表面上,所述第一金属层包括铝,所述第一金属层的厚度范围在1%λ-30%λ之间。
其中,所述铝的含量在95wt%以上,所述第一金属层还包括选自Cu、W、Mo、Cr、Ag、Pt、Ga、Nb、Ta、Au、Si中的一种或一种以上的材料。
其中,所述铝的含量在97wt%以上。
其中,所述金属钛的含量在98%以上,所述第一缓冲层还包括选自Al、Si、Mg中的一种或一种以上的材料。
如前所述的声表面波装置,还包括:钝化层,设置在所述第一金属层远离所述压电基板的表面上,所述钝化层包括氧化硅、氮化硅、氮化铝、氟化铝中的任意一种或多种,所述钝化层的厚度由以下公式确定:
Hp=T1*Hb1+T3*Hm1+T5*Hs
其中,Hp为钝化层的厚度,Hb1为第一缓冲层的厚度;T1为第一缓冲层的温度补偿系数,Hm1为第一金属层的厚度;T3为第一金属层的温度补偿系数,Hs为压电基板的厚度,T5为压电基板的温度补偿系数。
如前所述的声表面波装置,还包括:第二缓冲层,设置在所述第一金属层远离所述压电基板的表面上,所述第二缓冲层包括选自Ti、W、Mo、Mg中的一种或一种以上的金属,所述第二缓冲层的厚度为2%λ以下;第二金属层,设置在所述第二缓冲层远离所述压电基板的表面上,所述第二金属层与所述第一金属层的成分相同。
如前所述的声表面波装置,还包括:所述第二金属层包括铝和铜,所述铜的质量百分比为0.5%-3%。
其中,所述IDT电极的厚度在100-500nm之间,所述第一金属层的厚度为所述IDT电极厚度10%-50%,所述第二金属层的厚度为所述IDT电极厚度10%-50%,第一缓冲层的厚度为所述IDT电极厚度0.2%-1%,第二缓冲层的厚度为所述IDT电极厚度0.4%-2%。
其中,所述第一金属层在所述压电基板上的正投影面积小于所述第一缓冲层在所述压电基板上的正投影面积,所述第二缓冲层在所述压电基板上的正投影面积小于所述第二金属层在所述压电基板上的正投影面积,所述第二金属层在所述压电基板上的正投影面积小于所述第二缓冲层在所述压电基板上的正投影面积,
所述第一缓冲层、所述第二缓冲层、所述第一金属层和所述第二金属层远离所述压电基板的表面的面积小于靠近所述压电基板的表面的面积。
如前所述的声表面波装置,还包括:钝化层,设置在所述第一金属膜层远离所述压电基板的表面上,所述钝化层包括氧化硅,所述钝化层的厚度与所述IDT电极的厚度由以下公式确定:
Hp=T1*Hb1+T2*Hb2+T3*Hm1+T4*Hm2+T5*Hs
其中,Hp为钝化层的厚度,Hb1为第一缓冲层的厚度;T1为第一缓冲层的温度补偿系数,Hb2为第二缓冲层的厚度;T2为第二缓冲层的温度补偿系数,Hm1为第一金属层的厚度;T3为第一金属层的温度补偿系数,Hm2为第二金属层的厚度;T4为第二金属层的温度补偿系数,Hs为压电基板的厚度,T5为压电基板的温度补偿系数。
其中,所述压电基板中设置有凹槽结构,所述凹槽结构容置所述IDT电极,所述凹槽结构的深度大于或等于所述第一缓冲层的厚度。
其中,所述压电基板包括:高声速支撑基板,所述高声速支撑基板为硅基板;压电薄膜,设置在所述高声速支撑基板的表面上;所述IDT电极设置在所述压电薄膜远离所述高声速支撑基板的表面上。
如前所述的声表面波装置,还包括中间层,所述中间层设置在所述高声速支撑基板与所述压电薄膜之间,所述中间层的密度在1.8-3.0g/cm3之间。
根据本发明的声表面波装置,能够提高Al的抗电迁移性能,声表面波装置的耐受功率得以提高,并且耐久性得到兼顾,并且能够降低声表面波装置的频率温度系数,提高声表面波装置的温度稳定性。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是根据本发明一实施例的声表面波装置的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的声表面波装置进行耐受功率测试的结果示意图。
图3根据本发明另一实施例的声表面波装置的结构示意图。
图4根据本发明另一实施例的声表面波装置的结构示意图。
图5根据本发明另一实施例的声表面波装置的结构示意图。
图6根据本发明另一实施例的声表面波装置的结构示意图。
图7根据本发明另一实施例的声表面波装置的结构示意图。
图8根据本发明另一实施例的声表面波装置的结构示意图。
图9根据本发明另一实施例的声表面波装置的结构示意图。
具体实施方式
为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
具体实施方式:
(1)实施例一
如图1所示,本实施例提供一种声表面波装置,包括压电基板101和IDT电极102,压电基板可以是石英(SiO2)、铌酸锂(LiNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等压电晶体。
IDT电极102包括设置在压电基板上的第一缓冲层102-1和设置在第一缓冲层102-1上的第一金属层102-2。
第一缓冲层102-1包括金属钛,在将所述IDT电极的电极周期所确定的弹性波的波长设为λ时,所述第一缓冲层的厚度为0.5%λ以下。第一金属层102-2包括金属铝,铝层厚度的范围在1%λ-30%λ之间。
以金属钛为缓冲层有利于使得在设置在其上的第一金属层Al薄膜形成强的Al(111)织构,增强Al薄膜的耐功率承受力,降低Al薄膜的电阻率。进一步地,对缓冲层的厚度进行设计,采用厚度为0.5%λ的金属钛层,能够提高金属Al薄膜的致密度和光滑度,增强声表面波的激励,有利于降低声表面波器件的插损,有助于提高SAW最大耐受功率。
例如,所述IDT电极的电极周期所确定的弹性波的波长λ为2μm时,所述第一缓冲层的厚度为10nm以下,在优选的方式中,可以将第一缓冲层的厚度设为2nm能够进一步地使后续形成在其上的Al薄膜得到强(111)织构。
钛缓冲层的厚度对Al(111)织构的强弱有直接影响,在形成钛缓冲层之后,在其上Al膜以层状模式生长为主,Al为面型结构,Al(111)面为低能面,有优先生长的趋势,在钛缓冲层上生长的Al膜显示出较强的(111)织构,但是当钛缓冲层达到一定程度形成连续的薄膜时,Al薄膜在钛缓冲层上的沉积又开始以岛状生长模式为主,形成无择优取向的多晶结构。因此能够促使Al(111)织构形成的钛缓冲层的厚度范围比较窄,钛缓冲层的厚度在10nm以下,优选在2nm,能够获得强Al(111)织构,得到的Al薄膜组织均匀致密,临界载荷增加,与压电基板的附着力显著增强。
图2示出了在其他参数相同的情况下,对具有不同Ti缓冲层厚度的声波面波装置进行耐受功率测试的结果示意图。从图2可以看出,在Ti缓冲层厚度在0.5%λ左右时,声表面波装置的耐受功率达到峰值,其后开始下滑。
对第一金属层Al层的厚度进行设计,采用厚度为1%λ-30%λ之间的金属Al层与Ti缓冲层一起形成的IDT电极,抗电迁移性能好,化学性质稳定。
第一金属层102-2中金属铝的含量在95wt%以上,优选的情况下,金属铝的含量在97%以上,第一金属层还包括选自Cu、W、Mo、Cr、Ag、Au、Pt、Ga、Nb、Ta、Au、Si中的一种或一种以上的掺杂材料。
在铝金属层中进行掺杂能够使Al薄膜的压电效应得到进一步改善,少量的掺杂元素能够提高Al的抗电迁移性能,使得Al薄膜的取向性更好,但是过高的掺杂浓度,会使得Al薄膜的晶体质量恶化,金属铝的含量在97%以上,具有少量掺杂材料的Al薄膜且有较好的微观结构和表面形貌,使得声表面波装置的性能优异并且稳定。
第一金属层102-2中掺杂材料的浓度可以发生变化,在一个具体实施方式中,在第一金属层102-2中,靠近所述第一缓冲层102-1部分的掺杂浓度可以高于远离第一缓冲层102-1部分的掺杂浓度,以掺杂材料为Cu为例,在Al薄膜和钛薄膜的晶界上有较多的Cu原子隔离时,声表面波装置的功率耐受性会显著提高。
第一缓冲层102-1中金属钛的含量在98%以上,所述第一缓冲层还包括选自Al、Si、Mg中的一种或一种以上的金属材料。
金属钛缓冲层的纯度对于后续在其上形成的Al薄膜有着较大的影响,在金属钛缓冲层比较薄(0.5%λ以下)的情况下,纯度较高的金属钛缓冲层有利于金属Al薄膜层形成强(111)织构。
在Al电极与压电基板之间形成金属钛缓冲层,提高了电极与压电基板的界面结合强度。避免了5G高频应用时,电极指振动加剧,电极容易从基板上脱落,造成声表面波装置失效的问题。
根据本实施例的声表面波装置,能够提高Al的抗电迁移性能,声表面波装置的耐受功率得以提高,并且耐久性得到兼顾。
(2)实施例二
如图3所示,本实施例提供一种声表面波装置,包括压电基板201和IDT电极202,IDT电极202包括设置在压电基板上的第一缓冲层202-1和设置在第一缓冲层202-1上的第一金属层202-2。在IDT电极202上设置有钝化层203。本实施例中压电基板201和IDT电极202的结构和成分与实施例一相同。
钝化层203包括氧化硅,所述钝化层的厚度与所述IDT电极中各层厚度的关系由以下公式确定:
Hp=T1*Hb1+T3*Hm1+T5*Hs
其中,Hp为钝化层的厚度,Hb1为第一缓冲层202-1的厚度;T1为第一缓冲层202-1的温度补偿系数,Hm1为第一金属层202-2的厚度;T3为第一金属层202-2的温度补偿系数,Hs为压电基板201的厚度,T5为压电基板201的温度补偿系数。
在IDT电极的顶层设置钝化层,可以对IDT电极结构进行温度补偿,降低声表面波装置的频率温度系数,提高声表面波装置的温度稳定性。
在声表面波装置工作时,会发生温度变化温度会使得声表面波装置中各层材料的参数发生变化,从而使得声表面波装置的频率发生偏移,在设置钝化层时,需要考虑IDT电极中各层的厚度以及各自的温度补偿系数。
在具体的实施方式中,第一缓冲层、第一金属层和压电基板的温度补偿系数由各层材料的弹性常数、压电常数、相对介电常数、密度、弹性常数温度系数和密度温度系数共同确定。
在一具体实施方式中,第一缓冲层202-1的温度补偿系数T1在1-2之间,第一金属层202-2的温度补偿系数T3在0.4-0.6之间,压电基板201的温度补偿系数T5在0.2-0.4之间。
以这种方式获取的钝化层厚度能够实现温度补偿,使得表面波装置的频率温度系数得到改善。
(3)实施例三
如图4所示,本实施例提供一种声表面波装置,包括压电基板301和IDT电极302,压电基板可以是石英(SiO2)、铌酸锂(LiNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等压电晶体。
本实施例提供的声表面波装置中的IDT电极302包括四层结构,能够提声表面波装置的耐受功率。
在本实施例中,IDT电极302包括设置在压电基板上的第一缓冲层302-1,设置在第一缓冲层302-1上的第一金属层302-2,设置在第一金属层302-2’上的第二缓冲层302-1’,设置在第二缓冲层302-1’上的第二金属层302-2’。
第一缓冲层302-1包括金属钛,在将所述IDT电极的电极周期所确定的弹性波的波长设为λ时,金属钛的厚度为0.5%λ以下。第一金属层302-2包括金属铝,Al层厚度的范围在1%λ-30%λ之间。
以金属钛为缓冲层有利于使得在设置在其上的第一金属层AL薄膜形成强的Al(111)织构,增强Al薄膜的耐功率承受力,降低Al薄膜的电阻率。进一步地,对缓冲层的厚度进行设计,采用厚度为声表面波的波长0.5%的金属钛层,能够提高金属Al薄膜的致密度和光滑度,增强声表面波的激励,有利于降低声表面波器件的插损,有助于提高SAW最大耐受功率。
对第一金属层Al层的厚度进行设计,采用厚度为声表面波的波长的1%-30%之间的金属Al层,与Ti缓冲层一起形成的IDT电极,抗电迁移性能好,化学性质稳定。
第一金属层302-2中金属铝的含量在95wt%以上,优选的情况下,金属铝的含量在97%以上,第一金属层还包括选自Cu、W、Mo、Cr、Ag、Au、Pt、Ga、Nb、Ta、Au、Si中的一种或一种以上的掺杂材料。
第一缓冲层302-1中金属钛的含量在98%以上,所述第一缓冲层还包括选自Al、Si、Mg中的一种或一种以上的金属材料。
第二缓冲层302-1’设置在所述第一金属层远离所述压电基板的表面上,所述第二缓冲层包括选自Ti、W、Mo、Mg中的一种或一种以上的金属,所述第二缓冲层的厚度为2%λ以下。
第二金属层302-2’,设置在所述第二缓冲层远离所述压电基板的表面上,所述第二金属层与所述第一金属层的成分相同。
在一个具体实施方式中,所述IDT电极的厚度在100-500nm之间,所述第一金属层302-2的厚度为所述IDT电极厚度10%-50%,所述第二金属层302-2’的厚度为所述IDT电极厚度10%-50%,第一缓冲层302-1的厚度为所述IDT电极厚度0.2%-1%,第二缓冲层302-1’的厚度为所述IDT电极厚度0.4%-2%。
第二缓冲层302-1’的厚度可以与第一缓冲层302-1的厚度相等,也可以大于第一缓冲层302-1的厚度。设计较厚的第二缓冲层可以使得可以更好地阻挡设在其上的第二金属层和设置在其下的第一金属层中Al的迁移。
在第一金属层302-2中掺杂材料的浓度可以发生变化,在一个具体实施方式中,在第一金属层302-2中,靠近所述第一缓冲层302-1部分的掺杂浓度可以高于远离第一缓冲层302-1部分的掺杂浓度,以掺杂材料为Cu为例,在Al薄膜和钛薄膜的晶界上有较多的Cu原子隔离时,声表面波装置的功率耐受性会显著提高。
在第二金属层302-2’中掺杂材料的浓度可以发生变化,在一个具体实施方式中,在第二金属层302-2’中,靠近所述第二缓冲层302-1’部分的掺杂浓度可以高于远离第二缓冲层302-1’部分的掺杂浓度,以掺杂材料为Cu为例,在Al薄膜和钛薄膜的晶界上有较多的Cu原子隔离时,声表面波装置的功率耐受性会显著提高。
在第一金属层和第二金属层都具有变化的掺杂浓度时,在其之间设置的第二缓冲层具有两个Al薄膜和钛薄膜的晶界,较厚的第二缓冲层能够更好地形成两层Al薄膜和钛薄膜的晶界,在晶界处有较多的掺杂材料例如铜隔离时,能够提高声表面波装置的耐受功率
采用四层的电极结构并具体设计每层的厚度,能够使IDT电极层具有较好的抗应力迁移能力和低电阻的性能,提高声表面波装置的功率耐受性能。
(4)实施例四
如图5所示,本实施例提供一种声表面波装置,包括压电基板401和IDT电极402,本实施例提供的压电基板的IDT电极的结构和成分与实施例三中的相同,不同之处在于IDT电极的形状不同。
IDT电极402包括设置在压电基板上的第一缓冲层402-1,设置在第一缓冲层402-1上的第一金属层402-2,设置在第一金属层402-2上的第二缓冲层402-1’,设置在第二缓冲层402-1’上的第一金属层402-2’。
第一缓冲层402-1、第一金属层402-2、第二缓冲层402-1’、第二金属层402-2’为梯形结构,也就是第一缓冲层402-1、第一金属层402-2、第二缓冲层402-1’、第二金属层402-2’远离所述压电基板的表面的面积大于靠近所述压电基板的表面的面积,
并且第一缓冲层402-1、第一金属层402-2、第二缓冲层402-1’、第二金属层402-2’的面积逐渐减小,也就是,所述第二金属层402-2在所述压电基板401上的正投影面积小于所述第一缓冲层402-1在所述压电基板上的正投影面积,所述第二缓冲层402-1’在所述压电基板401上的正投影面积小于所述第一金属层402-2在所述压电基板401上的正投影面积,所述第二金属层402-2’在所述压电基板401上的正投影面积小于所述第二缓冲层402-1’在所述压电基板401上的正投影面积。
本实施例的声表面波装置,采用梯形的IDT电极能够释放电极指和压电衬底之间的应力,提高声表面波装置的寿命。
(5)实施例五
如图6所示,本实施例提供一种声表面波装置,包括压电基板301和IDT电极302,以及设置在IDT电极上的钝化层303。
本实施例中的声表面波装置中的压电基板和IDT电极的结构和成分与实施例三或实施例四的压电基板和IDT电极相同,不同之处在于本实施例的声表面波装置还包括设置在IDT电极上的钝化层303。
所述钝化层包括二氧化硅,所述钝化层的厚度与所述IDT电极的厚度由以下公式确定:
Hp=T1*Hb1+T2*Hb2+T3*Hm1+T4*Hm2+T5*Hs
其中,Hp为钝化层303的厚度,Hb1为第一缓冲层302-1的厚度;T1为第一缓冲层302-1的温度补偿系数,Hb2为第二缓冲层302-1’的厚度;T2为第二缓冲层302-1’的温度补偿系数,Hm1为第一金属层的厚度302-2;T3为第一金属层302-2的温度补偿系数,Hm2为第二金属层302-2’的厚度;T4为第二金属层302-2’的温度补偿系数,Hs为压电基板301的厚度,T5为压电基板301的温度补偿系数。
第一缓冲层、第二缓冲层、第一金属层、第二金属层和压电基板的温度补偿系数由各层材料的频率温度系数(TCF)、弹性常数、压电常数、相对介电常数、密度、弹性常数温度系数和密度温度系数共同确定。
在一具体实施方式中,第一缓冲层302-1的温度补偿系数T1在1-2之间,第二缓冲层302-2的温度补偿系数T2在1-2之间,第一金属层302-2的温度补偿系数T3在0.4-0.6之间,第二金属层302-2’的温度补偿系数T4在0.4-0.6之间,压电基板301的温度补偿系数T5在0.2-0.4之间。
以这种方式获取的钝化层厚度能够更好地实现温度补偿,在增大表面波装置的耐受功率的同时使得表面波装置的频率温度系数得到改善。
(6)实施例六
如图7所示,本实施例提供一种声表面波装置,包括压电基板501和IDT电极502,本实施例中的声表面波装置中的压电基板的成分、IDT电极的结构和成分与实施例三或实施例四的压电基板和IDT电极相同,不同之处在于本实施例的压电基板带有凹槽,IDT电极中的第一缓冲层502-1设置在压电基板501的凹槽中。
IDT电极602包括设置在压电基板上的第一缓冲层502-1,设置在第一缓冲层502-1上的第一金属层502-2,设置在第一金属层502-2上的第二缓冲层502-1’,设置在第二缓冲层502-1’上的第二金属层502-2’。
在本实施例中,将IDT电极的一部分形成在压电基板的凹槽中,有利于增强声表面波装置的机械耦合性,提高声表面波装置耐受功率。
(7)实施例七
如图8所示,本实施例提供一种声表面波装置,包括压电基板601和IDT电极602,本实施例中的声表面波装置中的IDT电极的结构和成分与实施例三或实施例四的IDT电极相同,不同之处在于,本实施例的压电基板601包括高声速支撑基板和压电薄膜。
在该声表面波装置中,高声速支撑基板601-1为硅基板;压电薄膜601-2设置在所述高声速支撑基板的表面上。IDT电极602包括设置在压电基板上的第一缓冲层602-1,设置在第一缓冲层602-1上的第一金属层602-2,设置在第一金属层602-2上的第二缓冲层602-1’,设置在第二缓冲层602-1’上的第二金属层602-2’。
该声表面波装置还可以包括设置在第二金属层602-2上的钝化层603,钝化层的厚度设定与实施例五提出的厚度设定方式相同。
通过在高声速支撑基板设置压电薄膜601-2,使弹性表面波的一部分能量分布在高声速膜中的同时进行传播,能够使弹性表面波高声速化,降低损耗。
如图9所示,在另一实施方式中,声表面波装置还包括设置在所述高声速支撑基板601-1与所述压电薄膜之间的中间层601-3,所述中间层的密度在1.8-3.0g/cm3之间。
具体地,IDT电极602包括设置在压电基板601上中间层601-3,设置在所述中间层601-3上的第一缓冲层602-1,设置在第一缓冲层602-1上的第一金属层602-2,设置在第一金属层602-2上的第二缓冲层602-1’,设置在第二缓冲层602-1’上的第二金属层602-2’。
所述中间层601-3的密度在1.8-3.0g/cm3之间,中间层可以包括多晶二氧化硅,其厚度可以在100-200nm之间,压电薄膜401-2的厚度可以在50nm-100nm之间。
合适密度和厚度的中间层能够起到优异的温度补偿作用,降低IDT电极的频率温度系数。合适的压电薄膜厚度还能使IDT电极获得较大的机电耦合系数。
在本发明中,术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性;术语“多个”表示两个或两个以上。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种声表面波装置,包括:
压电基板;
IDT电极,设置在所述压电基板上,所述IDT电极包括:
第一缓冲层,设置在所述压电基板上,所述第一缓冲层包括金属钛,在将所述IDT电极的电极周期所确定的弹性波的波长设为λ时,所述第一缓冲层的厚度为2nm以下;
第一金属层,设置在所述第一缓冲层远离所述压电基板的表面上,所述第一金属层包括铝,所述第一金属层的厚度范围在1%λ-30%λ之间;
第二缓冲层,设置在所述第一金属层远离所述压电基板的表面上,所述第二缓冲层包括选自Ti、W、Mo、Mg中的一种或一种以上的金属,所述第二缓冲层的厚度为2%λ以下;
第二金属层,设置在所述第二缓冲层远离所述压电基板的表面上,所述第二金属层与所述第一金属层的成分相同;
所述IDT电极的厚度在100-500nm之间,所述第一金属层的厚度为所述IDT电极厚度10%-50%,所述第二金属层的厚度为所述IDT电极厚度10%-50%,第一缓冲层的厚度为所述IDT电极厚度0.2%-1%,第二缓冲层的厚度为所述IDT电极厚度0.4%-2%;
钝化层,设置在所述IDT电极上,所述钝化层包括二氧化硅,所述钝化层的厚度由以下公式确定:
Hp=T1*Hb1+T2*Hb2+T3*Hm1+T4*Hm2+T5*Hs
其中,Hp为钝化层的厚度,Hb1为第一缓冲层的厚度;T1为第一缓冲层的温度补偿系数,Hb2为第二缓冲层的厚度;T2为第二缓冲层的温度补偿系数,Hm1为第一金属层的厚度;T3为第一金属层的温度补偿系数,Hm2为第二金属层的厚度;T4为第二金属层的温度补偿系数,Hs为压电基板的厚度,T5为压电基板的温度补偿系数;
第一缓冲层的温度补偿系数T1在1-2之间,第二缓冲层的温度补偿系数T2在1-2之间,第一金属层的温度补偿系数T3在0.4-0.6之间,第二金属层的温度补偿系数T4在0.4-0.6之间,压电基板的温度补偿系数T5在0.2-0.4之间。
2.如权利要求1所述的声表面波装置,其中,所述铝的含量在95wt%以上,所述第一金属层还包括选自Cu、W、Mo、Cr、Ag、Pt、Ga、Nb、Ta、Au、Si中的一种或一种以上的材料。
3.如权利要求2所述的声表面波装置,其中,所述铝的含量在97wt%以上。
4.如权利要求1所述的声表面波装置,其中,所述金属钛的含量在98%以上,所述第一缓冲层还包括选自Al、Si、Mg中的一种或一种以上的材料。
5.如权利要求1所述的声表面波装置,还包括:
所述第二金属层包括铝和铜,所述铜的质量百分比为0.5%-3%。
6.如权利要求1、5中任一所述的声表面波装置,其中,
所述第一金属层在所述压电基板上的正投影面积小于所述第一缓冲层在所述压电基板上的正投影面积,所述第二缓冲层在所述压电基板上的正投影面积小于所述第二金属层在所述压电基板上的正投影面积,所述第二金属层在所述压电基板上的正投影面积小于所述第二缓冲层在所述压电基板上的正投影面积,
所述第一缓冲层、所述第二缓冲层、所述第一金属层和所述第二金属层远离所述压电基板的表面的面积小于靠近所述压电基板的表面的面积。
7.如权利要求1、5中任一所述的声表面波装置,其中,所述压电基板中设置有凹槽结构,所述凹槽结构容置所述IDT电极,所述凹槽结构的深度大于或等于所述第一缓冲层的厚度。
8.如权利要求1-5中任一所述的声表面波装置,其中,
所述压电基板包括:
高声速支撑基板,所述高声速支撑基板为硅基板;
压电薄膜,设置在所述高声速支撑基板的表面上;
所述IDT电极设置在所述压电薄膜远离所述高声速支撑基板的表面上。
9.如权利要求8所述的声表面波装置,还包括中间层,所述中间层设置在所述高声速支撑基板与所述压电薄膜之间,所述中间层的密度在1.8-3.0g/cm3之间。
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1329759A (zh) * | 1998-12-02 | 2002-01-02 | Cts公司 | 用于表面声波器件的大功率处理的金属化结构及其制造方法 |
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JP2004260625A (ja) * | 2003-02-26 | 2004-09-16 | Murata Mfg Co Ltd | 弾性表面波装置 |
CN110024287A (zh) * | 2016-12-05 | 2019-07-16 | 株式会社村田制作所 | 弹性波装置、高频前端电路以及通信装置 |
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