CN113541636B - 一种声波谐振器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种声波谐振器及其制备方法，所述声波谐振器包括：支撑衬底；压电层，形成于所述支撑衬底的上表面，其中所述压电层包括贯通槽、边缘支撑结构、接合臂及N个有效压电结构；N个底电极，形成于N个所述有效压电结构和所述支撑衬底之间，并通过底电极连通结构相互连通；N个顶电极，形成于N个所述有效压电结构的上表面，并通过N个顶电极引出结构一一引出。其中，N为大于等于2的正整数。通过本发明提供的声波谐振器及其制备方法，解决了现有技术中横纵电场激发产生杂波的问题以及声波谐振器频率调节的问题。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，特别是涉及一种声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，BAW谐振器由于谐振频率与厚度成反比，通过对薄膜减薄可以轻松实现较高的频率。对于纵向电场激发的高阶模态，其中反对称型兰姆波以水平剪切波的高阶模态，在厚度与水平方向波长的比值非常小时，可以近似看成厚度剪切模态(TSM)，而对称型兰姆波可以看成厚度伸缩模态(TEM)。通过纵向电场激发的体声波模态的优势在于其电容与声波在厚度方向上的波长成反比，因而可以实现较大的电容，有利于与50欧姆阻抗匹配，并减小器件面积。
然而，对于带有底电极及顶部插指电极的结构，交替的正负电极也会引入横向电场。横向电场激发的模态及其在水平传播方向上的高次谐波，以及纵向电场激发的0阶模态的高次谐波会在主模带内及附近成为杂波。而且传统的压电薄膜体声波谐振器(FBAR)结构由于需要刻蚀通孔连接底电极，从而大大提高工艺难度。此外，对于高频大带宽的滤波器来说，频率调节通常是通过改变压电薄膜厚度来实现，通过局部刻蚀来实现滤波器中串并联谐振器的调谐时对刻蚀速率和时间提出了非常严苛的要求。针对厚度伸缩模式的谐振频率，也可以通过增加电极负载改变频率，但当所需频率调节范围太大时，过厚的负载会导致厚度伸缩模式带内出现杂波，因此通过选择合适的振动模态和优化器件结构来抑制杂波和调整频率成为实现高性能的高频大带宽体声波谐振器的关键。
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声波谐振器及其制备方法，用于解决现有技术中横纵电场激发产生杂波的问题以及声波谐振器频率调节问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种声波谐振器，所述声波谐振器包括：
支撑衬底；
压电层，形成于所述支撑衬底的上表面；所述压电层包括：贯通槽、边缘支撑结构及N个有效压电结构，所述贯通槽形成于所述压电层中且暴露出所述支撑衬底，所述边缘支撑结构形成于所述贯通槽的外围，所述有效压电结构平行间隔排布于所述贯通槽中，并通过接合臂固定于所述边缘支撑结构的相对两侧；
N个底电极，与N个所述有效压电结构一一对应，且形成于所述有效压电结构和所述支撑衬底之间；其中，N个底电极通过底电极连通结构引出并在所述边缘支撑结构的一侧相互连通；
N个顶电极，与N个所述有效压电结构一一对应，且形成于所述有效压电结构的上表面；其中，N个所述顶电极通过N个顶电极引出结构一一引出至所述边缘支撑结构的另一侧；
其中，N为大于等于2的正整数。
可选地，所述底电极连通结构包括N个引出单元和1个连通单元，其中，N个所述引出单元与N个所述底电极一一对应，且形成所述有效压电结构一侧的所述接合臂的下表面，所述连通单元形成于靠近所述引出单元的所述边缘支撑结构的下表面，并连通N个所述引出单元。
可选地，N个所述顶电极引出结构形成于所述有效压电结构另一侧的所述接合臂的上表面并延伸至所述边缘支撑结构的上表面。
可选地，所述底电极、所述顶电极及所述有效压电结构的水平截面形状相同，包括五边形、圆形、椭圆形、矩形中任一种。
可选地，所述声波谐振器还包括质量负载层，形成于N个所述顶电极的上表面。
可选地，所述声波谐振器还包括能量反射结构，所述能量反射结构包括空腔或布拉格反射层；其中，所述空腔形成于所述支撑衬底中，且与所述贯通槽连通；所述布拉格反射层形成于所述支撑衬底与所述压电层之间。
可选地，所述声波谐振器还包括键合层，形成于所述压电层与所述支撑衬底之间。
可选地，所述声波谐振器还包括能量反射结构，所述能量反射结构包括空腔或布拉格反射层；其中，所述空腔形成于所述键合层中，且与所述贯通槽连通；所述布拉格反射层形成于所述键合层与所述压电层之间。
本发明还提供了一种声波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：
1)提供一支撑衬底；
2)于所述支撑衬底的上表面形成N个底电极，其中，N个所述底电极通过底电极连通结构引出并相互连通；
3)于2)所得结构的上表面形成压电材料层，图案化处理所述压电材料层以形成压电层，其中，所述压电层包括贯通槽、边缘支撑结构、接合臂及N个有效压电结构，所述贯通槽形成于所述压电层中且暴露出所述支撑衬底，所述边缘支撑结构形成于所述贯通槽的外围，N个所述有效压电结构平行间隔排布于所述贯通槽中，并通过所述接合臂固定于所述边缘支撑结构的相对两侧；
4)于N个所述有效压电结构的上表面形成N个顶电极，其中，N个所述顶电极通过N个顶电极引出结构一一引出。
本发明还提供了一种声波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：
1)提供一压电衬底，所述压电衬底包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，并对所述压电衬底的第一表面进行图案化离子注入，以于所述压电衬底中形成图案化损伤层；
2)于所述压电衬底的第一表面形成N个底电极，其中，N个所述底电极通过底电极连通结构引出并相互连通；
3)于2)所得结构的上表面形成键合层，并利用所述键合层将2)所得结构键合至支撑衬底上；
4)基于所述第二表面对3)所得结构进行剥离、抛光以去除所述图案化损伤层及部分压电衬底，于所述键合层及所述底电极的上表面形成压电层；其中，所述压电层包括贯通槽、边缘支撑结构、N个有效压电结构以及接合臂，所述贯通槽形成于所述压电层中且暴露出所述键合层，所述边缘支撑结构形成于所述贯通槽的外围，N个所述有效压电结构平行间隔排布于所述贯通槽中，并通过所述接合臂固定于所述边缘支撑结构的相对两侧；
5)于N个所述有效压电结构的上表面形成N个顶电极，其中，N个所述顶电极通过N个顶电极引出结构一一引出。
本发明还提供了一种声波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：
1)提供一压电衬底，所述压电衬底包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，并对所述压电衬底的整个第一表面进行离子注入，以于所述压电衬底中形成损伤层；
2)于所述压电衬底的第一表面形成N个底电极，其中，N个所述底电极通过底电极连通结构引出并相互连通；
3)于2)所得结构的上表面形成键合层，并利用所述键合层将2)所得结构键合至支撑衬底上；
4)基于所述第二表面对3)所得结构进行剥离、抛光以去除所述损伤层及其上的压电衬底，于所述键合层及所述底电极的上表面形成压电材料层；
5)于所述压电材料层的上表面形成N个顶电极，其中，N个所述顶电极通过N个顶电极引出结构一一引出；
6)图案化刻蚀所述压电材料层以形成压电层，其中，所述压电层包括贯通槽、边缘支撑结构、N个有效压电结构以及接合臂，所述贯通槽形成于所述压电层中且暴露出所述键合层，所述边缘支撑结构形成于所述贯通槽的外围，N个所述有效压电结构平行间隔排布于所述贯通槽中，并通过所述接合臂固定于所述边缘支撑结构的相对两侧。
本发明还提供了一种声波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：
1)提供一压电衬底，所述压电衬底包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；
2)于所述压电衬底的第一表面形成N个底电极，其中，N个所述底电极通过底电极连通结构引出并相互连通；
3)于2)所得结构的上表面形成键合层，并利用所述键合层将2)所得结构键合至支撑衬底上；
4)基于所述第二表面对3)所得结构进行减薄、抛光以于所述键合层及所述底电极的上表面形成压电材料层；
5)于所述压电材料层的上表面形成N个顶电极，其中，N个所述顶电极通过N个顶电极引出结构一一引出；
6)图案化刻蚀所述压电材料层以形成压电层，其中，所述压电层包括贯通槽、边缘支撑结构、N个有效压电结构以及接合臂，所述贯通槽形成于所述压电层中且暴露出所述键合层，所述边缘支撑结构形成于所述贯通槽的外围，N个所述有效压电结构平行间隔排布于所述贯通槽中，并通过所述接合臂固定于所述边缘支撑结构的相对两侧。
可选地，所述底电极连通结构与N个所述底电极同步形成，所述底电极连通结构包括N个引出单元和1个连通单元，其中，N个所述引出单元与N个所述底电极一一对应，且形成于所述有效压电结构一侧的所述接合臂的下表面，所述连通单元形成于靠近所述引出单元的所述边缘支撑结构的下表面，并连通N个所述引出单元；N个所述顶电极引出结构与N个所述顶电极同步形成，N个所述顶电极引出结构形成于所述有效压电结构另一侧的所述接合臂的上表面并延伸至所述边缘支撑结构的上表面。
如上所述，本发明的一种声波谐振器及其制备方法，具有以下有益效果：本发明的声波谐振器及其制备方法，通过完全去除顶电极之间的压电薄膜以最大化顶电极的金属覆盖率的方式可有效抑制横向电场激发的模式，减少了横向电场产生的水平方向传播的0阶模式及其水平方向高次谐波的杂波；通过增加水平方向的波长使得纵向电场产生的水平方向传播的0阶模式的水平方向高次谐波阶数极高，阶数越高机电耦合系数越小，从而减弱了纵向电场所产生的杂波；又由于厚度剪切模式的声波频率与电极负载相关，可通过调整顶电极的负载实现频率的调节；有别于传统的FBAR，本发明中图案化的悬浮电势底电极连接在一起，不需要外接电压，免除了刻蚀通孔连接底电极的工艺，减少了工艺难度，而且顶电极引出结构与底电极连通结构形成于压电层的有效压电结构的两侧，最小化了寄生电容避免了寄生效应；在声波谐振器的制备过程中，由于图案化的离子注入以及较低的光刻精度要求，极大减小了工艺难度和成本，且纵向电场激发的模态可以实现较大的电容，大大减小了器件的面积，提高生产效率。本发明的声波谐振器的制备方法工艺相对简便，成本较低，适合于大规模生产高频率大带宽的声波谐振器。
附图说明
图1显示为本发明实施例一所述声波谐振器的结构示意图，且图1所示结构作为示例1。
图2显示为本发明实施一所述声波谐振器中底电极连通结构示意图。
图3显示为本发明实施例二所提供的制备方法流程图。
图4a～图4f显示为本发明实施例二所提供制备方法中各步骤的结构示意图。
图5显示为本发明实施例三所提供的制备方法流程图。
图6a～图6g显示为本发明实施例三所提供的制备方法中各步骤的结构示意图。
图7显示为本发明实施例四所提供的制备方法流程图。
图8a～图8h显示为本发明实施例四所提供的制备方法中各步骤的结构示意图。
图9显示为本发明实施例五所提供的制备方法流程图。
图10a～图10h显示为本发明实施例五所提供的制备方法中各步骤的结构示意图。
图11显示为对比例1所述声波谐振器在波长为50μm时，不同电极覆盖率所对应的导纳曲线图。
图12显示为示例1所述声波谐振器在除去顶电极之间的压电薄膜后，不同电极宽度所对应的导纳曲线图，其中，所述声波谐振器产生厚度剪切模式(TSM)的声波。
图13显示为示例1所述声波谐振器不同顶电极厚度所对应的导纳曲线图，其中，所述声波谐振器产生厚度剪切模式(TSM)的声波。
图14显示为对比例2所述声波谐振器不同顶电极厚度所对应的导纳曲线图，其中，所述声波谐振器产生厚度伸缩模式(TEM)的声波。
图15显示为示例1所述声波谐振器所组建的第一种滤波器中串联谐振器和并联谐振器分别对应的导纳曲线图。
图16显示为示例1所述声波谐振器所组建的第一种滤波器中串联谐振器和并联谐振器分别对应的S参数曲线图。
图17显示为示例1所述声波谐振器所组建的第二种滤波器中串联谐振器和并联谐振器分别对应的导纳曲线图。
图18显示为示例1所述声波谐振器所组建的第二种滤波器中串联谐振器和并联谐振器分别对应的S参数曲线图。
元件标号说明
10 支撑衬底
20 压电层
21 贯通槽
22 边缘支撑结构
23 有效压电结构
24 接合臂
30 底电极
40 底电极连通结构
41 引出单元
42 连通单元
50 顶电极
60 顶电极引出结构
70 键合层
80 能量反射结构
90 压电材料层
100 损伤层
20’ 压电衬底
110 掩膜层
120 牺牲层
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18。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，本实施例提供一种声波谐振器，所述声波谐振器包括：
支撑衬底10；
压电层20，形成于所述支撑衬底10的上表面；所述压电层20包括：贯通槽21、边缘支撑结构22及N个有效压电结构23，所述贯通槽21形成于所述压电层20中且暴露出所述支撑衬底10，所述边缘支撑结构22形成于所述贯通槽21的外围，所述有效压电结构23平行间隔排布于所述贯通槽21中，并通过接合臂24固定于所述边缘支撑结构22的相对两侧；
N个底电极30，与N个所述有效压电结构23一一对应，且形成于所述有效压电结构23和所述支撑衬底10之间；其中，N个底电极30通过底电极连通结构40引出并在所述边缘支撑结构22的一侧相互连通；
N个顶电极50，与N个所述有效压电结构23一一对应，且形成于所述有效压电结构23的上表面；其中，N个所述顶电极50通过N个顶电极引出结构60一一引出至所述边缘支撑结构22的另一侧；
其中，N为大于等于2的正整数。
本实施例中，所述声波谐振器利用N个分立的顶电极，抑制了横向电场激发的模式，减少了横向电场产生的杂波；由于所述底电极连接在一起，声波谐振器工作时，所述底电极不外接电压，处于悬浮状态，当底电极个数N大于等于2时可以使所述底电极感生出与顶电极相反的电荷，相反电势的顶电极对应的底电极亦带有相反符号的电荷，满足电荷守恒，从而在所述压电层内形成纵向电场，激发产生厚度剪切模式的声波。而且采用底电极连通的方式免除了刻蚀通孔连接底电极的工艺，减小了制备过程中的工艺难度和成本。
具体的，所述支撑衬底10可以是单一材料层，也可以是由至少两层不同材料层组成的叠层结构；其中，所述支撑衬底10优选易于刻蚀、高电阻率的材料，如硅(Si)、氧化硅(SiO2)、或二者的叠层(SiO2/Si)等。所述压电层20包括至少一层压电薄膜，在所述压电薄膜的数量大于等于2层时，多层所述压电薄膜构成叠层结构，且相邻两层所述压电薄膜的材料可以相同也可以不同。所述压电薄膜的材料包括：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)或铌镁酸铅(PMN-PT)中的一种，其厚度由实际应用中所需要产生的声波的频段来确定。所述底电极30、所述底电极连通结构40、所述顶电极50及所述顶电极引出结构60的材料可以相同也可以不同，但出于简化工艺的目的，优选材料相同；该材料除了包括铜、银、金、铝、铂、镍、钼、钨、铬、钛及其合金中的任一种外，还可以包括掺杂后导电的半导体材料，比如掺杂后的硅。
具体的，所述底电极30、所述顶电极50及所述有效压电结构23的水平截面形状相同，包括五边形、圆形、椭圆形、矩形中任一种；本示例中，通过上述形状设计，可以进一步抑制横纵向电场激发的0阶模式及其水平方向高次谐波(主模以外的模式)。通过增加所述顶电极50的宽度，从而增加水平方向的波长，使得水平方向传播的0阶模式的水平方向高次谐波阶数极高，减弱了纵向电场所产生的杂波。所述底电极30、所述顶电极50以及所述有效压电结构23的个数N相同，其中N大于等于2且小于20；可选地，本示例中，个数N为2，当然，其它示例中，个数N还可以为3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19。由于所述顶电极50的个数由特定终端需要的阻抗匹配的电容决定，在所述顶电极的个数大于20时，为了阻抗匹配，平均每个所述顶电极50对应的电容较小，尺寸也就较小，从而导致寄生模式增强，出现杂波，而且过多的顶电极50会导致声波谐振器布线复杂，故所述顶电极50的个数优选大于等于2且小于20。
具体的，所述底电极连通结构40包括N个引出单元41和1个连通单元42，N个所述引出单元41与N个所述底电极30一一对应，且形成所述有效压电结构23一侧的所述接合臂24的下表面，所述连通单元42形成于靠近所述引出单元41的所述边缘支撑结构22的下表面，并连通N个所述引出单元41，具体结构如图2所示。可选地，所述底电极30以及所述引出单元41的个数N为2。
具体的，N个所述顶电极引出结构60形成于所述有效压电结构23另一侧的所述接合臂24的上表面并延伸至所述边缘支撑结构22的上表面。
具体的，所述声波谐振器还包括质量负载层，形成于N个所述顶电极50的上表面。其中，所述质量负载层材料可以是金属或是氧化硅等易于沉积的材料，用于调节所述声波谐振器的频率。
具体的，所述声波谐振器还包括能量反射结构80，所述能量反射结构80包括空腔或布拉格反射层，其中，所述空腔形成于所述支撑衬底10中；所述布拉格反射层形成于所述支撑衬底10与所述压电层20之间。
具体的，所述声波谐振器还包括键合层70，形成于所述压电层20与所述支撑衬底10之间，此时，所述贯通槽21暴露出所述键合层70；所述键合层70的材料包括但不限于氧化硅。在此基础上，若所述声波谐振器还包括能量反射结构80，在所述能量反射结构80为空腔时，所述空腔形成于所述键合层70中；在所述能量反射结构80为布拉格反射层时，所述布拉格反射层形成于所述键合层70与所述压电层20之间。
具体的，在能量反射结构80为空腔时，所述声波谐振器还包括介质层，所述介质层形成于所述压电层20与所述支撑衬底10之间及/或形成于所述压电层20的上表面；若声波谐振器中包括键合层70，所述介质层形成于所述压电层20与所述键合层70之间及/或形成于所述压电层20的上表面。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。
实施例二
如图3所示，本实施例还提供一种声波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：
1)提供一支撑衬底10；
2)于所述支撑衬底10的上表面形成N个底电极30，其中，N个所述底电极30通过底电极连通结构40引出并相互连通；
3)于2)所得结构的上表面形成压电材料层90，图案化处理所述压电材料层90以形成压电层20，其中，所述压电层20包括贯通槽21、边缘支撑结构22、接合臂24及N个有效压电结构23，其中，所述贯通槽21形成于所述压电材料层90中且暴露出所述支撑衬底10，所述边缘支撑结构22形成于所述贯通槽21的外围，N个所述有效压电结构23平行间隔排布于所述贯通槽21中，并通过所述接合臂24固定于所述边缘支撑结构22的相对两侧；
4)于N个所述有效压电结构23的上表面形成N个顶电极50，其中，N个所述顶电极50通过N个顶电极引出结构60一一引出。
下面请结合图3，参阅图4a-图4f对本实施例所述制备方法进行详细说明。
1)如图4a所示，提供一支撑衬底10。
在步骤1)中，所述支撑衬底10可以是单一材料层，也可以是由至少两层不同材料层组成的叠层结构；其中，所述支撑衬底10优选易于刻蚀、高电阻率的材料，如硅(Si)、氧化硅(SiO2)、或二者的叠层(SiO2/Si)等。
2)如图4b所示，于所述支撑衬底10的上表面形成N个底电极30，其中，N个所述底电极30通过底电极连通结构40引出并相互连通。
在步骤2)中，所述底电极连通结构40与N个所述底电极30同步形成；方法包括：采用沉积工艺于所述支撑衬底10的上表面形成金属层或导电的半导体材料层，并通过图案化刻蚀，于所述支撑衬底10的上表面形成N个底电极30以及底电极连通结构40，其中，所述底电极连通结构40包括N个引出单元41和1个连通单元42，N个所述引出单元41与N个所述底电极30一一对应，所述连通单元42连通N个所述引出单元41。所述图案化刻蚀的方法包括离子束刻蚀(IBE)、电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)；当然，也可以采用剥离工艺(lift off)替代图案化刻蚀，这对本实施例没有影响。可选地，所述底电极的个数N为2。
3)如图4c和图4d所示，于2)所得结构的上表面形成压电材料层90，图案化处理所述压电材料层90以形成压电层20，其中，所述压电层20包括贯通槽21、边缘支撑结构22、接合臂24及N个有效压电结构23，其中，所述贯通槽21形成于所述压电材料层90中且暴露出所述支撑衬底10，所述边缘支撑结构22形成于所述贯通槽21的外围，N个所述有效压电结构23平行间隔排布于所述贯通槽21中，并通过所述接合臂24固定于所述边缘支撑结构22的相对两侧。
在步骤3)中，于步骤2)中所得结构的上表面沉积形成压电材料层90，并对所述压电材料层90进行图案化刻蚀，直至暴露出所述支撑衬底10，以形成贯通槽21、边缘支撑结构22、接合臂24及N个有效压电结构23，且N个所述有效压电结构23平行间隔排布于所述贯通槽21中；此时，所述引出单元41形成于所述有效压电结构23一侧的所述接合臂24的下表面，所述连通单元42形成于靠近所述引出单元41的所述边缘支撑结构22的下表面。所述图案化刻蚀的方法包括离子束刻蚀(IBE)、电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)、激光烧蚀、质子交换后湿法刻蚀。
4)如图4e所示，于N个所述有效压电结构23的上表面形成N个顶电极50，其中，N个所述顶电极50通过N个顶电极引出结构60一一引出。
在步骤4)中，N个所述顶电极引出结构60与N个所述顶电极50同步形成，方法包括：利用沉积工艺于步骤3)所得结构的上表面形成金属层或导电的半导体材料层，并通过图案化刻蚀，于有效压电结构23的上表面形成顶电极50，同时于所述有效压电结构23另一侧的接合臂24上表面及所述边缘支撑结构的上表面形成顶电极引出结构60。所述图案化刻蚀的方法包括离子束刻蚀(IBE)、电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)；当然，也可以采用剥离工艺(lift off)替代图案化刻蚀，这对本实施例没有影响。
具体的，所述制备方法还包括形成能量反射结构80的步骤，所述能量反射结构80包括形成于所述衬底10中的空腔或形成于所述压电层20与所述支撑衬底10之间的布拉格反射层。更具体的，在所述能量反射结构80为空腔时，以在步骤4)形成所述顶电极50之后，利用所述贯通槽21刻蚀所述支撑衬底10形成空腔，如图4f所示；当然，也可采用背部刻蚀形成空腔，这对本实施例没有影响。在所述能量反射结构80为布拉格反射层时，在步骤2)之前，所述制备方法还包括：于所述支撑衬底10的上表面形成布拉格反射层的步骤，如采用沉积工艺于所述支撑衬底10的上表面形成布拉格反射层；其中，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，在所述声波谐振器包括能量反射结构80，且能量反射结构80为空腔时，在形成所述底电极30之前，所述制备方法还包括：于所述支撑衬底10的上表面形成介质层的步骤。
实施例三
如图5所示，本实施例提供一种声波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：
1)提供一压电衬底20’，所述压电衬底20’包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，并对所述压电衬底20’的第一表面进行图案化离子注入，以于所述压电衬底20’中形成损伤层100；
2)于所述压电衬底20’的所述第一表面形成N个底电极30，其中，N个所述底电极30通过底电极连通结构40引出并相互连通；
3)于2)所得结构的上表面形成键合层70，并利用所述键合层70将2)所得结构键合至支撑衬底上10；
4)基于所述第二表面对3)所得结构进行剥离、抛光以去除所述损伤层100及部分压电衬底，于所述键合层70及所述底电极30的上表面形成压电层20；其中，所述压电层20包括贯通槽21、边缘支撑结构22、N个有效压电结构23以及接合臂24，所述贯通槽21形成于所述压电层20中且暴露出所述键合层70，所述边缘支撑结构22形成于所述贯通槽21的外围，N个所述有效压电结构23平行间隔排布于所述贯通槽21中，并通过所述接合臂24固定于所述边缘支撑结构22的相对两侧；
5)于N个所述有效压电结构23的上表面形成N个顶电极50，其中，N个所述顶电极50通过N个顶电极引出结构60一一引出。
下面请结合图5，参阅图6a-图6g对本实施例所述制备方法进行详细说明。
1)如图6a所示，提供一压电衬底20’，所述压电衬底20’包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，并对所述压电衬底20’的第一表面进行图案化离子注入，以于所述压电衬底20’中形成损伤层100。
在步骤1)中，基于图案化掩膜层110对所述压电衬底20’的第一表面进行图案化离子注入，以于所述压电衬底20’中形成损伤层100，其中，所述损伤层100的厚度可以为100nm，易于在后续工艺中实现对压电衬底20’的剥离。
2)如图6b所示，于所述压电衬底20’的所述第一表面形成N个底电极30，其中，N个所述底电极30通过底电极连通结构40引出并相互连通。
在步骤2)中，所述底电极连通结构40与N个所述底电极30同步形成；方法包括：采用沉积工艺于所述压电衬底20’的所述第一表面形成金属层或者导电的半导体材料层，并通过图案化刻蚀，于所述第一表面上形成N个底电极30以及底电极连通结构40，其中，底电极连通结构40包括N个引出单元41和1个连通单元42，N个所述引出单元41与N个所述底电极30一一对应，所述连通单元42连通N个所述引出单元41。所述图案化刻蚀的方法包括离子束刻蚀(IBE)、电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)；当然，也可以采用剥离工艺替代图案化刻蚀，这对本实施例没有影响。可选地，所述底电极的个数N为2。
3)如图6c和图6d所示，于2)所得结构的上表面形成键合层70，并利用所述键合层70将2)所得结构键合至支撑衬底上10。
步骤3)中，采用沉积工艺于步骤2)所得结构的上表面形成键合层70，其中，形成所述键合层70的材料包括氧化硅或硅，并利用所述键合层70将步骤2)所得结构键合至支撑衬底10上。
4)如图6e所示，基于所述第二表面对3)所得结构进行剥离、抛光以去除所述损伤层100及部分压电衬底，于所述键合层70及所述底电极30的上表面形成压电层20；其中，所述压电层20包括贯通槽21、边缘支撑结构22、N个有效压电结构23以及接合臂24，所述贯通槽21形成于所述压电层20中且暴露出所述键合层70，所述边缘支撑结构22形成于所述贯通槽21的外围，N个所述有效压电结构23平行间隔排布于所述贯通槽21中，并通过所述接合臂24固定于所述边缘支撑结构22的相对两侧；
在步骤4)中，通过剥离、抛光工艺去除损伤层100以及部分压电衬底，形成压电层20，其中，所述压电层20包括贯通槽21、边缘支撑结构22、N个有效压电结构23以及接合臂24，此时，引出单元41形成于所述有效压电结构23一侧的所述接合臂24的下表面，所述连通单元42形成于靠近所述引出单元41的所述边缘支撑结构22的下表面。
5)如图6f所示，于N个所述有效压电结构23的上表面形成N个顶电极50，其中，N个所述顶电极50通过N个顶电极引出结构60一一引出。
在步骤5)中，N个所述顶电极引出结构60与N个所述顶电极50同步形成，方法包括：利用沉积工艺于步骤4)所得结构的上表面形成金属层或导电的半导体材料层，并通过图案化刻蚀，于有效压电结构23的上表面形成顶电极50，同时于所述有效压电结构23另一侧的接合臂24上表面及所述边缘支撑结构22的上表面形成顶电极引出结构60。所述图案化刻蚀的方法包括离子束刻蚀(IBE)、电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)；当然，也可以采用剥离工艺(lift off)替代图案化刻蚀，这对本实施例没有影响。
具体的，所述制备方法还包括形成能量反射结构80的步骤，所述能量反射结构80包括形成于所述键合层70中的空腔或形成于所述压电层20与键合层70之间的布拉格反射层。更具体的，在所述能量反射结构80为空腔时，如图6c所示，步骤3)还包括于步骤2)所得结构的上表面形成牺牲层120的步骤，其中，所述牺牲层120形成于所述键合层70之前，且所述牺牲层120的横截面积小于所述键合层70的横截面积；如图6g所示，步骤5)还包括释放牺牲层120形成空腔的步骤，在形成所述顶电极50之后，利用所述贯通槽21对所述牺牲层120进行释放，得到所述空腔，其中，所形成的空腔能保证工作区域悬空即可，较小的空腔使声波谐振器的结构更稳定且散热好。在所述能量反射结构80为布拉格反射层时，步骤3)还包括于步骤2)所得结构的上表面形成布拉格反射层的步骤，如在形成底电极30之前，采用沉积工艺于所述步骤2)所得结构的上表面形成布拉格反射层；其中，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，在所述声波谐振器包括能量反射结构80，且能量反射结构80为空腔时，在步骤2)之前，所述制备方法还包括：于所述压电衬底10的上表面形成介质层的步骤。
实施例四
如图7所示，本实施例提供一种声波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：
1)提供一压电衬底20’，所述压电衬底20’包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，并对所述压电衬底20’的整个第一表面进行离子注入，以于所述压电衬底20’中形成损伤层100；
2)于所述压电衬底20’的第一表面形成N个底电极30，其中，N个所述底电极30通过底电极连通结构40引出并相互连通；
3)于2)所得结构的上表面形成键合层70，并利用所述键合层70将2)所得结构键合至支撑衬底10上；
4)基于所述第二表面对3)所得结构进行剥离、抛光以去除所述损伤层100及其上的压电衬底，于所述键合层70及所述底电极30的上表面形成压电材料层90；
5)于所述压电材料层90的上表面形成N个顶电极50，其中，N个所述顶电极50通过N个顶电极引出结构60一一引出；
6)图案化刻蚀所述压电材料层90以形成压电层20，其中，所述压电层20包括贯通槽21、边缘支撑结构22、N个有效压电结构23以及接合臂24，所述贯通槽21形成于所述压电层20中且暴露出所述键合层70，所述边缘支撑结构22形成于所述贯通槽21的外围，且形成于所述键合层70以及连通单元42的上表面，N个所述有效压电结构23平行间隔排布于所述贯通槽21中，并通过所述接合臂24固定于所述边缘支撑结构22的相对两侧。
下面请结合图7，参阅图8a-图8h对本实施例所述制备方法进行详细说明。
1)如图8a所示，提供一压电衬底20’，所述压电衬底20’包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，并对所述压电衬底20’的整个第一表面进行离子注入，以于所述压电衬底20’中形成损伤层100。
在步骤1)中，对所述压电衬底20’的整个第一表面进行离子注入，以于所述压电衬底20’中形成损伤层100，其中，所述损伤层90的厚度可以是100nm，易于在后续工艺中实现对压电衬底20’的剥离。
2)如图8b所示，于所述压电衬底20’的第一表面形成N个底电极30，其中，N个所述底电极30通过底电极连通结构40引出并相互连通。
在步骤2)中，所述底电极连通结构40与N个所述底电极30同步形成；方法包括：采用沉积工艺于所述压电衬底20’的所述第一表面形成金属层或导电的半导体材料层，并通过图案化刻蚀，于所述第一表面形成N个底电极30以及底电极连通结构40，其中，底电极连通结构40包括N个引出单元41和1个连通单元42，N个所述引出单元41与N个所述底电极30一一对应，所述连通单元42连通N个所述引出单元41。所述图案化刻蚀的方法包括离子束刻蚀(IBE)、电感耦合等离子体-反应离子刻蚀ICP-RIE)。当然，也可以采用剥离工艺(lift off)替代图案化刻蚀，这对本实施例没有影响。可选地，所述底电极的个数N为2。
3)如图8c和8d所示，于2)所得结构的上表面形成键合层70，并利用所述键合层70将2)所得结构键合至支撑衬底10上。
步骤3)中，采用沉积工艺于步骤2)所得结构的上表面沉积键合材料层，以形成键合层70，其中所述键合层70的材料包括氧化硅或硅，并利用所述键合层70将步骤2)所得结构键合至支撑衬底10上。
4)如图8e所示，基于所述第二表面对3)所得结构进行剥离、抛光以去除所述损伤层100及其上的压电衬底，于所述键合层70及所述底电极30的上表面形成压电材料层90。
在步骤4)中，先利用剥离工艺去除损伤层100及其上的压电衬底，再进行抛光得到压电材料层90。
5)如图8f所示，于所述压电材料层90的上表面形成N个顶电极50，其中，N个所述顶电极50通过N个顶电极引出结构60一一引出。
在步骤5)中，N个所述顶电极引出结构60与N个所述顶电极50同步形成，方法包括：利用沉积工艺于步骤4)所得结构的上表面形成金属层或导电的半导体材料层，并通过图案化刻蚀，形成顶电极50以及顶电极引出结构60。所述图案化刻蚀的方法包括离子束刻蚀(IBE)、电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)；当然，也可以采用剥离工艺(liftoff)替代图案化刻蚀，这对本实施例没有影响。
6)如图8g所示，图案化刻蚀所述压电材料层90以形成压电层20，其中，所述压电层20包括贯通槽21、边缘支撑结构22、N个有效压电结构23以及接合臂24，所述贯通槽21形成于所述压电层20中且暴露出所述键合层70，所述边缘支撑结构22形成于所述贯通槽21的外围，且形成于所述键合层70以及连通单元42的上表面，N个所述有效压电结构23平行间隔排布于所述贯通槽21中，并通过所述接合臂24固定于所述边缘支撑结构22的相对两侧。
步骤6)中，对所述压电材料层90进行图案化刻蚀，直至暴露出所述键合层70，以形成贯通槽21、边缘支撑结构22、接合臂24及N个有效压电结构23；其中，所述引出单元41形成于所述有效压电结构23一侧的所述接合臂24的下表面，所述连通单元42形成于靠近所述引出单元41的所述边缘支撑结构22的下表面，所述顶电极50形成于所述有效压电结构23的上表面，所述顶电极引出结构60形成于所述有效压电结构23另一侧的接合臂24的上表面及所述边缘支撑结构22的上表面。所述图案化刻蚀的方法包括离子束刻蚀(IBE)、电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)、激光烧蚀、质子交换后湿法刻蚀。
具体的，所述制备方法还包括形成能量反射结构80的步骤，所述能量反射结构包括形成于所述键合层70中的空腔或形成于所述压电层20与键合层70之间的布拉格反射层，更具体的，在所述能量反射结构80为空腔时，步骤3)还包括于步骤2)所得结构的上表面形成牺牲层120的步骤，其中，所述牺牲层120形成于所述键合层70之前，且所述牺牲层120的横截面积小于所述键合层70的横截面积；步骤6)还包括释放牺牲层120形成空腔的步骤，如图8h所示，在形成所述顶电极50之后，利用所述贯通槽21对所述牺牲层120进行释放，得到所述空腔，其中，所形成的空腔能保证工作区域悬空即可，较小的空腔使声波谐振器的结构更稳定且散热好。所述能量反射结构80为布拉格反射层时，步骤3)还包括于步骤2)所得结构的上表面形成布拉格反射层的步骤，如在形成底电极30之前，采用沉积工艺于所述步骤2)所得结构的上表面形成布拉格反射层；其中，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，在所述声波谐振器包括能量反射结构80，且能量反射结构80为空腔时，在步骤2)之前，所述制备方法还包括：于所述压电衬底10的上表面形成介质层的步骤。
实施例五
如图9所示，本实施例提供一种声波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：
1)提供一压电衬底20’，所述压电衬底20’包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；
2)于所述压电衬底的第一表面形成N个底电极30，其中，N个所述底电极30通过底电极连通结构40引出并相互连通；
3)于2)所得结构的上表面形成键合层70，并利用所述键合层70将2)所得结构键合至支撑衬底10上；
4)基于所述第二表面对3)所得结构进行减薄、抛光以于所述键合层70及所述底电极30的上表面形成压电材料层90；
5)于所述压电材料层90的上表面形成N个顶电极50，其中，N个所述顶电极50通过N个顶电极引出结构60一一引出；
6)图案化刻蚀所述压电材料层90以形成压电层20，其中，所述压电层20包括贯通槽21、边缘支撑结构22、N个有效压电结构23以及接合臂24，所述贯通槽21形成于所述压电层20中且暴露出所述键合层70，所述边缘支撑结构22形成于所述贯通槽21的外围，N个所述有效压电结构23平行间隔排布于所述贯通槽21中，并通过所述接合臂24固定于所述边缘支撑结构22的相对两侧。
下面请结合图9，参阅图10a-图10h对本实施例所述制备方法进行详细说明。
1)如图10a所示，提供一压电衬底20’，所述压电衬底20’包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面。
在步骤1)中所提供的压电衬底20’的材料包括铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅(PZT)或铌镁酸铅(PMN-PT)中的一种。
2)如图10b所示，于所述压电衬底20’的第一表面形成N个底电极30，其中，N个所述底电极30通过底电极连通结构40引出并相互连通。
在步骤2)中，所述底电极连通结构40与N个所述底电极30同步形成；方法包括：采用沉积工艺于所述压电衬底20’的所述第一表面形成金属层或导电的半导体材料层，并通过图案化刻蚀，于所述第一表面形成N个底电极30以及底电极连通结构40，其中，底电极连通结构40包括N个引出单元41和1个连通单元42，N个所述引出单元41与N个所述底电极30一一对应，所述连通单元42连通N个所述引出单元41。所述图案化刻蚀的方法包括离子束刻蚀(IBE)、电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)。当然，也可以采用剥离工艺替代图案化刻蚀，这对本实施例没有影响。可选地，所述底电极的个数N为2。
3)如图10c和10d所示，于2)所得结构的上表面形成键合层70，并利用所述键合层70将2)所得结构键合至支撑衬底10上。
步骤3)中，采用沉积工艺于步骤2)所得结构的上表面沉积键合材料层，以形成键合层70，其中所述键合层70的材料包括氧化硅或硅，并利用所述键合层70将步骤2)所得结构键合至支撑衬底10上。
4)如图10e所示，基于所述第二表面对3)所得结构进行减薄、抛光以于所述键合层70及所述底电极30的上表面形成压电材料层90。
在步骤4)中所述减薄的方法包括研磨或刻蚀，可以通过研磨工艺、抛光工艺于所述键合层70及所述底电极30的上表面形成压电材料层90；还可以通过刻蚀工艺、抛光工艺形成所述压电材料层90；当然，还可以同时采用研磨工艺和刻蚀工艺形成所述压电材料层90，这对本实施例没有影响。而且，所形成的压电材料层90的厚度由目标频段的频率决定。
5)如图10f所示，于所述压电材料层90的上表面形成N个顶电极50，其中，N个所述顶电极50通过N个顶电极引出结构60一一引出。
在步骤5)中，N个所述顶电极引出结构60与N个所述顶电极50同步形成，方法包括：利用沉积工艺于步骤4)所得结构的上表面形成金属层或导电的半导体材料层，并通过图案化刻蚀，形成顶电极50以及顶电极引出结构60。所述图案化刻蚀的方法包括离子束刻蚀(IBE)、电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)；当然，也可以采用剥离工艺替代图案化刻蚀，这对本实施例没有影响。
6)如图10g所示，图案化刻蚀所述压电材料层90以形成压电层20，其中，所述压电层20包括贯通槽21、边缘支撑结构22、N个有效压电结构23以及接合臂24，所述贯通槽21形成于所述压电层20中且暴露出所述键合层70，所述边缘支撑结构22形成于所述贯通槽21的外围，且形成于所述键合层70以及连通单元42的上表面，N个所述有效压电结构23平行间隔排布于所述贯通槽21中，并通过所述接合臂24固定于所述边缘支撑结构22的相对两侧。
步骤6)中，对所述压电材料层90进行图案化刻蚀，直至暴露出所述键合层70，以形成贯通槽21、边缘支撑结构22、接合臂24及N个有效压电结构23；其中，所述引出单元41形成于所述有效压电结构23一侧的所述接合臂24的下表面，所述连通单元42形成于靠近所述引出单元41的所述边缘支撑结构22的下表面，所述顶电极50形成于所述有效压电结构23的上表面，所述顶电极引出结构60形成于所述有效压电结构23另一侧的接合臂24的上表面及所述边缘支撑结构22的上表面。所述图案化刻蚀的方法包括离子束刻蚀(IBE)、电感耦合等离子体-反应离子刻蚀ICP-RIE)、激光烧蚀、质子交换后湿法刻蚀。
具体的，所述制备方法还包括形成能量反射结构80的步骤，所述能量反射结构包括形成于所述键合层70中的空腔或形成于所述压电层20与键合层70之间的布拉格反射层，更具体的，在所述能量反射结构80为空腔时，步骤3)还包括于步骤2)所得结构的上表面形成牺牲层120的步骤，其中，所述牺牲层120形成于所述键合层70之前，且所述牺牲层120的横截面积小于所述键合层70的横截面积；步骤6)还包括释放牺牲层120形成空腔的步骤，如图10h所示，在形成所述顶电极50之后，利用所述贯通槽21对所述牺牲层120进行释放，得到所述空腔，其中，所形成的空腔能保证工作区域悬空即可，较小的空腔使声波谐振器的结构更稳定且散热好。所述能量反射结构80为布拉格反射层时，步骤3)还包括于步骤2)所得结构的上表面形成布拉格反射层的步骤，如在形成底电极30之前，采用沉积工艺于所述步骤2)所得结构的上表面形成布拉格反射层；其中，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，在所述声波谐振器包括能量反射结构80，且能量反射结构80为空腔时，在步骤2)之前，所述制备方法还包括：于所述压电衬底10的上表面形成介质层的步骤。
下面以图1所示声波谐振器的结构作为示例1，于该结构中顶电极之间的压电薄膜未被去除且底电极未进行图案化处理的结构作为对比例1，于该结构中压电薄膜为Y36切铌酸锂且厚度为750nm的结构为对比例2，以此对本实施例所述声波谐振器的性能进行说明。
示例1：以Y切铌酸锂作为压电薄膜，底电极为金属Ti，顶电极为金属Al，激发产生SH1模式即厚度剪切模式(TSM)的声波，所述声波谐振器中顶电极之间的压电薄膜被去除。
对比例1：Y切铌酸锂作为压电薄膜，底电极为金属Ti，顶电极为金属Al，激发产生SH1模式即厚度剪切模式(TSM)的声波，所述声波谐振器中顶电极之间的压电薄膜未被去除。
对比例2：750nm厚的Y36切铌酸锂作为压电薄膜，底电极为金属Ti，顶电极为金属Al，激发产生厚度伸缩模式(TEM)的声波，所述声波谐振器的结构中顶电极之间的压电薄膜被去除。
图11为对比例1所述声波谐振器在波长为50μm时，不同电极覆盖率对应的导纳曲线图，其中，所述声波谐振器产生的声波为厚度剪切波。对于常规的悬浮电势底电极和顶部叉指电极结构，由于铌酸锂材料压电耦合系数具有诸多分量，横纵电场激发的基模或主模在水平传播方向上的高次谐波以及其他高阶模态会在主模带内或附近形成杂波。从图9中可以看出，顶电极的电极覆盖率分别为30％、50％、70％和90％时，增大顶电极的金属覆盖率能够在一定程度上抑制这些杂波，但考虑到常规光刻工艺的限制，将电极覆盖增加到极限的情况下，带内依然有比较强的涟漪也即使存在较多的杂波。
图12显示为示例1所述声波谐振器在除去顶电极之间的压电薄膜后，不同电极宽度(10μm、20μm、30μm、40μm)所对应的导纳曲线图。由于横向电场激发的模式以及纵向电场激发的基模的高次谐波是杂波的主要来源，因此尽可能减小有横向电场的区域以及增大水平方向的波长，有助于抑制横向电场激发的模态，提高基模的阶数使其可以忽略不计。从图中可以看出，由于将电极之间的压电薄膜除去后，压电层内没有横向电场存在，杂波大量减少，若再增加电极的宽度使其等效的水平方向波长增加，纵向电场产生的杂波也减弱到可以忽略不计。
图13显示为示例1所述声波谐振器中不同顶电极厚度所对应的导纳曲线，其中，所述声波谐振器产生厚度剪切模式(TSM)的声波。由于本实施一中所述谐振器的频率对电极负载十分敏感，从图中可以看出，电极厚度取不同值(50nm、100nm、150nm)时，随着电极厚度增加，谐振频率下降，而机电耦合系数kt 2却没有明显降低且不会有新的杂波产生，因此可以通过改变电极厚度或采用不同密度的金属电极实现声波谐振器频率的调节，组建滤波器。
图14显示为对比例2所述声波谐振器中不同顶电极厚度对应的导纳曲线图，其中，所述声波谐振器产生厚度伸缩模式(TEM)的声波。对于厚度伸缩模式(TEM)，由于声速更高，要实现声速调节则需要更厚的电极负载，从图中可以看出，当电极负载的厚度增加到足以组建滤波器时(190nm)，其谐振频率与反谐振频率之间会出现一个杂波，因此，针对产生厚度伸缩模式声波的谐振器无法通过改变电极负载的厚度来实现高频大带宽滤波器。
图15显示为示例1所述声波谐振器所组建的第一种滤波器中串联谐振器和并联谐振器分别对应的导纳曲线图，其中，所述滤波器中串联谐振器的顶电极为50nm的Al，并联谐振器的顶电极为155nm的Al，底电极为50nm的Al，图中标为1的曲线为并联谐振器的导纳曲线图，图中标为2的曲线为串联谐振器的导纳曲线图，从图中可以看出，谐振点和反谐振点所对应的导纳值之间的差值大，谐振器的整体损耗小，由其组成的滤波器的3dB带宽高达1GHz完全满足n77频段。
图16显示为示例1所述声波谐振器所组建的第一种滤波器中串联谐振器和并联谐振器分别对应的S参数曲线图，其中，S11表示回波损耗，S21表示插入损耗，从图中可以看出在3.3GHz到4.3GHz的频率范围内都有很低的插入损耗，可以满足n77频段。
图17显示为示例1所述声波谐振器所组建的第二种滤波器中串联谐振器和并联谐振器分别对应的导纳曲线图，其中，所述滤波器中串联谐振器的顶电极为50nm的Al，并联谐振器的顶电极为72.5nm的Cu，底电极为20nm的Ti，图中标为1的曲线为并联谐振器的导纳曲线图，图中标为2的曲线为串联谐振器的导纳曲线图，从图中可以看出，谐振点和反谐振点所对应的导纳值之间的差值大，谐振器的整体损耗小，由其组成的滤波器的3dB带宽高达1GHz。
图18显示为示例1所述声波谐振器所组建的第二种滤波器中串联谐振器和并联谐振器分别对应的S参数曲线图，其中，S11表示回波损耗，S21表示插入损耗，从图中可以看出在3.3GHz到4.3GHz的频率范围内都有很低的插入损耗，可以满足n77频段。
综上所述，本发明的一种声波谐振器及其制备方法，具有以下有益效果：本发明的声波谐振器及其制备方法，通过完全去除顶电极之间的压电薄膜以最大化顶电极的金属覆盖率的方式可有效抑制横向电场激发的模式，减少了横向电场产生的水平方向传播的0阶模式及其水平方向高次谐波的杂波；通过增加水平方向的波长使得纵向电场产生的水平方向传播的0阶模式的水平方向高次谐波阶数极高，阶数越高机电耦合系数越小，从而减弱了纵向电场所产生的杂波；又由于厚度剪切模式的声波频率与电极负载相关，可通过调整顶电极的负载实现频率的调节；有别于传统的FBAR，本发明中图案化的悬浮电势底电极连接在一起，不需要外接电压，免除了刻蚀通孔连接底电极的工艺，减少了工艺难度，而且顶电极引出结构与底电极连通结构形成于压电层的有效压电结构的两侧，最小化了寄生电容避免了寄生效应；在声波谐振器的制备过程中，由于图案化的离子注入以及较低的光刻精度要求，极大减小了工艺难度和成本，且纵向电场激发的模态可以实现较大的电容，大大减小了器件的面积，提高生产效率。本发明的声波谐振器的制备方法工艺相对简便，成本较低，适合于大规模生产高频率大带宽的声波谐振器。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 (13)
1.一种声波谐振器，其特征在于，所述声波谐振器包括：
支撑衬底；
压电层，形成于所述支撑衬底的上表面；所述压电层包括：贯通槽、边缘支撑结构及N个有效压电结构，所述贯通槽形成于所述压电层中且暴露出所述支撑衬底，所述边缘支撑结构形成于所述贯通槽的外围，所述有效压电结构平行间隔排布于所述贯通槽中，并通过接合臂固定于所述边缘支撑结构的相对两侧；
N个底电极，与N个所述有效压电结构一一对应，且形成于所述有效压电结构和所述支撑衬底之间；其中，N个底电极通过底电极连通结构引出并在所述边缘支撑结构的一侧相互连通；
N个顶电极，与N个所述有效压电结构一一对应，且形成于所述有效压电结构的上表面；其中，N个所述顶电极通过N个顶电极引出结构一一引出至所述边缘支撑结构的另一侧；
其中，N为大于等于2的正整数。
2.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述底电极连通结构包括N个引出单元和1个连通单元，其中，N个所述引出单元与N个所述底电极一一对应，且形成于所述有效压电结构一侧的所述接合臂的下表面，所述连通单元形成于靠近所述引出单元的所述边缘支撑结构的下表面，并连通N个所述引出单元。
3.根据权利要求2所述的声波谐振器，其特征在于，N个所述顶电极引出结构形成于所述有效压电结构另一侧的所述接合臂的上表面并延伸至所述边缘支撑结构的上表面。
4.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述底电极、所述顶电极及所述有效压电结构的水平截面形状相同，包括五边形、圆形、椭圆形、矩形中任一种。
5.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述声波谐振器还包括质量负载层，形成于N个所述顶电极的上表面。
6.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述声波谐振器还包括能量反射结构，所述能量反射结构包括空腔或布拉格反射层；其中，所述空腔形成于所述支撑衬底中，且与所述贯通槽连通；所述布拉格反射层形成于所述支撑衬底与所述压电层之间。
7.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述声波谐振器还包括键合层，形成于所述压电层与所述支撑衬底之间。
8.根据权利要求7所述的声波谐振器，其特征在于，所述声波谐振器还包括能量反射结构，所述能量反射结构包括空腔或布拉格反射层；其中，所述空腔形成于所述键合层中，且与所述贯通槽连通；所述布拉格反射层形成于所述键合层与所述压电层之间。
9.一种声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
1)提供一支撑衬底；
2)于所述支撑衬底的上表面形成N个底电极，其中，N个所述底电极通过底电极连通结构引出并相互连通；
3)于2)所得结构的上表面形成压电材料层，图案化处理所述压电材料层以形成压电层，其中，所述压电层包括贯通槽、边缘支撑结构、接合臂及N个有效压电结构，所述贯通槽形成于所述压电层中且暴露出所述支撑衬底，所述边缘支撑结构形成于所述贯通槽的外围，N个所述有效压电结构平行间隔排布于所述贯通槽中，并通过所述接合臂固定于所述边缘支撑结构的相对两侧；
4)于N个所述有效压电结构的上表面形成N个顶电极，其中，N个所述顶电极通过N个顶电极引出结构一一引出。
10.一种声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
1)提供一压电衬底，所述压电衬底包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，并对所述压电衬底的第一表面进行图案化离子注入，以于所述压电衬底中形成图案化损伤层；
2)于所述压电衬底的第一表面形成N个底电极，其中，N个所述底电极通过底电极连通结构引出并相互连通；
3)于2)所得结构的上表面形成键合层，并利用所述键合层将2)所得结构键合至支撑衬底上；
4)基于所述第二表面对3)所得结构进行剥离、抛光，以去除所述图案化损伤层及部分压电衬底，于所述键合层及所述底电极的上表面形成压电层；其中，所述压电层包括贯通槽、边缘支撑结构、N个有效压电结构以及接合臂，所述贯通槽形成于所述压电层中且暴露出所述键合层，所述边缘支撑结构形成于所述贯通槽的外围，N个所述有效压电结构平行间隔排布于所述贯通槽中，并通过所述接合臂固定于所述边缘支撑结构的相对两侧；
5)于N个所述有效压电结构的上表面形成N个顶电极，其中，N个所述顶电极通过N个顶电极引出结构一一引出。
11.一种声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
1)提供一压电衬底，所述压电衬底包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，并对所述压电衬底的整个第一表面进行离子注入，以于所述压电衬底中形成损伤层；
2)于所述压电衬底的第一表面形成N个底电极，其中，N个所述底电极通过底电极连通结构引出并相互连通；
3)于2)所得结构的上表面形成键合层，并利用所述键合层将2)所得结构键合至支撑衬底上；
4)基于所述第二表面对3)所得结构进行剥离、抛光，以去除所述损伤层及其上的压电衬底，于所述键合层及所述底电极的上表面形成压电材料层；
5)于所述压电材料层的上表面形成N个顶电极，其中，N个所述顶电极通过N个顶电极引出结构一一引出；
6)图案化刻蚀所述压电材料层以形成压电层，其中，所述压电层包括贯通槽、边缘支撑结构、N个有效压电结构以及接合臂，所述贯通槽形成于所述压电层中且暴露出所述键合层，所述边缘支撑结构形成于所述贯通槽的外围，N个所述有效压电结构平行间隔排布于所述贯通槽中，并通过所述接合臂固定于所述边缘支撑结构的相对两侧。
12.一种声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
1)提供一压电衬底，所述压电衬底包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；
2)于所述压电衬底的第一表面形成N个底电极，其中，N个所述底电极通过底电极连通结构引出并相互连通；
3)于2)所得结构的上表面形成键合层，并利用所述键合层将2)所得结构键合至支撑衬底上；
4)基于所述第二表面对3)所得结构进行减薄、抛光，以于所述键合层及所述底电极的上表面形成压电材料层；
5)于所述压电材料层的上表面形成N个顶电极，其中，N个所述顶电极通过N个顶电极引出结构一一引出；
6)图案化刻蚀所述压电材料层以形成压电层，其中，所述压电层包括贯通槽、边缘支撑结构、N个有效压电结构以及接合臂，所述贯通槽形成于所述压电层中且暴露出所述键合层，所述边缘支撑结构形成于所述贯通槽的外围，N个所述有效压电结构平行间隔排布于所述贯通槽中，并通过所述接合臂固定于所述边缘支撑结构的相对两侧。
13.根据权利要求9～12任一项所述的声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述底电极连通结构与N个所述底电极同步形成，所述底电极连通结构包括N个引出单元和1个连通单元，其中，N个所述引出单元与N个所述底电极一一对应，且形成于所述有效压电结构一侧的所述接合臂的下表面，所述连通单元形成于靠近所述引出单元的所述边缘支撑结构的下表面，并连通N个所述引出单元；N个所述顶电极引出结构与N个所述顶电极同步形成，N个所述顶电极引出结构形成于所述有效压电结构另一侧的所述接合臂的上表面并延伸至所述边缘支撑结构的上表面。
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