CN114362705A - 一种声波谐振器及其制备方法 - Google Patents
一种声波谐振器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114362705A CN114362705A CN202111466618.3A CN202111466618A CN114362705A CN 114362705 A CN114362705 A CN 114362705A CN 202111466618 A CN202111466618 A CN 202111466618A CN 114362705 A CN114362705 A CN 114362705A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ions
- piezoelectric layer
- single crystal
- crystal piezoelectric
- acoustic wave
- 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
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 130
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 99
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 54
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- -1 titanium ions Chemical class 0.000 claims description 79
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 44
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 13
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- UKDIAJWKFXFVFG-UHFFFAOYSA-N potassium;oxido(dioxo)niobium Chemical compound [K+].[O-][Nb](=O)=O UKDIAJWKFXFVFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 10
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 10
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 9
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N Nickel(2+) Chemical compound [Ni+2] VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910001430 chromium ion Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910001429 cobalt ion Inorganic materials 0.000 claims description 7
- XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+) Chemical compound [Co+2] XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 7
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 7
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 20
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 8
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 6
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 3
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000001455 metallic ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
-
- 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
- H03H3/08—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 resonators or networks 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
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02015—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
-
- 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
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
本申请涉及微电子器件技术领域，特别是涉及一种声波谐振器及其制备方法，方法包括：提供单晶压电层；对单晶压电层的上表面进行镀膜处理形成第一预设深度的缓冲层；在缓冲层的目标注入区域注入离子，以自单晶压电层的上表面至单晶压电层第二预设深度处形成改性压电层；对缓冲层进行去膜处理，以去除缓冲层；在改性压电层的上表面形成图案化电极，得到声波谐振器。本申请通过对单晶压电层进行离子注入，在单晶压电层的高度方向上形成了材料性质不同的改性压电层，利用改性压电层不同的改性压电材料特性，提高了声波谐振器的工作频率和品质因数，并且降低了声波谐振器的器件损耗。
Description
技术领域
本申请涉及微电子器件技术领域，特别是涉及一种声波谐振器及其制备方法。
背景技术
随着互联网和5G技术的发展，市场对声波谐振器提出了更高要求。
基于压电单晶材料的声波谐振器，在压电材料的种类和切型确定的情况下，其材料参数(如弹性系数和压电系数等)都随之确定，从而其平面内传播的声波模式和声速大小也基本确定。针对这一种确定的材料结构，只能根据其材料固有特性来设计声波谐振器，并且对于厚度方向上为单一特性压电材料的衬底结构，不存在声速的差异，因此只能激发声速较低的声波模式，并且在厚度方向上没有足够的声波反射限制，激发的所有模式都会向衬底内泄露造成能量损耗，从而导致声波谐振器的工作频率低，品质因数低和器件损耗大等问题。
因此，需要提供一种改进的声波谐振器及其制备方法，以提高其工作频率和品质因数并且降低器件损耗。
发明内容：
针对现有技术的上述问题，本申请提供一种声波谐振器及其制备方法，以解决现有技术中声波谐振器的工作频率低，品质因数低和器件损耗大等技术问题。具体技术方案如下：
一方面，本申请提供一种声波谐振器的制备方法，所述方法包括：
提供单晶压电层；
对单晶压电层的上表面进行镀膜处理形成第一预设深度的缓冲层；
在缓冲层的目标注入区域注入离子，以自单晶压电层的上表面至单晶压电层第二预设深度处形成改性压电层；
对缓冲层进行去膜处理，以去除缓冲层；
在改性压电层的上表面形成图案化电极，得到声波谐振器。
进一步地，对单晶压电层的上表面进行镀膜处理形成第一预设深度的缓冲层之前还包括：
提供支撑衬底；
在支撑衬底上形成单晶压电层，所述单晶压电层的上表面为远离所述支撑衬底的表面。
进一步地，在注入的离子为金属离子的情况下，所述离子包括钛离子、铝离子、钼离子、钴离子、铬离子和镍离子中的至少一种；
在注入的离子为非金属离子的情况下，所述离子包括氢离子、氦离子、碳离子、氮离子、氧离子、硅离子、硼离子和磷离子中的至少一种。
进一步地，在离子注入过程中，注入离子的能量范围为50KeV-300keV，注入离子的剂量为10E14-10E18。
进一步地，其特征在于，所述第一预设深度为100-300nm；所述第二预设深度为100-1000nm。
进一步地，所述目标注入区域包括至少一个目标子区域，不同的所述目标子区域上注入的离子包括一种或多种；
所述注入离子的注入方式包括垂直注入或倾斜注入。
进一步地，在注入离子为非金属离子的情况下，所述第一预设深度为200-300nm，所述第二预设深度为200-300nm。
进一步地，在注入离子为非金属离子的情况下，所述注入离子的能量为100-200KeV，所述注入离子的剂量为7E15-7E16。
进一步地，所述单晶压电层的材料包括铌酸锂、铌酸钾、钽酸锂、氮化铝、石英和氧化锌中的至少一种。
另一方面，本申请还提供一种一种声波谐振器，采用如上述的制备方法制得。
由于上述技术方案，本申请提供的声波谐振器及其制备方法，具有以下有益效果：
本申请通过对单晶压电层进行离子注入，从而对单晶压电层表面材料的本征参数进行调控，进一步实现了单晶压电层部分材料的弹性系数和压电系数等参数的变换，同时在单晶压电层的高度方向上形成了材料性质不同的改性压电层，利用改性压电层不同的改性压电材料特性，提高了声波谐振器的工作频率和品质因数，并且降低了声波谐振器的器件损耗。
本申请通过控制注入离子的剂量、注入离子的种类以及注入离子的次数，从而实现了单晶压电层上各离子注入区域之间和离子未注入区域之间声波谐振器频率的偏移，提高了声波谐振器的设计自由度，并且利用声波谐振器频率的偏移可获得具有相同线宽的声波谐振器搭建的滤波器。
本申请通过在单晶压电层表面进行镀膜处理，从而有利于调控离子注入至单晶压电层内的厚度和深度。
本申请无需通过键合剥离转移和外延等复杂的镀膜工艺，进而简化了制备工艺，减低了操作难度并且节约成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本申请实施例提供的声波谐振器结构示意图；
图2是本申请实施例提供的声波谐振器制备方法的流程示意图；
图3是本申请实施例提供的声波谐振器在瑞丽模式下的一种导纳曲线图；
图4是本申请实施例提供的声波谐振器在瑞丽模式下的另一种导纳曲线图。
其中，图中附图标记对应为：1－单晶压电层；2－缓冲层；3－改性压电层。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本公开实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
对于以下定义的术语，除非在权利要求书或本说明书中的其他地方给出一个不同的定义，否则应当应用这些定义。所有数值无论是否被明确指示，在此均被定义为由术语“约”修饰。术语“约”大体上是指一个数值范围，本领域的普通技术人员将该数值范围视为等同于所陈述的值以产生实质上相同的性质、功能、结果等。由一个低值和一个高值指示的一个数值范围被定义为包括该数值范围内包括的所有数值以及该数值范围内包括的所有子范围。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
以下介绍本申请实施例提供的声波谐振器制备方法，请参考图2，图2是制备方法的流程示意图。本说明书提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的制备方法执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行。方法包括：
S100：提供单晶压电层1。
在一些实施例中，单晶压电层1的材料包括铌酸锂、铌酸钾、钽酸锂、氮化铝、石英和氧化锌中的至少一种。
在一些实施例中，单晶压电层的厚度可以为400-600μm。
S200：对单晶压电层1的上表面进行镀膜处理形成第一预设深度的缓冲层2。
在一些实施例中，镀膜处理的方式包括旋涂、溅射和蒸镀中的任一种。
在一些实施例中，第一预设深度为100-300nm。本申请通过在单晶压电层表面进行镀膜处理，从而有利于调控离子注入至单晶压电层内的厚度和深度。
S300：在缓冲层2的目标注入区域注入离子，以自单晶压电层1的上表面至单晶压电层1第二预设深度处形成改性压电层3。
本申请通过对单晶压电层进行离子注入，从而对单晶压电层的表面材料的本征参数进行调控，进一步实现了单晶压电层部分材料的弹性系数和压电系数等参数的变换，同时在单晶压电层的高度方向上形成了材料性质不同的改性压电层，利用改性压电层不同的改性压电材料特性，提高了声波谐振器的工作频率和品质因数，并且降低了声波谐振器的器件损耗。
通过设置缓冲层，使离子在注入的过程中缓存扩散，从而使离子注入在单晶压电层的上表面，以形成改性压电层的，而非单晶压电层的中部或其他位置，可以通过调节缓冲层的厚度和材料，以调节改性压电层位于单晶压电层的位置。
在一些实施例中，目标注入区域包括至少一个目标子区域，不同的目标子区域上注入的离子包括一种或多种；注入离子的注入方式包括垂直注入或倾斜注入。
在一些实施例中，在注入的离子为金属离子的情况下，离子包括钛离子、铝离子、钼离子、钴离子、铬离子和镍离子中的至少一种。
在另一些实施例中，在注入的离子为非金属离子的情况下，离子包括氢离子、氦离子、碳离子、氮离子、氧离子、硅离子、硼离子和磷离子中的至少一种。
在本申请实施例中，在离子注入过程中，注入离子的能量范围为50KeV-300keV，注入离子的剂量为10E14-10E18。
在一些实施例中，第二预设深度为100-1000nm。
本申请通过离子注入技术，来实现对本征参数的调控，通过将与单晶压电材料不同种类、不同大小、不同特性的离子注入到单晶压电层的材料的晶格结构中，离子迁移、重组、重新成键等带来了晶格变化，密度、弹性系数、压电系数等多种参数的调控，并且这种调控可以是单一系数的变换，也可以是系数矩阵的整体变换。
本申请通过控制注入离子的剂量、注入离子的种类以及注入离子的次数，从而实现了单晶压电层上各离子注入区域之间和离子未注入区域之间声波谐振器频率的偏移，提高了声波谐振器的设计自由度，并且利用声波谐振器频率的偏移可获得具有相同线宽的声波谐振器搭建的滤波器。
在一些实施例中，在注入离子为非金属离子的情况下，第一预设深度为200-300nm，第二预设深度为200-300nm。
在一些实施例中，在注入离子为非金属离子的情况下，注入离子的能量为100-200KeV。
在一些实施例中，在注入离子为非金属离子的情况下，注入离子的剂量为 7E15-7E16。
S400：对缓冲层2进行去膜处理，以去除缓冲层2。
在一些实施例中，去膜处理的方式包括清洗、腐蚀和刻蚀中的任一种。
S500：在改性压电层3远离支撑衬底的表面形成图案化电极，得到声波谐振器。
在一些实施例中，图案化电极包括长方形叉指电极、环形叉指电极、弧形叉指电极或其他图案的叉指电极中的任意一种。
在本申请实施例中，对单晶压电层1的上表面进行镀膜处理形成第一预设深度的缓冲层2之前还包括：
S10：提供支撑衬底。
在一些实施例中，支撑衬底可以为高声速材料衬底，也可以为压电材料衬底，支撑衬底材料包括碳化硅、金刚石、类金刚石、蓝宝石、石英、硅、氮化铝、铌酸锂、铌酸钾、钽酸锂、氮化铝、石英和氧化锌中的至少一种。
S20：在支撑衬底上形成单晶压电层1。
在一些实施例中，在支撑衬底上形成单晶压电层1的方式包括化学气相沉积、物理气相沉积、分子束外延和原子层沉积中的至少一种。本申请无需通过键合剥离转移和外延等复杂的镀膜工艺，进而简化了制备工艺，减低了操作难度并且节约成本。
在一些实施例中，在提供支撑衬底的情况下，在支撑衬底上形成单晶压电层1，单晶压电层的厚度可以为1.2-5μm。
本申请实施例还提供的一种声波谐振器，采用前文的制备方法制得。
声波谐振器包括：支撑衬底；位于支撑衬底上的单晶压电层(1)；位于单晶压电层(1)远离支撑衬底的一侧的改性压电层(3)；改性压电层(3)是在单晶压电层(1) 表面通过离子注入形成的；改性压电层(3)的厚度为第一预设厚度；位于改性压电层 (3)的远离支撑衬底的表面上的图案化电极。
在一些实施例中，单晶压电层1的材料包括铌酸锂、铌酸钾、钽酸锂、氮化铝、石英和氧化锌中的至少一种。
在一些实施例中，在注入的离子为金属离子的情况下，离子包括钛离子、铝离子、钼离子、钴离子、铬离子和镍离子中的至少一种；在注入的离子为非金属离子的情况下，离子包括氢离子、氦离子、碳离子、氮离子、氧离子、硅离子、硼离子和磷离子中的至少一种。注入离子的注入方式包括垂直注入或倾斜注入。
在一些实施例中，第一预设厚度为100-1000nm。
在另一些实施例中，第一预设厚度可以为100-500nm。
在另一些实施例中，第一预设厚度可以为500-1000nm。
在另一些实施例中，第一预设厚度可以为300-800nm。
在一些实施例中，在离子注入过程中，注入离子的能量范围为50KeV-300keV，注入离子的剂量为10E14-10E18。
在另一些实施例中，在离子注入过程中，注入离子的能量范围为50KeV-200keV，注入离子的剂量为10E14-10E18。
在另一些实施例中，在离子注入过程中，注入离子的能量范围为100KeV-200keV，注入离子的剂量为10E14-10E18。
在一些实施例中，在注入离子为非金属离子的情况下，第一预设深度为200-300nm，第二预设深度为200-300nm。
在一些实施例中，在注入离子为非金属离子的情况下，注入离子的能量为100-200KeV，注入离子的剂量为7E15-7E16。
实施例1
本实施例1公开一种声波谐振器的制备方法，制备方法包括如下步骤：
S100：提供单晶压电层1。
单晶压电层1的材料包括铌酸锂、铌酸钾、钽酸锂、氮化铝、石英和氧化锌中的至少一种。单晶压电层的厚度可以为450-500μm。
S200：对单晶压电层1的上表面进行镀膜处理形成第一预设深度的缓冲层2。
镀膜处理的方式包括旋涂、溅射和蒸镀中的任一种。
第一预设深度可以为150-200nm。
S300：在缓冲层2的目标注入区域注入离子，以自单晶压电层1的上表面至单晶压电层1第二预设深度处形成改性压电层3。
在一些实施方式例中，目标注入区域包括至少一个目标子区域，不同的目标子区域上注入的离子包括一种或多种；注入离子的注入方式包括垂直注入或倾斜注入。
在一些实施方式中，在注入的离子为金属离子的情况下，离子包括钛离子、铝离子、钼离子、钴离子、铬离子和镍离子中的至少一种。
在另一些实施方式中，在注入的离子为非金属离子的情况下，离子包括氢离子、氦离子、碳离子、氮离子、氧离子、硅离子、硼离子和磷离子中的至少一种。
在离子注入过程中，注入离子的能量为50KeV，注入离子的剂量为10E14。第二预设深度可以为300-800nm。
S400：对缓冲层2进行去膜处理，以去除缓冲层2。
在一些实施方式中，去膜处理的方式包括清洗、腐蚀和刻蚀中的任一种。
S500：在改性压电层3远离支撑衬底的表面形成图案化电极，得到声波谐振器。
在一些实施方式中，图案化电极包括长方形叉指电极、环形叉指电极、弧形叉指电极或其他图案的叉指电极中的任意一种。
实施例2
本实施例2公开一种声波谐振器的制备方法，制备方法包括如下步骤：
S10：提供支撑衬底。
支撑衬底可以为高声速材料衬底，也可以为压电材料衬底，支撑衬底材料包括碳化硅、金刚石、类金刚石、蓝宝石、石英、硅、氮化铝、铌酸锂、铌酸钾、钽酸锂、氮化铝、石英和氧化锌中的至少一种。
S20：在支撑衬底上形成单晶压电层1。
在支撑衬底上形成单晶压电层1的方式包括化学气相沉积、物理气相沉积、分子束外延和原子层沉积中的至少一种。本申请无需通过键合、剥离和转移等复杂的镀膜工艺，进而简化了制备工艺，减低了操作难度并且节约成本。
单晶压电层1的材料包括铌酸锂、铌酸钾、钽酸锂、氮化铝、石英和氧化锌中的至少一种。单晶压电层1的厚度可以为2-4μm。
S200：对单晶压电层1的上表面进行镀膜处理形成第一预设深度的缓冲层2。
镀膜处理的方式为旋涂。
第一预设深度可以为150-200nm。
S300：在缓冲层2的目标注入区域注入离子，以自单晶压电层1的上表面至单晶压电层1第二预设深度处形成改性压电层3。
在一些实施方式例中，目标注入区域包括至少一个目标子区域，不同的目标子区域上注入的离子包括一种或多种；注入离子的注入方式包括垂直注入或倾斜注入。
在一些实施方式中，在注入的离子为金属离子的情况下，离子包括钛离子、铝离子、钼离子、钴离子、铬离子和镍离子中的至少一种。
在另一些实施方式中，在注入的离子为非金属离子的情况下，离子包括氢离子、氦离子、碳离子、氮离子、氧离子、硅离子、硼离子和磷离子中的至少一种。
在离子注入过程中，注入离子的能量为50KeV，注入离子的剂量为10E14。第二预设深度可以为300-800nm。
S400：对缓冲层2进行去膜处理，以去除缓冲层2。
在一些实施方式中，去膜处理的方式为清洗。
S500：在改性压电层3远离支撑衬底的表面形成图案化电极，得到声波谐振器。
在一些实施方式中，图案化电极包括长方形叉指电极、环形叉指电极、弧形叉指电极或其他图案的叉指电极中的任意一种。
实施例3
本实施例3公开一种声波谐振器的制备方法，制备方法包括如下步骤：
S10：提供支撑衬底。
支撑衬底可以为高声速材料衬底，也可以为压电材料衬底，支撑衬底材料包括碳化硅、金刚石、类金刚石、蓝宝石、石英、硅、氮化铝、铌酸锂、铌酸钾、钽酸锂、氮化铝、石英和氧化锌中的至少一种。
S20：在支撑衬底上形成单晶压电层1。
在支撑衬底上形成单晶压电层1的方式包括化学气相沉积、物理气相沉积、分子束外延和原子层沉积中的至少一种。
单晶压电层1的材料包括铌酸锂、铌酸钾、钽酸锂、氮化铝、石英和氧化锌中的至少一种。单晶压电层1的厚度可以为1-4μm。
S200：对单晶压电层1的上表面进行镀膜处理形成第一预设深度的缓冲层2。
镀膜处理的方式包括旋涂、溅射和蒸镀中的任一种。
第一预设深度可以为100-150nm。
S300：在缓冲层2的目标注入区域注入离子，以自单晶压电层1的上表面至单晶压电层1第二预设深度处形成改性压电层3。
在一些实施方式例中，目标注入区域包括至少一个目标子区域，不同的目标子区域上注入的离子包括一种或多种；注入离子的注入方式包括垂直注入或倾斜注入。
在一些实施方式中，在注入的离子为金属离子的情况下，离子包括钛离子、铝离子、钼离子、钴离子、铬离子和镍离子中的至少一种。
在另一些实施方式中，在注入的离子为非金属离子的情况下，离子包括氢离子、氦离子、碳离子、氮离子、氧离子、硅离子、硼离子和磷离子中的至少一种。
在离子注入过程中，注入离子的能量为300KeV，注入离子的剂量为10E18。第二预设深度可以为400-800nm。
S400：对缓冲层2进行去膜处理，以去除缓冲层2。
在一些实施方式中，去膜处理的方式包括清洗、腐蚀和刻蚀中的任一种。
S500：在改性压电层3远离支撑衬底的表面形成图案化电极，得到声波谐振器。
在一些实施方式中，图案化电极包括长方形叉指电极、环形叉指电极、弧形叉指电极或其他图案的叉指电极中的任意一种。
实施例4
本实施例4公开一种声波谐振器的制备方法，请参考图1-4，制备方法包括如下步骤：
S100：提供单晶压电层1。其中单晶压电层1的材料为铌酸锂。
在一些实施方式中，单晶压电层的厚度可以为400-600μm。
在一些实施方式中，单晶压电层的厚度可以为400-500μm。
在一些实施方式中，单晶压电层的厚度可以为500-600μm。
S200：对单晶压电层1的上表面进行镀膜处理形成第一预设深度的缓冲层2。
在一些实施方式中，镀膜处理的方式包括旋涂、溅射和蒸镀中的任一种。
第一预设深度可以为100-300nm，第一预设深度也可以为100-200nm。第一预设深度也可以为200-300nm。
本申请通过在单晶压电层表面进行镀膜处理，从而有利于调控离子注入至单晶压电层内的厚度和深度。
S300：在缓冲层2的目标注入区域注入氦离子，以自单晶压电层1的上表面至单晶压电层1第二预设深度处形成改性压电层3。
通过设置缓冲层，使氦离子在注入的过程中缓存扩散，从而使离子注入在单晶压电层的上表面，以形成改性压电层的，而非单晶压电层的中部或其他位置，可以通过调节缓冲层的厚度和材料，以调节改性压电层位于单晶压电层的位置。
在一个实施方式中，在离子注入过程中，第二预设深度为500nm，注入离子的能量范围为150keV，注入离子的剂量为7E15(/cm2)。
在另一个实施方式中，在离子注入过程中，第二预设深度为500nm，注入离子的能量范围为150keV，注入离子的剂量为1E16(/cm2)。
S400：对缓冲层2进行去膜处理，以去除缓冲层2；
在一些实施例中，去膜处理的方式包括清洗、腐蚀和刻蚀中的任一种。
S500：在改性压电层3远离支撑衬底的表面形成铝材料的图案化电极，得到声波谐振器。
在一些实施例中，图案化电极包括长方形叉指电极、环形叉指电极、弧形叉指电极或其他图案的叉指电极中的任意一种。
具体的，如图3和图4所示，目标模式为波长为2um，横坐标为工作频率(单位是GHz)，纵坐标为导纳(单位是dB)，A为未注入离子的情况曲线，B为注入离子的能量范围为150keV，注入离子的剂量为7E15(/cm2)的情况曲线，C为注入离子的能量范围为150keV，注入离子的剂量为1E16(/cm2)的情况曲线，B相比于A，声波谐振器的机电耦合系数增大，工作频率增大；C相比于A，声波谐振器的机电耦合系数增大，工作频率增大；C相比于B，声波谐振器的机电耦合系数减小，工作频率减小；未注入离子的情况下，声波模式声速较低，通过注入离子，在更高的注入离子剂量下，声波模式被移到更高频的位置，且提高了声波谐振器的机电耦合系数，其反谐振点的杂模消除，可以形成一个干净通带的谐振器。
由于上述技术方案，本申请提供的声波谐振器及其制备方法，具有以下有益效果：
本申请通过对单晶压电层进行离子注入，从而对单晶压电层的部分材料的本征参数进行调控，进一步实现了单晶压电层部分材料的弹性系数和压电系数等参数的变换，同时在单晶压电层的高度方向上形成了不同的改性压电层，利用改性压电层不同的改性压电材料特性，提高了声波谐振器的工作频率和品质因数，并且降低了声波谐振器的器件损耗。
本申请通过控制注入离子的剂量、注入离子的种类以及注入离子的次数，从而实现了单晶压电层上各离子注入区域之间和离子未注入区域之间声波谐振器频率的偏移，提高了声波谐振器的设计自由度，并且利用声波谐振器频率的偏移可获得具有相同线宽的声波谐振器搭建的滤波器。
本申请通过在单晶压电层表面进行镀膜处理，从而有利于调控离子注入至单晶压电层内的厚度和深度。
本申请无需通过键合剥离转移和外延等复杂的镀膜工艺，进而简化了制备工艺，减低了操作难度并且节约成本。
上述说明已经充分揭露了本申请的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本申请的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本申请的权利要求书的范围。相应地，本申请的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。
Claims (10)
1.一种声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供单晶压电层(1)；
对所述单晶压电层(1)的上表面进行镀膜处理形成第一预设深度的缓冲层(2)；
在所述缓冲层(2)的目标注入区域注入离子，以自所述单晶压电层(1)的上表面至所述单晶压电层(1)第二预设深度处形成改性压电层(3)；
对所述缓冲层(2)进行去膜处理，以去除所述缓冲层(2)；
在所述改性压电层(3)的上表面形成图案化电极，得到声波谐振器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述单晶压电层(1)的上表面进行镀膜处理形成第一预设深度的缓冲层(2)之前还包括：
提供支撑衬底；
在所述支撑衬底上形成所述单晶压电层(1)；所述单晶压电层(1)的上表面为远离所述支撑衬底的表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在注入的离子为金属离子的情况下，所述离子包括钛离子、铝离子、钼离子、钴离子、铬离子和镍离子中的至少一种；
在注入的离子为非金属离子的情况下，所述离子包括氢离子、氦离子、碳离子、氮离子、氧离子、硅离子、硼离子和磷离子中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在离子注入过程中，注入离子的能量范围为50KeV-300keV，注入离子的剂量为10E14-10E18。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预设深度为100-300nm；所述第二预设深度为100-1000nm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标注入区域包括至少一个目标子区域，不同的所述目标子区域上注入的离子包括一种或多种；
所述注入离子的注入方式包括垂直注入或倾斜注入。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在注入离子为非金属离子的情况下，所述第一预设深度为200-300nm，所述第二预设深度为200-300nm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在注入离子为非金属离子的情况下，所述注入离子的能量为100-200KeV，所述注入离子的剂量为7E15-7E16。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单晶压电层(1)的材料包括铌酸锂、铌酸钾、钽酸锂、氮化铝、石英和氧化锌中的至少一种。
10.一种声波谐振器，其特征在于，包括：
支撑衬底；
位于所述支撑衬底上的单晶压电层(1)；
位于所述单晶压电层(1)远离所述支撑衬底的一侧的改性压电层(3)；
所述改性压电层(3)是在所述单晶压电层(1)表面通过离子注入形成的；所述改性压电层(3)的厚度为第一预设厚度；
位于所述改性压电层(3)的远离所述支撑衬底的表面上的图案化电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111466618.3A CN114362705B (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种声波谐振器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111466618.3A CN114362705B (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种声波谐振器及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114362705A true CN114362705A (zh) | 2022-04-15 |
| CN114362705B CN114362705B (zh) | 2024-04-02 |
Family
ID=81098048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111466618.3A Active CN114362705B (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种声波谐振器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114362705B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108493326A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-09-04 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 基于单晶压电薄膜的声波谐振器及其制备方法 |
| CN109981069A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-07-05 | 电子科技大学 | 具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法及体声波谐振器 |
| CN109995340A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-07-09 | 电子科技大学 | 一种空腔型体声波谐振器及其制备方法 |
| CN111817681A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-23 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种薄膜体声波谐振器的制备方法 |
| CN111865257A (zh) * | 2020-07-02 | 2020-10-30 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种声波谐振器及其制备方法 |
-
2021
- 2021-12-03 CN CN202111466618.3A patent/CN114362705B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108493326A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-09-04 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 基于单晶压电薄膜的声波谐振器及其制备方法 |
| CN109981069A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-07-05 | 电子科技大学 | 具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法及体声波谐振器 |
| CN109995340A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-07-09 | 电子科技大学 | 一种空腔型体声波谐振器及其制备方法 |
| CN111817681A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-23 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种薄膜体声波谐振器的制备方法 |
| CN111865257A (zh) * | 2020-07-02 | 2020-10-30 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种声波谐振器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114362705B (zh) | 2024-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5894647A (en) | Method for fabricating piezoelectric resonators and product | |
| CN107342748B (zh) | 一种基于单晶压电薄膜的体声波谐振器及其制备方法 | |
| CN111817678B (zh) | 单片式混合集成声波谐振器阵列及其制备方法 | |
| CN109981070B (zh) | 一种无需制备牺牲层的空腔型体声波谐振器及其制备方法 | |
| JP4058001B2 (ja) | 高いｑ値および低い挿入損のｆｂａｒを達成するための構造および製作の手順 | |
| CN106209003B (zh) | 利用薄膜转移技术制备薄膜体声波器件的方法 | |
| CN111865257B (zh) | 一种声波谐振器及其制备方法 | |
| EP2056456A1 (en) | Elastic boundary-wave device | |
| JP2006503448A5 (zh) | ||
| CN111817681A (zh) | 一种薄膜体声波谐振器的制备方法 | |
| CN111865250B (zh) | 一种poi衬底、高频声波谐振器及其制备方法 | |
| JP2006195383A (ja) | 光変調器およびその製造方法 | |
| CN112688657A (zh) | 一种声波谐振器及其制备方法 | |
| CN113300683A (zh) | 一种声表面波谐振器及其制备方法 | |
| CN114362705A (zh) | 一种声波谐振器及其制备方法 | |
| CN117118388B (zh) | 一种多层复合晶圆及薄膜弹性波器件 | |
| CN117013984B (zh) | 一种键合晶圆及薄膜声表面波器件 | |
| CN111030628A (zh) | 一种体声波谐振器的制备方法 | |
| US5633616A (en) | Thin film saw filter including doped electrodes | |
| WO2020155192A1 (zh) | 谐振器及半导体器件 | |
| JP2011124738A (ja) | 圧電デバイスの製造方法 | |
| CN210444234U (zh) | 一种射频声表面波滤波器芯片 | |
| CN110224685B (zh) | 一种单晶薄膜体声波滤波器及其微细加工方法 | |
| CN113541626A (zh) | 一种复合单晶压电基板及制备方法 | |
| CN116193965A (zh) | 一种垂直整合晶圆的制备方法、制备装置和垂直整合晶圆 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |