CN114726334B - 一种声波谐振器及其制造方法 - Google Patents

一种声波谐振器及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114726334B
CN114726334B CN202210470547.2A CN202210470547A CN114726334B CN 114726334 B CN114726334 B CN 114726334B CN 202210470547 A CN202210470547 A CN 202210470547A CN 114726334 B CN114726334 B CN 114726334B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dielectric layer
layer
young
modulus
piezoelectric
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.)
Active
Application number
CN202210470547.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114726334A (zh
Inventor
牟笑静
齐梦珂
陈建军
曹亮
程一民
李孟辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University
Original Assignee
Chongqing University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University filed Critical Chongqing University
Priority to CN202210470547.2A priority Critical patent/CN114726334B/zh
Publication of CN114726334A publication Critical patent/CN114726334A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114726334B publication Critical patent/CN114726334B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • 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
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02637—Details concerning reflective or coupling arrays
    • H03H9/02685—Grating lines having particular arrangements
    • H03H9/02724—Comb like grating lines
    • H03H9/02732—Bilateral comb like grating lines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及谐振器技术领域，具体为一种声波谐振器及其制造方法，其中方法包括：在压电层下表面上加工形成第一介电层；对第一介电层的表面进行抛光，通过抛光后的光滑表面和衬底层进行键合形成键合体；在压电层上表面上加工形成叉指换能器上电极结构；在上电极叉指换能器结构上沉积一层第二介电层；在加工第一介电层和第二介电层时，通过加工工艺控制第一介电层和第二介电层的杨氏模量大小。本方案过程简单，易于加工，制造的声波谐振器，能有效提高品质因子，且不影响主要声波模式的性能。

Description

一种声波谐振器及其制造方法
技术领域
本发明涉及谐振器技术领域，具体为一种声波谐振器及其制造方法。
背景技术
第五代移动通信标准(5G)对在6GHz以内频段工作的高频声表面波器件的需求急剧增加，但是现有的基于铌酸锂或钽酸锂单晶衬底的声表面波滤波器和谐振器，受到现有微纳加工工艺可实现的最小线宽的限制，即图1中标注的波长λ，其用作主要声波模式又是声速大约为4000～4500m/s水平剪切波(SH)，根据频率等于波速除以波长，因此工作频率难以超过2.5GHz。此外，水平剪切波的泄漏特性也会导致声波谐振器的传播损耗大、品质因子(Q值)低，且器件温度特性较差。
针对上述问题，现有方法是采用铌酸锂或者钽酸锂压电薄膜材料以及支撑衬底结构代替压电单晶材料，优点在于这种结构一般采用高声速的衬底，能够将部分声能有效控制在结构表面，从而降低声波在传播过程中的损耗，提高声波谐振器的品质因子，且有利于高频的应用。在制备异质铌酸锂或者钽酸锂压电薄膜/衬底结构时通常采用直接键合技术，通过将衬底层和压电层的两个晶片的表面抛光并清洗，然后热键合在一起，使其成为非常牢固的键合体，其中衬底层通常为硅材料，压电层通常为薄膜材料，热键合通常采用直接键合技术；在形成异质结构的键合体后，再在压电层上采用光刻工艺加工图形化的叉指换能器上电极结构，如图1所示。图形化的叉指换能器上电极结构的俯视图如图3所示，包括叉指结构，反射栅结构以及汇流条结构。直接键合工艺加工的异质结构键合界面清晰、薄膜材料和硅材料的键合力强，但是直接键合技术对于晶圆片的表面粗糙度要求非常高，例如，通常要求表面粗糙度低于1纳米，并且采用直接键合技术在衬底层上制备钽酸锂或铌酸锂压电薄膜层的压电层所形成的双层结构，在制造器件时，由于衬底层的材料和压电层的材料的声阻抗不同，会造成多种谐振声波的激励，形成高阶谐波。高阶谐波的传播特性及泄露特性会影响声波谐振器主要声波模式的性能，从而造成声波谐振器的品质因子的下降，同时由于双层结构材料本身的温度特性，基于该结构的声波谐振器温度性能普遍较差。
因此现在急需一种能有效提高品质因子的声波谐振器，且不影响主要声波模式的性能。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种声波谐振器，能有效提高品质因子，且不影响主要声波模式的性能。
本发明提供的基础方案一：一种声波谐振器，包括：声波谐振器结构；
所述声波谐振器结构，包括：衬底层、第一介电层、压电层、叉指换能器上电极结构和第二介电层；
第一介电层设置在压电层下表面，第一介电层与衬底层直接键合，叉指换能器上电极结构设置在压电层上表面，压电层上表面和叉指换能器上电极结构上沉积第二介电层；
其中第一介电层和第二介电层的杨氏模量的大小通过在加工时采用加工工艺控制。
基础方案一的有益效果：本方案在压电层下表面设置第一介电层，再通过第一介电层与衬底层直接键合，形成键合体，在键合体的压电层上设置叉指换能器上电极结构，并在压电层上表面和叉指换能器上电极结构上沉积第二介电层，相对于现有技术，本方案中在衬底层和压电层中间多设置了第一介电层，叉指换能器上电极结构上多设置了第二介电层，从而对于衬底层的材料和压电层的材料的声阻抗不同，会造成多种谐振声波的激励，形成高阶谐波，高阶谐波的传播特性及泄露特性会影响声表面波谐振器件主要声波模式的性能，而造成器件的品质因子的下降时，第一介电层能将向衬底层扩散的声波部分反射回压电层的表面，抑制高阶谐波的传播特性，第二介电层能将泄露的声波部分反射会压电层的表面，抑制高阶谐波的传泄露特性，从而降低声波在传播过程中的损耗，能有效提高品质因子。
且设置的第一介电层和第二介电层的杨氏模量的大小通过在加工时采用加工工艺控制，可以根据需求设置第一介电层和第二介电层的杨氏模量的大小关系，包括但不限于大于、等于和小于；无论是第一介电层杨氏模量大于、等于还是小于第二介电层的杨氏模量，相对于现有的声波谐振器结构品质因子都有明显的改善，且工作频率也超过2.5GHz，不影响主要声波模式的性能。
综上所述，本方案能有效提高品质因子，且不影响主要声波模式的性能。
进一步，所述第一介电层采用等离子体增强化学气相沉积、物理气相沉积、溅射、蒸发和外延生长中一种加工方法，设置在压电层下表面；
所述压电层在其上表面上采用光刻工艺加工图形化的叉指换能器上电极结构。
有益效果：将第一介电层设置在压电层下表面，可采用多种加工方法，以满足不同用户的加工需求，使本声波谐振器能贴合现有加工流程，提升本声波谐振器的普适性。
进一步，所述压电层为铌酸锂压电薄膜或钽酸锂压电薄晶片；
所述衬底层的材料包括：硅、多晶硅、硅酸镓镧或石英；
所述第一介电层和第二介电层的材料包括：二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氮化铝；且第一介电层或第二介电层至少有一层的材料为二氧化硅。
有益效果：材料形成声波谐振器结构的温度特性是指一定温度范围内，随着温度的变化，其工作频率的变化，一般的材料的温度特性是随着温度升高，工作频率降低，而二氧化硅的温度特性是随着温度升高，工作频率升高，所以第一介电层或第二介电层至少有一层的材料为二氧化硅，能有效的改善声波谐振器的温度特性。
进一步，所述第一介电层和第二介电层的杨氏模量的大小通过在加工时采用微纳加工工艺控制，包括：
若第一介电层和第二介电层的材料不同，则第一介电层的杨氏模量和第二介电层的杨氏模量不同；
若第一介电层和第二介电层的材料相同，则第一介电层的杨氏模量等于第二介电层的杨氏模量，或者在加工第一介电层和第二介电层时，通过控制工艺条件，使得第一介电层的杨氏模量和第二介电层的杨氏模量不同。
有益效果：第一介电层和第二介电层的杨氏模量的相同和不同设置，可以满足不同Q值提升需求。
本发明的目的之二在于提供一种声波谐振器制造方法，过程简单，易于加工，制造的声波谐振器，能有效提高品质因子，且不影响主要声波模式的性能。
本发明提供基础方案二：一种声波谐振器制造方法，包括如下内容：
在压电层下表面上加工形成第一介电层；
对第一介电层的表面进行抛光，通过抛光后的光滑表面和衬底层进行键合形成键合体；
在压电层上表面上加工形成叉指换能器上电极结构；
在上电极叉指换能器结构上沉积一层第二介电层；
在加工第一介电层和第二介电层时，通过加工工艺控制第一介电层和第二介电层的杨氏模量大小。
基础方案二的有益效果：本方案在压电层下表面加工形成第一介电层，再对第一介电层的表面进行抛光以获得能够进行直接键合工艺的光滑表面，通过抛光后的光滑表面和衬底层进行键合形成键合体，再在键合体的压电层上表面上加工形成叉指换能器上电极结构；并在上电极叉指换能器结构上沉积一层第二介电层；相对于现有技术，本方法制造过程中在衬底层和压电层中间多加工了第一介电层，叉指换能器上电极结构上多加工了第二介电层，形成的声波谐振器，对于衬底层的材料和压电层的材料的声阻抗不同，会造成多种谐振声波的激励，形成高阶谐波，高阶谐波的传播特性及泄露特性会影响声表面波谐振器件主要声波模式的性能，而造成器件的品质因子的下降时，第一介电层能将向衬底层扩散的声波部分反射回压电层的表面，抑制高阶谐波的传播特性，第二介电层能将泄露的声波部分反射会压电层的表面，抑制高阶谐波的传泄露特性，从而降低声波在传播过程中的损耗，能有效提高品质因子。
整个制造流程，与现有直接键合技术兼容，过程简单，易于加工，并且在加工第一介电层和第二介电层时，通过加工工艺控制第一介电层和第二介电层的杨氏模量大小，可以根据需求设置第一介电层和第二介电层的杨氏模量的大小关系，包括但不限于大于、等于和小于；无论是第一介电层杨氏模量大于、等于还是小于第二介电层的杨氏模量，相对于现有的声波谐振器结构品质因子都有明显的改善，且工作频率也超过2.5GHz，不影响主要声波模式的性能。
综上所述，本方案过程简单，易于加工，制造的声波谐振器，能有效提高品质因子，且不影响主要声波模式的性能。
进一步，所述在压电层上表面上加工形成叉指换能器上电极结构前，还包括：
对键合体进行加热退火；
采用物理减薄的方法控制压电层的厚度，形成三层键合体结构。
有益效果：对键合体进行加热退火，使键合体牢固并消除晶体缺陷，再采用物理减薄的方法控制压电层的厚度，使其达到目标厚度，如0.5-10微米，最终形成三层键合体结构。
进一步，所述在压电层下表面上加工形成第一介电层，采用等离子体增强化学气相沉积、物理气相沉积、溅射、蒸发和外延生长中一种加工方法；
所述在压电层上表面上加工形成叉指换能器上电极结构，采用光刻工艺，在压电层上表面上采用光刻工艺加工图形化的上电极叉指换能器结构。
有益效果：将第一介电层设置在压电层下表面，可采用多种加工方法，以满足不同用户的加工需求，能贴合现有加工流程，提升本声波谐振器的普适性
进一步，所述压电层为铌酸锂压电薄膜或钽酸锂压电薄晶片；
所述衬底层的材料包括：硅、多晶硅、硅酸镓镧或石英；
所述第一介电层和第二介电层的材料包括：二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氮化铝；且第一介电层或第二介电层至少有一层的材料为二氧化硅。
有益效果：材料形成声波谐振器结构的温度特性是指一定温度范围内，随着温度的变化，其工作频率的变化，一般的材料的温度特性是随着温度升高，工作频率降低，而二氧化硅的温度特性是随着温度升高，工作频率升高，所以第一介电层或第二介电层至少有一层的材料为二氧化硅，能有效的改善声波谐振器的温度特性。
进一步，所述在加工第一介电层和第二介电层时，通过微纳加工工艺控制第一介电层和第二介电层的杨氏模量大小，包括：
若第一介电层和第二介电层的材料不同，则第一介电层的杨氏模量和第二介电层的杨氏模量不同；
若第一介电层和第二介电层的材料相同，则第一介电层的杨氏模量等于第二介电层的杨氏模量，或者在加工第一介电层和第二介电层时，通过控制工艺条件，使得第一介电层的杨氏模量和第二介电层的杨氏模量不同。
有益效果：第一介电层和第二介电层的杨氏模量的相同和不同设置，可以满足不同Q值提升需求。
进一步，若第一介电层和第二介电层的材料不同，则第一介电层采用杨氏模量小于第二介电层的杨氏模量的材料；
若第一介电层和第二介电层的材料相同，则在加工第一介电层和第二介电层时，通过控制工艺条件，使得第一介电层的杨氏模量小于第二介电层的杨氏模量。
有益效果：第一介电层和第二介电层的材料相同，则在加工第一介电层和第二介电层时，通过控制工艺条件，使得第一介电层的杨氏模量小于第二介电层的杨氏模量，从而方便工艺。
附图说明
图1为现有声波谐振器的结构示意图；
图2为本发明一种声波谐振器实施例的结构示意图；
图3为图形化的叉指换能器上电极结构的俯视图；
图4为本发明一种声波谐振器实施例中各种声波谐振器的品质因子的导纳图；
图5为本发明一种声波谐振器实施例中键合体的结构示意图；
图6为本发明一种声波谐振器实施例中在压电层上表面上加工形成叉指换能器上电极结构的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：叉指换能器上电极结构1、压电层2、衬底层3、第一介电层4、第二介电层5、汇流条结构11、反射栅结构12、叉指结构13。
实施例一
现有声波谐振器的结构，如图1所示，包括：衬底层3、压电层2和叉指换能器上电极结构1，通常采用直接键合技术进行制造，制造出衬底层3和压电层2键合，叉指换能器上电极结构1图形化在压电层2上，由于衬底层3的材料和压电层2的材料的声阻抗不同，会造成多种谐振声波的激励，形成高阶谐波。高阶谐波的传播特性及泄露特性会影响声表面波谐振器件主要声波模式的性能，从而造成声波谐振器的品质因子的下降，同时由于双层结构材料本身的温度特性，基于该结构的声波谐振器温度性能普遍较差。因此，本实施例提供一种在不影响主要声波模式的性能的情况下，能有效提高品质因子，改善温度特性的声波谐振器，具体如下：
本实施例基本如附图2所示：一种声波谐振器，包括：声波谐振器结构；
所述声波谐振器结构，包括：衬底层3、第一介电层4、压电层2、叉指换能器上电极结构1和第二介电层5；
第一介电层4设置在压电层2下表面，具体地，第一介电层4采用等离子体增强化学气相沉积、物理气相沉积、溅射、蒸发和外延生长中一种加工方法，设置在压电层2下表面，本实施例中采用等离子体增强化学气相沉积的加工方法；
第一介电层4与衬底层3直接键合，具体地，对第一介电层4的表面进行抛光，通过抛光后的光滑表面和衬底层3进行键合形成键合体,对键合体进行加热退火，使键合体牢固并消除晶体缺陷，采用物理减薄的方法控制压电层2的厚度，使其达到目标厚度，本实施例中目标厚度范围为0.5-10微米，最终形成三层键合体结构；
叉指换能器上电极结构1设置在压电层2上表面，具体地，压电层2在其上表面上采用光刻工艺加工图形化的叉指换能器上电极结构1，图形化的叉指换能器上电极结构1的俯视图如图3所示，包括叉指结构13，反射栅结构12以及汇流条结构11；
压电层2上表面和叉指换能器上电极结构1上沉积第二介电层5。
上述衬底层3的材料包括：硅、多晶硅、硅酸镓镧或石英；压电层2为铌酸锂压电薄膜或钽酸锂压电薄晶片；第一介电层4和第二介电层5的材料包括：二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氮化铝，且第一介电层4或第二介电层5至少有一层的材料为二氧化硅；本实施例中衬底层3的材料为硅，压电层2为铌酸锂压电薄膜，第一介电层4和第二介电层5的材料均为二氧化硅。
第一介电层4和第二介电层5的杨氏模量的大小通过在加工时采用微纳加工工艺控制，包括：第一介电层4的杨氏模量大于第二介电层5的杨氏模量；第一介电层4的杨氏模量等于第二介电层5的杨氏模量；第一介电层4的杨氏模量小于第二介电层5的杨氏模量；
具体地，若第一介电层4和第二介电层5的材料不同，则第一介电层4的杨氏模量和第二介电层5的杨氏模量不同；
若第一介电层4和第二介电层5的材料相同，则第一介电层4的杨氏模量等于第二介电层5的杨氏模量，或者在加工第一介电层4和第二介电层5时，通过控制工艺条件，使得第一介电层4的杨氏模量和第二介电层5的杨氏模量不同；其中工艺条件包括：加工时的真空度及气体流量比；
如图4所示，曲线a1、b1、c1是通过控制第一介电层4和第二介电层5的杨氏模量的大小来调控声波谐振器的品质因子，其中曲线a1表示第一介电层4的杨氏模量小于第二介电层5的杨氏模量的声波谐振器的导纳图，曲线b1表示第一介电层4的杨氏模量等于第二介电层5的杨氏模量的声波谐振器的导纳图，曲线c1表示第一介电层4的杨氏模量大于第二介电层5的杨氏模量的声波谐振器的导纳图；d1是现有技术中没有设置第一介电层4和第二介电层5的采用铌酸锂或者钽酸锂压电薄膜材料以及支撑衬底结构代替压电单晶材料的声波谐振器的导纳图；
由图4可知，a1的Q值：Qas＝8435.5；b1的Q值：Qas＝5728.2；c1的Q值：Qas＝6265；d1的Q值：Qas＝5500；第一介电层4和第二介电层5材料的杨氏模量之间的关系对声波谐振器的品质因子有明显的影响，其中曲线的Q值关系为：a1>b1>c1>d1，改善效果显著。无论是第一介电层4杨氏模量大于、等于还是小于第二介电层5的杨氏模量，相对于现有的声波谐振器结构品质因子都有明显的改善，并且第一介电层4的杨氏模量小于第二介电层5的杨氏模量时改善效果更明显，因此本实施例中若第一介电层4和第二介电层5的材料不同，则选择的第一介电层4的杨氏模量小于第二介电层5的杨氏模量；若第一介电层4和第二介电层5的材料相同，则在加工第一介电层4和第二介电层5时，通过控制工艺条件，使得第一介电层4的杨氏模量小于第二介电层5的杨氏模量。
综上所述，相对于现有技术，本方案中第一介电层4和第二介电层5，对于衬底层3的材料和压电层2的材料的声阻抗不同，会造成多种谐振声波的激励，形成高阶谐波，高阶谐波的传播特性及泄露特性会影响声表面波谐振器件主要声波模式的性能，而造成器件的品质因子的下降时，第一介电层4能将向衬底层3扩散的声波部分反射回压电层2的表面，抑制高阶谐波的传播特性，第二介电层5能将泄露的声波部分反射会压电层2的表面，抑制高阶谐波的传泄露特性，从而降低声波在传播过程中的损耗，能有效提高品质因子。
且设置的第一介电层4和第二介电层5的杨氏模量的大小通过在加工时采用微纳加工工艺控制，无论是第一介电层4杨氏模量大于、等于还是小于第二介电层5的杨氏模量，相对于现有的声波谐振器结构品质因子都有明显的改善，且工作频率也超过2.5GHz，不影响主要声波模式的性能。
此外材料形成声波谐振器结构的温度特性是指一定温度范围内，随着温度的变化，其工作频率的变化，一般的材料的温度特性是随着温度升高，工作频率降低，而二氧化硅的温度特性是随着温度升高，工作频率升高，所以第一介电层4或第二介电层5至少有一层的材料为二氧化硅，能有效的改善声波谐振器的温度特性。
实施例二
本实施例提供：一种声波谐振器制造方法，包括如下内容：
在压电层2下表面上加工形成第一介电层4；具体地，采用等离子体增强化学气相沉积、物理气相沉积、溅射、蒸发和外延生长中一种加工方法，在压电层2下表面上加工形成第一介电层4；
对第一介电层4的表面进行抛光，通过抛光后的光滑表面和衬底层3进行键合形成键合体，如图5所示；
对键合体进行加热退火，使键合体牢固并消除晶体缺陷；
采用物理减薄的方法控制压电层2的厚度，形成三层键合体结构；具体地，采用物理减薄的方法控制压电层2的厚度，使其达到目标厚度，如0.5-10微米，最终形成三层键合体结构；
在压电层2上表面上加工形成叉指换能器上电极结构1；具体地，如图6所示，在压电层2上表面上加工形成叉指换能器上电极结构1，采用光刻工艺，在压电层2上表面上采用光刻工艺加工图形化的上电极叉指换能器结构；图形化的叉指换能器上电极结构1的俯视图如图3所示，包括叉指结构13，反射栅结构12以及汇流条结构11；
在上电极叉指换能器结构上沉积一层第二介电层5，如图2所示。
上述衬底层3的材料包括：硅、多晶硅、硅酸镓镧或石英；压电层2为铌酸锂压电薄膜或钽酸锂压电薄晶片；第一介电层4和第二介电层5的材料包括：二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氮化铝，且第一介电层4或第二介电层5至少有一层的材料为二氧化硅；本实施例中衬底层3的材料为硅，压电层2为铌酸锂压电薄膜，第一介电层4和第二介电层5的材料均为二氧化硅。
特别地，在加工第一介电层4和第二介电层5时，通过微纳加工工艺控制第一介电层4和第二介电层5的杨氏模量大小，包括：第一介电层4的杨氏模量大于第二介电层5的杨氏模量；第一介电层4的杨氏模量等于第二介电层5的杨氏模量；第一介电层4的杨氏模量小于第二介电层5的杨氏模量；
具体为：若第一介电层4和第二介电层5的材料不同，则第一介电层4的杨氏模量和第二介电层5的杨氏模量不同；
若第一介电层4和第二介电层5的材料相同，则第一介电层4的杨氏模量等于第二介电层5的杨氏模量，或者在加工第一介电层4和第二介电层5时，通过控制工艺条件，使得第一介电层4的杨氏模量和第二介电层5的杨氏模量不同；其中工艺条件包括：加工时的真空度及气体流量比；
如图4所示，曲线a1、b1、c1是通过控制第一介电层4和第二介电层5的杨氏模量的大小来调控声波谐振器的品质因子，其中曲线a1表示第一介电层4的杨氏模量小于第二介电层5的杨氏模量的声波谐振器的导纳图，曲线b1表示第一介电层4的杨氏模量等于第二介电层5的杨氏模量的声波谐振器的导纳图，曲线c1表示第一介电层4的杨氏模量大于第二介电层5的杨氏模量的声波谐振器的导纳图；d1是现有技术中没有设置第一介电层4和第二介电层5的采用铌酸锂或者钽酸锂压电薄膜材料以及支撑衬底结构代替压电单晶材料的声波谐振器的导纳图；
由图4可知，a1的Q值：Qas＝8435.5；b1的Q值：Qas＝5728.2；c1的Q值：Qas＝6265；d1的Q值：Qas＝5500；第一介电层4和第二介电层5材料的杨氏模量之间的关系对声波谐振器的品质因子有明显的影响，其中曲线的Q值关系为：a1>b1>c1>d1，改善效果显著。无论是第一介电层4杨氏模量大于、等于还是小于第二介电层5的杨氏模量，相对于现有的声波谐振器结构品质因子都有明显的改善，并且第一介电层4的杨氏模量小于第二介电层5的杨氏模量时改善效果更明显，因此本实施例中若第一介电层4和第二介电层5的材料不同，则选择的第一介电层4的杨氏模量小于第二介电层5的杨氏模量；若第一介电层4和第二介电层5的材料相同，则在加工第一介电层4和第二介电层5时，通过控制工艺条件，使得第一介电层4的杨氏模量小于第二介电层5的杨氏模量。
相对于现有技术，本方法制造过程中在衬底层3和压电层2中间多加工了第一介电层4，叉指换能器上电极结构1上多加工了第二介电层5形成的声波谐振器，对于衬底层3的材料和压电层2的材料的声阻抗不同，会造成多种谐振声波的激励，形成高阶谐波，高阶谐波的传播特性及泄露特性会影响声表面波谐振器件主要声波模式的性能，而造成器件的品质因子的下降时，第一介电层4能将向衬底层3扩散的声波部分反射回压电层2的表面，抑制高阶谐波的传播特性，第二介电层5能将泄露的声波部分反射会压电层2的表面，抑制高阶谐波的传泄露特性，从而降低声波在传播过程中的损耗，能有效提高品质因子。
整个制造流程，与现有直接键合技术兼容，过程简单，易于加工，并且在加工第一介电层4和第二介电层5时，通过微纳加工工艺控制第一介电层4和第二介电层5的杨氏模量大小，无论是第一介电层4杨氏模量大于、等于还是小于第二介电层5的杨氏模量，相对于现有的声波谐振器结构品质因子都有明显的改善，且工作频率也超过2.5GHz，不影响主要声波模式的性能。
此外材料形成声波谐振器结构的温度特性是指一定温度范围内，随着温度的变化，其工作频率的变化，一般的材料的温度特性是随着温度升高，工作频率降低，而二氧化硅的温度特性是随着温度升高，工作频率升高，所以第一介电层4或第二介电层5至少有一层的材料为二氧化硅，能有效的改善声波谐振器的温度特性。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种声波谐振器，包括：声波谐振器结构，其特征在于：所述声波谐振器结构，包括：衬底层、第一介电层、压电层、叉指换能器上电极结构和第二介电层；
第一介电层设置在压电层下表面，第一介电层与衬底层直接键合，叉指换能器上电极结构设置在压电层上表面，压电层上表面和叉指换能器上电极结构上沉积第二介电层；
其中第一介电层和第二介电层的杨氏模量的大小通过在加工时采用加工工艺控制，包括：若第一介电层和第二介电层的材料不同，则第一介电层的杨氏模量和第二介电层的杨氏模量不同，第一介电层采用杨氏模量小于第二介电层的杨氏模量的材料；
若第一介电层和第二介电层的材料相同，则第一介电层的杨氏模量等于第二介电层的杨氏模量，或者在加工第一介电层和第二介电层时，通过控制工艺条件，使得第一介电层的杨氏模量和第二介电层的杨氏模量不同，第一介电层的杨氏模量小于第二介电层的杨氏模量。
2.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于：所述第一介电层采用等离子体增强化学气相沉积、物理气相沉积、溅射、蒸发和外延生长中一种加工方法，设置在压电层下表面；
所述压电层在其上表面上采用光刻工艺加工图形化的叉指换能器上电极结构。
3.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于：所述压电层为铌酸锂压电薄膜或钽酸锂压电薄晶片；
所述衬底层的材料包括：硅、多晶硅、硅酸镓镧或石英；
所述第一介电层和第二介电层的材料包括：二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氮化铝；且第一介电层或第二介电层至少有一层的材料为二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于：所述第一介电层和第二介电层的杨氏模量的大小通过在加工时采用微纳加工工艺控制。
5.一种声波谐振器制造方法，其特征在于：包括如下内容：
在压电层下表面上加工形成第一介电层；
对第一介电层的表面进行抛光，通过抛光后的光滑表面和衬底层进行键合形成键合体；
在压电层上表面上加工形成叉指换能器上电极结构；
在上电极叉指换能器结构上沉积一层第二介电层；
在加工第一介电层和第二介电层时，通过加工工艺控制第一介电层和第二介电层的杨氏模量大小，包括：
若第一介电层和第二介电层的材料不同，则第一介电层的杨氏模量和第二介电层的杨氏模量不同，第一介电层采用杨氏模量小于第二介电层的杨氏模量的材料；
若第一介电层和第二介电层的材料相同，则第一介电层的杨氏模量等于第二介电层的杨氏模量，或者在加工第一介电层和第二介电层时，通过控制工艺条件，使得第一介电层的杨氏模量和第二介电层的杨氏模量不同，第一介电层的杨氏模量小于第二介电层的杨氏模量。
6.根据权利要求5所述的声波谐振器制造方法，其特征在于：所述在压电层上表面上加工形成叉指换能器上电极结构前，还包括：
对键合体进行加热退火；
采用物理减薄的方法控制压电层的厚度，形成三层键合体结构。
7.根据权利要求5所述的声波谐振器制造方法，其特征在于：所述在压电层下表面上加工形成第一介电层，采用等离子体增强化学气相沉积、物理气相沉积、溅射、蒸发和外延生长中一种加工方法；
所述在压电层上表面上加工形成叉指换能器上电极结构，采用光刻工艺，在压电层上表面上采用光刻工艺加工图形化的上电极叉指换能器结构。
8.根据权利要求5所述的声波谐振器制造方法，其特征在于：所述压电层为铌酸锂压电薄膜或钽酸锂压电薄晶片；
所述衬底层的材料包括：硅、多晶硅、硅酸镓镧或石英；
所述第一介电层和第二介电层的材料包括：二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氮化铝；且第一介电层或第二介电层至少有一层的材料为二氧化硅。
9.根据权利要求8所述的声波谐振器制造方法，其特征在于：所述在加工第一介电层和第二介电层时，通过微纳加工工艺控制第一介电层和第二介电层的杨氏模量大小。
CN202210470547.2A 2022-04-28 2022-04-28 一种声波谐振器及其制造方法 Active CN114726334B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210470547.2A CN114726334B (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种声波谐振器及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210470547.2A CN114726334B (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种声波谐振器及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114726334A CN114726334A (zh) 2022-07-08
CN114726334B true CN114726334B (zh) 2023-08-08

Family

ID=82244977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210470547.2A Active CN114726334B (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种声波谐振器及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114726334B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117639707A (zh) * 2022-08-27 2024-03-01 华为技术有限公司 兰姆波谐振器及制备方法、滤波器、射频模组、电子设备
CN117118388B (zh) * 2023-08-21 2024-04-16 天通瑞宏科技有限公司 一种多层复合晶圆及薄膜弹性波器件

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102684639A (zh) * 2011-03-07 2012-09-19 特里奎恩特半导体公司 使微调影响和活塞波型不稳定性最小化的声波导器件和方法
CN203859119U (zh) * 2014-01-22 2014-10-01 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 Mim 电容及包括该mim 电容的半导体器件
CN109245742A (zh) * 2018-11-27 2019-01-18 杭州左蓝微电子技术有限公司 一种基于声表面波和固体反射层薄膜体声波组合谐振器
CN110601674A (zh) * 2019-09-27 2019-12-20 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 高频声波谐振器及其制备方法
CN111416590A (zh) * 2020-03-31 2020-07-14 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种高频声波谐振器及其制备方法
CN112511128A (zh) * 2020-11-30 2021-03-16 广东广纳芯科技有限公司 一种具有poi结构的兰姆波谐振器及其制造方法
CN113098430A (zh) * 2021-04-08 2021-07-09 江苏卓胜微电子股份有限公司 一种声表面波谐振器和射频滤波器
CN113381725A (zh) * 2021-06-30 2021-09-10 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种利于小型化和扩大带宽的saw谐振器结构及saw滤波器
CN114221634A (zh) * 2021-12-22 2022-03-22 江苏卓胜微电子股份有限公司 一种声表面波谐振器及滤波器

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10763421B2 (en) * 2017-12-14 2020-09-01 Eastman Kodak Company Piezoelectric article with dielectric layer and co-planar electrodes
WO2020258334A1 (zh) * 2019-06-28 2020-12-30 瑞声声学科技(深圳)有限公司 谐振器及其制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102684639A (zh) * 2011-03-07 2012-09-19 特里奎恩特半导体公司 使微调影响和活塞波型不稳定性最小化的声波导器件和方法
CN203859119U (zh) * 2014-01-22 2014-10-01 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 Mim 电容及包括该mim 电容的半导体器件
CN109245742A (zh) * 2018-11-27 2019-01-18 杭州左蓝微电子技术有限公司 一种基于声表面波和固体反射层薄膜体声波组合谐振器
CN110601674A (zh) * 2019-09-27 2019-12-20 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 高频声波谐振器及其制备方法
CN111416590A (zh) * 2020-03-31 2020-07-14 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种高频声波谐振器及其制备方法
CN112511128A (zh) * 2020-11-30 2021-03-16 广东广纳芯科技有限公司 一种具有poi结构的兰姆波谐振器及其制造方法
CN113098430A (zh) * 2021-04-08 2021-07-09 江苏卓胜微电子股份有限公司 一种声表面波谐振器和射频滤波器
CN113381725A (zh) * 2021-06-30 2021-09-10 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种利于小型化和扩大带宽的saw谐振器结构及saw滤波器
CN114221634A (zh) * 2021-12-22 2022-03-22 江苏卓胜微电子股份有限公司 一种声表面波谐振器及滤波器

Also Published As

Publication number Publication date
CN114726334A (zh) 2022-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114726334B (zh) 一种声波谐振器及其制造方法
US11804821B2 (en) High-frequency surface acoustic wave resonator and method for making the same
JP7432518B2 (ja) マルチプルレイヤシステム、製造方法およびマルチプルレイヤシステム上に形成されるｓａｗデバイス
CN110401428A (zh) 薄膜体声波谐振器及其制造方法
US20240040930A1 (en) Hybrid structure for a surface acoustic wave device
WO2021109444A1 (zh) 体声波谐振器及其制造方法、滤波器及电子设备
US10090822B2 (en) Surface acoustic wave (SAW) resonator
WO2022083352A1 (zh) 体声波谐振器及组件、滤波器、电子设备
CN113193846B (zh) 一种带混合横向结构特征的薄膜体声波谐振器
CN112272015B (zh) 一种声波谐振器
CN114513186B (zh) 一种高频声表面波谐振器及其制备方法
CN110994097B (zh) 一种高频大带宽薄膜体波滤波器结构及其制备方法
WO2023125757A1 (zh) 一种高带宽空腔型薄膜体声波谐振器及其制备方法
CN108471298B (zh) 空气腔型薄膜体声波谐振器及其制作方法
CN115276594A (zh) 一种纵向泄漏声表面波谐振器及滤波器
CN114978095A (zh) 一种温度补偿型薄膜体声波谐振器、其制造方法及滤波器
CN212163290U (zh) 一种钪掺杂氮化铝兰姆波谐振器
WO2024061051A1 (zh) 带有声子晶体的横向激励体声波谐振器及制备方法
CN113794458A (zh) 一种具有复合膜层的声表面波装置
CN114070257A (zh) 声波装置、滤波器及多路复用器
CN112968124A (zh) 一种非连续基底结构声表面波滤波器及其制备方法
JP2000196404A (ja) 圧電共振子
CN215072339U (zh) 一种声速连续的键合结构声表面波器件
WO2022135252A1 (zh) 带温补层的体声波谐振器、滤波器及电子设备
WO2022266789A1 (zh) 基于高结晶度掺杂压电薄膜的声波谐振器及其制备方法

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