CN116155232A - 兰姆波谐振器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种兰姆波谐振器，包括：第一衬底；压电层，第一衬底与压电层之间形成有空腔，压电层为C轴倾斜的压电薄膜，C轴倾斜的角度为通过旋转欧拉角使C轴取向的压电薄膜的C轴倾斜48°～68°或者‑68°～‑48°，压电层适用于在横向电场的作用下激发出第一阶反对称模态的兰姆波；第一金属电极层，包括由多个正负金属电极交替排布构成的金属电极阵列，金属电极阵列形成横向电场，将第一金属电极层形成在压电层上，使横向电场的方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70°～90°或者‑90°～‑70°；其中，压电层在横向电场的作用下激发出A1振动模态的兰姆波，使兰姆波谐振器在谐振频率大于3GHz的条件下实现大于15％的机电耦合系数。
Description
技术领域
本发明的至少一种实施例涉及一种兰姆波谐振器，尤其涉及一种基于C轴倾斜掺钪氮化铝压电薄膜的兰姆波谐振器及其制作方法。
背景技术
随着5G/6G时代的到来，移动通信系统特别是蜂窝电话应用的需求不断增大，对无线通信系统中的组成部件提出了更高的要求。在5G/6G无线通信系统中，射频前端技术被视为一项关键技术，而射频滤波器作为射频前端的一个核心部件，能够让信号中特定的频率成分低损耗通过并极大地抑制其他频率成分，提高系统的抗干扰能力和信噪比。因此，如何在更高的频率下实现高性能滤波器将是未来学术界和工业界研究的重要目标。
机电耦合系数(k2)，作为衡量滤波器、谐振器性能的重要指标之一，高的机电耦合系数能够保证滤波器具有足够大的通带带宽，从而能够实现更大数据量的传输。因此，在5G频段内实现大机电耦合系数的谐振器是实现宽带宽滤波器的关键。
发明内容
有鉴于此，为了得到面向5G FR1(450MHz～6GHz)频段、宽带宽的声波滤波器，同时降低声波谐振器制作工艺的复杂度，本发明提供一种兰姆波谐振器及其制作方法，通过在第一衬底上形成C轴倾斜特定角度范围的压电层，并且使C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向与第一金属电极层形成的横向电场的方向成特定角度范围，以在横向电场的作用下激发出A1振动模态的兰姆波，进而实现高机电耦合系数、高频声波谐振器。
本发明提供一种兰姆波谐振器，包括：
第一衬底；
压电层，形成在第一衬底上，第一衬底与压电层之间形成有空腔，压电层为C轴倾斜的压电薄膜，C轴倾斜的角度为通过旋转欧拉角使C轴取向的压电薄膜的C轴倾斜48°～68°或者-68°～-48°，压电层适用于在横向电场的作用下激发出第一阶反对称模态的兰姆波；
第一金属电极层，包括由多个正负金属电极交替排布构成的金属电极阵列，金属电极阵列形成横向电场，将第一金属电极层形成在压电层上，使横向电场的方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70°～90°或者-90°～-70°；
其中，压电层在横向电场的作用下激发出A1振动模态的兰姆波，使兰姆波谐振器在谐振频率大于3GHz的条件下实现大于15％的机电耦合系数。
本发明还提供一种兰姆波谐振器的制作方法，适用于制作上述的兰姆波谐振器，包括：倾斜放置第一衬底，利用磁控溅射法在第一衬底上沉积压电层，压电层为C轴倾斜角度为48°～68°或者-68°～-48°的压电薄膜；在压电层上沉积第一金属电极层，其中第一金属电极层的金属电极形成的横向电场方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70°～90°或者-90°～-70°；在第一金属电极层上沉积掩膜层，并图形化定义掩膜刻蚀区域；采用感应耦合等离子刻蚀法刻蚀压电层；采用二氟化氙(XeF2)气体对第一衬底进行干法刻蚀，以在第一衬底靠近压电层的一侧形成空腔；以及采用缓冲氧化物刻蚀液去除掩膜层。
本发明还提供一种兰姆波谐振器的制作方法，适用于制作上述的兰姆波谐振器，包括：在第一衬底上沉积释放层；倾斜放置形成有释放层的第一衬底，以在释放层上沉积压电层，压电层为C轴倾斜角度为48°～68°或者-68°～-48°的压电薄膜；在压电层上沉积第一键合层；在第二衬底上沉积第二键合层，并刻蚀第二衬底上未形成有第二键合层的区域，以在第二衬底上形成空腔；将第一键合层和所述第二键合层对准后进行晶圆键合；通过激光剥离释放层，以将第一衬底从压电层上剥离；以及在压电层上形成第一金属电极层，其中第一金属电极层形成的横向电场方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70°～90°或者-90°～-70°。
根据本发明上述实施例提供的兰姆波谐振器，通过在第一衬底上形成C轴倾斜角度为48°～68°或者-68°～-48°的压电层，且在第一衬底与压电层之间形成空腔，并且使第一金属电极层形成的横向电场的方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70°～90°或者-90°～-70°，使压电层在横向电场的作用下激发出A1振动模态的兰姆波，进而使兰姆波谐振器在谐振频率大于3GHz的条件下实现大于15％的机电耦合系数，以在5G频段内实现大机电耦合系数，满足宽带宽滤波器的要求。
附图说明
图1为根据本发明实施例的兰姆波谐振器的截面示意图；
图2为根据本发明实施例的压电薄膜C轴倾斜特定角度θ的示意图；
图3为根据本发明实施例的激发出A1振动模态的兰姆波谐振器的机电耦合系数随压电薄膜C轴倾斜角度变化的曲线；
图4为根据本发明实施例的兰姆波谐振器的机电耦合系数随声波传播方向变化的曲线；
图5为根据本发明实施例的兰姆波谐振器激发出的A1振动模态的兰姆波的示意图；
图6为根据本发明实施例的A1振动模态的兰姆波谐振器的谐振频率随压电薄膜厚度变化的曲线；
图7为根据本发明实施例的兰姆波谐振器的制作方法的流程图；
图8(a)～8(f)为根据本发明实施例的兰姆波谐振器的制作过程示意图；
图9为根据本发明实施例的未进行金属电极优化设计的激发出A1振动模态的兰姆波谐振器的仿真性能图；
图10为根据本发明实施例的进行金属电极优化设计后的激发出A1振动模态的兰姆波谐振器的仿真性能图；
图11为根据本发明另一实施例的兰姆波谐振器的制作方法的流程图；以及
图12(a)～12(e)为根据本发明另一实施例的兰姆波谐振器的制作过程示意图。
【附图标记说明】
1-第一衬底；
2-释放层；
3-压电层；
41-第一金属电极层；
5-掩膜层；
6-空腔；
7-键合层；
71-第一键合层；
72-第二键合层；
8-第二衬底。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。但是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使发明彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同元件。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
目前，声波谐振器使用的压电材料主要有锆钛酸铅(PZT)、氮化铝(AlN)、掺钪氮化铝(AlScN)、铌酸锂(LiNbO3/LN)、钽酸锂(LiTaO3/LT)等。其中C轴取向的掺钪氮化铝(AlScN)具有较大的压电参数(e33)，能够很好地满足5G/6G频段对于高品质因数(Q)和较大机电耦合系数(k2)的需求。同时，相比铌酸锂薄膜，掺钪氮化铝薄膜具有CMOS兼容且较为简单的薄膜制备工艺，所以逐渐成为声波谐振器制备的热门材料。传统C轴取向的掺钪氮化铝薄膜只有在制备FBAR(薄膜体声波谐振器)时展现出最大的机电耦合系数(k2)，然而FBAR谐振器的制备工艺较为复杂，导致制备成本大大提高。
有鉴于此，本发明提供一种基于C轴倾斜掺钪氮化铝压电薄膜的兰姆波谐振器及其制作方法，以在5G频段内实现大机电耦合系数。
图1为根据本发明实施例的兰姆波谐振器的截面示意图。
根据本发明的一种示例性实施例，本发明提供一种兰姆波谐振器，参考图1所示，包括：
第一衬底1；
压电层3，形成在第一衬底1上，第一衬底1与压电层3之间形成有空腔6，压电层3为C轴倾斜的压电薄膜，C轴倾斜的角度为通过旋转欧拉角使C轴取向的压电薄膜的C轴倾斜48°～68°或者-68°～-48°，压电层3适用于在横向电场的作用下激发出第一阶反对称模态的兰姆波；
第一金属电极层41，包括由多个正负金属电极交替排布构成的金属电极阵列，金属电极阵列形成横向电场，将第一金属电极层41形成在压电层3上，使横向电场的方向与所述C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70°～90°或者-90°～-70°；
其中，压电层3在横向电场的作用下激发出第一阶反对称模态的兰姆波，使兰姆波谐振器在谐振频率大于3GHz的条件下实现大于15％的机电耦合系数。
需要说明的是，兰姆波谐振器激发的兰姆波反对称模态可以为以下至少之一：第一阶反对称模态(A1振动模态)、第三阶反对称模态(A3振动模态)、第五阶反对称模态(A5振动模态)、第七阶反对称模态(A7振动模态)。由于压电材料的压电系数、介电常数、弹性系数等参数会随着压电材料C轴倾斜角度的变化而改变，进而影响其声波谐振器机电耦合系数(k2)，因此，通过改变压电薄膜C轴的倾斜角度能够激发不同的振动模态。并且兰姆波谐振器的振动模态越高阶，兰姆波谐振器的谐振频率越高，机电耦合系数越低。A1振动模态是一种压电薄膜振动在厚度方向的1阶反对称剪切体波模态，具有很高的声速。由于第一阶反对称模态(A1振动模态)的谐振频率满足5G频段内的要求，采用A1振动模态的声波可以实现5G频段内大机电耦合系数。
需要说明的是，相邻两个金属电极之间的间距和金属电极的宽度与产生的声波的波长具有近似对应关系，由于A1振动模态的兰姆波谐振器相比于传统的声表面波谐振器具有更高的声速，因此在相同的器件尺寸下制备出的A1振动模态的兰姆波谐振器具有比传统的声表面波谐振器更高的谐振频率。另外，具有相同谐振频率的A1振动模态的兰姆波谐振器和传统的声表面波谐振器，A1振动模态的兰姆波谐振器的金属电极之间的宽度相比于传统的声表面波谐振器的间距更宽。由于金属电极之间的间距越窄，器件制作越困难，因此A1振动模态的兰姆波谐振器相比于传统的声表面波谐振器制作过程更简单。
根据本发明的实施例，第一衬底1的材料可以为以下之一：硅、玻璃、石英、蓝宝石(Al2O3)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、铌酸锂(LN)。第一衬底1对谐振器起到支撑的作用。
根据本发明的实施例，压电层3的材料包括：掺钪氮化铝、或者氮化铝与掺钪氮化铝组成的复合层材料；掺钪氮化铝中钪元素的掺杂浓度为0～40％，例如可以为10％、20％、30％、40％。钪元素的掺杂浓度提高，会使制作的兰姆波谐振器的谐振频率降低，机电耦合系数提高，但是过高的掺杂浓度不利于形成高机电耦合系数的谐振器。压电层3的厚度为100～500nm；例如厚度可以为100nm、200nm、300nm、400nm、500nm。
根据本发明的实施例，第一金属电极层41的金属电极为叉指电极，金属电极的数量为2～50个；相邻两个金属电极之间的间距为声波的半波长；每个金属电极的宽度为声波的六分之一波长或者八分之一波长；每个金属电极的长度为声波的十个波长或者十个半波长；例如，金属电极的宽度可以为5μm。
根据本发明的实施例，金属电极的材料包括以下之一：金、铝、钼、铂、铜、钛金合金、钛铝合金、钛铜合金、铬金合金、铬铝合金、铬铜合金；金属电极的厚度为10～100nm；例如，金属电极的厚度可以为10nm、20nm、50nm、80nm、100nm。
需要说明的是，第一衬底1上靠近压电层3的一侧形成有空腔6，通过在第一衬底1和压电层3之间形成空腔6，由于空腔6是空的空间并且具有接近无穷大的阻抗，形成空腔6可以将压电层3中产生的声波限制在压电层3中，进而减少声波的损失或者损耗。
图2为根据本发明实施例的压电薄膜C轴倾斜特定角度θ的示意图。
参考图2所示，XYZ坐标系表示全局坐标系，压电晶体的C轴取向表示全局坐标系的Z轴，以ZXZ规则的旋转欧拉角为(0、θ、α)，X’轴方向表示经欧拉旋转后的横向电场的方向。
根据本发明的实施例，θ表示压电层3的压电薄膜沿C轴的倾斜角度，α表示横向电场的方向(X’方向)与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向(X方向)成一定角度。根据本发明的实施例，θ为48°～68°或者-68°～-48°，α为70°～90°或者-90°～-70°。
图3为根据本发明实施例的激发出A1振动模态的兰姆波谐振器的机电耦合系数随压电薄膜C轴倾斜角度变化的曲线。
需要说明的是，通过倾斜衬底，能够在衬底上沉积C轴倾斜一定角度的压电薄膜。通过选取最佳的C轴倾斜角度，使得压电薄膜在e15压电参数激励的机电耦合系数(k2 15)最大化，基于能够在e15压电参数激励出最大化的机电耦合系数(k2 15)的压电薄膜制备兰姆波反对称A1振动模态的声波谐振器，该种声波谐振器具有很高的机电耦合系数，机电耦合系数随压电薄膜C轴倾斜角度具体的变化趋势可以参考图3。
参考图3所示，通过在第一衬底1上沉积C轴倾斜角度θ为48°～68°或者-68°～-48°的压电层3，使压电薄膜在e15压电参数下激励的机电耦合系数(k2 15)最大化，进而采用该压电层3的兰姆波谐振器激发出兰姆波反对称A1振动模态的声波，在谐振频率大于3GHz的条件下实现大于15％的机电耦合系数。其中，图3中的横坐标表示压电薄膜的C轴倾斜角度，纵坐标表示兰姆波谐振器的机电耦合系数，k2 11表示压电薄膜在e11压电参数下激励的机电耦合系数，k2 15表示压电薄膜在e15压电参数下激励的机电耦合系数，k2 33表示压电薄膜在e33压电参数下激励的机电耦合系数。
图4为根据本发明实施例的兰姆波谐振器的机电耦合系数随声波传播方向变化的曲线。
参考图4所示，在利用C轴倾斜角度为60°的压电晶体作为压电层的情况下，平面内不同叉指电极方向(即不同横向电场方向)激发出的A1振动模态的兰姆波具有不同的机电耦合系数。在横向电场方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70°～90°或者-90°～-70°的情况下，兰姆波谐振器的机电耦合系数(k2 15)大于15％。其中，横坐标表示兰姆波谐振器产生的声波的传播方向，也即金属电极形成的横向电场方向，以与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向的夹角表示，纵坐标表示兰姆波谐振器的机电耦合系数。
图5为根据本发明实施例的兰姆波谐振器激发出的A1振动模态的兰姆波的示意图。
参考图5所示，兰姆波是一种板波，反对称性兰姆波相对于x＝0的中性面反对称，即板上下界面上的质点垂直于板的位移大小相等、方向相同。横向方向位移大小相等，方向相反。
图6为根据本发明实施例的A1振动模态的兰姆波谐振器的谐振频率随压电薄膜厚度变化的曲线。
参考图6所示，采用钪元素掺杂浓度为40％的掺钪氮化铝作为压电层制作兰姆波谐振器，在压电薄膜厚度与兰姆波的波长的比值在(2～10)*10-3范围之间的情况下，兰姆波谐振器的谐振频率始终大于3GHz。通过研究A1振动模态的谐振频率和压电薄膜厚度的关系，确定满足5G超高频段要求的压电薄膜的厚度。其中，横坐标表示压电薄膜厚度与兰姆波的波长的比值，纵坐标表示兰姆波谐振器的谐振频率。
需要说明的是，通过旋转欧拉角，选择高e15压电参数下的C轴倾斜特定角度范围的压电薄膜，在压电薄膜上沉积金属电极排布方向在特定角度范围内的第一金属电极层，在第一金属电极层表面沉积掩膜层并定义刻蚀区域，对谐振器从衬底中释放悬空，通过横向电场激励激发出C轴倾斜48°～68°或者-68°～-48°下压电层的第一阶反对称模态的兰姆波，得到高机电耦合系数(k2)的5G FR1频段的声波谐振器，在保证高谐振频率的情况下，可以有效地提高声波谐振器的机电耦合系数(k2)，很好地满足当前5G频段下对于滤波器高频率、高带宽的性能要求。
图7为根据本发明实施例的兰姆波谐振器的制作方法的流程图。
图8(a)～8(f)为根据本发明实施例的兰姆波谐振器的制作过程示意图。
根据本发明的一种示例性实施例，本发明提供一种兰姆波谐振器的制作方法，参考图7及图8(a)～8(f)所示，包括：步骤S01～S06。
步骤S01，倾斜放置第一衬底1，利用磁控溅射法在第一衬底1上沉积压电层3，压电层3为C轴倾斜角度为48°～68°或者-68°～-48°的压电薄膜。
根据本发明的实施例，将第一衬底1置于磁控溅射设备的真空反应腔室中，通过旋转倾斜第一衬底1，以在第一衬底1上沉积C轴倾斜角度为48°～68°或者-68°～-48°的压电层3。
步骤S02，在压电层3上沉积第一金属电极层41，第一金属电极层41的金属电极形成的横向电场方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70°～90°或者-90°～-70°。
根据本发明的实施例，在压电层3上沉积第一金属电极层41的方法包括以下至少之一：电子束蒸镀、磁控溅射。
需要说明的是，第一金属电极层41形成在压电层3上，或者，在第一金属电极层41形成在压电层3上的情况下，上述的兰姆波谐振器还包括形成在压电层3的下表面的第二金属电极层(图中未示出)。
根据本发明的实施例，A1振动模态可以通过第一金属电极层41的叉指电极施加横向电场进行激励，而且可以不在压电层3的下面沉积第二金属电极层，所以相比FBAR谐振器在材料制备和器件制备上具有更大的优势。
步骤S03，在第一金属电极层41上沉积掩膜层5，并图形化定义掩膜刻蚀区域。
根据本发明的实施例，掩膜层5的材料可以为以下至少之一：光刻胶、氧化硅、氮化硅。掩膜层5的厚度为0.5μm～10μm。
根据本发明的实施例，采用光刻技术图形化定义掩膜刻蚀区域，光刻技术可以为电子束光刻技术和/或紫外光刻技术。
步骤S04，采用感应耦合等离子刻蚀法刻蚀压电层3。
步骤S05，采用二氟化氙(XeF2)气体对第一衬底1进行干法刻蚀，以在第一衬底1靠近压电层3的一侧形成空腔6。
步骤S06，采用缓冲氧化物刻蚀液去除掩膜层5。
图9为根据本发明实施例的未进行金属电极优化设计的激发出A1振动模态的兰姆波谐振器的仿真性能图。
参考图9所示，未进行金属电极优化设计制作得到的兰姆波谐振器的导纳特性曲线显示存在较多的杂散模态，其中相邻两个金属电极之间的间距为10μm；其中，横坐标表示兰姆波谐振器的谐振频率，纵坐标表示导纳。
需要说明的是，通过调控形成在压电层3上的第一金属电极层41的相邻两个金属电极之间的间距来调控声波谐振器的杂散特性。根据本发明的实施例，调整相邻两个金属电极之间的间距为30～100μm，以抑制声波谐振器的杂散特性。
图10为根据本发明实施例的进行金属电极优化设计后的激发出A1振动模态的兰姆波谐振器的仿真性能图。
参考图10所示，采用C轴倾斜48°～68°或者-68°～-48°的压电薄膜作为压电层，使第一金属电极层41形成的横向电场的方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70°～90°或者-90°～-70°，并对第一金属电极层41的金属电极的排布进行优化设计，使相邻两个金属电极之间的间距为50μm，进而使制作得到的兰姆波谐振器在谐振频率3.76GHz附近实现15.4％的机电耦合系数，远超过传统AlN FBAR谐振器，完全满足当前5GFRI频段下滤波器的性能要求。并且，通过优化第一金属电极层41的设计，实现对兰姆波谐振器进行杂散模态的抑制，从而获得无杂散特性的A1振动模态的兰姆波谐振器。其中，fp表示反谐振频率，fs表示谐振频率，横坐标表示兰姆波谐振器的谐振频率，纵坐标表示导纳。
图11为根据本发明另一实施例的兰姆波谐振器的制作方法的流程图。
图12(a)～12(e)为根据本发明另一实施例的兰姆波谐振器的制作过程示意图。
根据本发明的一种示例性实施例，本发明还提供一种通过晶圆键合制作兰姆波谐振器的方法，参考图11及图12(a)～12(e)所示，包括：步骤S11～S17。
步骤S11，在第一衬底1上沉积释放层2。
根据本发明的实施例，第一衬底1的材料可以为以下之一：硅、玻璃、石英、蓝宝石(Al2O3)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、铌酸锂(LN)。释放层2的材料可以为氮化镓(GaN)，释放层2的厚度为1μm～10μm，例如可以为1μm、2μm、5μm、8μm、10μm。
步骤S12，倾斜放置形成有释放层2的第一衬底1，以在释放层2上沉积压电层3，压电层3为C轴倾斜角度为48°～68°或者-68°～-48°的压电薄膜。
根据本发明的实施例，将形成有释放层2的第一衬底1倾斜放置于磁控溅射设备的真空反应腔室中，利用磁控溅射法在释放层2上沉积C轴倾斜角度为48°～68°或者-68°～-48°的压电层3。
步骤S13，在压电层3上沉积第一键合层71。
根据本发明的实施例，第一键合层71的材料可以为以下之一：二氧化硅、氮化硅、金；第一键合层71的厚度为1μm～50μm，例如厚度可以为1μm、10μm、20μm、40μm、50μm。
步骤S14，在第二衬底8上沉积第二键合层72，并刻蚀第二衬底8上未形成有第二键合层72的区域，以在第二衬底8上形成空腔6。
根据本发明的实施例，第二衬底8的材料可以为以下之一：硅、蓝宝石(Al2O3)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、铌酸锂(LN)。
步骤S15，将第一键合层71和第二键合层72对准后进行晶圆键合。
根据本发明的实施例，将形成在压电层3上的第一键合层71倒置，将第一键合层71和第二键合层72对准并进行晶圆键合。
需要说明的是，第二键合层72的材料与第一键合层71的材料相同。
步骤S16，通过激光剥离释放层2，以将第一衬底1从压电层3上剥离。
步骤S17，在压电层3上形成第一金属电极层41，其中第一金属电极层41形成的电场方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70°～90°或者-90°～-70°。
根据本发明上述实施例提供的兰姆波谐振器，通过在第一衬底上形成C轴倾斜角度为48°～68°或者-68°～-48°的压电层，且在第一衬底与压电层之间形成空腔，并且使第一金属电极层形成的横向电场的方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70°～90°或者-90°～-70°，使压电层在横向电场的作用下激发出A1振动模态的兰姆波，进而使兰姆波谐振器在谐振频率大于3GHz的条件下实现大于15％的机电耦合系数，以在5G频段内实现大机电耦合系数，满足宽带宽滤波器的要求。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种兰姆波谐振器，其特征在于，包括：
第一衬底(1)；
压电层(3)，形成在所述第一衬底(1)上，所述第一衬底(1)与所述压电层(3)之间形成有空腔(6)，所述压电层(3)为C轴倾斜的压电薄膜，所述C轴倾斜的角度为通过旋转欧拉角使C轴取向的压电薄膜的C轴倾斜48°～68°或者-68°～-48°，所述压电层(3)适用于在横向电场的作用下激发出第一阶反对称模态的兰姆波；
第一金属电极层(41)，包括由多个正负金属电极交替排布构成的金属电极阵列，所述金属电极阵列形成所述横向电场，将所述第一金属电极层(41)形成在所述压电层(3)上，使所述横向电场的方向与所述C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70°～90°或者-90°～70°；
其中，所述压电层(3)在所述横向电场的作用下激发出第一阶反对称模态的兰姆波，使所述兰姆波谐振器在谐振频率大于3GHz的条件下实现大于15％的机电耦合系数。
2.根据权利要求1所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述压电层(3)的材料包括：掺钪氮化铝、或者氮化铝与掺钪氮化铝组成的复合层材料；
所述压电层(3)的厚度为100～500nm。
3.根据权利要求2所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述掺钪氮化铝中钪元素的掺杂浓度为0～40％。
4.根据权利要求2所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述掺钪氮化铝中钪元素的掺杂浓度为40％。
5.根据权利要求1所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述第一金属电极层(41)的金属电极为叉指电极，金属电极的数量为2～50个；
相邻两个所述金属电极之间的间距为所述声波的半波长；
每个所述金属电极的宽度为所述声波的六分之一波长或者八分之一波长；
每个所述金属电极的长度为所述声波的十个波长或者十个半波长。
6.根据权利要求5所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述金属电极的材料包括以下之一：金、铝、钼、铂、铜、钛金合金、钛铝合金、钛铜合金、铬金合金、铬铝合金、铬铜合金；
所述金属电极的厚度为10～100nm。
7.根据权利要求1所述的兰姆波谐振器，其特征在于，还包括：
释放层(2)，形成在所述第一衬底(1)与所述压电层(3)之间，适用于形成所述空腔(6)，以释放所述第一衬底(1)与所述压电层(3)之间的空间；
所述释放层(2)包括一层或多层，每层的材料包括以下之一：二氧化硅、氮化硅、氮化镓；
所述释放层(2)的厚度为1μm～10μm。
8.根据权利要求1所述的兰姆波谐振器，其特征在于，还包括：
第二金属电极层，形成在所述压电层(3)的下表面。
9.一种兰姆波谐振器的制作方法，适用于制作如权利要求1～～8任一项所述的兰姆波谐振器，其特征在于，包括：
倾斜放置第一衬底(1)，利用磁控溅射法在所述第一衬底(1)上沉积压电层(3)，所述压电层(3)为C轴倾斜角度为48°～68°或者-68°～-48°的压电薄膜；
在所述压电层(3)上沉积第一金属电极层(41)，其中所述第一金属电极层(41)的金属电极形成的横向电场方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70°～90°或者-90°～-70°；
在所述第一金属电极层(41)上沉积掩膜层(5)，并图形化定义掩膜刻蚀区域；
采用感应耦合等离子刻蚀法刻蚀所述压电层(3)；
采用二氟化氙气体对所述第一衬底(1)进行干法刻蚀，以在所述第一衬底(1)靠近所述压电层(3)的一侧形成空腔(6)；以及
采用缓冲氧化物刻蚀液去除所述掩膜层(5)。
10.一种兰姆波谐振器的制作方法，适用于制作如权利要求1～8任一项所述的兰姆波谐振器，其特征在于，包括：
在第一衬底(1)上沉积释放层(2)；
倾斜放置形成有所述释放层(2)的第一衬底(1)，以在所述释放层(2)上沉积压电层(3)，所述压电层(3)为C轴倾斜角度为48°～68°或者-68°～-48°的压电薄膜；
在所述压电层(3)上沉积第一键合层(71)；
在第二衬底(8)上沉积第二键合层(72)，并刻蚀所述第二衬底(8)上未形成有所述第二键合层(72)的区域，以在所述第二衬底(8)上形成空腔(6)；
将所述第一键合层(71)和所述第二键合层(72)有对准后进行晶圆键合；
通过激光剥离所述释放层(2)，以将所述第一衬底(1)从所述压电层(3)上剥离；以及
在所述压电层(3)上形成第一金属电极层(41)，其中所述第一金属电极层(41)形成的横向电场方向与C轴倾斜的压电薄膜所在全局坐标系的+X轴方向成70°～90°或者-90°～-70°。
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