CN116865707A - 一种温补型声表面波谐振器及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温补型声表面波谐振器及制作方法，涉及声表面波谐振器技术领域。通过第一插入层的加权渐变设计可以形成沿着第一方向不同的声速传播区域，在不同介质的交界面上产生对横向模式杂散声波的反射，避免激发横模谐振，且不影响主声学传播模式，有效抑制了横向杂散模式；且加权渐变结构的设计使得各种杂模向不同方向反射，从而不易形成谐振，避免了额外的能量耗散，更加有效地提高了谐振器的性能；相对于需要在指条上设置声速突变部的谐振器，本发明技术方案无须设置声速突变部，可以减小谐振器的面积；第二温度补偿层相对于第一温度补偿层的密度较小，相对疏松的第二温度补偿层既不会影响温度补偿效果，又可以缩短沉积时间。
Description
技术领域
本发明涉及声表面波谐振器技术领域，尤其涉及一种温补型声表面波谐振器及制作方法。
背景技术
对于TC-SAW(Temperature Compensated-Surface Acoustic Wave，温度补偿型声表面波)谐振器而言，存在横向谐振模，即在通带内及通带附近出现杂波，该杂波会增大器件损耗，使品质因数Q值出现大幅度波动，降低谐振器、滤波器的性能。
针对如何在温补型声表面波谐振器中抑制横向杂散模式，可以增加假指，即通过在电极指对侧的汇流条上增加假指（dummy finger），来改变声速从而抑制横向模式，但是假指的横向模式抑制效果不佳，同时也会增加声学器件所占用的面积；也可以增加声速突变部，通过在电极指末端等位置增加能够改变声速的突变结构，实现抑制横向模式的效果，不过由于光刻工艺所限，声速突变部的形成往往受到尺寸限制，造成器件占用面积过大，同时也可能发生声波衍射；还可以改变衬底结构，通过在衬底上蚀刻形成凹槽，并在其中形成声速改变结构的方式，实现横向模式的抑制，但是这会造成工艺复杂化、掩膜层增加、制造成本上升，同时由于材料所限抑制效果也会受到影响。
因此，如何在温补型声表面波谐振器中抑制横向杂散模式，是本技术方案所要解决的关键问题。
发明内容
为了解决背景技术中提到的至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种温补型声表面波谐振器及制作方法，可以利用加权渐变结构形成反射避免激发横模谐振、避免设置假指从而减小谐振器的面积、减小工艺难度和加快制造速度。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种温补型声表面波谐振器，包括
压电衬底；
位于所述压电衬底沿第三方向一侧表面的叉指结构层；所述叉指结构层包括在第一方向上相对设置的第一汇流条和第二汇流条，以及位于所述第一汇流条和所述第二汇流条上交叉排布的指条；所述第一汇流条上的指条在第二方向上间隔排布，所述第二汇流条上的指条在第二方向上间隔排布；所述第一方向和第二方向平行于所述压电衬底表面，所述第一方向和第二方向互相垂直；
第一温度补偿层，所述第一温度补偿层位于所述压电衬底沿第三方向的一侧，并且在第三方向上完全覆盖所述叉指结构层；还包括：
第一插入层，所述第一插入层位于所述第一温度补偿层远离所述叉指结构层的一侧，所述第一插入层在第三方向上的投影在第二方向上覆盖所有指条；所述第一插入层的第一边界和第二边界在第三方向上的投影与相应侧指条的末端齐平，且相邻的孔隙被所述第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度不同，所述孔隙为相邻且交叉的所述指条之间的间隙。
进一步的，所述第一插入层的第三边界和第四边界呈平滑/阶梯变化，并且阶梯变化中与第一方向平行的阶梯线在第三方向上的投影在所述指条上，所述第三边界和所述第四边界位于所述第一边界和所述第二边界之间。
进一步的，所述第一插入层覆盖所述孔隙的区域在第一方向上的长度从至少一个极大值处向两侧渐小或至少一个极小值处向两侧渐大。
进一步的，所述孔隙被所述第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度在第一范围内，所述第一范围为所述主声学模式的声波波长的2-3倍。
进一步的，还包括第二温度补偿层，所述第二温度补偿层位于所述第一温度补偿层沿第三方向的一侧，并且在第三方向上完全覆盖第一插入层。
进一步的，所述第一插入层的材质包括Al，Cr，Mo，Ag，Cu，Pt的其中一种。
进一步的，所述第一插入层的材质为Cu或Pt。
进一步的，所述第一温度补偿层和/或所述第二温度补偿层的材质包括二氧化硅。
进一步的，所述第二温度补偿层相对于所述第一温度补偿层密度更小。
第二方面，本发明实施例提供了一种温补型声表面波谐振器的制作方法，包括
提供压电衬底；
在压电衬底一侧形成叉指结构层，所述叉指结构层包括在第一方向上相对设置的第一汇流条和第二汇流条，以及位于所述第一汇流条和所述第二汇流条上交叉排布的指条；所述第一汇流条上的指条在第二方向上间隔排布，所述第二汇流条上的指条在第二方向上间隔排布；所述第一方向和第二方向平行于所述压电衬底表面，所述第一方向和第二方向互相垂直；
在所述压电衬底沿第三方向一侧表面形成第一温度补偿层，所述第一温度补偿层在第三方向上完全覆盖所述叉指结构层；还包括：
在第一温度补偿层远离所述叉指结构层的一侧形成第一插入层，所述第一插入层在第三方向上的投影在第二方向上覆盖所有指条；所述第一插入层的第一边界和第二边界在第三方向上的投影与相应侧指条的末端齐平，且相邻的孔隙被所述第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度不同，所述孔隙为相邻且交叉的所述指条之间的间隙。
进一步的，所述第一插入层的第三边界和第四边界呈平滑/阶梯变化，并且阶梯变化中与第一方向平行的阶梯线在第三方向上的投影在所述指条上，所述第三边界和第四边界位于所述第一边界和所述第二边界之间。
进一步的，所述第一插入层覆盖所述孔隙的区域在第一方向上的长度从至少一个极大值处向两侧渐小或至少一个极大值处向两侧渐大。
进一步的，所述孔隙被所述第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度在第一范围内，所述第一范围为所述主声学模式的声波波长的2-3倍。
进一步的，还包括：
在所述第一温度补偿层沿第三方向一侧表面形成第二温度补偿层，所述第二温度补偿层在第三方向上完全覆盖所述第一插入层。
进一步的，所述第一插入层的材质包括Al，Cr，Mo，Ag，Cu，Pt中的其中一种。
进一步的，所述第一插入层的材质为Cu或Pt。
进一步的，所述第一温度补偿层和/或所述第二温度补偿层的材质包括二氧化硅。
进一步的，所述第二温度补偿层相对于所述第一温度补偿层密度更小。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在第一温度补偿层远离叉指结构层的一侧增加第一插入层，通过加权渐变设计可以形成沿着第一方向不同的声速传播区域，在不同介质的交界面上产生对横向模式杂散声波的反射，避免激发横模谐振，且不影响主声学传播模式，有效抑制了横向杂散模式，提高了谐振器的性能；
且加权渐变结构的设计使得各种杂模向不同方向反射，从而不易形成谐振，避免了额外的能量耗散，更加有效地提高了谐振器的性能；
相对于需要在指条上设置声速突变部的谐振器，本发明技术方案无须设置声速突变部，可以减小谐振器的面积；
第二温度补偿层相对于第一温度补偿层的密度较小，相对疏松的第二温度补偿层既不会影响温度补偿效果，又可以缩短沉积时间。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器在垂直截面上的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器的阶梯状的结构俯视图；
图3为本发明实施例提供的一种剖面线的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器的等腰三角状的结构俯视图；
图5为本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器的三角状的结构俯视图；
图6为本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器的锯齿状的结构俯视图；
图7为本发明实施例提供的一种双层温补型声表面波谐振器在垂直截面上的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种垂直于声波传播方向上声速改变的示意图；
图9是本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器与传统谐振器的导纳-频率曲线的对比仿真结果图；
图10是本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器与传统谐振器的电导-频率曲线的对比仿真结果图；
图11为本发明实施例提供的一种SAW谐振器在垂直截面上的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的一种TF-SAW谐振器在垂直截面上的结构示意图；
图13为本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器的制作方法的流程图；
图14为本发明实施例提供的一种双层温补型声表面波谐振器的制作方法的流程图。
具体实施方式
下面对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
声表面波（SAW）谐振器及滤波器是一种广泛应用于射频领域的声学器件，集较低的插损和良好的抑制性能于一体，同时体积也较小，主要利用压电效应将电能和机械能互相转换。但是，SAW也有相应的局限性，其中之一在于易受温度变化的影响：温度升高时，基片材料的刚度变小、声速也会降低。基于此，近年一种新的器件设计逐步开始在射频滤波器件中得到了越来越多的应用，即带有温度补偿功能的SAW滤波器（TC-SAW）。TC-SAW通过在叉指电极结构上另覆一层随温度升高刚度也会加强的材料，来改善温漂现象。
对于TC-SAW谐振器而言，横向传播的声波导致谐振器会出现横向谐振模，即出现在通带内及通带附近的杂波，该杂波会增大器件损耗，使Q值出现大幅度波动，降低谐振器、滤波器的性能。因此如何在带有温度补偿功能的声表面波谐振器中抑制横向杂散模式，是本技术方案所要解决的关键问题。
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明实施例提供了一种温补型声表面波谐振器及制作方法，下面分别进行详细说明。
第一方面，本发明实施例提供了一种温补型声表面波谐振器。
实施例一：
如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器在垂直截面上的结构示意图，包括
压电衬底101；
叉指结构层102；
第一温度补偿层103；
第一插入层104。
与图1相应的，如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器的阶梯状的结构俯视图。
叉指结构层202，位于压电衬底201沿第三方向一侧表面，包括在第一方向上相对设置的第一汇流条2021和第二汇流条2022，以及位于第一汇流条2021和所述第二汇流条2022上交叉排布的指条；第一汇流条2021上的指条2023在第二方向上间隔排布，第二汇流条2022上的指条2023在第二方向上间隔排布；第一方向和第二方向平行于压电衬底201表面，第一方向和第二方向互相垂直；
第一温度补偿层（在俯视图中与压电衬底重合，故在图中未标出），位于压电衬底201沿第三方向的一侧，并且在第三方向上完全覆盖叉指结构层202；
还包括：第一插入层204（图中的阴影部分），位于第一温度补偿层远离叉指结构层202的一侧，第一插入层204在第三方向上的投影在第二方向上覆盖所有指条2023；第一插入层204的第一边界和第二边界在第三方向上的投影与相应侧指条2023的末端齐平，且相邻的孔隙被第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度不同，孔隙为相邻且交叉的指条2023之间的间隙。
上述“第一方向”是指与指条平行的方向，“第二方向”是指与第一汇流条/第二汇流条平行的方向，“第三方向”是指垂直于压电衬底201任一表面所在平面的方向。
需要说明的是，图1示出的截面结构是“示意图”，因为需要在一幅图中同时表征汇流条、电极指条等结构特征，因此图1相当于是合成了两幅垂直截面图的特征部分。
如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种剖面线的示意图。图3中包含两条剖面线，分别是AA’和BB’，沿着这两条剖面线截得的剖视图相组合，构成了图1所示的垂直截面示意图。
压电衬底201，其材料可采用石英、氮化铝、LN(铌酸锂，LiNbO3)、LT(钽酸锂，LiTaO3)等等，本发明对此不作限定，优选铌酸锂或钽酸锂材质，这种材质具有优良的压电效应和机电耦合效应等优势，被广泛运用于声表面波器件中。
叉指结构层202，叉指结构层202沉积于压电衬底201上，是构成声表面波谐振器最基本的单元，包括在第一方向上间隔设置的第一汇流条2021和第二汇流条2022，以及在第二方向上呈交替间隔设置的两组指条2023；一组指条2023由第一汇流条2021向第二汇流条2022方向延伸，但不触及第二汇流条2022；另一组指条2023由第二汇流条2022向第一汇流条2021方向延伸，但不触及第一汇流条2021。
基于SAW器件易受温度变化的影响，因此可通过涂覆一层具有正频率温度系数的温度补偿材料，改善温漂现象。
第一温度补偿层涂覆于叉指结构层202上，可采用二氧化硅材质，但不限于这一种材质。第一温度补偿层的厚度大于叉指结构层202的厚度（即必须完全覆盖叉指结构层），一般设置在主声学模式的声波波长的0.2至0.5倍（即0.2λ~0.5λ）范围内，用于补偿谐振器的负温度效应，此外，夹在叉指结构层202和第一插入层204之间也可以提供绝缘效果。第一温度补偿层对于某些特别的压电衬底（例如128°YXLiNbO3衬底），能够有效抑制指条激发的横向剪切波模式。
第一插入层204沉积在第一温度补偿层上，第一插入层的材质为金属，可以实现降低声速的效果，材质可以是Al，Cr，Mo，Ag，Cu，Pt的其中一种，但不限于这几种材质，也可以采用其他具有降低声速效果的金属材质。主声学模式的声波沿着汇流条的长度方向在叉指结构层传播，第一插入层在第三方向上的投影在第二方向上覆盖所有指条。
优选的，第一插入层的材质可以使用密度较大的金属，如Cu、Pt，会具有更好的效果，即质量加载效应。根据公式Z=ρC，其中Z为声阻抗，ρ为介质密度，C为声速，从公式可以看出，密度越大，声阻抗越大，即声波在介质中传播时所受到的阻力越强，从而形成更明显的声速差，可以更有效地抑制横向杂散模式。
第一插入层的第一边界和第二边界在第三方向上的投影与相应侧指条的末端齐平，且相邻的孔隙被第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度不同。
如图2所示，图2中第一插入层包括左右两个部分，左边部分的左侧边界为第一边界，右边部分的右侧边界为第二边界，第一边界与第二汇流条2022上的指条的末端齐平，第二边界与第一汇流条2021上的指条的末端齐平；随着第一插入层的渐变，孔隙被覆盖的区域在第一方向的长度先变大后变小。
第一插入层的第三边界和第四边界呈阶梯变化，并且阶梯变化中与第一方向平行的阶梯线在第三方向上的投影在指条上，第三边界和第四边界位于第一边界和第二边界之间。第一插入层覆盖孔隙的区域在第一方向上的长度从中间向两侧渐小。
图2中，第一插入层包括左右两个部分，左边部分的右侧边界为第三边界，右边部分的左侧边界为第四边界，第三边界和第四边界呈阶梯变化，并且与第一方向平行（即与指条平行）的阶梯线在第三方向上的投影在指条上。
孔隙被第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度在第一范围内，第一范围可以根据实际情况设置，优选为主声学模式的声波波长的2-3倍（即2λ~3λ），也就是说，第一插入层的宽度渐变范围为1λ~1.5λ；1λ-1.5λ的范围是实验性的较优结论，如果数值过小，会影响横向模式的抑制效果，如果数值过大的话会造成插入层的宽度渐变过大，从而影响主声学模式的传播，造成能量损耗，而限定在1λ-1.5λ的范围内，既可以抑制横向模式，又可以避免主声学模式的传播受到影响。第一插入层的厚度一般为10nm-400nm。
第一插入层加权渐变结构的设计使得各种杂模向不同方向反射，从而不易形成谐振，避免了额外的能量耗散，更加有效地提高了谐振器的性能。
实施例二：
与实施例一不同的地方在于，第一插入层的第三边界和第四边界呈平滑变化。
如图4所示，图4为本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器的等腰三角状的结构俯视图。第一插入层包括左右两个部分，左边部分的右侧边界为第三边界，右边部分的左侧边界为第四边界，第三边界和第四边界呈等腰三角状向两侧凸起，同样也可以实现相邻的孔隙被第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度不同，即相邻的孔隙被第一插入层覆盖的宽度不同。
孔隙被第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度在第一范围内，第一范围可以根据实际情况设置，优选为主声学模式的声波波长的2-3倍（即2λ~3λ），也就是说，第一插入层的宽度渐变范围为1λ~1.5λ，1λ-1.5λ的范围是实验性的较优结论，如果数值过小，会影响横向模式的抑制效果，如果数值过大的话会造成插入层的宽度渐变过大，从而影响主声学模式的传播，造成能量损耗，而限定在1λ-1.5λ的范围内，既可以抑制横向模式，又可以避免主声学模式的传播受到影响。
实施例三：
在实施例一或实施例二的基础上，第一插入层覆盖孔隙的区域在第一方向上的长度从一个极大值处向两侧渐小或一个极小值处向两侧渐大。
如图5所示，图5为本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器的三角状的结构俯视图。与图4的区别在于，第一插入层覆盖孔隙的区域在第一方向上的长度的极大值处不一定在最中间，可以偏下，也可以偏上；第三边界和第四边界可以是平滑变化，也可以是阶梯变化。
实施例四：
在实施例一或实施例二的基础上，第一插入层覆盖孔隙的区域在第一方向上的长度从至少一个极大值处向两侧渐小或至少一个极小值处向两侧渐大。
如图6所示，图6为本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器的锯齿状的结构俯视图。与图5的区别在于，第一插入层覆盖孔隙的区域在第一方向上的长度的极大值可以有多个，极小值也可以有多个，图5中有2个极大值，1个极小值（超出汇流条长度的部分不计入在内），第一插入层覆盖孔隙的区域在第一方向上的长度从极大值处向两侧渐小，从极小值处向两侧渐大。
上述图2、图4、图5、图6仅是为了举例，便于直观理解，并不对第三插入层的形状进行限定，总而言之，第一插入层覆盖孔隙的区域在第一方向上的长度可以从中间向两侧渐大/渐小，又或者是，第一插入层覆盖孔隙的区域在第一方向上的长度的极值不一定在中间，极值也不一定只有一个，只需要确保第一边界和第二边界与相应侧的指条末端齐平，并且相邻孔隙被第一插入层覆盖的宽度存在差异即可。
第一插入层通过加权渐变结构设计，使得谐振器在平行指条方向上产生界限更明显的不同声速区域，反射横向杂模，避免激发横模谐振。
声波是一种典型的弹性波，弹性波在物质中传播时，遇到不同介质的交界面（即不同声速区域）会对传播方向不平行于交界面方向的波产生反射，可以避免杂模形成谐振，从而避免了能量耗散。所以通过第一插入层降低该区域的声速，并且对主声学模式传播方向以外的其他方向的声波，在声速交界面处产生反射从而耗散其能量，而第一插入层的设置方式（在第三方向上的投影在第二方向上覆盖所有指条）确保了主声学模式传播方向（即沿着汇流条方向）的声波不受影响，从而实现了横向杂散模式的去除。
实施例五：
在实施例一至实施例四中任一实施例的基础上，还包括第二温度补偿层，位于第一温度补偿层沿第三方向的一侧，并且在第三方向上完全覆盖第一插入层。
如图7所示，图7为本发明实施例提供的一种双层温补型声表面波谐振器在垂直截面上的结构示意图。
与实施例一至实施例四中任一实施例不同在于，在第一插入层之上多了第二温度补偿层705，可以采用二氧化硅材质，也可以是其他具有正频率温度系数的温度补偿材料，本发明对此不作限定，第二温度补偿层覆盖第一插入层，厚度是第一插入层的1~1.5倍，可以用于通过trimming工艺来微调谐振器的频率，可以保护第一插入层及谐振器内部结构，以及进一步补偿负温度效应；在一种优选实施方式上，第二温度补偿层的宽度与第一温度补偿层的宽度保持一致，都在第三方向上覆盖叉指结构层，可以进一步改善温漂现象，而且不增加额外的工艺成本。
实施例六：
在实施例五的基础上，形成第二温度补偿层时采用更快的沉积速度，即形成结构更为疏松的温度补偿层，且本领域技术人员可以根据自身经验选择合适的沉积速度。由于第二温度补偿层用于提高温度补偿效果、保护插入层等，不会影响温度补偿效果，也能够提高厚度均匀一致性，并缩短蒸镀工艺所需的时间。
对于SiO2类难熔物质，常用电子束蒸镀的工艺方法，通过使物质气化，粒子飞到基片表面来凝聚成膜；到达基片表面的粒子会发生反射、表面扩散以及碰撞，形成簇团，粒子数超过一定临界值时就会称为稳定的核，从而继续吸附粒子，最终形成薄膜。显然，对于致密结构而言，由于粒子之间扩散、碰撞等多发，临界值也会更高，薄膜的厚度误差会被放大，因此相对于疏松结构厚度均匀一致性更差。所以，采用疏松结构可以提高厚度均匀一致性，同时缩短蒸镀工艺所需的时间。
如图8所示，图8为本发明实施例提供的一种垂直于声波传播方向上声速改变的示意图。图8中，指条和汇流条之间空隙部分的声速是最高的，指条和汇流条会降低声速，其中指条部分声速高于汇流条部分，是因为汇流条区域靠近边缘，有能量耗散已经有所衰减；而第一插入层由于是金属材质，可以降低声速，所以第一插入层区域的声速低于两侧没有被第一插入层覆盖的指条部分，其中虚线区域对应于第一插入层第三边界和第四边界加权渐变的部分，由于第一插入层覆盖的范围在变化，所以声速也会随之变化，故用虚线表示。
通过第一插入层的加权渐变设计（相邻的孔隙在第一方向上被第一插入层覆盖的范围不同）形成不同的声速传播区域，尽可能增大交界面上的声速差，在这一交界面上产生尽可能多的对横向模式杂散声波的反射，从而抑制杂波，且不影响主声学传播模式。
如图9所示，图9是本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器与传统谐振器的导纳-频率曲线的对比仿真结果图。其中，实线为传统谐振器，虚线为本发明实施例提供的温补型声表面波谐振器。
由于横向模式的激发，传统的不带第一插入层的谐振器的谐振频率与反谐振频率之间呈现出不规律的波动，而通过增加第一插入层，导纳-频率曲线变得光滑，证明能够有效抑制通带范围内的横向杂散模式，提高谐振器的性能。
如图10所示，图10是本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器与传统谐振器的电导-频率曲线的对比仿真结果图。其中，实线为传统谐振器，虚线为本发明实施例提供的抑制横向杂散模式的谐振器。
改进的谐振器的电导-频率曲线中，干扰大大减少，以750MHz左右的频率为例，横向模态在该频率下的激发得以抑制25dB以上。
实施例七：
上述实施例一至实施例四中任一实施例中的第一插入层的设计还可用于普通SAW谐振器上。如图11所示，图11为本发明实施例提供的一种SAW谐振器在垂直截面上的结构示意图，包括
压电衬底1101；
叉指结构层1102，位于压电衬底1101沿第三方向一侧表面，包括在第一方向上相对设置的第一汇流条11021和第二汇流条11022，以及位于第一汇流条11021和所述第二汇流条11022上交叉排布的指条11023；第一汇流条11021上的指条11023在第二方向上间隔排布，第二汇流条11022上的指条11023在第二方向上间隔排布；第一方向和第二方向平行于压电衬底1101表面，第一方向和第二方向互相垂直；
第一介质层1103，位于压电衬底1101沿第三方向的一侧，并且在第三方向上完全覆盖叉指结构层1102；
第一插入层1104，第一插入层1104位于第一介质层1103远离叉指结构层1102的一侧，在第三方向上的投影在第二方向上覆盖所有指条11023，第一插入层1104的第一边界和第二边界在第三方向上的投影与相应侧指条11023的末端齐平，且相邻的孔隙被第一插入层1104覆盖的区域在第一方向上的长度不同，孔隙为相邻且交叉的指条9023之间的间隙。
第二介质层1105，位于第一介质层1103沿第三方向的一侧，并且在第三方向上完全覆盖第一插入层1104。
同上述实施例一至实施例四中任一实施例一样，引入第一插入层设计的SAW谐振器同传统的SAW谐振器相比，可以避免杂模形成谐振，从而避免了能量耗散。通过第一插入层降低该区域的声速，并且对主声学模式传播方向以外的其他方向的声波，在声速交界面处产生反射从而避免产生横向谐振，而第一插入层的设置方式（在第三方向上的投影在第二方向上覆盖所有指条）确保了主声学模式传播方向（即沿着汇流条方向）的声波不受影响，从而实现了横向杂散模式的去除；且加权渐变结构的设计使得各种杂模向不同方向反射，从而不易形成谐振，避免了额外的能量耗散，更加有效地提高了谐振器的性能。
实施例八：
上述实施例一至实施例四中任一实施例中的第一插入层的设计还可用于普通TF-SAW谐振器上。如图12所示，图12为本发明实施例提供的一种TF-SAW谐振器在垂直截面上的结构示意图，包括
压电衬底1201；
压电薄膜1202，覆盖压电衬底1201；
叉指结构层1203，位于压电衬底1201沿第三方向一侧表面，包括在第一方向上相对设置的第一汇流条12031和第二汇流条12032，以及位于第一汇流条12031和所述第二汇流条12032上交叉排布的指条12033；第一汇流条12031上的指条12033在第二方向上间隔排布，第二汇流条12032上的指条12033在第二方向上间隔排布；第一方向和第二方向平行于压电衬底1201表面，第一方向和第二方向互相垂直；
第一介质层1204，位于压电衬底1201沿第三方向的一侧，并且在第三方向上完全覆盖叉指结构层1203；
第一插入层1205，第一插入层1205位于第一介质层1204远离叉指结构层1203的一侧，在第三方向上的投影在第二方向上覆盖所有指条12033，第一插入层1205的第一边界和第二边界在第三方向上的投影与相应侧指条12033的末端齐平，且相邻的孔隙被第一插入层1205覆盖的区域在第一方向上的长度不同，孔隙为相邻且交叉的指条12033之间的间隙。
第二介质层1206，位于第一介质层1204沿第三方向的一侧，并且在第三方向上完全覆盖第一插入层1205。
同上述实施例一至实施例四中任一实施例一样，引入第一插入层设计的TF-SAW谐振器同传统的TF-SAW谐振器相比，可以避免杂模形成谐振，从而避免了能量耗散。通过第一插入层降低该区域的声速，并且对主声学模式传播方向以外的其他方向的声波，在声速交界面处产生反射从而避免产生横向谐振，而第一插入层的设置方式（在第三方向上的投影在第二方向上覆盖所有指条）确保了主声学模式传播方向（即沿着汇流条方向）的声波不受影响，从而实现了横向杂散模式的去除；且加权渐变结构的设计使得各种杂模向不同方向反射，从而不易形成谐振，避免了额外的能量耗散，更加有效地提高了谐振器的性能。
第二方面，与上述温补型声表面波谐振器的实施例相对应的，本发明实施例还提供了一种温补型声表面波谐振器的制作方法。
实施例九：
如图13所示，图13为本发明实施例提供的一种温补型声表面波谐振器的制作方法的流程图，包括如下步骤：
步骤1301，提供压电衬底。
具体的，可以采用物理气相沉积溅射或者化学气相沉积生长形成压电衬底，其材料可采用石英、氮化铝、LN(铌酸锂，LiNbO3)、LT(钽酸锂，LiTaO3)等等，本发明对此不作限定，优选铌酸锂或钽酸锂材质，这种材质具有优良的压电效应和机电耦合效应等优势，被广泛运用于声表面波器件中。
步骤1302，在压电衬底一侧形成叉指结构层，叉指结构层包括在第一方向上相对设置的第一汇流条和第二汇流条，以及位于第一汇流条和第二汇流条上交叉排布的指条；第一汇流条上的指条在第二方向上间隔排布，第二汇流条上的指条在第二方向上间隔排布；第一方向和第二方向平行于压电衬底表面，第一方向和第二方向互相垂直；
在压电衬底一侧沉积金属薄膜，通过刻蚀，形成指条、汇流条，构成叉指结构层。
步骤1303，在压电衬底沿第三方向一侧表面形成第一温度补偿层，第一温度补偿层在第三方向上完全覆盖叉指结构层。
为了改善温漂现象，在叉指结构层上沉积第一温度补偿层，可采用二氧化硅材质，但不限于这一种材质。第一温度补偿层的厚度大于叉指结构层的厚度（即必须完全覆盖叉指结构层），一般设置在主声学模式的声波波长的0.2至0.5倍（即0.2λ~0.5λ）范围内，用于补偿谐振器的负温度效应，此外，夹在叉指结构层和第一插入层之间也可以提供绝缘效果。第一温度补偿层对于某些特别的压电衬底（例如128°YXLiNbO3衬底），能够有效抑制指条激发的横向剪切波模式。
步骤1304，在第一温度补偿层远离叉指结构层的一侧形成第一插入层，第一插入层在第三方向上的投影在第二方向上覆盖所有指条；第一插入层的第一边界和第二边界在第三方向上的投影与相应侧指条的末端齐平，且相邻的孔隙被第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度不同，孔隙为相邻且交叉的指条之间的间隙。
在第一温度补偿层上沉积第一插入层，第一插入层的材质为金属，可以实现降低声速的效果，材质可以是Al，Cr，Mo，Ag，Cu，Pt的其中一种，但不限于这几种材质，也可以采用其他具有降低声速效果的金属材质。
优选的，使用密度较大的金属如Cu、Pt会具有更好的效果，即质量加载效应，主声学模式的声波沿着汇流条的长度方向在叉指结构层传播，第一插入层在第三方向上的投影在第二方向上覆盖所有指条。
孔隙被第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度在第一范围内，第一范围可以根据实际情况设置，优选为主声学模式的声波波长的2-3倍（即2λ~3λ），也就是说，第一插入层的宽度渐变范围为1λ~1.5λ；1λ-1.5λ的范围是实验性的较优结论，如果数值过小，会影响横向模式的抑制效果，如果数值过大的话会造成插入层的宽度渐变过大，从而影响主声学模式的传播，造成能量损耗，而限定在1λ-1.5λ的范围内，既可以抑制横向模式，又可以避免主声学模式的传播受到影响。第一插入层的厚度一般为10nm-400nm。
通过加权渐变设计可以形成沿着第一方向不同的声速传播区域，在不同介质的交界面上产生对横向模式杂散声波的反射，避免激发横模谐振，且不影响主声学传播模式，有效抑制了横向杂散模式，提高了谐振器的性能；且加权渐变结构的设计使得各种杂模向不同方向反射，从而不易形成谐振，避免了额外的能量耗散，更加有效地提高了谐振器的性能。
实施例十：
如图14所示，图14为本发明实施例提供的一种双层温补型声表面波谐振器的制作方法的流程图，包括如下步骤：
步骤1401，提供压电衬底；
步骤1402，在压电衬底一侧形成叉指结构层，叉指结构层包括在第一方向上相对设置的第一汇流条和第二汇流条，以及位于第一汇流条和第二汇流条上交叉排布的指条；第一汇流条上的指条在第二方向上间隔排布，第二汇流条上的指条在第二方向上间隔排布；第一方向和第二方向平行于压电衬底表面，第一方向和第二方向互相垂直；
步骤1403，在压电衬底沿第三方向一侧表面形成第一温度补偿层，第一温度补偿层在第三方向上完全覆盖叉指结构层；
步骤1404，在第一温度补偿层远离叉指结构层的一侧形成第一插入层，第一插入层在第三方向上的投影在第二方向上覆盖所有指条；第一插入层的第一边界和第二边界在第三方向上的投影与相应侧指条的末端齐平，且相邻的孔隙被第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度不同，孔隙为相邻且交叉的指条之间的间隙；
步骤1405，在第一温度补偿层沿第三方向一侧表面形成第二温度补偿层，第二温度补偿层在第三方向上完全覆盖第一插入层。
与实施例九不同的地方仅在与步骤1405，在第一插入层上沉积第二温度补偿层，可以采用二氧化硅材质，也可以是其他具有正频率温度系数的温度补偿材料，本发明对此不作限定，第二温度补偿层覆盖第一插入层，厚度是第一插入层的1~1.5倍，可以用于通过trimming工艺来微调谐振器的频率，可以保护第一插入层及谐振器内部结构，以及进一步补偿负温度效应；在一种优选实施方式上，第二温度补偿层的宽度与第一温度补偿层的宽度保持一致，都在垂直投影方向上覆盖叉指结构层，可以进一步改善温漂现象，而且不增加额外的工艺成本。
实施例十一：
在实施例十的基础上，形成第二温度补偿层时采用更快的沉积速度，即形成结构更为疏松的温度补偿层，且本领域技术人员可以根据自身经验选择合适的沉积速度。由于第二温度补偿层用于提高温度补偿效果、保护插入层等，不会影响温度补偿效果，也能够提高厚度均匀一致性，并缩短蒸镀工艺所需的时间。
在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (18)
1.一种温补型声表面波谐振器，包括
压电衬底；
位于所述压电衬底沿第三方向一侧表面的叉指结构层；所述叉指结构层包括在第一方向上相对设置的第一汇流条和第二汇流条，以及位于所述第一汇流条和所述第二汇流条上交叉排布的指条；所述第一汇流条上的指条在第二方向上间隔排布，所述第二汇流条上的指条在第二方向上间隔排布；所述第一方向和第二方向平行于所述压电衬底表面，所述第一方向和第二方向互相垂直；
第一温度补偿层，所述第一温度补偿层位于所述压电衬底沿第三方向的一侧，并且在第三方向上完全覆盖所述叉指结构层；其特征在于，还包括：
第一插入层，所述第一插入层位于所述第一温度补偿层远离所述叉指结构层的一侧，所述第一插入层在第三方向上的投影在第二方向上覆盖所有指条；所述第一插入层的第一边界和第二边界在第三方向上的投影与相应侧指条的末端齐平，且相邻的孔隙被所述第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度不同，所述孔隙为相邻且交叉的所述指条之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的温补型声表面波谐振器，其特征在于，所述第一插入层的第三边界和第四边界呈平滑/阶梯变化，并且阶梯变化中与第一方向平行的阶梯线在第三方向上的投影在所述指条上，所述第三边界和所述第四边界位于所述第一边界和所述第二边界之间。
3.根据权利要求1或2所述的温补型声表面波谐振器，其特征在于，所述第一插入层覆盖所述孔隙的区域在第一方向上的长度从至少一个极大值处向两侧渐小或至少一个极小值处向两侧渐大。
4.根据权利要求1所述的温补型声表面波谐振器，其特征在于，所述孔隙被所述第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度在第一范围内，所述第一范围为所述主声学模式的声波波长的2-3倍。
5.根据权利要求1所述的温补型声表面波谐振器，其特征在于，还包括第二温度补偿层，所述第二温度补偿层位于所述第一温度补偿层沿第三方向的一侧，并且在第三方向上完全覆盖第一插入层。
6.根据权利要求1所述的温补型声表面波谐振器，其特征在于，所述第一插入层的材质包括Al，Cr，Mo，Ag，Cu，Pt的其中一种。
7.根据权利要求1所述的温补型声表面波谐振器，其特征在于，所述第一插入层的材质为Cu或Pt。
8.根据权利要求5所述的温补型声表面波谐振器，其特征在于，所述第一温度补偿层和/或所述第二温度补偿层的材质包括二氧化硅。
9.根据权利要求5所述的温补型声表面波谐振器，其特征在于，所述第二温度补偿层相对于所述第一温度补偿层密度更小。
10.一种温补型声表面波谐振器的制作方法，包括
提供压电衬底；
在压电衬底一侧形成叉指结构层，所述叉指结构层包括在第一方向上相对设置的第一汇流条和第二汇流条，以及位于所述第一汇流条和所述第二汇流条上交叉排布的指条；所述第一汇流条上的指条在第二方向上间隔排布，所述第二汇流条上的指条在第二方向上间隔排布；所述第一方向和第二方向平行于所述压电衬底表面，所述第一方向和第二方向互相垂直；
在所述压电衬底沿第三方向一侧表面形成第一温度补偿层，所述第一温度补偿层在第三方向上完全覆盖所述叉指结构层；其特征在于，还包括：
在第一温度补偿层远离所述叉指结构层的一侧形成第一插入层，所述第一插入层在第三方向上的投影在第二方向上覆盖所有指条；所述第一插入层的第一边界和第二边界在第三方向上的投影与相应侧指条的末端齐平，且相邻的孔隙被所述第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度不同，所述孔隙为相邻且交叉的所述指条之间的间隙。
11.根据权利要求10所述的温补型声表面波谐振器的制作方法，其特征在于，所述第一插入层的第三边界和第四边界呈平滑/阶梯变化，并且阶梯变化中与第一方向平行的阶梯线在第三方向上的投影在所述指条上，所述第三边界和第四边界位于所述第一边界和所述第二边界之间。
12.根据权利要求10或11所述的温补型声表面波谐振器的制作方法，其特征在于，所述第一插入层覆盖所述孔隙的区域在第一方向上的长度从至少一个极大值处向两侧渐小或至少一个极小值处向两侧渐大。
13.根据权利要求10所述的温补型声表面波谐振器的制作方法，其特征在于，所述孔隙被所述第一插入层覆盖的区域在第一方向上的长度在第一范围内，所述第一范围为所述主声学模式的声波波长的2-3倍。
14.根据权利要求10所述的温补型声表面波谐振器的制作方法，其特征在于，还包括：
在所述第一温度补偿层沿第三方向一侧表面形成第二温度补偿层，所述第二温度补偿层在第三方向上完全覆盖所述第一插入层。
15.根据权利要求10所述的带有温度补偿功能的声表面波谐振器的制作方法，其特征在于，所述第一插入层的材质包括Al，Cr，Mo，Ag，Cu，Pt中的其中一种。
16.根据权利要求10所述的带有温度补偿功能的声表面波谐振器的制作方法，其特征在于，所述第一插入层的材质为Cu或Pt。
17.根据权利要求14所述的带有温度补偿功能的声表面波谐振器的制作方法，其特征在于，所述第一温度补偿层和/或所述第二温度补偿层的材质包括二氧化硅。
18.根据权利要求14所述的带有温度补偿功能的声表面波谐振器的制作方法，其特征在于，所述第二温度补偿层相对于所述第一温度补偿层密度更小。
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