CN117394819A - 一种声表面波谐振器及其制备方法、滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电子器件领域，特别涉及一种声表面波谐振器及其制备方法、滤波器。该声表面波谐振器包括由下至上依次设置的支撑衬底、功能层和叉指换能器；所述功能层包括沿第一方向依次排布的第一介质区、压电区和第二介质区；通过将压电层和底电极设置于叉指换能器的孔径区，可以小于或者等于孔径区的宽度，孔径区为叉指换能器中两种相对设置的叉指电极存在交错的区域，声表面波谐振器的目标模式是由纵向电场激发的高阶声表面波模式；相邻第一叉指电极之间的距离与目标模式的频率的乘积小于支撑衬底的声速，从而能够避免纵向电场激发产生的寄生体声波，也有利于横向高阶模式的抑制。

Description

一种声表面波谐振器及其制备方法、滤波器

技术领域

本发明涉及微电子器件领域，特别涉及一种声表面波谐振器及其制备方法、滤波器。

背景技术

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。其中，基于压电异质衬底的声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)谐振器在Q值、体积、温度稳定性以及功率容量方面均有较大的优势。

然而，目前常用的声表面波模式主要是水平剪切模式和瑞利模式，其声速有限，难以应用到更高频率。声速较高的纵向泄露声表面波模式，其机电耦合系数尚无法满足5G频段中N77频段的需求。纵向电场激发的声表面波模式则在声速和机电耦合系数方面均表现出巨大的潜力。但，现有技术中的谐振器通常是如图1所示的结构，其利用的是声速非常高的板波模式或者准体声波模式，因此只能通过使得薄膜悬空来避免声波能量的泄露。压电薄膜悬空通过背刻蚀实现、最后通过背部的腔沉积金属底电极，此时悬浮底电极的形状就由刻蚀腔的形状决定。这种方案采用了空腔结构，结构不稳定，散热较差。从刻蚀腔沉积金属容易导致腔的侧壁也沉积有金属从而导致新的寄生效应。

发明内容

为解决上述技术问题，于一方面，本申请公开了一种声表面波谐振器，其包括由下至上依次设置的支撑衬底、功能层和叉指换能器；

叉指换能器包括第一汇流条、与第一汇流条连接的第一叉指电极、第二汇流条和与第二汇流条连接的第二叉指电极；第一叉指电极和第二叉指电极交错排布；

功能层包括沿第一方向依次排布的第一介质区、压电区和第二介质区；第一方向为第一叉指电极或者第二叉指电极的长度方向；压电区包括层叠的底电极和压电层；底电极位于支撑衬底上；

其中，压电区的宽度小于或者等于叉指换能器的孔径区的投影区的宽度；孔径区的投影区是孔径区投影在功能层的区域；孔径区为叉指换能器中第一叉指电极与第二叉指电极存在交错的区域；声表面波谐振器的目标模式是由纵向电场激发的高阶声表面波模式；相邻第一叉指电极之间的距离与目标模式的频率的乘积小于支撑衬底的声速。

可选的，功能层与支撑衬底之间设有第一介质层，和/或，功能层与叉指换能器之间设有第二介质层。

可选的，压电区与第一介质区之间设有第三介质层，和/或，压电区与第二介质区之间设有第四介质层。

可选的，压电区的宽度大于5倍的相邻第一叉指电极的中心之间的距离。

可选的，压电层的宽度与底电极的宽度相等。

可选的，压电层的顶面高于第一介质区的顶面，且压电层的顶面与第一介质区的顶面之间的距离小于或者等于叉指换能器的厚度，或者，压电层的顶面低于第一介质区的顶面，且压电层的顶面与第一介质区的顶面之间的距离小于或者等于叉指换能器的厚度。

可选的，支撑衬底包括层叠的支撑层和高声速层；

支撑层为易成型加工的材料；

支撑层的材料包含石英、硅、蓝宝石、尖晶石、钇铝石榴石中的任一种；

高声速层的材料为不同晶型及不同切型的碳化硅、金刚石、类金刚石、氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳化硼和氮化硅中的任一种。

可选的，高声速层的厚度大于或者等于0.5倍的相邻第一叉指电极的中心之间的距离。

可选的，支撑衬底为不同晶型及不同切型的碳化硅、金刚石、类金刚石、蓝宝石、氮化铝、氮化硼、碳化硼和氮化硅中的一种或多种的组合。

可选的，压电层的材料为钽酸锂、铌酸锂、铌酸钾、锆钛酸铅或铌镁酸铅－钛酸铅中的一种或多种的组合；

叉指换能器的材料包括铜、铝、金、银、钨、铂、镍、铬、钼、钛、石墨烯、铜铝合金、铝硅合金中的一种或多种的组合；

底电极的材料包括铜、铝、金、银、钨、铂、镍、铬、钼、钛、石墨烯、铜铝合金、铝硅合金、掺杂的硅、碳化硅、氮化镓的一种或多种的组合；

第一介质区和第二介质区的材料为单层材料或多层材料，包括氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、氧化锌、硅中的一种或者多种的组合。

于另一方面，本申请公开了一种声表面波谐振器的制备方法，其包括：

提供一支撑衬底；

在支撑衬底上形成功能层；功能层包括沿第一方向依次排布的第一介质区、压电区和第二介质区；压电区包括层叠的底电极和压电层；底电极位于支撑衬底上；

在功能层上形成叉指换能器；叉指换能器包括第一汇流条、与第一汇流条连接的第一叉指电极、第二汇流条和与第二汇流条连接的第二叉指电极；第一叉指电极和第二叉指电极交错排布；第一方向为第一叉指电极或者第二叉指电极的长度方向；

其中，压电区的宽度小于或者等于叉指换能器的孔径区的投影区的宽度；孔径区的投影区是孔径区投影在功能层的区域；孔径区为叉指换能器中第一叉指电极与第二叉指电极存在交错的区域；声表面波谐振器的目标模式是由纵向电场激发的高阶声表面波模式；相邻第一叉指电极之间的距离与目标模式的频率的乘积小于支撑衬底的声速。

可选的，在支撑衬底上形成功能层，包括：

在支撑衬底上形成压电区，得到第一结构；

在第一结构的上沉积介质材料，并去除多余的介质材料，以在衬底上形成第一介质区和第二介质区，得到第二结构。

可选的，在支撑衬底上形成压电区，得到第一结构，包括：

在支撑衬底上依次通过沉积或键合剥离得到导电材料层和压电材料层；

对压电材料层和导电材料层进行图形化处理，以在支撑衬底上形成压电区，得到第一结构。

可选的，在支撑衬底上形成压电区，得到第一结构，包括：

提供一表面具有导电材料层的压电衬底；

向压电衬底的预设深度进行局部离子注入；

将导电材料层与支撑衬底进行键合，得到键合结构；

对键合结构进行退火剥离处理，得到第一结构。

可选的，对压电材料层和导电材料层进行图形化处理过程中的刻蚀深度大于或者等于压电材料层与导电材料层的厚度之和。

于另一方面，本申请公开了一种滤波器，其包括上述的声表面波谐振器。

采用上述技术方案，本申请提供的声表面波谐振器具有如下有益效果：

声表面波谐振器包括由下至上依次设置的支撑衬底、功能层和叉指换能器；所述功能层包括沿第一方向依次排布的第一介质区、压电区和第二介质区，通过将压电层和底电极的宽度设置成小于叉指换能器的宽度，具体设置于叉指换能器的孔径区，可以小于或者等于孔径区的宽度，孔径区为叉指换能器中两种相对设置的叉指电极存在交错的区域，声表面波谐振器的目标模式是由纵向电场激发的高阶声表面波模式；相邻第一叉指电极之间的距离与目标模式的频率的乘积小于支撑衬底的声速，从而能够避免纵向电场激发产生的寄生体声波，也有利于横向高阶模式的抑制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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的附图。

图1是本申请实施例提供的一种现有声波谐振器的截面图；

图2是本申请实施例提供的第一种声表面波谐振器的截面图；

图3是本申请实施例提供的第一种声表面波谐振器的俯视图；

图4是本申请实施例提供的第二种声表面波谐振器的截面图；

图5是本申请实施例提供的对比例1对应的声表面波谐振器的截面图；

图6是本申请实施例提供的对比例1对应的声表面波谐振器的俯视图；

图7是本申请实施例提供的对比例2对应的声表面波谐振器的截面图；

图8是本申请实施例提供的对比例2对应的声表面波谐振器的俯视图；

图9是本申请实施例提供的一种包含对比例1和对比例2的仿真结果图；

图10是本申请实施例提供的图9中对比例1的反谐振频率附近的振型图；

图11是本申请实施例提供的图9中对比例2的反谐振频率附近的振型图；

图12是本申请实施例提供的对比例3对应的声表面波谐振器的截面图；

图13是本申请实施例提供的一种包含对比例2和对比例3的仿真结果示意图；

图14是本申请实施例提供的图13中对比例3的反谐振频率附近的振型图；

图15是本申请实施例提供的一种对比例2和图4所示结构的仿真结果示意图；

图16是本申请实施例提供的一种对比例2和图4所示结构对应的导电曲线对比图；

图17是本申请实施例提供的第三种声表面波谐振器的截面图；

图18是本申请实施例提供的图17对应的声表面波谐振器的俯视图；

图19是本申请实施例提供的第四种声表面波谐振器的截面图；

图20是本申请实施例提供的一种压电区的中心与孔径区的中心存在不同对准偏差对应的仿真结果对比图；

图21是本申请实施例提供的第五种声表面波谐振器的截面图；

图22是本申请实施例提供的第六种声表面波谐振器的截面图；

图23是本申请实施例提供的第七种声表面波谐振器的截面图；

图24是本申请实施例提供的第八种声表面波谐振器的截面图；

图25是本申请实施例提供的第九种声表面波谐振器的截面图；

图26是本申请实施例提供的第十种声表面波谐振器的截面图；

图27是本申请实施例提供的第十一种声表面波谐振器的俯视图；

图28是本申请实施例提供的第十二种声表面波谐振器的俯视图；

图29是本申请实施例提供的第十三种声表面波谐振器的俯视图；

图30是本申请实施例提供的第十四种声表面波谐振器的俯视图；

图31是本申请实施例提供的第十五种声表面波谐振器的俯视图；

图32是本申请实施例提供的第十六种声表面波谐振器的俯视图；

图33是本申请实施例提供的第十七种声表面波谐振器的俯视图；

图34是本申请实施例提供的第十八种声表面波谐振器的俯视图；

图35是本申请实施例提供的第十九种声表面波谐振器的俯视图；

图36是本申请实施例提供的一种声表面波谐振器的制备流程示意图；

图37是本申请实施例提供的一种第一结构的结构示意图；

图38～41是本申请实施例提供的一种声表面波谐振器中功能层的形成过程中的结构示意图；

图42是本申请实施例提供的一种压电衬底的结构示意图；

图43是本申请实施例提供的一种对图42所示结构进行局部离子注入后的结构的结构示意图。

以下对附图作补充说明：

1-支撑衬底；101-支撑层；102-高声速层；2-功能层；201-第一介质区；202-压电区；2021-底电极；2022-压电层；203-第二介质区；3-叉指换能器；301-第一汇流条；302-第二汇流条；303-第一叉指电极；304-第二叉指电极；305-孔径区；306-空气隙区；307-假指电极；4-第一介质层；5-第二介质层；6-第三介质层；7-第四介质层；8-导电材料层；9-压电材料层；10-第一错位区；11-第二错位区；12-压电衬底；1201-损伤层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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作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。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等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，术语“第一”、“第二”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的包括一个或者更多个该特征。而且，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。

当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。例如，从“1至10”的指定范围应视为包括最小值1与最大值10之间的任何及所有的子范围。范围1至10的示例性子范围包括但不限于1至6.1、3.5至7.8、5.5至10等。

请参阅图1，其所示为本申请实施例提供的一种现有声波谐振器的截面图。属于一种悬空压电薄膜结构，然而，底电极与压电薄膜以及顶部电极的叉指换能器的空气隙存在重叠部分，会形成体声波的寄生模式，而且由于其压电薄膜的宽度大于底电极的宽度，使得在叉指换能器超出底电极的区域存在压电薄膜，会产生横向电场激发的寄生模式。此外，主模的横向高阶模式还会影响滤波器的带内平坦度。因此，如何在不影响主模的前提下，用简单的工艺避免体声波寄生和横向电场激发寄生模式的问题，以及抑制横向高阶模式，是实现高性能的高频大带宽滤波器的关键。

请参阅图2，本申请公开了一种声表面波谐振器，其包括由下至上依次设置的支撑衬底1、功能层2和叉指换能器3；叉指换能器3包括第一汇流条301、与第一汇流条301连接的第一叉指电极303、第二汇流条302和与第二汇流条302连接的第二叉指电极304；第一叉指电极303和第二叉指电极304交错排布；功能层2包括沿第一方向依次排布的第一介质区201、压电区202和第二介质区203；第一方向为第一叉指电极303或者第二叉指电极304的长度方向；压电区202包括层叠的底电极2021和压电层2022；底电极2021位于支撑衬底1上；其中，压电区202的宽度小于或者等于叉指换能器3的孔径区305的投影区的宽度；孔径区305的投影区是孔径区305投影在功能层2的区域；孔径区305为叉指换能器3中第一叉指电极303与第二叉指电极304存在交错的区域；声表面波谐振器的目标模式是由纵向电场激发的高阶声表面波模式；相邻第一叉指电极303之间的距离与目标模式的频率的乘积小于支撑衬底1的声速。如此，不仅可以解决在纵向电场激发的声学谐振器中存在的寄生体声波问题以及光刻对准问题，同时还大幅减弱了横向高阶模式。

本实施例中，压电区202的宽度方式可以是第一叉指电极303和第二叉指电极304的长度延伸方向。孔径区305即为图3中虚线框所示的区域，当没有假指电极307时，空气隙区306可以是至第一汇流条301和第二汇流条302之间除了孔径区305之外的区，即第一叉指电极303与第二叉指电极304不交错区域，第一叉指电极303和第二叉指电极304的数量可以根据实际需要设计，可以是1个，也可以是2个、3个等数量，且第一叉指电极303的宽度、第二叉指电极304的长度和宽度可以根据需要设计，在此不做限制。

在一些可能的示例中，目标模式为高阶兰姆波、高阶水平剪切波以及高阶瑞利模式中的一种。

在一些可能的示例中，压电区202的宽度大于5倍的相邻第一叉指电极303的中心之间的距离。

在一些可能的示例中，压电层2022的宽度与底电极2021的宽度相等(请参阅图2)，当然根据实际工艺条件二者的宽度可以不完全相等，具有较小的宽度误差也可以，例如二者宽度方向的错位差为±0.5微米。

在一些可能的示例中，请参阅图4，功能层2与支撑衬底1之间设有第一介质层4；在另一些可能的示例中，功能层2与叉指换能器3之间设有第二介质层5；可选的，还可以是功能层2与支撑衬底1之间设有第一介质层4，同时，功能层2与叉指换能器3之间设有第二介质层5。

在一些可能的示例中，压电区202与第一介质区201之间设有第三介质层6。在另一些可能的示例中，压电区202与第二介质区203之间设有第四介质层7；可选的，还可以是压电区202与第一介质区201之间设有第三介质层6，压电区202与第二介质区203之间设有第四介质层7。

在一些可能的示例中，请继续参阅图2，第一介质区201可以填充于压电区202一侧的叉指换能器3与支撑衬底1之间的全部区域，第二介质区203可以填充于压电区202另一侧的叉指换能器3与支撑衬底1之间的全部区域；根据需要也可以是第一介质区201可以填充于压电区202一侧的叉指换能器3与支撑衬底1之间的局部区域，第二介质区203可以填充于压电区202另一侧的叉指换能器3与支撑衬底1之间的局部区域，此时，第一介质区201的宽度小于压电区202的一侧面与相近的支撑衬底1的侧面之间距离，第二介质区203的宽度小于压电侧的另一侧面与相近的支撑衬底1的侧面之间距离，可选的，第一介质区201和第二介质区203至少包括孔径区305边界±0.5μm的区域，以确保上下电极之间不会短路。

在一些可能的示例中，支撑衬底1为不同晶型及不同切型的碳化硅、金刚石、类金刚石、蓝宝石、氮化铝、氮化硼、碳化硼和氮化硅中的一种或多种的组合。

在一些可能的示例中，压电层2022的材料为钽酸锂、铌酸锂、铌酸钾、锆钛酸铅或铌镁酸铅－钛酸铅中的一种或多种的组合。

在一些可能的示例中，叉指换能器3的材料包括铜、铝、金、银、钨、铂、镍、铬、钼、钛、石墨烯、铜铝合金、铝硅合金中的一种或多种的组合。

在一些可能的示例中，底电极2021的材料包括铜、铝、金、银、钨、铂、镍、铬、钼、钛、石墨烯、铜铝合金、铝硅合金、掺杂的硅、碳化硅、氮化镓的一种或多种的组合。

在一些可能的示例中，第一介质区201和第二介质区203的材料为单层材料或多层材料，包括氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、氧化锌、硅中的一种或者多种的组合。

请参阅图5和6，其所示分别为对比例1的截面图和俯视图，对比例1与本申请的图4相比，区别在于对比例1的压电层2022和底电极2021均为完整结构，请参阅图7和8，其所示分别为对比例2的截面图和俯视图，其与本申请的图4相比，区别在于对比例1的压电层2022为完整结构，从而对比例2的底电极2021也是仅存在于孔径区305下方的区域，具体的，支撑衬底1材料为4H-SiC，第一介质区201和第二介质区203的材料为氧化硅，厚度与底电极2021相同，底电极2021的材料为铂，厚度为50nm，压电层2022的材料为X切铌酸锂，厚度为325nm，叉指换能器3的材料为铝/钨，厚度为65/35nm，叉指换能器3周期为1.65μm(即相邻第一叉指电极303的中心或者相邻第二叉指电极304的中心之间的距离)，孔径长度为相邻的第一叉指电极303的中心之间的距离的20倍，第一介质层4的材料为氧化硅，厚度为200nm。对比例2的底电极2021与孔径区305完全重合，主模为SH1模式(即一阶水平剪切模式)。通过上述对比例1和对比例2的结构进行仿真测试，可以得到如图9所示的仿真结果，可以看出，对底电极2021进行图案化(即将其仅设计为仅存在于孔径区305下方)以后，会使得汇流条和空气隙区306激发的体声波模式得到抑制，从而谐振器的导纳比得到大幅提升。进一步通过图10可以看出，汇流条以及空气隙区306的电极、压电层2022和底电极2021组成了“三明治”结构，因而激发了体声波模式，在该案例中具体为厚度剪切模式，该模式无法被高声速支撑衬底1约束，因而泄露到衬底当中，成为能量泄漏源，导致器件Q值大幅下降。通过图11可以看出，由于汇流条以及空气隙区306下方不存在底电极2021，无法形成纵向电场，因而也不会激发体声波模式，这使得仅孔径区305存在主模的振动，且能量没有向衬底泄露。由以上对比例1和对比例2可以说明，通过图案化底电极2021，可以有效抑制汇流条和空气隙区306激发的体声波模式，使得仅孔径区305存在主模的振动，且能量没有向衬底泄露。

请参阅图12，其所示分别为对比例3对应的截面图，对比例3与对比例2相比，区别在于对比例3的底电极2021与孔径区305存在错位，具体包括第一错位区10和第二错位区11，第一错位区10和第二错位区11的宽度均为W1，W1为2μm，请参阅图13，其所示为本申请实施例提供的对比例2和对比例3的仿真结果示意图，可以看出，当底电极2021未与孔径区305完全重合时，即便对准误差仅为2μm，谐振器的导纳比也会大幅下降。这是因为第二错位区11激发了体声波模式，而第一错位区10会由于横向电场激发其他寄生模式。进一步通过图14可以看出，第二错位区11激发了体声波模式，并造成能量向衬底泄露。由此可以说明，仅图案化底电极2021的情况，若底电极2021与孔径区305存在错位，即使错位范围很小，也会产生寄生模式，存在能量向衬底泄露的问题。

进一步的，通过对本申请实施例提供的图4所示的结构进行仿真测试，可以得到如图15所示的仿真结果，通过对比图4所示结构(即压电层2022和底电极2021均图案化)和对比例2(即仅底电极2021图案化)的仿真结果可以看出，二者频率响应差距十分微小。然而，请参阅图16，其所示为对比例2和图4所示结构对应的导电曲线对比图，当仅图案化底电极2021时，谐振器的谐振频率和反谐振频率之间存在较强的横向高阶模式，在再图案化压电层2022以后，横向高阶模式明显得到减弱，由此可以看出，采用图案化压电层2022有助于抑制横向高阶模式。

在一些可能的示例中，请参阅图17和18，压电区202的宽度小于孔径区305的宽度，即压电区202与孔径区305存在宽度方向的错位，但压电区202的中心与孔径区305的中心是重合对准的，请参阅图19，压电区202的中心与孔径区305的中心存在对准偏差，具体的，偏差可为2μm和5μm。通过对图18和19所示结构进行仿真测试，可以得到如图20所示的仿真结果，从图20中可以看出，三者响应频率差距十分微小，由此可以看出，本申请实施例所提供的谐振器结构，当进行光刻形成叉指换能器3时，对准精度的要求非常低。

在另一些可能的示例中，压电区202的宽度小于孔径区305的宽度，且功能层2与支撑衬底1之间不设有第一介质层4，即如图21所示的结构。

在另一些可能的示例中，请参阅图22，支撑衬底1包括层叠的支撑层101和高声速层102；支撑层101为易成型加工的材料；支撑层101的材料包含石英、硅、蓝宝石、尖晶石、钇铝石榴石中的任一种；高声速层102的材料为不同晶型及不同切型的碳化硅、金刚石、类金刚石、氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳化硼和氮化硅中的任一种。在一些可能的示例中，高声速层102的厚度大于或者等于0.5倍的相邻第一叉指电极303的中心之间的距离。

在另一些可能的示例中，压电层2022的顶面高于第一介质区201的顶面，且压电层2022的顶面与第一介质区201的顶面之间的距离小于或者等于叉指换能器3的厚度，即如图23所示的结构，可选的，压电区202的宽度小于或者等于孔径区305的宽度。

在另一些可能的示例中，请参阅图24，压电层2022的顶面低于第一介质区201的顶面，且压电层2022的顶面与第一介质区201的顶面之间的距离小于或者等于叉指换能器3的厚度。可选的，压电区202的宽度小于或者等于孔径区305的宽度。

在另一些可能的示例中，请参阅图25，压电区202与第一介质区201之间设有第三介质层6，压电区202与第二介质区203之间设有第四介质层7，可选的，压电区202的宽度小于或者等于孔径区305的宽度。

在另一些可能的示例中，请参阅图26，功能层2与支撑衬底1之间设有第一介质层4，功能层2与叉指换能器3之间设有第二介质层5，可选的，压电区202的宽度小于或者等于孔径区305的宽度。

在另一些可能的示例中，请参阅图27，该叉指换能器3还包含假指电极307，可以是在第一叉指电极303和第二叉指电极304的对侧均设有对应的假指电极307，则至少包括两个假指电极307，也可以根据实际需要设置假指电极307的数量和位置，在此不做限制，假指电极307所在区域下方无压电层2022。可选的，请参阅图28，与图27所示结构相比，还可以将孔径区305域设计成大于压电区202的宽度的结构。可选的，请参阅图29，压电层2022的边界和孔径区305均为多边形。可选的，请参阅图30，压电层2022的边界和孔径区305均为多边形，且孔径区305的宽度大于压电层2022的宽度。可选的，请参阅图31，压电层2022的边界和孔径区305均为多边形，孔径区305的宽度大于压电层2022的宽度，且孔径区305为矩形。可选的，请参阅图32，相比于图30所示的结构的区别在于，压电层2022的边界为矩形。可选的，请参阅图33，相比于图4所示的结构的区别在于，孔径区305的宽度大于压电层2022的宽度，且压电层2022的边缘呈锯齿形。可选的，请参阅图34，相比于图31所示的结构的区别在于，压电层2022的边界为平行四边形。可选的，请参阅图35，相比于图34所示的结构的区别在于，孔径区305也为平行四边形。

可以理解的是，本申请所提供的声表面波谐振器不限制压电层2022和孔径区305的形状以及位置，只要压电区202的宽度小于或者等于孔径区305的宽度即可，也不限制介质层的位置和层数。

请参阅图36，本申请实施例提供了一种声表面波谐振器的制备方法，其包括：

S3601：提供一支撑衬底1。

本实施例中，支撑衬底1可以是单层结构，也可以是多层结构，具体详见上述描述。

S3603：在支撑衬底1上形成功能层2；功能层2包括沿第一方向依次排布的第一介质区201、压电区202和第二介质区203；压电区202包括层叠的底电极2021和压电层2022；底电极2021位于支撑衬底1上。

在一些可能的示例中，S3603的具体实施方式可以包括：在支撑衬底1上形成压电区202，得到第一结构(即如图37所示的结构)；在第一结构的上沉积介质材料，从而可以得到如图38所示的结构，后续可以采用刻蚀方式去除凸起的介质材料，也可以采用其他方式去除(如研磨)，在此不作限制，从而得到如图39所示的结构，后续可以再研磨或抛光处理图39结构的表面，去除多余的介质材料，以在衬底上形成第一介质区201和第二介质区203，得到第二结构(即如图40所示的结构)。

在一些可能的示例中，在支撑衬底1上形成压电区202，得到第一结构，包括：在支撑衬底1上依次通过沉积或键合剥离得到导电材料层8和压电材料层9，可以得到如图41所示的结构；对压电材料层9和导电材料层8进行图形化处理，以在支撑衬底1上形成压电区202，得到第一结构。

在另一些可能的示例中，在支撑衬底1上形成压电区202，得到第一结构，包括：提供一表面具有导电材料层8的压电衬底12(请参阅图42)；向压电衬底12的预设深度进行局部离子注入，以在压电衬底12的预设深度形成损伤层1201，得到如图43所示的结构；将导电材料层8与支撑衬底1进行键合，得到键合结构；对键合结构进行退火剥离处理，得到第一结构。可选的，离子注入的注入面可以是导电材料层8的表面。

本申请实施例中可以采用沉积或键合剥离，以及图形化的方式形成图案化的压电层2022和底电极2021，也可以采用离子注入和退火剥离的方式形成图案化的压电层2022和底电极2021。

在一些可能的示例中，对压电材料层9和导电材料层8进行图形化处理过程中的刻蚀深度等于压电材料层9与导电材料层8的厚度之和，从而可以得到如图2所示的结构。在一些可能的示例中，对压电材料层9和导电材料层8进行图形化处理过程中的刻蚀深度大于压电材料层9与导电材料层8的厚度之和，从而使得支撑衬底1为凸结构。

S3605：在功能层2上形成叉指换能器3；叉指换能器3包括第一汇流条301、与第一汇流条301连接的第一叉指电极303、第二汇流条302和与第二汇流条302连接的第二叉指电极304；第一叉指电极303和第二叉指电极304交错排布；第一方向为第一叉指电极303或者第二叉指电极304的长度方向；其中，压电区202的宽度小于或者等于叉指换能器3的孔径区305的投影区的宽度；孔径区305的投影区是孔径区305投影在功能层2的区域；孔径区305为叉指换能器3中第一叉指电极303与第二叉指电极304存在交错的区域；声表面波谐振器的目标模式是由纵向电场激发的高阶声表面波模式；相邻第一叉指电极303之间的距离与目标模式的频率的乘积小于支撑衬底1的声速。

通过上述制备方法可以得到如图2所示的结构，其他可选的声表面波谐振器结构的制备过程包含上述描述的过程，当然由于声表面波谐振器结构的差异，制备过程也会适应性的调整。

本申请实施例所提供的声表面波谐振器的制备方法利用纵向电场激发的高阶声表面波模式作为目标模式、并采用高声速支撑衬底1将目标模式约束在衬底表面，结构简单、稳定、且散热性较好，刻蚀除去不需要的压电区202域，避免了体声波模式的寄生。压电层2022和底电极2021的图案化同时完成，确保了仅在目标模式振动的区域存在底电极2021，该方法避免了分步图案化压电薄膜和悬浮底电极2021时易出现的对准偏差问题，还避免了光刻对准误差的问题。图案化的压电薄膜，以及介质材料的填充，还为谐振器的设计提供了新的自由度，有利于横向高阶模式的抑制。

本申请实施例提供一种滤波器，其包括上述的声表面波谐振器。通过上述描述可知，声表面波谐振器由于具有图案化的压电层和底电极，使得压电区不超出叉指换能器的孔径区，避免在孔径区以外区域形成上电极、压电薄膜及下电极的“三明治”结构，从而避免了体声波模式的激发以及由其造成的杂散响应和体声波能量泄露的问题，还极大降低了形成顶部叉指换能器时对于对准精度的要求。可以根据需要选择合适的压电层的形状，以及合适的介质材料对刻蚀区域进行填充，还有利于横向高阶模式的抑制。

以上所述仅为本申请可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种声表面波谐振器，其特征在于，包括由下至上依次设置的支撑衬底、功能层和叉指换能器；

所述叉指换能器包括第一汇流条、与所述第一汇流条连接的第一叉指电极、第二汇流条和与所述第二汇流条连接的第二叉指电极；所述第一叉指电极和所述第二叉指电极交错排布；

所述功能层包括沿第一方向依次排布的第一介质区、压电区和第二介质区；所述第一方向为所述第一叉指电极或者所述第二叉指电极的长度方向；所述压电区包括层叠的底电极和压电层；所述底电极位于所述支撑衬底上；

其中，所述压电区的宽度小于或者等于所述叉指换能器的孔径区的投影区的宽度；所述孔径区的投影区是所述孔径区投影在所述功能层的区域；所述孔径区为所述叉指换能器中所述第一叉指电极与所述第二叉指电极存在交错的区域；所述声表面波谐振器的目标模式是由纵向电场激发的高阶声表面波模式；相邻所述第一叉指电极之间的距离与所述目标模式的频率的乘积小于所述支撑衬底的声速。

2.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述功能层与所述支撑衬底之间设有第一介质层，和/或，所述功能层与所述叉指换能器之间设有第二介质层。

3.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述压电区与所述第一介质区之间设有第三介质层，和/或，所述压电区与所述第二介质区之间设有第四介质层。

4.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述压电区的宽度大于5倍的相邻所述第一叉指电极的中心之间的距离。

5.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述压电层的宽度与所述底电极的宽度相等。

6.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述压电层的顶面高于所述第一介质区的顶面，且所述压电层的顶面与所述第一介质区的顶面之间的距离小于或者等于所述叉指换能器的厚度，或者，所述压电层的顶面低于所述第一介质区的顶面，且所述压电层的顶面与所述第一介质区的顶面之间的距离小于或者等于所述叉指换能器的厚度。

7.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述支撑衬底包括层叠的支撑层和高声速层；

所述支撑层为易成型加工的材料；

所述支撑层的材料包含石英、硅、蓝宝石、尖晶石、钇铝石榴石中的任一种；

所述高声速层的材料为不同晶型及不同切型的碳化硅、金刚石、类金刚石、氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳化硼和氮化硅中的任一种。

8.根据权利要求7所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述高声速层的厚度大于或者等于0.5倍的相邻所述第一叉指电极的中心之间的距离。

9.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述支撑衬底为不同晶型及不同切型的碳化硅、金刚石、类金刚石、蓝宝石、氮化铝、氮化硼、碳化硼和氮化硅中的一种或多种的组合。

10.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述压电层的材料为钽酸锂、铌酸锂、铌酸钾、锆钛酸铅或铌镁酸铅－钛酸铅中的一种或多种的组合；

所述叉指换能器的材料包括铜、铝、金、银、钨、铂、镍、铬、钼、钛、石墨烯、铜铝合金、铝硅合金中的一种或多种的组合；

所述底电极的材料包括铜、铝、金、银、钨、铂、镍、铬、钼、钛、石墨烯、铜铝合金、铝硅合金、掺杂的硅、碳化硅、氮化镓的一种或多种的组合；

所述第一介质区和所述第二介质区的材料为单层材料或多层材料，包括氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、氧化锌、硅中的一种或者多种的组合。

11.一种声表面波谐振器的制备方法，其特征在于，包括：

提供一支撑衬底；

在所述支撑衬底上形成所述功能层；所述功能层包括沿第一方向依次排布的第一介质区、压电区和第二介质区；所述压电区包括层叠的底电极和压电层；所述底电极位于所述支撑衬底上；

在所述功能层上形成所述叉指换能器；所述叉指换能器包括第一汇流条、与所述第一汇流条连接的第一叉指电极、第二汇流条和与所述第二汇流条连接的第二叉指电极；所述第一叉指电极和所述第二叉指电极交错排布；所述第一方向为所述第一叉指电极或者所述第二叉指电极的长度方向；

其中，所述压电区的宽度小于或者等于所述叉指换能器的孔径区的投影区的宽度；所述孔径区的投影区是所述孔径区投影在所述功能层的区域；所述孔径区为所述叉指换能器中所述第一叉指电极与所述第二叉指电极存在交错的区域；所述声表面波谐振器的目标模式是由纵向电场激发的高阶声表面波模式；相邻所述第一叉指电极之间的距离与所述目标模式的频率的乘积小于所述支撑衬底的声速。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述在所述支撑衬底上形成所述功能层，包括：

在所述支撑衬底上形成所述压电区，得到第一结构；

在所述第一结构的上沉积介质材料，并去除多余的介质材料，以在所述衬底上形成所述第一介质区和所述第二介质区，得到第二结构。

13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述在所述支撑衬底上形成所述压电区，得到第一结构，包括：

在所述支撑衬底上依次通过沉积或键合剥离得到导电材料层和压电材料层；

对所述压电材料层和所述导电材料层进行图形化处理，以在所述支撑衬底上形成所述压电区，得到所述第一结构。

14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述在所述支撑衬底上形成所述压电区，得到第一结构，包括：

提供一表面具有导电材料层的压电衬底；

向所述压电衬底的预设深度进行局部离子注入；

将所述导电材料层与所述支撑衬底进行键合，得到键合结构；

对所述键合结构进行退火剥离处理，得到所述第一结构。

15.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述对所述压电材料层和所述导电材料层进行图形化处理过程中的刻蚀深度大于或者等于所述压电材料层与所述导电材料层的厚度之和。

16.一种滤波器，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的声表面波谐振器。