CN117749125A - 一种d-baw空气环结构及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种D‑BAW空气环结构及其形成方法。所述D‑BAW空气环结构包括下电极以及下电极与围栏层形成的体声波空腔内的下电极一端设置有第一空气环结构，以及，在上电极的一端设置第二空气环结构。所述D‑BAW空气环结构还包括基底、压电层、下电极、压电层和上钝化层；所述基底的一侧表面上布设有围栏层；所述围栏层的凹槽与所述压电层形成的体声波空腔内设置有下电极，并且，下电极布设于压电层靠近围栏层一侧的表面上；所述下电极远离压电层的一侧表面上布设有压电层；所述压电层的远离围栏层一侧的表面上布设有上电极；在所述上电极的远离压电层）的一侧表面上布设有上钝化层。
Description
技术领域
本发明提出了一种D-BAW空气环结构及其形成方法，属于体声波滤波器技术领域。
背景技术
体声波滤波器是一种利用压电体实现声波信号过滤的电子器件。其工作原理是利用压电体的逆压电效应，将电信号转换为声波信号，并在声波导体内传播。体声波滤波器通常由一个或多个声波导器件组成，它们被用来控制声波的传播路径和能量分布。体声波滤波器的主要特点是低损耗、良好的抑制性能和温度稳定性。同时，由于其体积较大和带宽较窄，其应用受到一定限制。然而，现有技术中的体声波滤波器仍然存在品质因数Q值较低的问题。
发明内容
本发明提供了一种D-BAW空气环结构及其形成方法，用以解决现有技术中的体声波滤波器的Q值较低的问题，所采取的技术方案如下：
一种D-BAW空气环结构，所述D-BAW空气环结构包括下电极14以及下电极14与围栏层2形成的体声波空腔8内的下电极14一端设置有第一空气环结构，以及，在上电极12的一端设置第二空气环结构。
进一步地，所述D-BAW空气环结构还包括基底1、压电层13、下电极14、压电层13和上钝化层11；所述基底1的一侧表面上布设有围栏层2；所述围栏层2的凹槽与所述压电层13形成的体声波空腔8内设置有下电极14，并且，下电极14布设于压电层13靠近围栏层2一侧的表面上；所述下电极14远离压电层13的一侧表面上布设有压电层13；所述压电层13的远离围栏层2一侧的表面上布设有上电极12；在所述上电极12的远离压电层13的一侧表面上布设有上钝化层11。
进一步地，所述下电极14的一端与围栏层2之间设有凹槽结构，并且，所述凹槽结构使内凹槽构对应的压电层13靠近围栏层2一侧的表面暴露于体声波空腔8内。
进一步地，所述下电极14的一端与围栏层2之间的内凹结构的深度为0.1um-10um。
进一步地，所述下电极14远离压电层13的一侧表面所布设的下钝化层15外延于下电极14，且不与围栏层2相连；其中，所述下钝化层15外延部分与下电极14和围栏层2形成的内凹及侧凹复合结构即为第一空气环结构。
进一步地，所述上电极12设置的上钝化层11外延于上电极12；并且上钝化层11外延部分与上电极12形成的侧凹结构即为第二空气环结构。
进一步地，所述上电极12与压电层13之间形成的内凹结构的深度为0.1um-10um。
进一步地，所述第一空气环结构和第二空气环结构不在同一垂直面上。
一种D-BAW空气环结构的形成方法，所述D-BAW空气环结构的形成方法包括：
步骤1、在衬底10上依次沉积上钝化层11、上电极12、压电层13、下电极14和下钝化层15；
步骤2、在下电极14上利用先干洗刻蚀后湿法刻蚀的方式形成内凹结构，其中，所述内凹结构的深度为0.1um-10um；并且，所述下电极14上的内凹结构为第一空气环结构；
步骤3、刻蚀去除衬底10，并在下电极14一侧进行填充层沉积生成围栏层2和填充层16；
步骤4、在上电极12上利用先干洗刻蚀后湿法刻蚀的方式形成内凹结构，其中，所述内凹结构的深度为0.1um-10um，并且，所述上电极12上的内凹结构为第二空气环结构；
步骤5、对所述填充层16进行刻蚀，形成体声波空腔8。
本发明有益效果：
本发明提出的一种D-BAW空气环结构及其形成方法通过上述第一空气环结构和第二空气环结构的结构设置和位置关系以及内凹结构的深度的尺寸设置引入额外的散射机制相对于现有技术中的空气桥结构能够在现有技术中的空气桥结构之上进一步提高声波的发射和折射率，同时，其结构的设置不能够最低限度概念体声波滤波器内部空气腔结构，进而在增加声波的发射和折射率的同时最大限度降低空腔内部结构变化对体声波滤波器高频振动所带来的振动影响，进而保证体声波滤波器的运行性能质量。
另一方面，通过上述技术方案中外延部分的外延长度的设置能够根据体声波滤波器本体的结构参数进行设置，进而提高外延部分与体声波滤波器的性能匹配性，进而在最大限度提高Q值的情况下，降低低空腔内部结构变化对体声波滤波器高频振动所带来的振动影响。防止第一空气环结构和第二空气环结构，尤其是空气腔内部的第一空气环结构对体声波滤波器空气腔结构改造影响过大，导致振动波传播传播路径受阻，产生过多的物理振动扰动量，进而降低体声波滤波器的运行质量和提高损坏风险的问题发生。
附图说明
图1为现有技术中的D-BAW结构的结构示意图；
图2为本发明所述D-BAW空气环结构的结构示意图；
图3为本发明所述D-BAW空气环结构的制备步骤图一；
图4为本发明所述D-BAW空气环结构的制备步骤图二；
图5为本发明所述D-BAW空气环结构的制备步骤图三；
图6为本发明所述D-BAW空气环结构的制备步骤图四；
图7为本发明所述D-BAW空气环结构的制备步骤图五；
（8，体声波空腔；10，衬底；11，上钝化层；12，上电极；13，压电层；14，下电极；15，下钝化层；16，填充层；17，围栏层；18，基底）。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提出了一种D-BAW空气环结构，如图2所示，所述D-BAW空气环结构包括下电极14以及下电极14与围栏层2形成的体声波空腔8内的下电极14一端设置有第一空气环结构，以及，在上电极12的一端设置第二空气环结构。
其中，所述D-BAW空气环结构还包括基底1、压电层13、下电极14、压电层13和上钝化层11；所述基底1的一侧表面上布设有围栏层2；所述围栏层2的凹槽与所述压电层13形成的体声波空腔8内设置有下电极14，并且，下电极14布设于压电层13靠近围栏层2一侧的表面上；所述下电极14远离压电层13的一侧表面上布设有压电层13；所述压电层13的远离围栏层2一侧的表面上布设有上电极12；在所述上电极12的远离压电层13的一侧表面上布设有上钝化层11。
所述下电极14的一端与围栏层2之间设有凹槽结构，并且，所述凹槽结构使内凹槽构对应的压电层13靠近围栏层2一侧的表面暴露于体声波空腔8内。所述下电极14的一端与围栏层2之间的内凹结构的深度为0.1um-10um。所述下电极14远离压电层13的一侧表面所布设的下钝化层15外延于下电极14，且不与围栏层2相连；其中，所述下钝化层15外延部分与下电极14和围栏层2形成的内凹及侧凹复合结构即为第一空气环结构。所述上电极12设置的上钝化层11外延于上电极12；并且上钝化层11外延部分与上电极12形成的侧凹结构即为第二空气环结构。所述上电极12与压电层13之间形成的内凹结构的深度为0.1um-10um。所述第一空气环结构和第二空气环结构不在同一垂直面上。
其中，所述下钝化层15外延部分的外延长度通过如下公式获取：
其中，L 01表示下钝化层15外延部分的外延长度；λ表示声波在体声波滤波器中传播的阻尼系数；ξ表示调整系数；L 0表示体声波滤波器本体中的下电极与围栏层侧壁之间的垂直距离；ΔF表示外延部分每增加一个单位长度对体声波滤波器本体的体声波空腔的物理扰动的振动幅度增加量，并且，单位长度为1/100的L 0；
同时，所述上钝化层11外延部分的外延长度通过如下公式获取：
其中，L 02表示上钝化层11外延部分的外延长度。
上述技术方案的工作原理及技术效果为：本实施例上述技术方案的体声波滤波器中，第一空气环结构和第二空气环结构通过特定的设计能够有效降低声波散射方向，进而降低散射效应和能量损失，从而提高体声波滤波器的平质因数Q值。同时，通过上述第一空气环结构和第二空气环结构的位置设置和外延部分的设置能够有效提高体声波滤波器在高频振动运行时的声波的空间重叠率，进而提高干涉效应的增强比率，窄化共振峰，进而进一步提高Q值。
同时，本实施例上述技术方案的体声波滤波器中上述第一空气环结构和第二空气环结构的结构设置和位置关系以及内凹结构的深度的尺寸设置引入额外的散射机制相对于现有技术中的空气桥结构能够在现有技术中的空气桥结构之上进一步提高声波的发射和折射率，同时，其结构的设置不能够最低限度概念体声波滤波器内部空气腔结构，进而在增加声波的发射和折射率的同时最大限度降低空腔内部结构变化对体声波滤波器高频振动所带来的振动影响，进而保证体声波滤波器的运行性能质量。
另一方面，通过上述技术方案中外延部分的外延长度的设置能够根据体声波滤波器本体的结构参数进行设置，进而提高外延部分与体声波滤波器的性能匹配性，进而在最大限度提高Q值的情况下，降低低空腔内部结构变化对体声波滤波器高频振动所带来的振动影响。防止第一空气环结构和第二空气环结构，尤其是空气腔内部的第一空气环结构对体声波滤波器空气腔结构改造影响过大，导致振动波传播传播路径受阻，产生过多的物理振动扰动量，进而降低体声波滤波器的运行质量和提高损坏风险的问题发生。
本发明实施例提出了一种D-BAW空气环结构的形成方法，如图3至图7所示，所述D-BAW空气环结构的形成方法包括：
步骤1、在衬底10上依次沉积上钝化层11、上电极12、压电层13、下电极14和下钝化层15；
步骤2、在下电极14上利用先干洗刻蚀后湿法刻蚀的方式形成内凹结构，其中，所述内凹结构的深度为0.1um-10um；并且，所述下电极14上的内凹结构为第一空气环结构；
步骤3、刻蚀去除衬底10，并在下电极14一侧进行填充层沉积生成围栏层2和填充层16；
步骤4、在上电极12上利用先干洗刻蚀后湿法刻蚀的方式形成内凹结构，其中，所述内凹结构的深度为0.1um-10um，并且，所述上电极12上的内凹结构为第二空气环结构；
步骤5、对所述填充层16进行刻蚀，形成体声波空腔8。
上述技术方案的工作原理及技术效果为：本实施例上述技术方案的体声波滤波器中，第一空气环结构和第二空气环结构通过特定的设计能够有效降低声波散射方向，进而降低散射效应和能量损失，从而提高体声波滤波器的平质因数Q值。同时，通过上述第一空气环结构和第二空气环结构的位置设置和外延部分的设置能够有效提高体声波滤波器在高频振动运行时的声波的空间重叠率，进而提高干涉效应的增强比率，窄化共振峰，进而进一步提高Q值。
同时，本实施例上述技术方案的体声波滤波器中上述第一空气环结构和第二空气环结构的结构设置和位置关系设置引入额外的散射机制相对于现有技术中的空气桥结构能够在现有技术中的空气桥结构之上进一步提高声波的发射和折射率，同时，其结构的设置不能够最低限度概念体声波滤波器内部空气腔结构，进而在增加声波的发射和折射率的同时最大限度降低空腔内部结构变化对体声波滤波器高频振动所带来的振动影响，进而保证体声波滤波器的运行性能质量。
另一方面，通过上述技术方案中外延部分的外延长度的设置能够根据体声波滤波器本体的结构参数进行设置，进而提高外延部分与体声波滤波器的性能匹配性，进而在最大限度提高Q值的情况下，降低低空腔内部结构变化对体声波滤波器高频振动所带来的振动影响。防止第一空气环结构和第二空气环结构，尤其是空气腔内部的第一空气环结构对体声波滤波器空气腔结构改造影响过大，导致振动波传播传播路径受阻，产生过多的物理振动扰动量，进而降低体声波滤波器的运行质量和提高损坏风险的问题发生。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种D-BAW空气环结构，其特征在于，所述D-BAW空气环结构包括下电极（14）以及下电极（14）与围栏层（2）形成的体声波空腔（8）内的下电极（14）一端设置有第一空气环结构，以及，在上电极（12）的一端设置第二空气环结构。
2.根据权利要求1所述D-BAW空气环结构，其特征在于，所述D-BAW空气环结构还包括基底（1）、压电层（13）、下电极（14）、压电层（13）和上钝化层（11）；所述基底（1）的一侧表面上布设有围栏层（2）；所述围栏层（2）的凹槽与所述压电层（13）形成的体声波空腔（8）内设置有下电极（14），并且，下电极（14）布设于压电层（13）靠近围栏层（2）一侧的表面上；所述下电极（14）远离压电层（13）的一侧表面上布设有压电层（13）；所述压电层（13）的远离围栏层（2）一侧的表面上布设有上电极（12）；在所述上电极（12）的远离压电层（13）的一侧表面上布设有上钝化层（11）。
3.根据权利要求1或2所述D-BAW空气环结构，其特征在于，所述下电极（14）的一端与围栏层（2）之间设有凹槽结构，并且，所述凹槽结构使内凹槽构对应的压电层（13）靠近围栏层（2）一侧的表面暴露于体声波空腔（8）内。
4.根据权利要求3所述D-BAW空气环结构，其特征在于，所述下电极（14）的一端与围栏层（2）之间的内凹结构的深度为0.1um-10um。
5.根据权利要求1所述D-BAW空气环结构，其特征在于，所述下电极（14）远离压电层（13）的一侧表面所布设的下钝化层（15）外延于下电极（14），且不与围栏层（2）相连；其中，所述下钝化层（15）外延部分与下电极（14）和围栏层（2）形成的内凹及侧凹复合结构即为第一空气环结构。
6.根据权利要求1所述D-BAW空气环结构，其特征在于，所述上电极（12）设置的上钝化层（11）外延于上电极（12）；并且上钝化层（11）外延部分与上电极（12）形成的侧凹结构即为第二空气环结构。
7.根据权利要求6所述D-BAW空气环结构，其特征在于，所述上电极（12）与压电层（13）之间形成的内凹结构的深度为0.1um-10um。
8.根据权利要求1或所述D-BAW空气环结构，其特征在于，所述第一空气环结构和第二空气环结构不在同一垂直面上。
9.一种D-BAW空气环结构的形成方法，其特征在于，所述D-BAW空气环结构的形成方法包括：
步骤1、在衬底（10）上依次沉积上钝化层（11）、上电极（12）、压电层（13）、下电极（14）和下钝化层（15）；
步骤2、在下电极（14）上利用先干洗刻蚀后湿法刻蚀的方式形成内凹结构，其中，所述内凹结构的深度为0.1um-10um；并且，所述下电极（14）上的内凹结构为第一空气环结构；
步骤3、刻蚀去除衬底（10），并在下电极（14）一侧进行沉积生成围栏层（2）和填充层（16），并布设基底（18）；
步骤4、在上电极（12）上利用先干洗刻蚀后湿法刻蚀的方式形成内凹结构，其中，所述内凹结构的深度为0.1um-10um，并且，所述上电极（12）上的内凹结构为第二空气环结构；
步骤5、对所述填充层（16）进行刻蚀，形成体声波空腔（8）。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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