CN117795851A - 具有减少副振荡模的表面声波器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及表面声波(surface acoustic wave，SAW)器件。本发明提供了一种具有多层堆叠的SAW器件，所述多层堆叠包括YAG作为新型声学材料。所述SAW器件具体包括YAG层、布置在所述YAG层上的交织层和布置在所述交织层上的压电层。此外，所述SAW器件包括布置在所述压电层上或上方的两个或两个以上电极。所述电极形成叉指换能器(interdigital transducer，IDT)，所述叉指换能器用于将电信号转换为在所述压电层中传播的SAW。
Description
技术领域
本发明涉及表面声波(surface acoustic wave，SAW)器件，尤其涉及薄膜SAW(thin-film SAW，TF-SAW)器件。本发明提供了一种具有多层堆叠的SAW器件，所述多层堆叠包括YAG作为新型声学材料。本发明的目的是改善SAW器件的机械质量因子(Q)、机电耦合系数和带外副振荡模响应。例如，这有利于基于多层SAW器件制造的微机械滤波器。
背景技术
SAW器件等微声器件是信号处理、频率产生、滤波和感测应用的关键部件。GSM、UMTS、2G/3G/4G/LTE/5G、蓝牙和WLAN等移动通信系统可以节约地利用频率分配、数字无线电质量和洲际漫游。市场对移动通信系统的需求推动了微声的两个领域的巨大发展和技术进步。
无线通信设备严重依赖高性能带通传输滤波器，这种滤波器用于拒绝任何不需要的传入RF信号，并仅保留所需的传输信号。在一些无线通信应用中，带通传输滤波器需要对传入信号具有极好的选择性，这意味着只允许通过传入频谱的非常窄的条带。
此类过滤器的一些关键技术要求可总结为：
·高频；
·高选择性，用于抑制杂散信号；
·大带宽，用于实现高数据速率；
·低插入损耗系数，用于实现低功耗；
·小型封装或集成芯片滤波器模块，用于小型手持设备。
具有这些特征的基于SAW的频率滤波器用于大多数现有的移动电话系统。为了降低传统SAW器件固有的高插入损耗，开发了各种特殊的低损耗技术，每种技术都针对特定应用进行了优化。首先是SAW器件的模拟和设计，其次是完整的频率滤波器特性的模拟和设计，需要高度复杂的软件工具以及高度发达的算法和模型，以准确预测器件的积累特性及其物理行为。
RF滤波器的核心元件是谐振器，它通常以梯形配置进行电耦合，以产生所需的频率响应。在梯形配置中，谐振器简单地电连接在一起，并串联和并联以形成PI/T网络。因此，并联谐振器的频率低于串联谐振器，以便产生通带行为。
SAW器件的核心元件是压电层，它设置在许多不同的材料层上(即，形成多层堆叠)。堆叠中不同材料的组合以及厚度和材料特性的适当选择可以显著改善压电层中的声能限制。这种效应降低了声损耗和进入支撑衬底的辐射，并改善了基于SAW器件生产的RF滤波器的整体响应(其中，这种RF滤波器由单位晶胞谐振器结构的电气和机械级联组成)。
在SAW器件的层堆叠中具有多个埋层，这也增加了允许传播的声波和机械模的数量。这些波可以在远离SAW器件/RF滤波器的主工作频段的某些频率上积累。在现代无线通信标准中，带外响应需要被严格控制，因为前端电路依赖于严格的带外信道衰减水平，以防止不同通信信道和/或标准之间的任何相互作用。
因此，开发一种技术上合理的方法来降低基于SAW的RF滤波器的带外副振荡模内容是很重要的。为此，需要彻底了解这些副振荡模积累的来源，然后需要提供降低或消除副振荡模的无源方案。
到目前为止，已通过以下方式解决了其中一些问题：
使用片外无源部件(例如电容器、电感器、变压器等的组合)解决带外衰减特性，以在整个RF滤波器的传输特性中产生所需的极点/零点。缺点是，这需要兼容的技术来生产片外无源部件。此外，与SAW器件的高Q相比，RF无源部件有电损耗，这增加了RF滤波器的整体损耗并降低了其性能。此外，集成这些无源部件所需的尺寸和复杂封装也是一个缺点，而且始终存在由于非理想无源部件而影响带内滤波器响应的风险。
发明内容
对于本发明及其实施例，发明人还认为，通常，示例性SAW器件的优化可以基于：
·使用高压电材料，例如，设置在多层衬底上的钽酸锂(lithium tantalate，LT)、铌酸锂(lithium niobate，LN)、氮化铝(aluminum nitride，AlN)的不同晶体切割。
·使用由高声速支撑材料(例如硅)组成的衬底。但是，仅使用高速衬底的主要缺点是高阶和带外副振荡模的自然积累。
·在SAW器件的多层堆叠中添加附加层，例如二氧化硅，以满足温度补偿要求。但是，已知硅/氧化硅界面会产生附加的界面电荷，这可能会显著降低SAW器件的RF性能。
·使用称为“富陷阱”(trap-rich，TR)层的粗糙或多晶硅薄层(例如，1μm厚)，以防止通过衬底产生不必要的RF耦合。但是，这降低了RF滤波器的性能。此外，这显著增加了制造复杂性，从而限制了替代沉积技术的选择或构成堆叠的其它层的优化。
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种用于SAW器件的替代多层堆叠，以便提高SAW器件的RF性能，同时保持其制造复杂性和低成本。具体地，目标是降低带外副振荡模的数量。为此，本发明的另一个目的是寻找用于层堆叠的替代材料。
这些和其它目的通过本发明实施例实现，如所附独立权利要求中所述。这些实施例的有利实现方式在从属权利要求中进一步定义。
具体地，所公开的实施例提供了一种包括钇铝石榴石(yttrium-aluminum-garnet，YAG)材料(或其对应的掺杂版本)的SAW器件。
本发明的第一方面提供了一种SAW器件，所述SAW器件包括：YAG层；布置在所述YAG层上的交织层；布置在所述交织层上的压电层；布置在所述压电层上或上方的两个或两个以上电极，所述电极形成叉指换能器，所述叉指换能器用于将电信号转换为在所述压电层中传播的SAW。
电极可以包括第一电极和第二电极，它们布置在压电层上，以形成谐振器区域。谐振器区域包括位于第一电极与第二电极之间的压电层的区域。
YAG层可以作为低声损耗衬底材料包括在层堆叠中。或者，它可以作为附加层键合到层堆叠中，该附加层可以电气和声学地将SAW器件的谐振器区域与衬底(在这种情况下可以是硅，或任何对应的高速衬底，如石英、蓝宝石、碳化硅等)隔离。
因此，带外副振荡模的数量减少。这提高了SAW器件的RF性能。但是，SAW器件的制造复杂性和成本保持较低。交织层可以用作RF隔离。
具体地，在堆叠中具有YAG层的SAW器件的优点包括：
·YAG本质上是一种低声损耗材料。
·由于快速的纵向/剪切体波，使用SAW器件可以实现高
·由于波导效应，高Q因子谐振器可以基于SAW器件构建。
·YAG的热膨胀系数(coefficient of thermal-expansion，CTE)相对于SAW器件的压电材料的不匹配可以改善SAW器件的核心谐振器的被动温度补偿和温度诱导的频率漂移。
·在与交织层的接口处不需要复杂的TR层。
在第一方面的一种实现方式中，所述SAW器件包括衬底层；其中，所述YAG层布置在所述衬底层上或由所述衬底层提供。
也就是说，衬底本身是低损耗YAG衬底，或者YAG层防止声损耗从谐振器区域(即，形成压电层)进入衬底。交织层可以用作衬底上方的层与衬底之间的晶圆键合层。
在第一方面的一种实现方式中，所述衬底层是(111)硅层或(100)硅层，所述YAG层布置在所述(111)硅层或所述(100)硅层上。
使用由硅层提供给YAG层的这种特定衬底晶体取向能够降低存在于不同材料界面处的可用传播波的数量，因此，打破了副振荡模的模引导/生长所需的边界条件。因此，直接在SAW器件的谐振器级处对准副振荡模和波传播/积累的主要来源。因此，可以进一步减少SAW器件中的带外副振荡模。
在第一方面的一种实现方式中，根据以下方程式，所述压电层中的所述SAW的主模的相位速度Vpiezo与所述衬底层中的主剪切体声波速度Vsub相关：
0.6*Vsub<Vpiezo<0.85*Vsub。
在第一方面的一种实现方式中，根据以下方程式，所述衬底层的声阻抗Zsub与所述压电层的声阻抗Zpiezo相关：
0.75*Zpiezo<Zsub<1.25*Zpiezo。
衬底层的声阻抗定义为衬底层的材料密度与传播声模的相位速度之间的乘积。
通过上述实现方式，可以最有效地减少副振荡模。
在第一方面的一种实现方式中，所述压电层包括LT层、LN层和AlN层中的至少一个。
在第一方面的一种实现方式中，所述LN层是旋转YX切割的LN层，旋转角度在115°至135°的范围内。
也就是说，LN层是ΦYX切割的LN层，其中，Φ＝115°至135°。具体地，这意味着在115°至135°范围内的沿X延伸的Y切割的LN层。LN层可以垂直于围绕晶体X轴旋转的Y轴来切割，旋转角度为Φ＝115°至135°。
在第一方面的一种实现方式中，所述LN层是120°YX切割的LN层，或128°YX切割的LN层。
因此，设想了两个特定的LN层，Φ＝120°或128°。
在第一方面的一种实现方式中，所述LT层是旋转YX切割的LT层，旋转角度在18°至65°的范围内。
也就是说，LT层是θYX切割的LT层，其中，θ＝18°至65°。具体地，这意味着在18°至65°范围内沿X延伸的Y切割的LT层。LT层可以垂直于围绕晶体X轴旋转的Y轴来切割，旋转角度θ＝18°至65°。
在第一方面的一种实现方式中，所述LT层是25°YX切割的LT层，或36°YX切割的LT层，或42°YX切割的LT层，或50°YX切割的LT层。
因此，设想了四个特定的LT层，θ°＝25°、36°、42°或50°。25°LT层提供最高的压电耦合系数，而36°和42°可以使用广泛可用的压电材料。
在第一方面的一种实现方式中，所述两个或两个以上电极沿着所述LT层或所述LN层的X方向以间距周期性地布置在所述LT层或所述LN层上或上方，其中，所述电极中的每个电极垂直于所述X方向延伸。
这种电极布置限定了LT层或LN层中的SAW的传播方向，实现了最佳的副振荡模抑制。
在第一方面的一种实现方式中，所述LT层由第一组欧拉角(λ1，μ1，θ1)限定，其中，λ1在–3°至+3°的范围内，μ1在由所述LT层的所述旋转角度减90°±5°限定的范围内，θ1在–3°至+3°的范围内；和/或所述LN层由第二组欧拉角(λ2，μ2，θ2)限定，其中，λ2在–3°至+3°的范围内，μ2在由所述LN层的所述旋转角度减90°±5°限定的范围内，θ2在–3°至+3°的范围内。
在第一方面的一种实现方式中，所述(111)硅层的[110]方向与所述LT层或所述LN层的所述X方向之间的角度在–30°至30°的范围内或在60°至90°的范围内。
在第一方面的一种实现方式中，所述交织层包括氧化硅层，或多晶硅层和布置在所述多晶硅层上的氧化硅层。
多晶硅层还可以支持副振荡模抑制。在第一方面的一种实现方式中，所述多晶硅层掺杂有稀土元素。
在第一方面的一种实现方式中，所述SAW器件还包括布置在所述压电层上的附加交织层，其中，所述两个或两个以上电极布置在所述附加交织层上并且在所述压电层上方。
在第一方面的一种实现方式中，所述附加交织层包括氮化硅层，或氧化硅层，或氧化铪层。
在第一方面的一种实现方式中，所述附加交织层是布置在所述压电层上的相干层，或被分离成布置在所述压电层上的两个或两个以上层部分，所述两个或两个以上层部分中的每个层部分布置在所述压电层与所述两个或两个以上电极中的一个电极之间。
在第一方面的一种实现方式中，所述压电层的厚度在所述SAW器件的工作频率下所述SAW的波长的0.1至0.4倍的范围内，例如，如果所述压电层包括LT层，则在所述波长的0.18至0.38倍的范围内，或者，如果所述压电层包括LN层，则在所述波长的0.19至0.33倍的范围内。
例如，压电层的厚度可以在200nm至1000nm的范围内，具体是在400nm至800nm的范围内。
在第一方面的一种实现方式中，所述交织层的厚度在所述SAW器件的工作频率下所述SAW的波长的0.0至0.6倍的范围内，例如，如果所述压电层包括LT层，则在所述波长的0.05至0.38倍的范围内，或者，如果所述压电层包括LN层，则在所述波长的0.43至0.6倍的范围内。
例如，交织层的厚度可以在50nm至1500nm的范围内，具体是在100nm至1250nm的范围内。
在第一方面的一种实现方式中，所述YAG层的厚度在所述SAW器件的工作频率下所述SAW的波长的0.8至5.0倍的范围内，例如，在所述波长的1.0至3.0倍的范围内。
例如，YAG层的厚度可以在1000nm至3000nm或更大的范围内。
上述实现方式中的压电层厚度、交织层厚度和YAG层厚度支持优化SAW器件的多层堆叠，以用于带外副振荡模抑制。
在第一方面的一种实现方式中，所述两个或两个以上电极包括铝电极、或铜电极、或钨电极、或钛电极、或由铝-铜合金制成的电极、或由铜-铝合金制成的电极。
在第一方面的一种实现方式中，所述两个或两个以上电极的厚度在所述SAW器件的工作频率下所述SAW的波长的0.02至0.12倍的范围内。
例如，两个或两个以上电极的厚度在50nm至200nm的范围内，具体地在100nm至150nm的范围内。
上述实现方式中的电极厚度支持优化SAW器件的多层堆叠，以用于带外副振荡模抑制。
在第一方面的一种实现方式中，所述SAW器件还包括围绕并覆盖所述两个或两个以上电极的氮化硅钝化层或氧化硅钝化层。
本发明的第二方面提供了一种用于制造SAW器件的方法，所述方法包括：提供衬底层；提供压电层；键合所述衬底层和所述压电层，其中，一个或多个交织层布置在所述衬底层与所述压电层之间，并且其中，所述衬底层或布置在所述衬底层上的所述交织层包括钇铝石榴石(yttrium-aluminum-garnet，YAG)层；在所述压电层上形成两个或两个以上电极，所述电极形成叉指换能器，所述叉指换能器用于将电信号转换为在所述压电层中传播的SAW。
第二方面的方法可以具有制造第一方面的实现方式的SAW器件的实现方式。第二方面及其实现方式所述的方法实现了与上述第一方面及其相应的实现方式所述的SAW器件相同的优点。
因此，本发明的方面和实现方式(实施例)直接在SAW器件的谐振器级处对准副振荡模的主要来源、波传播和积累，以便产生宽带无杂散响应。在这种情况下，不需要外部部件来实现所需的带外衰减特性。因此，实施例使用特定的高Q声学材料(YAG)用于衬底和/或用于靠近支撑衬底的层。这确保了在宽频率范围内有效引导所需模，同时降低其它副振荡模的能量引导。此外，使用适当的衬底材料能够减少存在于不同材料界面处的可用传播波的数量，从而打破了存在这些副振荡模的模引导/生长所需的边界条件。
需要说明的是，本申请中所述的所有设备、元件、单元和装置都可以在软件或硬件元件或其任何种类的组合中实现。本申请中描述的各种实体所执行的所有步骤以及所描述的各种实体要执行的功能均意在指相应实体用于执行相应步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，外部实体执行的具体功能或步骤没有在执行具体步骤或功能的实体的具体详述元件的描述中体现，但是技术人员应清楚，这些方法和功能可以通过相应的硬件或软件元件或其任何组合实现。
附图说明
结合所附附图，下面具体实施例的描述将阐述上述各方面及其实现方式，在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的SAW器件。
图2示出了本发明实施例提供的具有设置在衬底层上的YAG层的SAW器件。
图3示出了本发明实施例提供的具有由衬底层提供的YAG层以及附加的交织层的SAW器件。
图4示出了本发明实施例提供的具有设置在衬底层上的YAG层以及(分离的)附加交织层的SAW器件。
图5示出了本发明实施例提供的用于SAW器件的例如LT或LN压电层的旋转晶体轴的欧拉角约定。
图6示出了本发明实施例提供的具有25°YX LT压电层的SAW器件的多层堆叠的模拟。
图7示出了本发明实施例提供的具有36°YX LT压电层的SAW器件的多层堆叠的模拟。
图8示出了本发明实施例提供的具有42°YX LT压电层的SAW器件的多层堆叠的模拟。
图9示出了本发明实施例提供的具有50°YX LT压电层的SAW器件的多层堆叠的模拟。
图10示出了本发明实施例提供的SAW器件的42°YX LT/SiO2/YAG层堆叠中的典型导纳响应。
图11示出了本发明实施例提供的SAW器件的42°YX LT/SiO2/YAG/层堆叠中的典型导纳响应，其中，比较了衬底层取向。
图12示出了本发明实施例提供的用于制造SAW器件的方法。
图13示出了本发明实施例提供的用于构建SAW器件的多层堆叠的示例性参数。
具体实施方式
通常，本发明实施例基于单元材料堆叠，该单元材料堆叠包括至少三个材料层：压电层(用于形成SAW器件的谐振器区域或核心区域，例如LT、LN或AlN层)、交织层(例如SiO2层)和YAG层。
图1示出了实施例提供的SAW器件10。具体地，图1示出了SAW器件10的单位晶胞10u，其中，所示的单位晶胞10u可以在SAW器件10中包括一次或多次，即，它可以重复多次。SAW器件10(的单位晶胞10u)包括压电层13、交织层12和YAG层11。因此，交织层12直接布置在YAG层11上，压电层13直接布置在交织层12上。压电层13支持传播SAW。YAG层13减少了SAW器件的带外副振荡模(即，减少了从压电层13例如进入SAW器件10的衬底的损耗)。交织层12还在压电层13与YAG层11(以及可选地，SAW器件10的衬底)之间提供RF隔离。
SAW器件10还包括两个或两个以上电极14，它们直接布置在压电层13上或上方(即，在压电层13与电极13之间可能存在一些另外的层)。两个或两个以上电极14形成叉指换能器(interdigital transducer，IDT)，所述叉指换能器用于将电信号转换为在压电层13中传播的SAW。也就是说，通过IDT提供的电信号可以激励压电层13，从而产生传播的SAW。例如，如图1所示，两个或两个以上电极14可以包括第一电极14和第二电极14。这两个电极14可以与位于电极14之间的压电层13的区域一起形成谐振器区域。然后，SAW可以在压电层13中的两个电极之间传播，即在谐振器区域中传播。
图1的SAW器件10可以具体包括在其它层的堆叠上的至少一个TF-SAW谐振器区域(如果压电层13是薄膜层)。在图1中，仅示出在压电层13与YAG层11之间的一个交织层12。该交织层12可以是氧化硅(SiO2)层。如下所述，多个交织子层也是可能的。YAG层11可以是YAG衬底层，或者可以设置在另一个衬底层(图1中未示出)上。
图2示出了本发明实施例提供的在图1所示的实施例上构建的SAW器件10。图1和图2中的相同元件标记有相同的附图标记，并且可以以相同的方式实现。此外，图2的SAW器件10包括YAG层11、交织层12、压电层13和形成IDT的两个或两个以上电极14。
在图2的SAW器件10中，YAG层11具体设置在SAW器件10的衬底层20上，其中，衬底层20可以是硅层。例如，衬底层20可以是(111)硅层或(100)硅层。此外，SAW器件10包括钝化层21，该钝化层21包围和覆盖两个或两个以上电极14。这可以保护电极14，并且可以积极影响压电层13的边界条件。钝化层21可以包括氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)。钝化层21可以沉积在金属IDT电极14上。压电层13可以是LT层和/或LN层。交织层12可以是氧化硅层。
图2中还示出，两个或两个以上电极14以间距(p)周期性地布置在压电层13上或上方。例如，如果压电层13是LT层或LN层，则该间距可以分别沿着LT层或LN层的X方向。此外，至少两个电极104中的每个电极因此可以分别垂直于LT层或LN层的X方向延伸。需要说明的是，单位晶胞10u可以具有两倍于间距(2p)的宽度，如图所示。
图3示出了本发明实施例提供的在图1和图2所示的实施例上构建的SAW器件10。图1、图2和图3中的相同元件标记有相同的附图标记，并且可以以相同的方式实现。此外，图3的SAW器件10包括YAG层11、交织层12、压电层13和形成IDT的两个或两个以上电极14。
在图3的SAW器件10中，YAG层11由衬底层20提供，即，它是YAG衬底层。YAG衬底层可以比图2所示的SAW器件10的YAG层11厚。但是，在图3的这个实施例中，YAG层11也可能设置在如图2所示的衬底层20(例如硅层)上。
图3的SAW器件10还包括布置在压电层13上的附加交织层31。具体地，附加交织层31布置在压电层13与两个或两个以上电极14之间。例如，两个或两个以上电极14可以直接布置在附加交织层31上，因此布置在压电层13上方。附加交织层31可以包括氮化硅层(Si3N4)或氧化硅层(SiO2)或氧化铪(HfO)层。
此外，在图3的SAW器件10中，交织层12包括第一子层12a和第二子层12b。具体地，交织层12可以包括多晶硅层12a和布置在多晶硅层12a上的氧化硅层12b。多晶硅层12a可以减少副振荡模，而氧化硅层12b提供RF隔离。
图4示出了本发明实施例提供的在图1至图3所示的实施例上构建的SAW器件10。图1至图3和图4中的相同元件标记有相同的附图标记，并且可以以相同的方式实现。此外，图4的SAW器件10包括YAG层11、交织层12、压电层13和形成IDT的两个或两个以上电极14。
在图4的SAW器件10中，YAG层11再次设置在衬底层20(例如，硅或硅基衬底层)上，但也可以由衬底层20提供，如图3所示。
此外，在图4的SAW器件10中，附加交织层31是布置在压电层13上的非相干层，即，它被分离成两个或两个以上层部分31a、31b，每个层部分31a、31b布置在压电层13上。因此，两个或两个以上层部分31a、31b中的每个层部分布置在压电层13与两个或两个以上电极14中的一个电极之间。非相干层的这种实现方式与图3所示的实现方式相反，其中，附加交织层31可以是布置在压电层13上的相干层。至少在图3中，它在第一电极14与第二电极14之间是相干的。
在图1至图4的所有SAW器件10中，压电层13可以是或包括LT层、LN层或AlN层。LN层可以是旋转YX切割的LN层，旋转角度在115°至135°范围内，例如，旋转角度为120°或128°。LT层可以是旋转YX切割的LT层，旋转角度在18°至65°的范围内，例如，旋转角度为25°、36°、42°或50°。
旋转YX切割的LT层和LN层可以分别由一组欧拉角限定。在此上下文中，图5示出了旋转晶体轴的欧拉角约定。具体地，图5示出了一组标准欧拉角(λ，μ，θ)，其可用于限定特定层的晶体切割取向。可以选择晶体切割取向，使得层的正交基向量(见图5中的(b))与如基向量的三次连续旋转(见图5中的(a))所限定的所需晶体取向对齐。然后在z(3)方向上限定层的厚度。
具体地，SAW器件10的LT层可以由第一组欧拉角(λ1，μ1，θ1)限定，其中，λ1在–3°至+3°的范围内，μ1在由LT层的旋转角度减90°±5°限定的范围内，θ1在–3°至+3°的范围内。SAW器件10的LN层可以由第二组欧拉角(λ2，μ2，θ2)限定，其中，λ2在–3°至+3°的范围内，μ2在由LN层的旋转角度减90°±5°限定的范围内，θ2在–3°至+3°的范围内。
图6示出了实施例提供的SAW器件10的多层堆叠的模拟，其中，压电层13包括25°YX切割的LT层。具体地，图6示出了具有25°YX切割的LT层的多层堆叠如何被优化用于带外副振荡模抑制(例如，堆叠是LT/SiO2/YAG)。图6中的(a)示出了层堆叠的有效耦合系数而图6中的(b)示出了谐振时的相位速度(以m/s为单位)。此外，图6中的(a)和图6中的(b)具体示出了谐振时的有效耦合系数和相位速度分别对交织层12的厚度的依赖性。需要说明的是，如果压电层13包括LT层，则交织层12(称为hox)的厚度可以在SAW器件10的工作频率下SAW的波长(称为λ)的0.0至0.6倍的范围内，例如，在波长的0.05至0.38倍的范围内。或者，如果压电层13包括LN层，则它可以在波长的0.43至0.6倍的范围内。
图7示出了实施例提供的SAW器件10的多层堆叠的模拟，其中，压电层包括36°YX切割的LT层。与图6类似，图7示出了具有36°YX切割的LT层的多层堆叠如何被优化用于带外副振荡模抑制(例如，堆叠是LT/SiO2/YAG)。
图8示出了实施例提供的SAW器件10的多层堆叠的模拟，其中，压电层13包括42°YX切割的LT层。与图6类似，图8示出了具有42°YX切割的LT层的多层堆叠如何被优化用于带外副振荡模抑制(例如，堆叠是LT/SiO2/YAG)。
图9示出了实施例提供的SAW器件10的多层堆叠的模拟，其中，压电层13包括50°YX切割的LT层。与图6类似，图8示出了具有50°YX切割的LT层的多层堆叠如何被优化用于带外副振荡模抑制(例如，堆叠是LT/SiO2/YAG)。
图10示出了实施例提供的SAW器件10的42°YX切割的LT/SiO2/YAG多层堆叠中的典型导纳响应。也就是说，YAG层11由衬底层20提供，即，是YAG衬底。示出的导纳响应包括导纳的实际部分。为了实现这种或类似的导纳响应，SAW器件10的LT层的厚度可以在SAW器件10的工作频率下SAW的波长的0.1至0.4倍的范围内，例如，在波长的0.18至0.38倍的范围内。此外，交织层12(氧化硅)的厚度可以在波长的0.0至0.6倍的范围内，例如在波长的0.05至0.38倍的范围内。对于LT层的厚度为波长的0.28倍，以及交织层12的厚度为波长的0.23倍，获得了所示的导纳响应的特定曲线。
图11示出了实施例提供的SAW器件10的42°YX切割的LT/SiO2/YAG/Si堆叠中的典型导纳响应。也就是说，YAG层11设置在硅衬底层20上。在图11中比较了不同的衬底取向。也就是说，图11中的(a)用于SAW器件10，其中，衬底层20是(111)硅层，图11中的(b)用于SAW器件10，其中，衬底层20是(100)硅层。YAG层11分别布置在(111)硅层或(100)硅层上。因此，如果YAG层11布置在(111)硅层上，则(111)硅层的[110]方向与LT层或LN层的X方向之间的角度分别可以在–30°至30°的范围内或在60°至90°的范围内。
为了实现这种或类似的导纳响应，压电层13的厚度可以在SAW器件10的工作频率下SAW的波长的0.1至0.3倍的范围内，交织层12的厚度可以在波长的0.1至0.3倍的范围内，YAG层11的厚度可以在波长的1.0至3.0倍的范围内。
图12示出了本发明实施例提供的方法120。方法120适合于制造如图1至图4中任一项所示的SAW器件10。方法120包括提供衬底层20(例如硅层)的步骤121。此外，它包括提供压电层13(例如LT层或LN层)的步骤123。
方法120还包括键合124衬底层20和压电层13的步骤，其中，一个或多个交织层12布置在衬底层20与压电层13之间。因此，方法120还包括提供一个或多个交织层12的步骤122。方法120可以包括将一个或多个交织层12提供(122)到衬底层20和压电层13中的至少一个上，然后将它们键合在一起。例如，可以使用晶圆到晶圆的键合。方法120还可以包括通过使用一组交织层12将压电层13键合到衬底层20的步骤，或者其中形成交织层12。
衬底层20或交织层12中的一个包括YAG层11。也就是说，YAG层11由衬底层12提供或在衬底层12上提供。如果YAG层11是交织层12中的一个，则存在至少两个交织层12。
此外，方法120包括在压电层13上形成两个或两个以上电极14的步骤125。电极14形成IDT，该IDT用于将电信号转换为在压电层13中传播的SAW。
图13示出了实施例提供的具有参数的表，所述参数用于获得用于SAW器件10的优化层堆叠，具体地用于在谐振(TCFA)和反谐振(TCFR)时实现零温度频率系数(temperaturecoefficient of frequency，TCF)。对于每种情况，都提供了不同的层堆叠示例——称为“堆叠1”、“堆叠2”、“堆叠3”、“堆叠4”和“堆叠5”。因此，该表示例性地提供了用于42°YX切割的LT/SiO2/YAG多层堆叠情况的参数集。也就是说，压电层13是42°LT层，交织层12是氧化硅层，YAG层11可以是YAG衬底。该表还指示了用于提供形成IDT的两个或两个以上电极14的间距和标记间距。
在SAW器件10的所有上述实施例中，衬底层20(如果不是YAG层11)可以是硅、玻璃、陶瓷等中的一种，可以包括硅、SOI技术衬底、砷化镓、磷化镓、氮化镓和/或磷化铟或其它示例性衬底；合金半导体，包括GaAsP、AlInAs、GaInAs、GaInP或GaInAsP或其组合。
两个或两个以上电极14可以各自由金属和/或金属合金(例如铜、钛等)层等形成，或者可以是高掺杂硅层。两个或两个以上电极14可以具体包括铝电极、或铜电极、或钨电极、或钛电极、或由铝-铜合金制成的电极、或由铜-铝合金制成的电极。
本发明已结合各种实施例作为示例以及实现方式进行描述。但是，根据对附图、本发明和独立权利要求的研究，本领域技术人员在实施所要求保护的主题时，能够理解和实现其它变型。在权利要求书以及说明书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足权利要求书中描述的若干实体或项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施并不表示这些措施的组合不能用于有利的实现方式中。
Claims (24)
1.一种表面声波SAW器件(10)，其特征在于，包括：
钇铝石榴石YAG层(11)；
交织层(12)，布置在所述YAG层(11)上；
压电层(13)，布置在所述交织层(12)上；
两个或两个以上电极(14)，布置在所述压电层(13)上或上方，所述电极(14)形成叉指换能器，所述叉指换能器用于将电信号转换为在所述压电层(13)中传播的SAW。
2.根据权利要求1所述的SAW器件(10)，其特征在于，包括：
衬底层(20)；
其中，所述YAG层(11)布置在所述衬底层(20)上或由所述衬底层(20)提供。
3.根据权利要求2所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述衬底层(20)是(111)硅层或(100)硅层，所述YAG层(11)布置在所述(111)硅层或所述(100)硅层上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于：
根据以下方程式，所述压电层(11)中的所述SAW的主模的相位速度Vpiezo与所述衬底层(20)中的主剪切体声波速度Vsub相关：
0.6*Vsub<Vpiezo<0.85*Vsub。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于：
根据以下方程式，所述衬底层(20)的声阻抗Zsub与所述压电层(13)的声阻抗Zpiezo相关：
0.75*Zpiezo<Zsub<1.25*Zpiezo。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述压电层(13)包括钽酸锂LT层、铌酸锂LN层和氮化铝层中的至少一个。
7.根据权利要求6所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述LN层是旋转YX切割的LN层，旋转角度在115°至135°的范围内。
8.根据权利要求6或7所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述LN层是120°YX切割的LN层，或128°YX切割的LN层。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述LT层是旋转YX切割的LT层，旋转角度在18°至65°的范围内。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述LT层是25°YX切割的LT层，或36°YX切割的LT层，或42°YX切割的LT层，或50°YX切割的LT层。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述两个或两个以上电极(14)沿着所述LT层或所述LN层的X方向以间距(p)周期性地布置在所述LT层或所述LN层上或上方，其中，所述电极(14)中的每个电极垂直于所述X方向延伸。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述LT层由第一组欧拉角(λ1，μ1，θ1)限定，其中，λ1在–3°至+3°的范围内，μ1在由所述LT层的所述旋转角度减90°±5°限定的范围内，θ1在–3°至+3°的范围内；和/或
所述LN层由第二组欧拉角(λ2，μ2，θ2)限定，其中，λ2在–3°至+3°的范围内，μ2在由所述LN层的所述旋转角度减90°±5°限定的范围内，θ2在–3°至+3°的范围内。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述(111)硅层的[110]方向与所述LT层或所述LN层的所述X方向之间的角度在–30°至30°的范围内或在60°至90°的范围内。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述交织层(12)包括氧化硅层，或多晶硅层(12a)和布置在所述多晶硅层上的氧化硅层(12b)。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于，还包括：
附加交织层(31)，布置在所述压电层(13)上，其中，所述两个或两个以上电极(14)布置在所述附加交织层(31)上并且在所述压电层(13)上方。
16.根据权利要求15所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述附加交织层(31)包括氮化硅层、或氧化硅层或氧化铪层。
17.根据权利要求15或16所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述附加交织层(31)是布置在所述压电层上的相干层，或被分离成布置在所述压电层(13)上的两个或两个以上层部分(31a、31b)，所述两个或两个以上层部分(31a、31b)中的每个层部分布置在所述压电层(13)与所述两个或两个以上电极(14)中的一个电极之间。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述压电层(13)的厚度在所述SAW器件的工作频率下所述SAW的波长的0.1至0.4倍的范围内，例如，如果所述压电层(13)包括LT层，则在所述波长的0.18至0.38倍的范围内，或者，如果所述压电层(13)包括LN层，则在所述波长的0.19至0.33倍的范围内。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述交织层(12)的厚度在所述SAW器件的工作频率下所述SAW的波长的0.0至0.6倍的范围内，例如，如果所述压电层(13)包括LT层，则在所述波长的0.05至0.38倍的范围内，或者，如果所述压电层(13)包括LN层，则在所述波长的0.43至0.6倍的范围内。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述YAG层(11)的厚度在所述SAW器件(10)的工作频率下所述SAW的波长的0.8至5.0倍的范围内，例如，在所述波长的1.0至3.0倍的范围内。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述两个或两个以上电极(14)包括铝电极、或铜电极、或钨电极、或钛电极、或由铝-铜合金制成的电极、或由铜-铝合金制成的电极。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于：
所述两个或两个以上电极(14)的厚度在所述SAW器件(10)的工作频率下所述SAW的波长的0.02至0.12倍的范围内。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的SAW器件(10)，其特征在于，还包括：
氮化硅钝化层(21)或氧化硅钝化层(21)，包围并覆盖所述两个或两个以上电极(14)。
24.一种用于制造表面声波SAW器件(10)的方法(120)，其特征在于，所述方法(120)包括：
提供(121)衬底层(20)；
提供(123)压电层(13)；
键合(124)所述衬底层(20)和所述压电层(13)，其中，一个或多个交织层(11、12、12a、12b)布置(122)在所述衬底层(20)与所述压电层(13)之间，并且其中，布置在所述衬底层(20)上的所述衬底层(20)或所述交织层(12、12a、12b)包括钇铝石榴石YAG层(11)；
在所述压电层(13)上形成(125)两个或两个以上电极(14)，所述电极(14)形成叉指换能器，所述叉指换能器用于将电信号转换为在所述压电层(13)中传播的SAW。
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