CN204425293U - 用于无线通信系统的多层压电薄膜体声波谐振器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了用于无线通信系统的多层压电薄膜体声波谐振器，用DBAR表示，形成于衬底上，包括底部电极、顶部电极、第三电极、第一压电层、第二压电层、第一导线、第二导线和第三导线；底部电极形成于衬底上；第一压电层位于底部电极上方，由氮化铝压电材料制成；第三电极位于第一压电层上，由钨、钼或铝经过图案化成型而成；第二电压层位于第三电极上方，由氧化锌压电材料制成；顶部电极由钨、钼或铝图案化成型制成；DBAR上对应触点、第一导线、第二导线和第三导线分别对应地和底部电极、顶部电极和第三电极进行电性连接；第一压电层、第三电极、第二压电层和顶部电极图案化成型后形成DBAR。具有很强的实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信领域，尤其涉及具有多层不同的压电薄膜的压电薄膜体声波谐振器。
背景技术
随着薄膜与微纳制造技术的发展，电子元件正朝着微型化、高频率、高密集复用和低功耗的方向发展；薄膜体声波谐振器(FBAR)又称为压电薄膜体声波谐振器，它是通过压电薄膜的逆压电效应将电能量转换成声波而形成谐振，使用谐振技术用来制造很多先进的电子元器件，在新一代无线通信系统具有很广泛的应用前景。
传统的FBAR包括一个压电体层，压电体层位于由单一材料制成的电极之间，构成一个压电夹层，由于这些压电材料为单一性材料，因此这些压电材料基本上具有单一、均匀的C轴取向特性；也即，传统的FBAR的压电材料不是使用不同的压电物质制成，因此没有不同的C轴向取向。此外，传统的FBAR的低频共振频率主要通过增加压电层或电极的厚度来调节，因此可能造成压电体层或电极的厚度过度增加，致使FBAR的形状过大，进而会导致谐振器尺寸变大、制作过程繁杂和成本高。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供用于无线通信系统的多层压电薄膜体声波谐振器，解决过度增加压电层和电极厚度，致使FBAR的形状过大，进而会导致谐振器尺寸变大、制作过程繁杂和成本高的技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：用于无线通信系统的多层压电薄膜体声波谐振器，用DBAR表示，形成于衬底上，衬底与半导体工艺使用的材料相容，所述半导体工艺材料包括硅、砷化镓、磷化铟、玻璃、蓝宝石、氧化铝或其他类似材料；衬底可被蚀刻形成腔体，且一层牺牲材料可被沉积在衬底上以填充腔体，牺牲材料包括氧化物、多晶硅或其它合适的材料；衬底被平坦化后，牺牲材料仍然只留在腔体内；此外，牺牲材料在形成DBAR后可以通过刻蚀移除，以使腔体打开；所述DBAR包括底部电极、顶部电极、第三电极、第一压电层、第二压电层、第一导线、第二导线和第三导线。
底部电极形成于衬底的腔体上方，底部电极通过沉积于衬底上的一层钨、钼或铝经过图案化成型而成，底部电极为一个多边形或类似的形状；第一压电层通过沉积于底部电极上的氮化铝压电材料制成，该氮化铝材料通过等离子沉积处理沉积于底部电极上，图案化成型后形成具有向上方向的C轴取向的第一压电层；第三电极位于第一压电层上，通过沉积于第一压电层上的一层钨、钼或铝经过图案化成型而成；第二电压层位于第三电极上方，通过沉积于第三电极上的氧化锌压电材料制成，该氧化锌压电材料通过等离子沉积处理沉积于第三电极上，第二压电层的C轴取为向上方向；第一压电层和第二压电层是不同的压电材料制成的相对的压电层；第一压电层的C轴取向和第二压电层的C轴取向完全相反；顶部电极通过沉积于第二压电层上的一层钨、钼或铝通过图案化成型制成。因此，第一压电层、第三电极、第二压电层和顶部电极进行图案化成型处理后形成DBAR。在DBAR有一个用于保护DBAR的钝化层；DBAR上形成对应触点、第一导线、第二导线和第三导线分别对应地和底部电极、顶部电极和第三电极进行电性连接；其中，第一导线、第二导线相互连接，以将底部电极和顶部电极进行电性连接，第一导线、第二导线和第三导线有一个公共接点，以将三个电极互相连接；第一导线、第二导线和第三导线上施加有电压。第一压电层在第一电极和第三电极间一同形成一个夹层结构；第二压电层在第三电极和顶部电极间并一同形成另一个夹层结构；因此DBAR的结构特性可表征为具有两个单层结构的FBAR，这两个单层结构的FBAR互相堆叠成型，且C轴取向的方向相反，从而DBAR的配置操作为1/2λ模型。
DBAR的底部电极、第一压电体层、第三电极、第二压电层和顶部电极的厚度分别一一对应为1239nm、1800nm、1000nm、1432nm和1239nm；第一压电层和第二压电层的C轴取向相反，它们之间的共振频率为350MHz。
综上所述，DBAR可以在不减小其厚度情况下，扩展其低频率的范围；也可以通过递增第二压电层使其具有和第一压电层相反的C轴取向，使DBAR具有更低的共振频率；而不需要增加整体厚度，即增加底部电极、第一压电层、第三电极第二压电层和顶部电极的厚度，以扩展DBAR的低频共振频率。此外，过度增加DBAR的厚度，会导致谐振器尺寸变大、制作过程繁杂和成本高。因此，DBAR的共振频率可以通过第一压电层和第二压电层的材料选择或只通过第一压电层和第二压电层形成的C轴取向来控制。具有很强的实用性。
附图说明
图1为本实用新型示意图。
其中：多层薄膜体声波谐振器30、底部电极302、顶部电极304、第三电极306、第一压电层312、向上箭头314、第二压电层320、向下箭头322、衬第一导线362、第二导线364、第三导线366、电压V。
具体实施方式
下面结合附图所描述的实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
用于无线通信系统的多层压电薄膜体声波谐振器30，用DBAR表示，形成于衬底上，衬底与半导体工艺使用的材料相容，所述半导体工艺材料包括硅、砷化镓、磷化铟、玻璃、蓝宝石、氧化铝或其他类似材料；衬底可被蚀刻形成腔体，且一层牺牲材料(未示出)可被沉积在衬底上以填充腔体，牺牲材料包括氧化物、多晶硅或其它合适的材料；衬底被平坦化后，牺牲材料仍然只留在腔体内；此外，牺牲材料在形成DBAR后可以通过刻蚀移除，以使腔体打开；所述DBAR包括底部电极302、顶部电极304、第三电极306、第一压电层312、第二压电层320、第一导线362、第二导线364和第三导线366。
底部电极302形成于衬底的腔体上方，底部电极302通过沉积于衬底上的一层钨、钼或铝经过图案化成型而成，底部电极302为一个多边形或类似的形状；第一压电层312通过沉积于底部电极302上的氮化铝压电材料制成，该氮化铝材料通过等离子沉积处理沉积于底部电极302上，图案化成型后形成具有C轴取向的第一压电层312，箭头314指示氮化铝的正常C轴取向；第三电极306位于第一压电层312上，通过沉积于第一压电层312上的一层钨、钼或铝经过图案化成型而成；第二电压层320位于第三电极312上方，通过沉积于第三电极312上的氧化锌压电材料制成，该氧化锌压电材料通过等离子沉积处理沉积于第三电极312上，第二压电层320的C轴取向如箭头322所示方向；因此，第一压电层312和第二压电层320是不同的压电材料制成的相对的压电层；箭头314指示的第一压电层312的C轴取向和箭头322指示的第二压电层116的C轴取向完全相反；顶部电极304通过沉积于第二压电层320上的一层钨、钼或铝通过图案化成型制成。因此，第一压电层312、第三电极306、第二压电层320和顶部电极304进行图案化成型处理后形成DBAR 30；牺牲材料通过蚀刻移除，因此DBAR 30就被设置于悬浮的空腔体上。在DBAR 30上形成一个钝化层(未示出)用于保护DBAR 30；DBAR 30上形成对应触点(未示出)、第一导线362、第二导线364和第三导线366分别对应地和底部电极302、顶部电极304和第三电极306进行电性连接；其中，第一导线362、第二导线364相互连接，以将底部电极302和顶部电极304进行电性连接，第一导线362、第二导线364和第三导线366有一接点，以便将第三电极306与底部电极302和顶部电极304连接；第一导线362、第二导线364和第三导线366上施加有电压V。第一压电层312在第一电极302和第三电极306间一同形成一个三明治结构；第二压电层320在第三电极306和顶部电极304间并一同形成另一个三明治结构；因此DBAR 30的结构特性可表征为具有两个单层结构的FBAR，这两个单层结构的FBAR互相堆叠成型，且C轴取向的方向相反，从而DBAR 30的配置操作为1/2λ模型。
DBAR 30的底部电极302、第一压电体层312、第三电极306、第二压电层320和顶部电极304的厚度分别一一对应为1239nm、1800nm、1000nm、1432nm和1239nm；第一压电层312和第二压电层320的C轴取向相反，它们之间的共振频率为350MHz。
综上所述，DBAR 30可以在不减小其厚度情况下，扩展其低频率的范围；也可以通过递增第二压电层320使其具有和第一压电层312相反的C轴取向，使DBAR 30具有更低的共振频率；而不需要增加整体厚度，即增加底部电极302、第一压电层312、第三电极306第二压电层320和顶部电极304的厚度，以扩展DBAR30的低频共振频率。此外，过度增加DBAR 30的厚度，会导致谐振器尺寸变大、制作过程繁杂和成本高。因此，DBAR 30的共振频率可以通过第一压电层312和第二压电层320的材料选择或只通过第一压电层312和第二压电层320形成的C轴取向来控制。
Claims (2)
1.用于无线通信系统的多层压电薄膜体声波谐振器，形成于衬底上，其特征是：包括底部电极、顶部电极、第三电极、第一压电层、第二压电层、第一导线、第二导线和第三导线；所述衬底蚀刻形成腔体，牺牲材料沉积在衬底上以填充腔体；所述底部电极形成于衬底上方，所述衬底上沉积钨、钼或铝图案化处理成型为一个多边形的底部电极；所述底部电极上沉积氮化铝压电材料以形成具有向上C轴取向的第一压电层；所述第三电极由沉积于第一压电层上的钨、钼或铝图案化处理后形成；所述第二压电层位于第三电极上方，第三电极上沉积有氧化锌压电材料以形成具有向上C轴取向的第二压电层；所述第一压电层的C轴取向和第二压电层的C轴取向相反；所述顶部电极位于第二压电层上方，第二电压层上沉积有钨、钼或铝以形成位于最上方的顶部电极；所述第一压电层、第三电极、第二压电层和顶部电极经图案化形成多层压电薄膜体声波谐振器；所述第一导线连接底部电极，第二导线连接顶部部电极，第三导线连接第三电极，第一导线和第二导线相互连接使底部电极和顶部相连通。
2.根据权利要求1所述的用于无线通信系统的多层压电薄膜体声波谐振器，其特征是：所述底部电极的厚度为1239nm，第一压电体层的厚度为1800nm，第三电极的厚度为1000nm，第二压电层的厚度为1432nm，顶部电极的厚度为1239nm；所述第一压电层和第二压电层之间的共振频率为350MHz。
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2015
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