CN207339805U - 一种空腔型薄膜体声波谐振器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空腔型薄膜体声波谐振器，包括支撑衬底、支撑层、薄膜结构层和顶电极；所述支撑衬底、支撑层与所述薄膜结构层形成的空腔为腔体，所述支撑衬底为腔底；所述支撑层设置在支撑衬底表面边缘处，形成腔壁；所述薄膜结构层设置在支撑衬底上，形成腔盖；所述薄膜结构层从下至上分别为底电极、压电层，所述压电层为单晶态氮化铝，所述顶电极位于所述压电层上。相对于现有的基于多晶氮化铝压电层的薄膜体声波谐振器，本实用新型中所述的空腔型薄膜体声波谐振器结构的Q值和机电耦合系数得到了进一步的提高，插入损耗进一步的降低，从而大幅度的提高了器件的性能。本实用新型可应用于超薄压电薄膜在FBAR中的应用。

Description

一种空腔型薄膜体声波谐振器

技术领域

本实用新型属于谐振器技术领域，特别涉及空腔型薄膜体声波谐振器。

背景技术

无线通讯终端的多功能化发展对射频器件提出了微型化、高频率、高性能、低功耗、低成本等高技术要求。传统的声表面波滤波器(SAW)在2.4GHz以上的高频段插入损耗大，介质滤波器有很好的性能但是体积太大。薄膜体声波谐振器(FBAR)技术是近年来随着加工工艺技术水平的提高和现代无线通信技术，尤其是个人无线通信技术的快速发展而出现的一种新的射频器件技术。它具有极高的品质因数Q值(1000以上)和可集成于IC芯片上的优点，并能与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺兼容，同时有效地避免了声表面波谐振器和介质谐振器无法与CMOS工艺兼容的缺点。

FBAR是制作在衬底材料上的电极—压电膜—电极的三明治结构的薄膜器件。FBAR的压电材料通常采用PZT、ZnO和AlN。其中AlN声速最高，因此应用于更高的频率，符合现在无线通信往高频化发展的要求。并且AlN具有相对另外两种材料温度系数低、热导率高、固有损耗小、化学稳定性好、制备工艺相对简单的优点。此外，锌、铅、锆等材料相对于CMOS工艺来说是很危险的材料，因为它们会严重降低半导体中载流子的寿命，而AlN不存在这个问题。因此，AlN是FBAR兼容在CMOS器件中的理想材料。

FBAR的结构有空腔型、布拉格反射型(SMR)和背面刻蚀型。其中空腔型FBAR相对SMR型Q值要高，损耗要小，机电耦合系数要高；相对于背面刻蚀型FBAR不需要去掉大面积的衬底，机械强度较高。因此，空腔型FBAR是集成于CMOS器件上的首选。

FBAR的基本原理是基于压电材料的机械能和电能转换，因此其压电复合膜的品质因数影响了FBAR滤波器的损耗和滚降特性。氮化铝是FBAR的商用最成功的压电材料。由于其声速高，因此应用于更高的频率，符合现在无线通信往高频化发展的要求。并且氮化铝是FBAR与CMOS器件集成的理想材料。通常凹槽型空腔结构FBAR，包括衬底、衬底上的腔体、衬底上跨越腔体依次制作底电极、压电层和顶电极。这种结构的空腔型薄膜体声波谐振器的空腔结构容易塌陷，且Q值和机电耦合系数低，插入损耗大，从而影响器件的性能。

实用新型内容

本实用新型提出一种空腔型薄膜体声波谐振器。这种空腔型薄膜体声波谐振器结构简单，空腔结构稳定，不易塌陷，可以很好的改善压电膜的品质，降低薄膜体声波谐振器的插入损耗，提高Q值和机电耦合系数，将成为适用于未来高频、高功率场合下射频滤波器的解决方案。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。

一种空腔型薄膜体声波谐振器，包括支撑衬底、支撑层、薄膜结构层和顶电极；所述支撑衬底、支撑层与所述薄膜结构层形成的空腔为腔体，所述支撑衬底为腔底；所述支撑层设置在支撑衬底表面边缘处，形成腔壁；所述薄膜结构层设置在支撑衬底上，形成腔盖；所述薄膜结构层从下至上分别为底电极、压电层，所述压电层为单晶态氮化铝，所述顶电极位于所述压电层上。

进一步地，所述支撑层的宽度≥100μm。

进一步地，制备衬底及支撑衬底材料选自：硅、蓝宝石、LiGaO₂或金属。

进一步地，底电极和顶电极材料为Al、Mo、W、Pt、Ti、Au中的一种。

本实用新型的有益效果：本实用新型中所述薄膜体声波谐振器包括支撑衬底、支撑层、薄膜结构层和顶电极，其中所述薄膜结构层从下至上分别为底电极、压电层，所述压电层为单晶态氮化铝，所述支撑衬底、所述支撑层与所述薄膜结构层形成的空腔为腔体。相对于现有的基于多晶氮化铝压电层的薄膜体声波谐振器，本实用新型中所述的空腔型薄膜体声波谐振器结构的Q值和机电耦合系数得到了进一步的提高，插入损耗进一步的降低，从而大幅度的提高了器件的性能；且与凹槽型空腔结构薄膜体声波谐振器相比，本实用新型中的谐振器的空腔结构更加稳定，不易塌陷。本实用新型可应用于超薄压电薄膜在FBAR中的应用，有益于提升射频滤波器器件工作频率，降低功耗，缓解目前无线频段紧张的现状。

附图说明

图1为本实用新型所述空腔型薄膜体声波谐振器结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

实施例1

参照图1，一种空腔型薄膜体声波谐振器，包括支撑衬底2、支撑层4、薄膜结构层和顶电极3；所述支撑衬底2、支撑层4与所述薄膜结构层形成的空腔为腔体7，所述支撑衬底2为腔底；所述支撑层4设置在支撑衬底2表面边缘处，形成腔壁；所述薄膜结构层设置在支撑衬底2上，形成腔盖；所述薄膜结构层从下至上分别为底电极5、压电层1，所述压电层1为单晶态氮化铝，所述顶电极3位于所述压电层1上。

进一步地，所述支撑层4的宽度≥100μm。

进一步地，制备衬底6和支撑衬底2材料为硅衬底。

进一步地，底电极5和顶电极3材料为Pt。

以上对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种空腔型薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括支撑衬底、支撑层、薄膜结构层和顶电极；所述支撑衬底、支撑层与所述薄膜结构层形成的空腔为腔体，所述支撑衬底为腔底；所述支撑层设置在支撑衬底表面边缘处，形成腔壁；所述薄膜结构层设置在支撑衬底上，形成腔盖；所述薄膜结构层从下至上分别为底电极、压电层，所述压电层为单晶态氮化铝，所述顶电极位于所述压电层上。

2.根据权利要求1所述的一种空腔型薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述支撑层的宽度≥100μm。

3.根据权利要求1所述的一种空腔型薄膜体声波谐振器，其特征在于，制备衬底及支撑衬底材料选自：硅、蓝宝石、LiGaO₂或金属。

4.根据权利要求1所述的一种空腔型薄膜体声波谐振器，其特征在于，底电极和顶电极材料为Al、Mo、W、Pt、Ti、Au中的一种。