CN208209911U - 一种温度补偿声表面波谐振器及滤波器 - Google Patents
一种温度补偿声表面波谐振器及滤波器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提出一种温度补偿声表面波谐振器及滤波器，具体地：该温度补偿声表面波谐振器包括压电材料基板、形成在所述压电材料基板上的金属叉指结构、形成在所述压电材料基板下方的空腔结构，覆盖在所述金属叉指结构上的温度补偿层。本实用新型的方案结合薄膜体声波谐振器的结构与制备思路，使得最终声表面波谐振器的漏波能够通过空气腔界面反射回来，从而提高谐振器的Q值；并且由于温度补偿层的作用能够避免温度变化对所述谐振器的谐振频率的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种声表面波谐振器及滤波器，特别是涉及一种包括温度补偿结构的声表面波与薄膜体腔组合的谐振器及滤波器。
背景技术
随着无线通讯应用的发展，人们对于数据传输速度的要求越来越高。在移动通信领域，第一代是模拟技术，第二代实现了数字化语音通信，第三代 (3G)以多媒体通信为特征，第四代(4G)将通信速率提高到1Gbps、时延减小到10ms，第五代(5G)是4G之后的新一代移动通信技术，虽然5G的技术规范与标准还没有完全明确，但与3G、4G相比，其网络传输速率和网络容量将大幅提升。如果说从1G到4G主要解决的是人与人之间的沟通，5G将解决人与人之外的人与物、物与物之间的沟通，即万物互联，实现“信息随心至，万物触手及”的愿景。
与数据率上升相对应的是频谱资源的高利用率以及通讯协议的复杂化。由于频谱有限，为了满足数据率的需求，必须充分利用频谱；同时为了满足数据率的需求，从4G开始还使用了载波聚合技术，使得一台设备可以同时利用不同的载波频谱传输数据。另一方面，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率，通信协议变得越来越复杂，因此对射频系统的各种性能也提出了严格的需求。
在射频前端模块中，射频滤波器起着至关重要的作用。它可以将带外干扰和噪声滤除以满足射频系统和通讯协议对于信噪比的需求。随着通信协议越来越复杂，对频带内外的要求也越来越高，使得滤波器的设计越来越有挑战。另外，随着手机需要支持的频带数目不断上升，每一款手机中需要用到的滤波器数量也在不断上升。
目前射频滤波器最主流的实现方式是声表面波滤波器和基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。薄膜体声波谐振器主要用于高频(比如大于2.5GHz的频段)，制造工艺比较复杂，成本较高。而声表面波滤波器主要用于中低频 (比如小于2.5GHz的频段)，制造工艺相对比较简单，成本相比于薄膜体声波谐振器要低很多，比较容易受市场接受。
如何提高声表面波谐振器的频率和Q值一直是业界研究的热点，各种加工制备方式已经有很多。在以往的传统结构和制备方式中，主要将金属叉指结构制备在压电薄膜的基板上，比如石英、铌酸锂、钛酸钡等压电薄膜基板。该传统制备方法对于压电薄膜基板的要求非常高，并且即使使用压电薄膜基板，也并不能完全起到声波阻挡与反射的作用，从而影响最终声表面波谐振器的性能。
温度变化是器件在应用中必须经历的，但是温度变化会导致材料的温度效应并进而影响器件的性能，对于谐振器而言，温度变化会导致谐振频率的变化，因此，如何降低温度效应是电子器件所面临的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提出了一种全新的温度补偿声表面波谐振器及滤波器。具体地，本实用新型提出的方案如下：
一种温度补偿声表面波谐振器，其特征在于：所述声表面波谐振器包括压电材料基板、形成在所述压电材料基板上的金属叉指结构、形成在所述压电材料基板下方的空腔结构，覆盖所述金属叉指结构的温度补偿层。
优选地，还包括基片，所述空腔结构形成在所述基片上。
优选地，所述压电材料基板未完全覆盖所述空腔结构。
优选地，所述压电材料基板具有露出空腔的开口部分。
优选地，所述温度补偿层包括单层结构或者多层结构。
优选地，所述温度补偿层的材质为氧化硅或氮化硅。
优选地，所述温度补偿层为多层结构时，所述多层结构的材质相同或者不同。
优选地，所述金属叉指结构的材质为铜、铝、铬、银或钛。
优选地，所述金属叉指结构的厚度为50nm-1μm。
本实用新型还提出一种滤波器，包括本新型所提出的温度补偿声表面波谐振器。
本实用新型先在硅基板上预先挖好一些沟槽，填充牺牲层材料，然后在基板上沉积一层压电薄膜材料，并在上面沉积和光刻形成金属叉指，最后将沟槽内的牺牲层通过腐蚀液彻底释放，从而形成底部空腔结构。本实用新型的方案结合薄膜体声波谐振器的结构与制备思路，使得最终温度补偿声表面波谐振器的漏波能够通过空气腔界面反射回来，从而提高谐振器的Q值并降低了温度效应。
附图说明
图1为本实用新型的一种新型温度补偿声表面波谐振器剖面结构图；
图2a为本实用新型的一种新型温度补偿声表面波谐振器的制备工艺流程步骤a；
图2b为本实用新型的一种新型温度补偿声表面波谐振器的制备工艺流程步骤b；
图2c为本实用新型的一种新型温度补偿声表面波谐振器的制备工艺流程步骤c；
图2d为本实用新型的一种新型温度补偿声表面波谐振器的制备工艺流程步骤d；
图2e为本实用新型的一种新型温度补偿声表面波谐振器的制备工艺流程步骤e；
图2f为本实用新型的一种新型温度补偿声表面波谐振器的制备工艺流程步骤f；
图2g为本实用新型的一种新型温度补偿声表面波谐振器的制备工艺流程步骤g；
图2h为本实用新型的一种新型温度补偿声表面波谐振器的制备工艺流程步骤h。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
本实用新型提出一种新型的温度补偿声表面波谐振器，其剖面结构图如图1所示。具体地，该温度补偿声表面波谐振器包括基片100，该基片例如为硅基片，基片100上包括空气隙600，压电材料基板400设置在空气隙600上方，该压电材料400例如为石英、铌酸锂、钛酸钡等；在压电材料400上方包括金属叉指结构500，该金属叉指结构的材料包括铜、铝、铬、银、钛等或者它们的组合；温度补偿层700例如为二氧化硅，氮氧化硅等。
其中，压电材料基板100具有露出部分空气隙600的部分，比如压电材料基板100在横向上覆盖空气隙600的边缘，其纵向的宽度则小于同方向上空气隙600的宽度。
进一步地，压电材料基板100的厚度介于1μm～500μm之间。
进一步地，金属叉指结构500的厚度一般为50nm～1μm。
在本实用新型中，温度补偿声表面波谐振器的工作原理是利用压电材料的压电特性，利用输入与输出换能器(Transducer)将电波的输入信号转换成机械能，经过处理后，再把机械能转换成电的信号，以达到过滤不必要的信号及杂讯，提升收讯品质的目标。提高电能与机械能的转换效率能提高品质因子(Q值)，本实用新型中的空腔结构形成空气与压电材料交界面，能有效地将温度补偿声表面波谐振器的漏波从空气与压电材料交界面处反射回压电材料表面，从而提高电能与机械能的转换效率，亦即提高了Q值。
实施例2
本实用新型还提出一种温度补偿声表面波谐振器的制备方法，具体地，参见图2，包括以下步骤：
(a)准备单面或双面抛光的硅片100，其中抛光面向上，进行标准清洗。然后在硅片100表面通过干法或湿法刻蚀形成一定大小的沟槽200。再次进行标准清洗，将沟槽内残留物清除干净。如图2a所示。
(b)在硅片100上面沉积一层牺牲层薄膜300，该牺牲层薄膜材料可以为二氧化硅(S iO2)，氮化硅(S iN)，磷硅酸玻璃(PSG)，硼磷玻璃(BPSG) 等，薄膜的厚度为100nm～10μm。然后再对硅片100的表面进行化学机械研磨，使得沟槽外部的硅片表面没有牺牲层薄膜的残留，同时沟槽内的牺牲层薄膜表面平整、光滑。如图2b所示。
(c)在硅片100表面沉积一层压电材料薄膜400，厚度为1μm～500μm。该压电薄膜材料可以是石英、铌酸锂、钛酸钡等。如图2c所示。
(d)对该压电材料薄膜400进行光刻图形化，使得沟槽内的部分牺牲层薄膜露出在外面，如图2d俯视图所示。
(e)在硅片100的表面沉积一层金属薄膜材料500，厚度一般为 50nm～1μm，该金属叉指材料可以是铜、铝、铬、银、钛等或者它们的组合，如图2e所示；
(f)对该金属薄膜材料500进行光刻图形化，形成金属叉指结构，如图2f所示，该金属叉指结构包括相互交叉的金属指状结构和端部。
(g)对硅片进行湿法腐蚀，将暴露在外的牺牲层材料彻底腐蚀掉，并通过释放形成的开口将压电薄膜下面的牺牲层也彻底腐蚀，进行标准清洗将残留清除，从而形成空腔结构，如图2g所示。
(h)在器件的表面沉积一层温度补偿层材料700，并进行平坦化，如图 2h所示。
温度补偿层材料700，用于补偿温度变化引起的谐振器谐振频率变化，温度补偿层可以是单层材料，如二氧化硅或者氮化硅；也可以是复合层材料。一般来说，没有温度补偿层的器件，能在室温附近工作，但是有温度补偿层后，工作温度能从-25℃到85℃，基本没有因为温度变化而产生的器件性能漂移。
本实用新型针对现有技术的缺陷，提出了一种全新的温度补偿声表面波谐振器及其制备方法。结合薄膜体声波谐振器的结构与制备思路，使得最终温度补偿声表面波谐振器的漏波能够通过空气腔界面反射回来，从而提高谐振器的Q值。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种温度补偿声表面波谐振器，其特征在于：所述声表面波谐振器包括压电材料基板、形成在所述压电材料基板上的金属叉指结构、形成在所述压电材料基板下方的空腔结构，覆盖所述金属叉指结构的温度补偿层。
2.根据权利要求1所述的温度补偿声表面波谐振器，其特征在于：还包括基片，所述空腔结构形成在所述基片上。
3.根据权利要求1所述的温度补偿声表面波谐振器，其特征在于：所述压电材料基板未完全覆盖所述空腔结构。
4.根据权利要求3所述的温度补偿声表面波谐振器，其特征在于：所述压电材料基板具有露出空腔的开口部分。
5.根据权利要求1所述的温度补偿声表面波谐振器，其特征在于：所述温度补偿层包括单层结构或者多层结构。
6.根据权利要求1所述的温度补偿声表面波谐振器，其特征在于：所述温度补偿层的材质为氧化硅或氮化硅。
7.根据权利要求5所述的温度补偿声表面波谐振器，其特征在于：所述温度补偿层为多层结构时，所述多层结构的材质相同或者不同。
8.根据权利要求1所述的温度补偿声表面波谐振器，其特征在于：所述金属叉指结构的材质为铜、铝、铬、银或钛。
9.根据权利要求1所述的温度补偿声表面波谐振器，其特征在于：所述金属叉指结构的厚度为50nm-1μm。
10.一种滤波器，包括权利要求1-9任一项所述的温度补偿声表面波谐振器。
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| CN201821049542.8U CN208209911U (zh) | 2018-07-04 | 2018-07-04 | 一种温度补偿声表面波谐振器及滤波器 |
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| CN (1) | CN208209911U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022022264A1 (zh) * | 2020-07-31 | 2022-02-03 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 表声波谐振器及其制造方法 |
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2018
- 2018-07-04 CN CN201821049542.8U patent/CN208209911U/zh active Active
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Shumin Inventor after: Wang Guohao Inventor after: Chen Hailong Inventor after: Wang Quan Inventor before: Zhang Shumin Inventor before: Wang Guohao Inventor before: Liu Jiansheng Inventor before: Chen Hailong Inventor before: Wang Quan |