[發明專利]一種基于磁致伸縮多層膜的磁電聲表面波諧振器

在審

• 申請號: 201910846015.2
• 申請日: 2019-09-09
• 公開（公告）號: CN110611492A
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 白飛明;劉婉;胡文斌;金立川;張懷武
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;H03H9/17
• 代理公司: 51203 電子科技大學專利中心
• 代理人: 吳姍霖

一種基于磁致伸縮多層膜的磁電聲表面波諧振器，屬于電子信息材料與器件技術領域。在聲表面波諧振器表面依次形成絕緣層、磁敏感層和保護層，其中所述磁敏感層為非晶軟磁薄膜和隔離層交替形成的多層膜。本發明提供的一種基于磁致伸縮多層膜的磁電聲表面波諧振器，在聲表面波諧振器表面設置磁敏感層、保護層，可顯著提高諧振器的靈敏度與品質因數，實施例磁聲表面波諧振器的諧振頻率為289.37MHz，Q值為1205.71；同時可通過改變叉指電極的方向實現聲表面模式和傳播方向的調控，應用范圍更廣。

技術領域

本發明屬于電子信息材料與器件技術領域，具體涉及一種基于磁致伸縮多層膜的磁電聲表面波諧振器，可用于磁場傳感與探測，或者磁場調諧的聲表面波諧振器、延遲線。

背景技術

近年來國內外廣泛研究的由壓電材料和磁致伸縮材料復合結構與聲表面波(SAW)檢測技術相結合，來設計制備基于磁電復合多層膜結構的磁電聲表面波諧振器，可以實現低成本、寬頻、大范圍、低功耗、高靈敏度的磁場傳感和探測。該類傳感器的工作原理為：外加磁場會誘導磁致伸縮材料的楊氏模量發生變化，襯底的楊氏模量變化會引起聲表面波諧振器的相速度發生變化，由于聲表面波諧振器的波速ν、中心頻率f₀、波長λ三者滿足：ν＝f₀·λ，進而引起中心頻率的大幅改變，實現磁場探測。類似地，在傳統的聲表面波諧振器或延遲線應用中，也可以通過施加磁場調節器件的諧振頻率或者相位。

上述磁電聲表面波磁場傳感器目前可以通過多種形式實現：(1)將傳統的SAW諧振器與磁致伸縮塊材水平固定放置并接觸，當施加磁場時磁致伸縮材料發生形變，并將應力傳遞給SAW諧振器，改變其中心諧振頻率，從而實現對磁場的測量。這種方法相當于應力傳感器，器件體積較大，磁場分辨率僅為10^-7T。(2)使用磁性敏感材料直接替代傳統的SAW諧振器的Al或者Cu叉指電極，使得叉指換能器的幾何尺寸因磁場的變化而變化，從而實現對磁場的測量。但由于襯底的束縛作用以及強烈的形狀各向異性，這種傳感器的靈敏度也較低。(3)在Si襯底上依次生長壓電層和磁致伸縮層，然后將磁致伸縮層粘接在轉移襯底上，接著腐蝕Si襯底暴露壓電層，完成叉指換能器的制備。該類傳感器的磁場靈敏度Δf/ΔH可以超過2MHz/Oe，但制作工藝復雜，重復性差。(4)在磁致伸縮襯底上(包括氧化物或者Metgals非晶磁致伸縮帶材或者FeGa合金等)直接生長壓電層，通過微細加工、真空蒸鍍等技術完成叉指換能器的制備。理論計算表明：當選用具有巨楊氏模量效應的Metgals非晶磁致伸縮帶材時，該類傳感器具有最高的磁場靈敏度Δf/ΔH>200MHz/Oe，但由于非晶帶材既薄且脆，難以拋光，影響了后續壓電層的制備和器件的整體性能；另一方面，選用氧化物或者FeGa合金都會由于較低的楊氏模量效應導致最終器件的磁場靈敏度遠低于理論計算結果。

發明內容

本發明的目的在于，針對背景技術存在的缺陷，提出一種集成化、易加工、高靈敏度、高穩定性的磁電聲表面波諧振器。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于磁致伸縮多層膜的磁電聲表面波諧振器，其特征在于，在聲表面波諧振器表面依次形成絕緣層、磁敏感層和保護層，其中所述磁敏感層為非晶軟磁薄膜和隔離層交替形成的多層膜。

進一步地，所述磁敏感層為非晶軟磁薄膜/(隔離層/非晶軟磁薄膜)_n的多層膜結構，n為大于1的正整數；磁敏感層的厚度為0.6～0.8μm，優選為0.8μm。

進一步地，所述非晶軟磁薄膜為FeSiB、FeSiBC、FeCoSiB、FeGaB等非晶薄膜，或者Ni、FeGa、FeAl等合金薄膜，單層厚度為100～250nm；所述隔離層為SiO₂、Al₂O₃、HfO₂、TiO₂或ZnO等，單層厚度為5～20nm。