[發(fā)明專利]一種薄膜體聲波諧振器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911333656.4
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111010127B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫成亮;粘來霞;蔡耀;高超;鄒楊;謝英;劉炎;周杰;徐沁文
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;H03H9/17
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

本發(fā)明公開了一種薄膜體聲波諧振器及其制備方法，包括基底、空腔和壓電堆疊結(jié)構(gòu)；壓電堆疊結(jié)構(gòu)從下而上依次為底電極、壓電材料層和頂電極；壓電材料層由壓電材料有效區(qū)域、壓電材料外部區(qū)域、錨組成；壓電材料有效區(qū)域小于空腔面積。壓電材料有效區(qū)域邊緣與空氣接觸，通過錨與壓電材料外部區(qū)域連接。壓電材料有效區(qū)域通過錨的支撐懸浮在空腔上方，諧振時在壓電材料有效區(qū)域內(nèi)部橫向傳播的聲波在邊緣被空氣反射，另外諧振時只有錨束縛壓電堆疊結(jié)構(gòu)工作區(qū)域的振動，壓電堆疊結(jié)構(gòu)能夠更加自由的振動，減小雜波影響的同時產(chǎn)生更強(qiáng)的電信號，從而提高薄膜體聲波諧振器性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及濾波器器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種薄膜體聲波諧振器及其制備方法。

背景技術(shù)

無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是5G通訊技術(shù)的應(yīng)用使得通信協(xié)議越來越復(fù)雜，使用的頻段越來越高，對射頻器件提出了高度集成、低功耗、高性能的要求。在射頻前端模塊中，射頻濾波器起著至關(guān)重要的作用，尤其是在高頻通信中，基于薄膜體聲波諧振器技術(shù)的濾波器因其優(yōu)異的性能扮演著重要的角色。薄膜體聲波諧振器具有高諧振頻率、CMOS工藝兼容、高品質(zhì)因子、低損耗、低溫度系數(shù)和高的功率承載能力等特性，逐漸取代聲表面波諧振器成為市場主流。

薄膜體聲波諧振器可分為空氣隙型、背刻蝕型以及固態(tài)裝配型等類別，其理想的工作原理為在上下電極上施加射頻電信號，利用壓電材料的壓電效應(yīng)，產(chǎn)生縱向模式的振動，從而在上下電極和壓電材料構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生縱向傳播的聲信號，聲信號在三明治結(jié)構(gòu)中振蕩再通過壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電信號輸出，只有與壓電材料諧振頻率匹配的射頻信號才能通過薄膜體聲波諧振器的傳輸，從而實現(xiàn)濾波的功能。理想狀態(tài)下諧振器中產(chǎn)生縱向振動，事實上由于制備的壓電材料內(nèi)部可能存在缺陷或者不是完全的C軸取向，諧振器在縱向振動的同時也產(chǎn)生橫向振動，而橫向振動會造成聲波能量的損耗，同時帶來雜波的影響，造成薄膜體聲波諧振器的品質(zhì)因子的下降。

現(xiàn)有減少橫向振動帶來雜波影響的技術(shù)方案為通過制備任何兩邊都不平行的電極，使得橫向傳播的聲波在電極邊緣被多次反射，減小橫向傳播聲波帶來的能量損失，同時橫向傳播的聲波波長遠(yuǎn)離縱向傳播的聲波波長，可以減小雜波在諧振器頻率波段的影響，從而提高薄膜體聲波諧振器的品質(zhì)因子。但是此方法只增加橫向傳播聲波在電極上的反射，對于壓電材料內(nèi)部橫向傳播的聲波影響不大，不能有效減小壓電材料內(nèi)部橫向傳播聲波的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種薄膜體聲波諧振器及其制備方法。

本發(fā)明提供的一種薄膜體聲波諧振器，包括：基底、空腔和壓電堆疊結(jié)構(gòu)；

所述空腔位于所述基底上且位于所述壓電堆疊結(jié)構(gòu)下方；

所述壓電堆疊結(jié)構(gòu)從下而上依次為底電極、壓電材料層和頂電極；

作為優(yōu)選，在壓電堆疊結(jié)構(gòu)上設(shè)有釋放孔用于釋放犧牲層從而制備空腔。

作為優(yōu)選，所述壓電材料層由壓電材料有效區(qū)域、壓電材料外部區(qū)域、錨組成；

進(jìn)一步的，所述壓電材料有效區(qū)域的每一條邊上都設(shè)有所述錨，且每一條邊上所述錨的數(shù)量大于0，所述壓電材料有效區(qū)域與所述壓電材料外部區(qū)域通過每一條邊上所述的錨相連；

所述壓電材料有效區(qū)域面積小于所述空腔面積。

作為優(yōu)選，所述底電極的形狀、所述頂電極的形狀、所述壓電材料有效區(qū)域的形狀均為任意相同多邊形，且所述底電極的形狀、所述頂電極的形狀、所述壓電材料有效區(qū)域的形狀空間上相互平行，且所述底電極的形狀、所述頂電極的形狀、所述壓電材料有效區(qū)域的形狀的對應(yīng)定點在一條直線上；

進(jìn)一步的，所述底電極的形狀、所述頂電極的形狀、所述壓電材料有效區(qū)域的形狀為五邊形；

本發(fā)明提供的薄膜體聲波諧振器的制備方法，包括步驟：

S1，在基底上刻蝕空腔；