[發明專利]單晶壓電結構及其制造方法、單晶壓電層疊結構的電子設備

在審

• 申請號: 201911356766.2
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111146327A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 張孟倫;龐慰;楊清瑞
• 申請（專利權）人: 諾思（天津）微系統有限責任公司
• 主分類號: H01L41/047
• 分類號: H01L41/047;H01L41/083;H01L41/277;H01L41/293;B81B7/02
• 代理公司: 北京金誠同達律師事務所 11651
• 代理人: 湯雄軍

本發明涉及單晶壓電結構及其制造方法，及單晶壓電層疊結構，以及電子設備。單晶壓電結構包括：層疊結構，包括在單晶壓電結構的厚度方向上層疊設置的多個壓電層與多個電極，每個壓電層為單晶壓電層，每個壓電層的上下兩側設置有電極，每個壓電層及其上下兩側的電極構成薄膜結構，每個薄膜結構具有上、下電極層以及位于上、下電極層之間的壓電層；基底，層疊結構設置于基底；聲學鏡，其中：在厚度方向上，位于上層的薄膜結構中的至少一層的面積不大于位于下層的薄膜結構中的對應層的面積，和/或位于上層的薄膜結構作為整體的面積不大于位于下層的薄膜結構作為整體的面積，和/或每一個薄膜結構中上電極層的面積≤壓電層的面積≤下電極層的面積。

技術領域

本發明的實施例涉及半導體領域，尤其涉及一種單晶壓電結構及其制造方法，一種單晶壓電層疊結構，以及一種具有該結構的電子設備。

背景技術

MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)是微機電系統的簡稱。MEMS器件內部結構尺寸一般是微米或納米級別，同時MEMS是一個獨立的智能系統。MEMS器件能夠將一種形式的能量轉換為另一種形式的能量，如將電能轉化為機械能或者機械能轉化為電能。本發明中所涉及到的MEMS換能器是指能將聲波的機械能和電能相互轉換的換能器。一般來說，MEMS器件需要壓電材料實現不同形式的能量轉換。當在壓電材料上施以交變電場時，壓電材料將按所施交變電場的頻率而振動，若所施交變電場的頻率剛好是該MEMS器件的諧振頻率，則振幅值將大大增加，在該頻率處具有更高的能量轉換效率，當MEMS器件作為換能器時具有較大的發射靈敏度。另一方面，當聲波傳至壓電材料上，將引起壓電材料的振動和形變，這一振動又將在壓電材料的兩端電極上引起交變的電荷分布，當聲波頻率是在MEMS器件的諧振頻率點時，在該頻率處具有更高的能量轉換效率，當MEMS器件作為換能器時具有較大的接收靈敏度。

傳統壓電MEMS器件的壓電薄膜材料大多采用磁控濺射等物理或化學沉積技術制備，為多晶壓電薄膜，其壓電特性較差(主要體現為機電耦合系數較低)，缺陷密度較高(主要體現為品質因數較低)，散熱性不佳(主要體現為功率容量較低)，而且晶向選擇有限(無法選擇器件設計的最優晶向和壓電系數)。這些缺陷導致多晶壓電MEMS器件性能不夠好，如Q值不高、靈敏度不高、插入損耗較高等。

發明內容

為緩解或解決現有技術中的上述問題的至少一個方面，提出本發明。

根據本發明的實施例的一個方面，提出了一種單晶壓電結構，包括：

多個壓電層，每一個壓電層為單晶壓電層；

多個電極，每個壓電層的上下兩側設置有電極，所述多個壓電層與所述多個電極共同形成在單晶壓電結構的厚度方向上層疊的層疊結構，每個壓電層及其上下兩側的電極一起構成一個薄膜結構，每一個薄膜結構具有上電極層、下電極層以及位于上電極層與下電極層之間的壓電層；

基底，層疊結構設置在基底上；

聲學鏡，

其中：

所述多個壓電層、多個電極與聲學鏡在壓電層的厚度方向上的重疊區域構成所述單晶壓電結構的有效區域；

在單晶壓電結構的厚度方向上，位于上層的薄膜結構中的至少一層的面積不大于位于下層的薄膜結構中的對應層的面積，和/或位于上層的薄膜結構作為整體的面積不大于位于下層的薄膜結構作為整體的面積，和/或每一個薄膜結構中上電極層的面積≤壓電層的面積≤下電極層的面積。

本發明的實施例還涉及一種單晶壓電結構的制造方法，包括步驟：

提供基底；

設置聲學鏡；