[發明專利]一種帶有新型釋放結構的諧振器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010072800.X
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111224637A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 孫成亮;童欣;劉婕妤;周杰;謝英;鄒楊
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H03H9/13
• 分類號: H03H9/13
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

本發明公開了一種帶有新型釋放結構的諧振器及其制備方法，包括：襯底、中間介質層、壓電層、電極、犧牲層、第一釋放結構、第二釋放結構、隔離層、空腔。本發明制備方法為將中間介質層形成于襯底上方，壓電層形成于中間介質層上方；在壓電層、中間介質層上形成封閉槽，進而形成第一釋放結構；在第一釋放結構中填充隔離層；在隔離層上形成多個槽孔構成第二釋放結構；在第二釋放結構中填充犧牲層，所述的犧牲層材料與中間介質層材料一致；在壓電層上形成電極，所述電極可同時分布在所述壓電層的上表面、下表面；通過第二釋放結構釋放隔離層內部的中間介質層及第二釋放結構中的犧牲層，形成空腔。本發明能有效保證諧振器的穩定性。

技術領域

本發明涉及諧振器和濾波器領域，具體指一種帶有新型釋放結構的諧振器及其制備方法。

背景技術

5G,Sub-6G時代的到來，要求通信領域的器件性能更上一層樓。目前低頻段的頻譜幾乎已被占用，因此高頻段的頻譜有待被開發應用。濾波器在通信系統中占據極其關鍵的地位，濾波器由若干個諧振器搭建而成，諧振器是影響濾波器性能的。目前技術成熟的表面聲波諧振器由于光刻極限和鈮酸鋰壓電材料聲速低的限制，很難達到2.5GHz以上的工作頻率；而體聲波諧振器相對于聲表面波諧振器具有更高的諧振頻率，更高的品質因子，但由于其諧振頻率主要由壓電材料厚度決定，以氮化鋁薄膜體聲波諧振器為例，低于600nm的單晶薄膜極難加工，這就限制了器件頻率很難達到5GHz以上，鑒于此，一種面向5G用超高頻率的諧振器成為全球新一輪研究熱點。該諧振器是由壓電材料上面布置間距較寬的叉指電極構成。基于該諧振器的制備方法，目前還沒有一個很好的解決方案。

面向5G用超高頻率的諧振器，如圖1所示，它的主要結構自下而上分別為襯底，壓電層，和叉指電極。目前該種超高頻諧振器壓電材料以鈮酸鋰和鉭酸鋰為主，這兩種薄膜的制備采用離子注入方法，薄膜需要附著在襯底上，通常為二氧化硅，鈮酸鋰和鉭酸鋰薄膜的制備工藝如圖1所示，由于二氧化硅的存在，器件在釋放時，諧振器非工作區域中的二氧化硅會同時被去除，導致器件懸浮，進而塌陷。

目前器件釋放形成空腔的方式有兩種，一種是背面刻蝕工藝，采用MEMS體硅微制造工藝，從硅片反面刻蝕，將諧振器工作區下方的大部分硅襯底掏空，形成空腔。這種背部刻蝕空腔的方法會嚴重影響襯底的穩定性，而且當刻蝕到壓電層與襯底連接面時，存在過刻蝕或者欠刻蝕，以及設備不穩定性等因素，使壓電薄膜產生缺陷，進而影響諧振器的性能。

空腔的另外一種形成方式是，先在襯底的上表面刻蝕出空腔，然后往空腔內填充犧牲層，接著對犧牲層進行化學機械研磨，之后沉積諧振器的三明治結構，最后對器件進行釋放。這種結構能夠保證器件的穩定性，但是器件在釋放過程中會對釋放孔周圍的材料結構，特別是對襯底上帶有利于壓電層生長的中間介質層結構產生很大的影響。

因此，如何獲得穩定性高，性能優越且制造工藝簡單的諧振器成為亟待本領域解決的技術問題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種帶有新型釋放結構的諧振器及其制備方法。

本發明中一種帶有新型釋放結構的諧振器，包括：襯底、中間介質層、壓電層、電極、犧牲層、第一釋放結構、第二釋放結構、隔離層、空腔；

作為優選，所述襯底上部具有中間介質層

作為優選，所述壓電層懸浮于所述襯底上方；

作為優選，所述中間介質層置于所述襯底與所述壓電層之間；

作為優選，所述犧牲層位于第二釋放結構內且充滿第二釋放結構；

作為優選，所述隔離層附著于所述的中間介質層，壓電層內側，形狀為四周封閉結構，為封閉環或封閉多邊形。

進一步的，所述第一釋放結構為封閉槽結構，用于定義工作區域和非工作區域，所述工作區域為壓電層和電極覆蓋的區域，所述封閉結構為矩形槽、圓形槽、多邊形槽；