[發明專利]一種基于刻蝕壓電薄膜的高機電耦合系數聲表面波器件

在審

• 申請號: 202110371349.6
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113098419A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 潘峰;徐惠平;曾飛;傅肅磊;沈君堯;蘇榮宣
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H03H3/02
• 分類號: H03H3/02;H03H9/64
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 任曉云

本發明公開了一種基于刻蝕壓電薄膜的高機電耦合系數聲表面波器件，屬于電子信息材料領域。所述聲表面波器件從下至上依次包括高聲速襯底，部分刻蝕壓電薄膜和頂電極。所述頂電極為叉指電極，對叉指之間壓電薄膜進行部分刻蝕。本發明的聲表面波器件具有兩種模態，分別為準瑞利波模態和準西沙瓦波模態，其中準瑞利波模態具有低頻高機電耦合系數的特點，可以實現聲表面波器件低頻小型化的需要；準西沙瓦波模態具有高頻，高機電耦合系數的特點，適合制備高頻大帶寬聲表面波器件。本發明的聲表面波器件為多層復合結構，容易制備和批量生產，對實際應用具有重要意義。

技術領域

本發明涉及電子信息材料領域，具體涉及的是一種基于刻蝕壓電薄膜的高機電耦合系數聲表面波器件。

背景技術

移動通信在當今人類生產生活中發揮著巨大作用，已經成為人們生活中不可或缺的組成部分。終端設備的無線通信模塊包括射頻前端模塊，射頻收發模塊和基帶信號處理器三部分。濾波器作為射頻前端模塊中最重要的器件，需求量逐年攀升。5G時代的到來對濾波器的性能提出了更高的要求，包括高頻率，大帶寬，高功率耐受性和溫度補償能力等。聲表面波器件的頻率和帶寬主要取決于壓電材料的聲速和機電耦合系數，因此為了追求高頻大帶寬等趨勢，國內外學者投身于研發綜合性能更優的壓電材料和設計新型壓電層結構中。

壓電薄膜和高聲速襯底復合基片結構是制備高頻大帶寬器件的常見方案，氧化鋅作為常用的壓電薄膜材料，具有較高聲速和大機電耦合系數的優勢。金剛石是自然界中硬度最高，彈性模量最大，導熱性最好，聲速最高的材料，一直被人們廣泛關注，但是高昂的價格和不能盡如人意的大尺寸晶圓質量限制了它的應用。碳化硅同樣具有高聲速，高彈性模量和高導熱率，氧化鋅/碳化硅復合結構聲表面波濾波器已有報道，并成功制備了工作頻率為6.8GHz的窄帶濾波器，是人們對高頻聲表面波濾波器做出的有益探索。雖然壓電薄膜/高聲速襯底復合基片結構具有高頻，但是機電耦合系數相對較小，如何進一步提高壓電薄膜/高聲速襯底結構的機電耦合系數成為亟待解決的問題。

發明內容

本發明提供了一種基于刻蝕壓電薄膜的高機電耦合系數聲表面波器件，該器件具有兩種模態，分別為準瑞利波模態和準西沙瓦波模態，其中準瑞利波模態具有低頻高機電耦合系數的特點，可以實現聲表面波器件低頻小型化的需要；準西沙瓦波模態具有高頻，高機電耦合系數的特點，適合制備高頻大帶寬聲表面波器件。

本發明首先提供了一種聲表面波器件，從下至上依次包括高聲速襯底，部分刻蝕壓電薄膜和頂電極。

上述的聲表面波器件，所述部分刻蝕壓電薄膜的總厚度為h，刻蝕部分深度為d，刻蝕比例d/h為0＜d/h≤1；具體可為0.1≤d/h≤1；更具體可為d/h為0.1、0.3、0.5、0.7、0.9或1。

上述的聲表面波器件，所述頂電極為叉指電極，對叉指之間壓電薄膜進行部分刻蝕；

所述頂電極的厚度為t₁；

所述頂電極的寬度和未刻蝕壓電薄膜的寬度保持一致為w；

金屬化比為2w/λ，0.1≤2w/λ≤0.9；具體可為0.3≤2w/λ≤0.7；更具體為2w/λ為0.5或0.65。

頂電極歸一化厚度為t₁/λ，0＜t₁/λ≤0.3；具體可為0.01≤t₁/λ≤0.13；更具體可為0.13、0.03或0.05。

壓電薄膜歸一化厚度為h/λ，0＜h/λ≤3；具體可為0.5≤h/λ≤1；更具體可為0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1。

所述λ為聲表面波的波長；

所述聲表面波的波長λ為1μm≤λ≤5μm；具體可為2μm。

上述的聲表面波器件，所述叉指之間壓電薄膜的刻蝕形狀為柱狀，具體可為長方柱；