[發明專利]聲表面波諧振器及其制造方法、以及聲表面波濾波器

在審

• 申請號: 202210230145.5
• 申請日: 2022-03-10
• 公開（公告）號: CN114584101A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 許欣
• 申請（專利權）人: 廣東廣納芯科技有限公司
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;H03H9/25;H03H9/64;H03H3/10;H03H9/145
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 俞丹

本發明提供一種聲表面波諧振器及其制造方法、以及聲表面波濾波器，具有高品質因素Q、高機電耦合系數、良好的TCF特性和耐功率性。本發明的聲表面波諧振器，包括：復合壓電襯底，該復合壓電襯底具有：LGS基底層，該LGS基底層由單晶LGS形成，及形成在LGS基底層之上的GaN壓電層，該GaN壓電層的厚度不超過在聲表面波諧振器中傳播的聲波波長的20倍；以及形成在GaN壓電層上的叉指電極。

技術領域

本發明涉及聲表面波器件技術領域。更具體地，涉及一種使用復合襯底的聲表面波諧振器及其制造方法、以及聲表面波濾波器

背景技術

隨著信息技術的高速發展，尤其是在無線通信領域，廣泛應用于各類通訊設備、數據傳輸設備、視聽設備和定位導航設備等的射頻前端顯得愈發重要。射頻前端是指射頻收發器和天線之間的功能區域，由功率放大器、天線開關、濾波器、雙工器和低噪聲放大器等器件組成。而為了適應通信領域的飛速發展，對于射頻前端的各種性能提出了更高要求。

聲表面波(SAW：surface acoustic wave)濾波器作為射頻前端的關鍵器件，基于壓電材料的壓電效應并通過聲表面波來進行工作，其利用形成于壓電材料表面的叉指換能器(IDT：interdigital transducer，一種周期性的金屬電極的結構，形狀如同雙手交叉，故又稱之為叉指電極)，將輸入的電信號轉換為聲波信號或將聲波信號轉換為電信號，以此來提取和處理信號，具有尺寸小、成本低、輕量化、一致性好以及兼容半導體工藝而適于大批量生產的優勢。

其中，壓電材料的種類、機電耦合系數、溫度系數、高溫電阻率、聲表面波波速等等都決定了聲表面波濾波器的性能優劣。目前常用的壓電材料有單片石英、鈮酸鋰或鉭酸鋰晶體制成的晶片、氮化鋁薄膜等。其中，石英在溫度達到573℃時會喪失壓電特性，無法用于高溫環境；鈮酸鋰晶體的居里溫度為1210℃，但在600℃以上的溫度下，其低電阻率也限制了其在高溫環境下的應用；氮化鋁是非鐵電材料，其薄膜在1150℃以下具有良好的壓電特性，但難以制備高質量和大尺寸的氮化鋁薄膜。此外，也有選用硅酸鎵鑭(LGS)的壓電單晶材料。硅酸鎵鑭具有良好的溫度特性，機電耦合系數是石英的2至3倍，聲表面波波速小于石英，有利于降低損耗，提高聲表面波器件的工作帶寬并減小器件尺寸。并且，硅酸鎵鑭在室溫到熔點1470℃之間不會發生相變，溫度穩定性好，十分適合在高溫環境下工作。

在使用上述的壓電材料時，由于其對溫度的高敏感性、以及弱機電耦合，導致所制備的聲表面波濾波器的通帶特性不佳。而隨著通信技術的發展，尤其是5G通信技術的進步，對于聲表面波濾波器的性能及相應的結構、材料提出了更高的要求，例如品質因素Q、有效機電耦合系數、插入損耗、帶寬、TCF、耐功率性等指標均需要改善和提升。

發明內容

提供本發明內容以便以簡化形式介紹將在以下詳細描述中進一步描述的一些概念。本發明內容并不旨在標識出所要求保護的主題的關鍵特征或必要特征；也不旨在用于確定或限制所要求保護的主題的范圍。

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種使用復合壓電襯底的聲表面波諧振器及其制造方法、以及聲表面波濾波器，其中利用LGS(硅酸鎵鑭)與GaN(氮化鎵)構成復合壓電襯底，從而結合LGS的低溫度系數、高電阻率、低聲速、優良壓電性能以及GaN的優良散熱性、高電子遷移率、低介電常數的特性，得到一種高品質高性能的聲表面波濾波器，能夠在高頻高溫高功率下穩定地工作且具有良好的散熱性。

本發明的聲表面波諧振器作為構成聲表面波濾波器的基本單元，包括：復合壓電襯底，該復合壓電襯底具有：LGS基底層，該LGS基底層由單晶LGS形成，及形成在所述LGS基底層之上的GaN壓電層，該GaN壓電層的厚度不超過在聲表面波諧振器中傳播的聲波波長的20倍；以及形成在所述GaN壓電層上的叉指電極。