[發(fā)明專利]一種基于鈮酸鋰單晶薄膜的反對(duì)稱模態(tài)諧振器及制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211623370.1
• 申請(qǐng)日: 2022-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN115955207A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙繼聰;張敖宇;黨巖盟;孫心怡;孫海燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): H03H9/02
• 分類號(hào): H03H9/02;H03H3/007
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• 代理人: 暫無信息

本申請(qǐng)屬于射頻MEMS器件領(lǐng)域，公開了一種基于鈮酸鋰單晶薄膜的反對(duì)稱模態(tài)諧振器及制備方法。本發(fā)明提供的反對(duì)稱模態(tài)諧振器，包括壓電振動(dòng)結(jié)構(gòu)、配置于壓電振動(dòng)結(jié)構(gòu)上表面的頂部電極、襯底及位于壓電振動(dòng)結(jié)構(gòu)與襯底之間的介質(zhì)層，襯底與介質(zhì)層配置用于釋放壓電振動(dòng)結(jié)構(gòu)的釋放腔。本發(fā)明申請(qǐng)的鈮酸鋰單晶薄膜反對(duì)稱模態(tài)諧振器，具有高機(jī)電耦合系數(shù)和無雜散模態(tài)的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高頻、大帶寬且極小帶內(nèi)紋波的濾波器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于射頻MEMS器件領(lǐng)域，涉及一種基于鈮酸鋰單晶薄膜的反對(duì)稱模態(tài)諧振器及制備方法。

背景技術(shù)

隨著5G技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝制備的射頻器件受到了廣泛的關(guān)注，其中壓電聲學(xué)濾波器，憑借體積小、成本低以及性能出色等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于各類無線通信設(shè)備中。諧振器是濾波器的核心組元，其性能直接影響濾波器的重要參數(shù)。但諧振器的高頻f、高機(jī)電耦合系數(shù)k_t²和高Q值難以取得較好的平衡，且大帶寬、低損耗、低功耗等要求也是目前高質(zhì)量諧振器設(shè)計(jì)的重要障礙。

對(duì)于鈮酸鋰單晶薄膜的研究，在其所設(shè)計(jì)的諧振器方面，電極間壓電材料中的電場(chǎng)主要為水平分量電場(chǎng)，有效激發(fā)一階反對(duì)稱(A1)模態(tài)。然而，其電極下方電場(chǎng)沿水平和垂直方向分量均較強(qiáng)，電場(chǎng)垂直方向分量激發(fā)不同于A1模態(tài)的聲波類型，這樣的電學(xué)負(fù)載將會(huì)導(dǎo)致雜散信號(hào)的產(chǎn)生。此外，由于電極機(jī)械負(fù)載作用，使得電極下方水平分量電場(chǎng)激發(fā)的A1模態(tài)頻率與電極間水平電場(chǎng)激發(fā)的A1模態(tài)頻率產(chǎn)生偏差，同樣導(dǎo)致雜散信號(hào)產(chǎn)生。這些雜散信號(hào)的產(chǎn)生會(huì)造成極強(qiáng)的干擾，會(huì)使得機(jī)電耦合系數(shù)k_t²有所降低。由于該諧振器存在得雜散信號(hào)嚴(yán)重影響到諧振器的頻譜光滑度，使其在實(shí)際應(yīng)用的過程中會(huì)對(duì)濾波器的濾波性能有不利影響。因此，如何抑制鈮酸鋰單晶薄膜諧振器的寄生模態(tài)同時(shí)提高機(jī)電耦合系數(shù)，是當(dāng)前需要解決的一個(gè)新的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種基于鈮酸鋰單晶薄膜的反對(duì)稱模態(tài)體聲波諧振器及制備方法，采用一種電極嵌入的結(jié)構(gòu)來抑制器件的雜散信號(hào)，同時(shí)提高了機(jī)電耦合系數(shù)。

本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種基于鈮酸鋰單晶薄膜的反對(duì)稱模態(tài)諧振器，包括依次設(shè)置的頂部電極、壓電振動(dòng)結(jié)構(gòu)、介質(zhì)層和襯底，所述頂部電極配置于所述壓電振動(dòng)結(jié)構(gòu)的上表面，所述介質(zhì)層位于所述壓電振動(dòng)結(jié)構(gòu)與所述襯底之間，所述襯底與介質(zhì)層配置用于形成壓電振動(dòng)結(jié)構(gòu)的釋放腔，所述壓電振動(dòng)結(jié)構(gòu)為鈮酸鋰單晶薄膜。

進(jìn)一步的，所述頂部電極包括Bus區(qū)域、電極主體和加權(quán)電極，所述電極主體由常規(guī)電極組成，所述加權(quán)電極包括兩個(gè)，分別設(shè)置于所述電極主體的兩側(cè)，所述加權(quán)電極的寬度小于所述常規(guī)電極。采用加權(quán)電極后，每側(cè)的加權(quán)電極和鄰近加權(quán)電極的常規(guī)電極的一半可以進(jìn)行電學(xué)配對(duì)，優(yōu)化了諧振器的振型分布，使諧振器更具周期性。所述壓電振動(dòng)結(jié)構(gòu)上表面設(shè)置有預(yù)留凹槽結(jié)構(gòu)，所述頂部電極嵌入所述預(yù)留凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)，電極主體和加權(quán)電極形成叉指電極結(jié)構(gòu)。電極嵌入到壓電振動(dòng)結(jié)構(gòu)中，可以減少電極所引起的電學(xué)負(fù)載和機(jī)械負(fù)載效應(yīng)，使得頂部電極下方的壓電材料與頂部電極之間的壓電材料兩區(qū)域的頻率趨于一致，從而達(dá)到色散匹配，進(jìn)而有效抑制雜散信號(hào)，提高該諧振器的機(jī)電耦合系數(shù)。

進(jìn)一步的，頂部電極的材質(zhì)宜選自用鋁，鋁薄膜形成叉指電極結(jié)構(gòu)的方形振子，使色散更加匹配并且增強(qiáng)水平分量電場(chǎng)，從而更好的抑制雜散信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述鈮酸鋰單晶薄膜的厚度為400nm，所述頂部電極的厚度為100nm-200nm，所述預(yù)留凹槽的深度為0nm-120nm。

進(jìn)一步的，所述預(yù)留凹槽的深度為90nm-120nm。

進(jìn)一步的，所述加權(quán)電極的寬度為所述常規(guī)電極的寬度的一半。此時(shí)，能夠抑制A1模態(tài)的部分高階寄生模態(tài)。