一种体声波谐振器及其制备方法与流程

专利2025-08-08  14


本发明涉及谐振器,尤其涉及一种体声波谐振器及其制备方法。


背景技术:

1、射频滤波器是应用于无线通讯领域射频前端的核心组件,薄膜体声波谐振器是构成射频滤波器的关键、基础单元。当前应用于射频市场的谐振器有声表面波谐振器和体声波谐振器,其中体声波谐振器凭借高谐振频率、高品质因子、高机电耦合系数、高功率容量、低损耗、小体积,且与互补金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor,coms)工艺兼容的优势,逐渐成为市场主流。

2、射频滤波器的带内插损主要由构成其的谐振器的品质因子q值决定。品质因子q是谐振器中能量的量度,随着谐振器q值的提高,射频滤波器插入损耗、带宽和矩形度等指标均得到大幅度提升。因此,对谐振器实现有效的q值提升对于搭建高性能滤波器具有重要意义。实际制备的体声波谐振器件除了纵向振动主模式外,还存在其他横向杂散振动模式,横向杂散模式的产生会造成能量损耗,降低器件q值;同时会造成射频滤波器通带内的波动,影响滤波性能。


技术实现思路

1、本发明提供了一种体声波谐振器及其制备方法,以解决现有技术中体声波谐振器中存在横向杂散振动模式造成体声波谐振器能量损耗,影响体声波谐振器性能的问题。

2、根据本发明的一方面,提供了一种体声波谐振器,其中包括:衬底、换能器堆叠结构和抑制结构;

3、衬底中设置有空腔,空腔贯穿部分衬底;换能器堆叠结构位于衬底靠近空腔一侧;

4、抑制结构位于换能器堆叠结构的至少一侧和/或位于换能器堆叠结构内部;

5、换能器堆叠结构包括工作区域;沿体声波谐振器的厚度方向,工作区域在衬底所在平面的投影覆盖抑制结构在衬底所在平面的投影,且工作区域在衬底所在平面的投影边缘与抑制结构在衬底所在平面的投影边缘互不接触。

6、可选的,换能器堆叠结构包括叠层设置在底电极层、压电层和顶电极层;顶电极层位于压电层远离衬底的一侧;工作区域为底电极层、压电层和顶电极层的交叠区域;

7、抑制结构位于下述位置中的至少一处:底电极层远离压电层的一侧、底电极层与压电层之间、压电层与顶电极层之间以及顶电极层远离压电层的一侧。

8、可选的,抑制结构位于底电极层远离压电层的一侧且位于空腔中;

9、抑制结构沿体声波谐振器的厚度方向上的尺寸小于空腔沿体声波谐振器的厚度方向上的尺寸。

10、可选的,抑制结构与底电极层接触;

11、抑制结构的材料与底电极层的材料相同。

12、可选的,抑制结构包括至少两个子抑制结构;至少两个子抑制结构阵列排布在同一平面,平面与衬底所在平面平行。

13、可选的,体声波谐振器还包括种子层;种子层位于换能器堆叠结构与衬底之间,种子层的晶格与换能器堆叠结构的晶格匹配;

14、抑制结构位于种子层远离换能器堆叠结构的一侧且位于空腔中;

15、抑制结构的材料与种子层的材料相同。

16、根据本发明的另一方面,提供了一种体声波谐振器的制备方法,其用于制备体声波谐振器;制备方法包括:

17、提供衬底并刻蚀衬底,在衬底内形成凹槽;

18、在凹槽中生长牺牲层;

19、在衬底一侧制备换能器堆叠结构和抑制结构,以使抑制结构位于换能器堆叠结构的至少一侧和/或位于换能器堆叠结构内部;其中,换能器堆叠结构包括工作区域;沿体声波谐振器的厚度方向,工作区域在平面的投影覆盖抑制结构在平面的投影,且工作区域在平面的投影边缘与抑制结构在平面的投影边缘互不接触;

20、刻蚀换能器堆叠结构,以形成释放通道;

21、向释放通道中通入腐蚀介质以腐蚀牺牲层并在衬底中形成空腔。

22、可选的,在衬底一侧制备换能器堆叠结构和抑制结构,包括:

23、刻蚀牺牲层在牺牲层内形成抑制腔;

24、在抑制腔中制备抑制结构;

25、在抑制结构远离衬底的一侧依次生长换能器堆叠结构中的底电极层、压电层和顶电极层。

26、可选的,在抑制腔中制备抑制结构,包括:

27、在衬底一侧生长电极结构并刻蚀电极结构,以形成抑制结构和换能器堆叠结构的底电极层;其中,抑制结构填充抑制腔;

28、在抑制结构远离衬底的一侧依次生长换能器堆叠结构中的底电极层、压电层和顶电极层,包括:

29、在底电极层远离衬底一侧依次生长换能器堆叠结构的压电层和顶电极层。

30、可选的,在衬底一侧制备换能器堆叠结构和抑制结构,包括:

31、刻蚀牺牲层在牺牲层内形成抑制腔;

32、在衬底一侧生长种子结构,以形成抑制结构和种子层;其中,抑制结构填充抑制腔;

33、在种子层远离衬底一侧依次生长换能器堆叠结构的底电极层、压电层和顶电极层。

34、本发明的技术方案,通过在体声波谐振器中设置抑制结构,抑制结构设置在换能器堆叠结构的至少一侧和/或位于所述换能器堆叠结构内部,且使得换能器堆叠结构工作区域的投影覆盖抑制结构的投影且抑制结构的投影不与工作区域的投影边缘接触,如此设置使得换能器堆叠结构的工作区域可以正常工作,同时抑制结构可以反射横向波,改变横向波的传播路径,降低主谐振器区域的谐振频率,利用抑制结构的边界高截止频率的特性,降低横向模式的影响,实现抑制体声波谐振器的寄生模式的效果。

35、应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。



技术特征:

1.一种体声波谐振器,其特征在于,包括:衬底、换能器堆叠结构和抑制结构;

2.根据权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,所述换能器堆叠结构包括叠层设置在底电极层、压电层和顶电极层;所述顶电极层位于所述压电层远离所述衬底的一侧;所述工作区域为所述底电极层、所述压电层和所述顶电极层的交叠区域;

3.根据权利要求2所述的体声波谐振器,其特征在于,所述抑制结构位于所述底电极层远离所述压电层的一侧且位于所述空腔中;

4.根据权利要求3所述的体声波谐振器,其特征在于,所述抑制结构与所述底电极层接触;

5.根据权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,所述抑制结构包括至少两个子抑制结构;至少两个所述子抑制结构阵列排布在同一平面,所述平面与所述衬底所在平面平行。

6.根据权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,所述体声波谐振器还包括种子层;所述种子层位于所述换能器堆叠结构与所述衬底之间,所述种子层的晶格与所述换能器堆叠结构的晶格匹配;

7.一种体声波谐振器的制备方法,其特征在于,用于制备权利要求1-6任一项所述的体声波谐振器;所述制备方法包括:

8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,在所述衬底一侧制备换能器堆叠结构和抑制结构,包括:

9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,在所述抑制腔中制备抑制结构,包括:

10.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,在所述衬底一侧制备换能器堆叠结构和抑制结构,包括:


技术总结
本发明公开了一种体声波谐振器及其制备方法。其中,该体声波谐振器包括:衬底、换能器堆叠结构和抑制结构;衬底中设置有空腔,空腔贯穿部分衬底;换能器堆叠结构位于衬底靠近空腔一侧;抑制结构位于换能器堆叠结构的至少一侧和/或位于换能器堆叠结构内部;换能器堆叠结构包括工作区域;沿体声波谐振器的厚度方向,工作区域在衬底所在平面的投影覆盖抑制结构在衬底所在平面的投影,且工作区域在衬底所在平面的投影边缘与抑制结构在衬底所在平面的投影边缘互不接触。本发明的技术方案,改变了横向波的传播路径,降低主谐振器区域的谐振频率,利用抑制结构的边界高截止频率的特性,降低横向模式的影响,实现抑制体声波谐振器的寄生模式的效果。

技术研发人员:李晓龙,皮本松,张晋衔,李习科,关若飞,王世杰,孙博文,孙成亮
受保护的技术使用者:武汉敏声新技术有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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