一种非连续基底结构声表面波滤波器及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体材料及器件制备技术领域，具体涉及一种非连续基底结构声表面波滤波器及其制备方法。

背景技术

声表面波(Surface acoustic wave SAW)是一种沿弹性固体表面或介质表面传播的弹性波。声表面波滤波器是利用压电效应和声表面波传播的物理特性制成的频率选择性器件。SAW滤波器设计灵活、模拟/数字兼容、带内衰减小、抗电磁干扰(EMI)性能好、体积小、重量轻且可靠性高等，这些特点使得SAW滤波器在基站、导航、移动通信等众多领域得到广泛的应用。

声表面波滤波器通过输入IDT通过逆压效应将输入的电信号转化为声信号，该声信号沿基片表面传播，沿着基片到达输出IDT，最终由输出IDT将此声信号转化为电信号输出。为了实现频率选择功能，绝大部分的技术是通过设计优化换能器，即叉指换能器(interdigital transducers，IDT)部分，例如通过设计指条的孔径，宽度，厚度，数目等，相对来看，对声表面波传播路径结构的设计较为少见，特别是传播表面均采用连续或近似连续设计，其中中北大学公开号为CN 110971210 A的专利提出了一种在两个换能器之间设计金属点阵的结构，实现选频的信号处理技术。但这种方法可调控参数有限，对工艺控制要求高，对滤波器性能提升有限。目前来看，对于声表面波滤波器传播路径的非连续性结构技术目前还是空白。

发明内容

针对目前公布的现有技术中在SAW传播方向上均采用连续均匀基底结构，本发明提出了一种在传播方向非连续，即声阻抗发生突变的新型基底结构，并采用如下技术方案实现：

一种非连续基底结构声表面波滤波器，包括以下结构：

1)衬底层；

2)设置在所述衬底层上的压电薄膜层和其中包含的声阻抗非连续层；

3)设置在所述压电薄膜层上的叉指换能器。

可选的，所述衬底层为硅、锗、砷化镓、碳化硅、蓝宝石、氮化镓或氮化铝。

可选的，所述压电薄膜层为AlN压电薄膜，或者掺杂Sc、Cr、Er中一种或多种元素的AlN压电薄膜。

优选的，所述AlN压电薄膜或者掺杂AlN压电薄膜的厚度为100nm-10um。

可选的，所述声阻抗非连续层的材料为低声速材料、高声速材料以及中空结构。

可选的，所述声阻抗非连续层所在区域为均匀结构、渐变性结构或者周期性变化结构。

可选的，所述声阻抗非连续层为单层或多层结构。

可选的，所述叉指换能器的电极材料为电极层的材料，包括Al、Pt、Ti、Au、Mo或者W。

可选的，所述电极层厚度为30nm-2um。

本发明还提供了上述非连续基底结构声表面波滤波器的制备方法：

所述压电薄膜层采用反应式磁控溅射技术制备或者反应式磁控溅射技术结合高温热处理技术制备，所述反应式磁控溅射技术的制备条件如下：反应室压力为0.1-5pa，氮气流量为5-500sccm，氩气流量为5-500sccm，溅射功率为0.1-15KW，温度100-1000℃；所述高温热处理技术的制备条件如下：热处理温度1000-1800℃，真空或通保护气Ar、N

可选的，制备采用的靶材为Al靶材，或着掺杂Sc、Cr、Er中一种或多种元素的合金Al靶材。

本发明的有益效果如下：

通过本发明的方案，可以在SAW传播路径上改变声阻抗条件或者进行周期性设计，对声表面波传播特性进行调制，从而最终实现声表面波滤波器的Q值，带宽以及插入损耗等性能指标的提升。本发明中采用压电薄膜，相比于传统单晶材料，价格更加低廉，并且无论采用剥离，还是刻蚀工艺都很容易制备出非连续声阻抗的空隙空间。

附图说明

图1为本发明实施例中非连续基底结构声表面波滤波器的结构示意图。

图2为本发明实施例中非连续基底结构声表面波滤波器刻蚀式制备流程。

图3为本发明实施例中非连续基底结构声表面波滤波器剥离式制备流程。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

如图1所示为一种非连续基底结构声表面波滤波器，包括以下结构：

1)衬底层1；

2)设置在所述衬底层上的压电薄膜层2和其中包含的声阻抗非连续层3；

3)设置在所述压电薄膜层上的叉指换能器4。

作为可选实施方案，衬底层1为硅、锗、砷化镓、碳化硅、蓝宝石、氮化镓或氮化铝。

压电薄膜层2为AlN压电薄膜，或者掺杂Sc、Cr、Er中一种或多种元素的AlN压电薄膜，其厚度为100nm-10um。

声阻抗非连续层3的材料为低声速材料、高声速材料以及中空结构，其所在区域为均匀结构、渐变性结构或者周期性变化结构。另外，该声阻抗非连续层为单层或多层结构。

叉指换能器4的电极材料为电极层的材料，包括Al、Pt、Ti、Au、Mo或者W；电极层厚度为30nm-2um。

实施例2

结合附图2对本实施例的一种非连续基底结构声表面波滤波器的制备进行详细的说明。

1)准备衬底材料1。本实施例采用硅衬底作为衬底材料，所使用的硅单晶衬底是生产的标准规格抛光衬底片，表面为经过RCA清洗的EPI-ready抛光面，粗糙度小于0.3nm，背面为研磨级别，粗糙度为1±0.2μm。

2)在衬底材料1上生长AlN薄膜2。本实施例采用磁控溅射法(Sputter)，反应室压力为0.3pa，氮气流量为160sccm，氩气流量为40sccm，溅射功率为4KW，温度为500℃，膜厚为2um。

3)在压电薄膜表面通过平面光刻工艺，制作Al金属电极层3，从而形成IDT，电极层厚度为1um。

4)在AlN薄膜2上制备声阻抗非连续层4。通过干法或者湿法的方式结合刻蚀出空槽，最后在空槽沉积的特征声阻抗材料，完成滤波器制备。

实施例3

结合附图3对本实施例的一种非连续基底结构声表面波滤波器的制备进行详细的说明。

1)准备衬底材料1。本实施例采用硅衬底作为衬底材料，所使用的硅单晶衬底是生产的标准规格抛光衬底片，表面为经过RCA清洗的EPI-ready抛光面，粗糙度小于0.3nm，背面为研磨级别，粗糙度为1±0.2um。

2)采用负光刻胶在硅(或其他基底上)表面上制作与设计相反的结构2。

3)在衬底材料1上生长AlN薄膜3。本实施例采用磁控溅射法(Sputter)，反应室压力为0.2pa，氮气流量为140sccm，氩气流量为30sccm，溅射功率为3KW，温度为500℃，膜厚为4um。

4)在AlN薄膜3上制作W金属电极层4，从而形成IDT，电极层厚度为500nm

5)采用剥离的方式裸露出非连续区域，填充特征声阻抗材料5，完成滤波器制备。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。