横向激励薄膜体声波谐振器及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种横向激励薄膜体声波谐振器及其制备方法。

背景技术

无线通信终端中包含有射频滤波器，目前最广泛应用的射频滤波器有声表滤波器(SAW，Sound Acoustic Wave)、薄膜体声波滤波器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)，但是随着5G时代的到来，传统的SAW技术和FBAR技术难以突破频率和工作带宽的瓶颈，不能满足5G通信的高频率、大宽带的技术要求。移动终端向高速通信工具的演进是未来发展的必然之路。

横向激励体声波谐振器(Laterally excited bulk wave resonators，XBAR)是一种利用纵向体声波进行谐振的技术，通过压电薄膜的逆压电效应将电能量转化为纵向声波进行谐振，谐振器只能使特定频率的波通过，具有高Q值、高频率、机电耦合系数大的优点，能够满足5G通信高频以及大带宽的滤波器需求，是应对下一代通信终端所带来的挑战的潜在选择，有很大的发展前景和空间。但是在目前XBAR的设计结构中，XBAR具有很强的横向模式，导致器件的通带波纹很大，未来的应用和发展中还需要逐步改进和完善XBAR的横向模式问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种横向激励薄膜体声波谐振器及其制备方法。

本发明一方面实施例提供的横向激励薄膜体声波谐振器，包括：压电板；叉指换能器，所述叉指换能器设在所述压电板的正面，所述叉指换能器包括两个相互平行的汇流条，以及分别从所述两个汇流条相向延伸形成的叉指电极，每个所述汇流条至少与一个叉指电极的末端相连，相对的叉指电极在所述汇流条的长度方向上交替排布；若干镂空槽，所述镂空槽设在所述压电板的正面，若干所述镂空槽分别设在靠近两个所述汇流条的位置，且位于所述叉指电极的末端附近；介电材料，所述介电材料声速低于压电板声速，所述介电材料包括填充在所述镂空槽内的填充介电材料。

本发明实施例提供的横向激励薄膜体声波谐振器通过设置镂空槽形成强烈的活塞模式，并在镂空槽内填充低声速介电材料，改善了具有活塞模式结构的横向激励薄膜体声波谐振器的结构强度和散热能力，利于未来高功率器件的设计。

在一些实施例中，所述镂空槽在厚度方向上贯穿所述压电板。

在一些实施例中，所述介电材料还包括介电材料层，所述介电材料层至少覆盖在所述压电板和所述叉指换能器的位于相对的两个镂空槽之间的正表面上。

在一些实施例中，所述填充介电材料与所述介电材料层的介电材料相同或不同。

在一些实施例中，所述介电材料为二氧化硅、氧化锌、环氧树脂中的一种或多种。

在一些实施例中，所述镂空槽沿所述汇流条的长度方向延伸，所述镂空槽为沿其长度方向贯穿所述压电板的连续镂空槽。

在一些实施例中，所述镂空槽设在两个所述汇流条之间。

在一些实施例中，所述镂空槽位于所述汇流条的正下方，所述镂空槽的宽度大于所述汇流条的宽度。

在一些实施例中，所述镂空槽为间断式的镂空槽，所述镂空槽包括在所述汇流条的长度方向上依次排布的若干子镂空槽，若干所述子镂空槽在所述长度方向上与所述叉指电极交替排布。

本发明的另一方面实施例提供了一种横向激励薄膜体声波谐振器的制备方法，包括如下步骤：

获得压电板，并在所述压电板上形成所述镂空槽；

在所述镂空槽内填充所述填充介电材料；

在所述压电板的正面形成所述叉指换能器。

本发明实施例提供的横向激励薄膜体声波谐振器的制备方法制备的横向激励薄膜体声波谐振器具有活塞模式，并通过在镂空槽内填充低声速介电材料，改善了横向激励薄膜体声波谐振器的结构强度和散热能力，利于未来高功率器件的设计。

附图说明

图1是相关技术中普通横向激励薄膜体声波谐振器的结构图。

图2是相关技术中普通横向激励薄膜体声波谐振器的导纳曲线。

图3是相关技术中采用活塞模式的横向激励薄膜体声波谐振器的结构图。

图4是本发明实施例一中的横向激励薄膜体声波谐振器部分结构的俯视图。

图5是本发明实施例一中的横向激励薄膜体声波谐振器的一种A-A截面图。

图6是本发明实施例一中的横向激励薄膜体声波谐振器的另一种A-A截面图。

图7是本发明实施例一中的横向激励薄膜体声波谐振器的导纳曲线。

图8是本发明实施例二中的横向激励薄膜体声波谐振器部分结构的俯视图。

图9是本发明实施例三中的横向激励薄膜体声波谐振器部分结构的俯视图。

图10-图12是本发明实施例四中的横向激励薄膜体声波谐振器的制备方法的过程示意图。

附图标记：

压电板1、镂空槽11、第一镂空槽111、第二镂空槽112、子镂空槽113、

叉指换能器2、第一叉指换能器201、第二叉指换能器202、汇流条21、第一汇流条211、第二汇流条212、叉指电极22、第一叉指电极221、第二叉指电极222、

填充介电材料31、介电材料层32。

具体实施方式

如图1所示，相关技术中没有采用活塞模式的普通横向激励薄膜体声波谐振器包括压电板1和设在压电板1正面的叉指换能器2，叉指换能器2包括汇流条21和与汇流条21相连的叉指电极22。这种横向激励薄膜体声波谐振器具有很强的横向模式，横向模式导致这种谐振器具有很强的通带波纹(如图2所示，导纳曲线具有很多杂峰)，通带波纹会产生额外的噪声，降低所通过信号的信噪比。

相关技术中有提出采用将叉指电极末端和汇流条之间的LN薄板镂空的方法。如图3所示，压电板1上在叉指电极末端和汇流条之间的部分镂空，如此得到的横向激励薄膜体声波谐振器形成了活塞模式，能够有效抑制横向模式。但是这种方式导致谐振器的结构变得很脆弱，容易损坏，并且由于镂空结构，叉指电极的热量仅能通过很窄的一部分压电板1传导出去，导致散热效果差，不利于高功率器件的设计。

本申请的发明人针对上述问题，提出了一种横向激励薄膜体声波谐振器及其制备方法，这种横向激励薄膜体声波谐振器可以形成强烈的活塞模式，起到抑制横向模式的作用，并且，具有良好的散热系数和机械强度。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图4-图9所示，本发明实施例提出的横向激励薄膜体声波谐振器，包括压电板1、叉指换能器2、若干镂空槽11和介电材料。

其中压电板1具有正面和反面。叉指换能器2设在压电板1的正面，叉指换能器2包括两个相互平行的汇流条21，以及分别从两个汇流条21相向延伸形成的叉指电极22，每个汇流条21至少与一个叉指电极22的末端相连，汇流条21和与其相连的叉指电极22组成叉指换能器2，两个叉指换能器2中相对的叉指电极22在汇流条21的长度方向上交替排布。

镂空槽11设在压电板1的正面，若干镂空槽11分别设在靠近两个汇流条21的位置，且位于叉指电极22的末端附近，叉指电极22的末端是指其与对应的汇流条21连接的端部，镂空槽11设在叉指电极22的末端附近即镂空槽11临近叉指电极22与汇流条21的连接处位置。镂空槽11的设置导致叉指电极22的末端声速发射改变，使叉指电极22的末端声速和中部声速具有差别，从而形成了活塞模式，有效地抑制了横向杂波的产生。

介电材料为低声速介电材料，其声速低于压电板1的声速。介电材料包括填充介电材料31，填充介电材料31填充在镂空槽11内。由于填充介电材料31填充在镂空槽11内，避免了由于镂空槽11的形成导致损害横向激励薄膜体声波谐振器的机械强度的问题，并且热量可以通过填充介电材料31传递出去，使具横向激励薄膜体声波谐振器有良好的散热能力。

本发明实施例提供的横向激励薄膜体声波谐振器通过设置镂空槽形成强烈的活塞模式，并在镂空槽内填充低声速介电材料，改善了具有活塞模式结构的横向激励薄膜体声波谐振器的结构强度和散热能力，利于未来高功率器件的设计。

在一些实施例中，镂空槽11在压电板1的厚度方向上贯穿压电板1，也就是说，镂空槽11的设置将压电板1隔断。

在另一些实施例中，镂空槽11设置在压电板1的正面，且其深度小于压电板1的厚度，即镂空槽11没有在压电板1的厚度方向上贯穿压电板1，同样可以在横向激励薄膜体声波谐振器上形成活塞模式。但由于压电板1的厚度较薄，为了降低加工难度，优选镂空槽11贯穿压电板1的设计。

在一些实施例中，介电材料还包括介电材料层32，介电材料层32至少覆盖在压电板1和叉指换能器2的位于相对的两个镂空槽11之间的正表面上。压电板1上覆盖介电材料层32后，一方面可以抑制部分厚度方向振动的高阶声波模式；另一方面，介电材料层32的温度频率系数一般小于压电板1，或与压电板1的温度频率系数相反，可以降低器件的温度频率系数。相对的两个镂空槽11是指叉指电极22的延伸方向上相对的两个镂空槽11，这两个镂空槽11分别临近不同的汇流条21。例如如图4所示，压电板1上设有两个连续镂空槽11，这两个镂空槽11在叉指电极22的延伸方向上相对。在一个可选实施例中，如图5所示，介电材料层32覆盖在压电板1和叉指换能器2的位于这两个镂空槽11之间的正表面上。压电板1的正表面是指压电板1的除去设有叉指换能器2的其余正面表面，叉指换能器2的正表面是指其远离压电板1的正面的一侧的表面。在另一个可选实施例中，如图6所示，介电材料层32覆盖在整个压电板1和叉指换能器2的正表面。

可选地，介电材料可以为二氧化硅、氧化锌、环氧树脂中的一种或多种。介电材料可以为二氧化硅、氧化锌等无机氧化物，也可以为环氧树脂等有机聚合物。

需要说明的是，填充介电材料31和介电材料层32的介电材料可以相同，也可以不同。

可选地，压电板1的材料可能是铌酸锂、也可能是钽酸锂或其他压电单晶材料。

可选地，叉指换能器2的材料是金属铝，也可以是铜、铝铜合金或其他金属材料。

在一些实施例中，镂空槽11沿汇流条21的长度方向延伸，镂空槽11为沿其长度方向贯穿压电板1的连续镂空槽。镂空槽11设在两个汇流条21之间。连续镂空槽的加工精度要求不高，加工难度低。

在一些实施例中，镂空槽11沿汇流条21的长度方向延伸，镂空槽11为沿其长度方向贯穿压电板1的连续镂空槽。镂空槽11位于汇流条21的正下方，且镂空槽11的宽度大于汇流条21的宽度。连续镂空槽的加工精度要求不高，加工难度低。

在一些实施例中，镂空槽11为间断式的镂空槽，镂空槽11包括在汇流条21的长度方向上依次排布的若干子镂空槽113，若干子镂空槽113在长度方向上与叉指电极22交替排布。

下面根据图4-图9描述本发明提供的若干具体实施例。

实施例一：

下面根据图4-图7描述本实施例提供的横向激励薄膜体声波谐振器。横向激励薄膜体声波谐振器包括压电板1、叉指换能器2和介质材料。

如图4所示，叉指换能器2具体包括第一叉指换能器201和第二叉指换能器202，第一叉指换能器201包括第一汇流条211和第一叉指电极221，第二叉指换能器202包括第二汇流条212和第二叉指电极222。第一汇流条211和第二汇流条212相互平行。在本实施例中，第一叉指电极221和第二叉指电极222相互平行。第一叉指电极221的末端与第一汇流条211的靠近第二汇流条212的一侧相连并向第二汇流条212的方向延伸，第一叉指电极221的长度方向与第一汇流条211的长度方向相互垂直。第二叉指电极222的末端与第二汇流条212的靠近第一汇流条211的一侧相连并向第一汇流条211的方向延伸，第二叉指电极222的长度方向与第二汇流条212的长度方向相互垂直。第一叉指电极221的顶端与第二汇流条212之间具有间隔，第二叉指电极222的顶端与第一汇流条211之间具有间隔。

在本实施例中，第一叉指电极221和第二叉指电极222均为一个，第一叉指电极221和第二叉指电极222在汇流条21的延伸方向上具有重叠部分。在其他实施例中，第一叉指电极221和第二叉指电极222均可以为多个，多个第一叉指电极221和多个第二叉指电极222在汇流条21的延伸方向上交替排布并具有重叠部分。

进一步地，如图4所示，压电板1的正面设有两个镂空槽11，分别为第一镂空槽111和第二镂空槽112，第一镂空槽111靠近第一汇流条211设置，第二镂空槽112靠近第二汇流条212设置，且第一镂空槽111和第二镂空槽112均位于第一汇流条211和第二汇流条212之间。第一镂空槽111和第二镂空槽112相互平行，沿汇流条22的长度方向延伸，与汇流条22相互平行。

如图4所示，在本实施例中，第一镂空槽111和第二镂空槽112均为连续镂空槽，第一镂空槽111和第二镂空槽112均沿其长度方向延伸并贯穿压电板1，具体地，以第一镂空槽111为例，第一镂空槽111在其长度方向上具有相对的第一端和第二端，第一镂空槽111的第一端与压电板1的一个侧面平齐，第一镂空槽111的第二端与压电板1的相对的另一个侧面平齐。

进一步地，如图4所示，第一镂空槽111的一部分位于第一叉指电极221的底部，第二镂空槽112的一部分位于第二叉指电极221的底部。第一镂空槽111与第一汇流条211之间具有一定的间隔，第二镂空槽111与第二汇流条212之间具有一定的间隔。在其他可替代实施例中，第一镂空槽111的靠近第一汇流条211的一侧可以与第一汇流条211的靠近第一镂空槽111的一侧在压电板1的厚度方向上平齐，和/或，第二镂空槽112的靠近第二汇流条212的一侧可以与第二汇流条212的靠近第二镂空槽112的一侧在压电板1的厚度方向上平齐。

介质材料包括填充介电材料31和介电材料层32。如图5和图6所示，填充介电材料31填充在第一镂空槽111以及第二镂空槽112内。填充介电材料31的填充增强了横向激励薄膜体声波谐振器的机械强度，并且可以用于帮助散热，使具横向激励薄膜体声波谐振器有良好的散热能力。

可选地，如图5所示，介电材料层32覆盖在压电板1和叉指换能器2的位于第一镂空槽111与第二镂空槽112之间的正表面上，介电材料层32还覆盖在填充介电材料31的上方与填充介电材料31相接。介电材料层32的设置能够进一步对因横向模式形成的杂波进行抑制，即介电材料层32的设置有利于进一步抑制横向模式的形成。介电材料层32与填充介电材料31的相接还能起到进一步增强横向激励薄膜体声波谐振器机械强度的作用。

或者，如图6所示，介电材料层32可以覆盖在整个压电板1和叉指换能器2的正表面，可以对横向杂波进行抑制，并增强横向激励薄膜体声波谐振器的机械强度。

本实施例提供的横向激励薄膜体声波谐振器通过设置第一镂空槽和第二镂空槽形成强烈的活塞模式，并通过在第一镂空槽和第二镂空槽内填充低声速介电材料，使横向激励薄膜体声波谐振器具有结构强度高和散热能力强的优点。

如图7所示，本实施例提供的横向激励薄膜体声波谐振器的横向杂波显著减少，说明本实施例方案对横向模式具有明显的抑制效果。

实施例二：

下面根据图8描述本实施例提供的横向激励薄膜体声波谐振器。横向激励薄膜体声波谐振器包括压电板1、叉指换能器2和介质材料。横向激励薄膜体声波谐振器的叉指换能器2与实施例一类似，此处不作赘述，只描述区别部分。

在本实施例中，镂空槽11为间断式的镂空槽，镂空槽11包括在汇流条21的长度方向上依次排布的若干子镂空槽113，若干子镂空槽113在汇流条21的长度方向上与叉指电极22交替排布。

具体地，压电板1的正面设有一组第一镂空槽111和一组第二镂空槽112，第一镂空槽111靠近第一汇流条211设置，第二镂空槽112靠近第二汇流条212设置，且第一镂空槽111和第二镂空槽112均位于第一汇流条211和第二汇流条212之间。第一镂空槽111和第二镂空槽112均包括两个子镂空槽113。

以第一镂空槽111为例，如图8所示，第一镂空槽111的两个子镂空槽113在第一汇流条211的长度方向上与第一叉指电极221交替排布，即以子镂空槽113-第一叉指电极221-子镂空槽113的方式排布。两个子镂空槽113的远离第一叉指电极221的一端分别与压电板1的相对的两个侧面平齐。在本实施例中，子镂空槽113与第一叉指电极221之间具有间隔。在其他实施例中，子镂空槽113与第一叉指电极221可以在第一汇流条211的长度方向上相接。

当然在其他设有多个第一叉指电极221的实施例中，第一镂空槽111组内的子镂空槽113的数量相应地设置，例如第一叉指换能器201设有两个第一叉指电极221，第一镂空槽111组内设有三个子镂空槽113，在第一汇流条211的长度方向上以子镂空槽113-第一叉指电极221-子镂空槽113-第一叉指电极221-子镂空槽113的方式交替排布。第二镂空槽112同理。

实施例三：

下面根据图9描述本实施例提供的横向激励薄膜体声波谐振器。横向激励薄膜体声波谐振器包括压电板1、叉指换能器2和介质材料。横向激励薄膜体声波谐振器的叉指换能器2与实施例一类似，此处不作赘述，只描述区别部分。

在本实施例中，镂空槽11为连续式的镂空槽，镂空槽11沿汇流条21的长度方向延伸，镂空槽11为沿其长度方向贯穿压电板1。镂空槽11位于对应汇流条21的正下方，且镂空槽11的宽度大于对应汇流条21的宽度。

具体地，在本实施例中，压电板1的正面设有第一镂空槽111和第二镂空槽112。第一镂空槽111位于第一汇流条211的正下方，且其宽度大于第一汇流条211的宽度。第一镂空槽111的一部分与第一汇流条211相对，一部分位于第一叉指电极221的末端一侧，其余一部分位于第一汇流条211的另一侧。第二镂空槽112位于第二汇流条212的正下方，且其宽度大于第二汇流条212的宽度，并且第二镂空槽112的一部分与第二汇流条212相对，一部分位于第二叉指电极222的末端一侧，其余一部分位于第二汇流条212的另一侧。也就是说，第一汇流条211形成在第一镂空槽111内填充的填充介电材料31的基础上，第二汇流条212形成在第二镂空槽112内填充的填充介电材料31的基础上。

在其他可替代实施例中，第一镂空槽111的一部分位于第一汇流条211的正下方与第一汇流条221相对，其余部分位于靠近第一叉指电极221末端的一侧。第二镂空槽112一部分位于第二汇流条212的正下方与第二汇流条212相对，其余部分位于靠近第二叉指电极222末端的一侧。

实施例四：

本实施例提供了一种横向激励薄膜体声波谐振器的制备方法，横向激励薄膜体声波谐振器为上述任一项实施例中的横向激励薄膜体声波谐振器，参照图10-图12，横向激励薄膜体声波谐振器的制备方法具体包括如下步骤：

步骤1：如图10所示，获得压电板1，并在压电板1上形成镂空槽11；

步骤2：如图11所示，在镂空槽11内填充填充介电材料31；

步骤3：如图12所示，在压电板1的正面形成叉指换能器2。

在步骤1中，镂空槽11设置在压电板1的正面，镂空槽11在压电板1的厚度方向上贯穿压电板1，也可以不贯穿压电板1。镂空槽11的形状可以对称设置，也可以不对称设置，例如在一个实施例中，压电板1上设有第一镂空槽111和第二镂空槽112，第一镂空槽111的位置和形状可以根据上述任一个实施例中的第一镂空槽111进行设置，第二镂空槽112的位置和形状也可以根据上述任一个实施例中的第二镂空槽112进行设置。

在一些实施例中，介电材料包括介电材料层32，则横向激励薄膜体声波谐振器的制备方法还包括：

步骤4：如图5和图6所示，在压电板1的正面沉积介电材料形成介电材料层32。

在步骤4中，介电材料层32至少覆盖在压电板1和叉指换能器2的位于相对的两个镂空槽11之间的正表面上。例如如图5所示，介电材料层32覆盖在压电板1和叉指换能器2的位于相对的两个镂空槽11之间的正表面上。如图6所示，介电材料层32对压电板1和叉指换能器2的正表面进行全覆盖。

本发明实施例提供的横向激励薄膜体声波谐振器的制备方法制备的横向激励薄膜体声波谐振器具有活塞模式，并通过在镂空槽内填充低声速介电材料，改善了横向激励薄膜体声波谐振器的结构强度和散热能力，利于未来高功率器件的设计。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。