双通带横向激励体声波谐振器及其制作方法、滤波器

技术领域

本发明实施例涉及谐振器技术领域，尤其涉及双通带横向激励体声波谐振器及其制作方法、滤波器。

背景技术

目前5G通信技术已经逐渐发展成熟并商业化，随着移动数据流量的爆炸式增长，对未来6G通信技术的发展需求越来越强烈。而这就要求作为核心的射频前端模块具有更加优良的性能，其中射频滤波器是决定无线通信带宽的最为核心的零部件。近年来，横向激励体声波谐振器(XBAR)以其高频、大带宽等独特性能成为实现5G/6G射频滤波器的最佳选择，然而，现有的XBAR射频滤波器由于谐振器的单谐振峰仅呈现单频带响应，为满足射频通信对多频段的需求，必须在同一空间嵌入多个单频带滤波器，这较为突出地增加了设备的大小和复杂性，不利于实现小型化和高度集成化。

发明内容

本发明实施例提供了一种双通带横向激励体声波谐振器及其制作方法、滤波器，通过在谐振器的压电层下方设置异质层，可以同时激发A2和A3谐振模态，使横向激励体声波谐振器呈现双频带响应。

第一方面，本发明实施例提供了一种双通带横向激励体声波谐振器，包括压电层、电极层和异质层；所述异质层的材质与所述压电层的材质不同；

所述电极层和所述异质层位于所述压电层在厚度方向相背离的两侧；所述电极层包括叉指电极和块电极，所述叉指电极与所述压电层重叠的区域形成有源区；所述异质层与所述有源区在所述厚度方向上的投影全部交叠。

可选地，所述异质层的材质具有正弹性温度系数。

可选地，所述异质层的材质为BCB、Si、SiN、Al2O3、Au、Al、W、SiO2中的任意一种。

可选地，所述压电层的材质为AlN、ScAlN、LiNbO3、LiTaO3、PVDF中的任意一种。

第二方面，本发明实施例提供了一种双通带横向激励体声波谐振器的制备方法，包括：

提供一绝缘衬底；

在所述绝缘衬底上依次层叠异质层和压电层；

刻蚀所述压电层；

制备电极层，所述电极层位于所述压电层远离所述绝缘衬底的一侧；所述电极层与所述压电层重叠的区域形成有源区；

去除所述有源区的绝缘衬底。

可选地，在去除所述有源区的绝缘衬底之前，还包括：

在所述电极层远离所述压电层的一侧沉积二氧化硅保护层；

在所述绝缘衬底远离所述压电层的一侧沉积并图案化二氧化硅层；所述二氧化硅层与所述有源区在所述厚度方向上的投影不交叠。

可选地，去除所述有源区的绝缘衬底，包括：

采用光刻工艺去除所述有源区的绝缘衬底。

可选地，所述异质层为二氧化硅层；

在去除所述有源区的绝缘衬底之后，还包括：

利用BOE溶液腐蚀所述二氧化硅层，以控制所述二氧化硅层的厚度。

可选地，制备电极层，包括：

沉积并图案化电极层，以形成叉指电极和块电极。

可选地，在制备叉指电极之后，还包括：

采用金属剥离工艺制备Au Pad电极，所述Au Pad电极位于所述块电极远离所述压电层的一侧。

第三方面，本发明还提供了一种滤波器，包括本发明第一方面任一项所述的谐振器。

本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波谐振器及其制作方法、滤波器，谐振器包括压电层、电极层和异质层；异质层的材质与压电层的材质不同；电极层和异质层位于压电层在厚度方向相背离的两侧；电极层包括叉指电极和块电极，叉指电极与压电层重叠的区域形成有源区；异质层与有源区在厚度方向上的投影全部交叠，本发明的技术方案，通过在压电层下增加了异质层，可以改变谐振器厚度方向的应力与电场分布，使谐振器的偶数阶模态机械-电相互作用能不为0，解决了传统谐振器只能激发单一谐振模态的问题，可以同时激发A2和A3谐振模态，应用到滤波器中，有利于实现设备的小型化和高度集成化。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波谐振器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种传统的横向激励体声波谐振器的结构示意图；

图3是图2所示横向激励体声波谐振器的仿真阻抗曲线图；

图4是本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波谐振器的仿真阻抗曲线图；

图5是本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波谐振器的测试结果示意图；

图6是本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波谐振器的制备方法的流程示意图；

图7是本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波谐振器的制备工艺流程图；

图8是本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波滤波器的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波滤波器的测试结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。此外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”。

需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对相应内容进行区分，并非用于限定顺序或者相互依存关系。

需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

图1是本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波谐振器的结构示意图，参考图1，该谐振器包括压电层10、电极层20和异质层30；异质层30的材质与压电层10的材质不同；压电层10的材质为AlN、ScAlN、LiNbO3、LiTaO3、PVDF中的任意一种，对此不作限定。电极层20和异质层30位于压电层10在厚度方向相背离的两侧；电极层20包括叉指电极21和块电极22，叉指电极21与压电层10重叠的区域形成有源区；异质层30与有源区在厚度方向上的投影全部交叠。

具体的，图2是本发明实施例提供的一种传统的横向激励体声波谐振器的结构示意图，参考图2，传统的横向激励体声波谐振器仅包含电极层41和压电层42，图3是图2所示横向激励体声波谐振器的仿真阻抗曲线图，由于谐振频率处的阻抗会发生较大变化，由图3可知，谐振器具有单谐振峰；本申请中，在压电层10的下方增加了异质层30，异质层30和压电层10的材质不同，进而异质层30和压电层10的组合体的力学性能参数与压电层10不同；需要注意的是，由于叉指电极21与压电层10重叠的区域形成有源区，而有源区为有效谐振区，因此异质层30需要至少覆盖全部的有源区；现有的谐振器结构中，压电层10在厚度方向上为对称结构，压电层10在厚度方向上，向上的应力和向下的应力大小相同方向相反，在电场力相同的情况下，其偶数阶反对称模态的机械-电相互作用能为0，因此只能激发A1谐振模态；而增加异质层30后，异质层30和压电层10的组合体为非对称结构，其在厚度方向上，向上的应力和向下的应力大小不同，在电场力相同的情况下，其偶数阶反对称模态的机械-电相互作用能不为0，因此可以同时激发A2和A3谐振模态，因此该谐振器呈现双频带响应。图4是本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波谐振器的仿真阻抗曲线图，图5是本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波谐振器的测试结果示意图，由图4、图5可知，该双通带横向激励体声波谐振器具有两个谐振峰。需要注意的是，异质层30的厚度根据所设计的谐振器通带频段确定，即用户确定需要的谐振器的通带频段后，根据该通带频段设计对应的异质层30的厚度。增加异质层30后，使得谐振器厚度增加，从而增加截面有效散热面积，改善散热效果，提高功率容量。

本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波谐振器，包括压电层、电极层和异质层；异质层的材质与压电层的材质不同；电极层和异质层位于压电层在厚度方向相背离的两侧；电极层包括叉指电极和块电极，叉指电极与压电层重叠的区域形成有源区；异质层与有源区在厚度方向上的投影全部交叠，通过在压电层下增加了异质层，可以改变谐振器厚度方向的应力与电场分布，使谐振器的偶数阶模态机械-电相互作用能不为0，解决了传统谐振器只能激发单一谐振模态的问题，可以同时激发A2和A3谐振模态，应用到滤波器中，有利于实现设备的小型化和高度集成化。

在本发明一可选实施例中，异质层30的材质为BCB、Si、SiN、Al2O3、Au、Al、W、SiO2中的任意一种，需要注意的是，异质层的材质为具有正弹性温度系数的材质，示例性的，为SiO2时，可以改善谐振器的TCF(温度漂移系数)，从而减小热应力。

图6是本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波谐振器的制备方法的流程示意图，图7是本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波谐振器的制备工艺流程图，参考图6、图7对制备过程介绍。

参考图6，该制备方法包括：

S110、提供一绝缘衬底。

S120、在绝缘衬底上依次层叠异质层和压电层。

其中，异质层的厚度根据所设计的谐振器通带频段确定，根据想要得到的谐振器的通带频段，选择相应厚度的异质层。

S130、刻蚀压电层。

S140、制备电极层，电极层位于压电层远离绝缘衬底的一侧；电极层与压电层重叠的区域形成有源区。

具体的，在一可选实施例中，参考图7，可以沉积并图案化电极层，形成叉指电极和块电极。并采用金属剥离工艺制备Au Pad电极，Au Pad电极位于块电极远离压电层的一侧，以减小欧姆损耗。

S150、去除有源区的绝缘衬底。

具体的，去除有源区的绝缘衬底，可选地，可以采用光刻工艺去除有源区的绝缘衬底，保留非谐振区的绝缘沉底作为支撑。

需要说明的是，本发明实施例所提供的一种双通带横向激励体声波谐振器的制备方法，通过提供一绝缘衬底，并在绝缘衬底上依次层叠异质层和压电层，然后刻蚀压电层，制备电极层，电极层位于压电层远离绝缘衬底的一侧；电极层与压电层重叠的区域形成有源区，最后去除有源区的绝缘衬底，利用上述方法制得的谐振器，通过在压电层下增加了异质层，可以改变谐振器厚度方向的应力与电场分布，使谐振器的偶数阶模态机械-电相互作用能不为0，解决了传统谐振器只能激发单一谐振模态的问题，可以同时激发A2和A3谐振模态，应用到滤波器中，有利于实现设备的小型化和高度集成化。

进一步的，在本发明一可选实施例中，在去除有源区的绝缘衬底之前，还包括：

在电极层远离压电层的一侧沉积二氧化硅保护层；

具体的，参考图7，为了防止在刻蚀有源区的绝缘衬底时损坏电极层，还需要沉积二氧化硅保护层71，其中，绝缘衬底的材质为硅。

在绝缘衬底远离压电层的一侧沉积并图案化二氧化硅层；二氧化硅层与有源区在厚度方向上的投影不交叠。

具体的，为了去除有源区的绝缘衬底，同时保留部分绝缘衬底作为支撑，因此在绝缘衬底远离压电层的一侧沉积并图案化二氧化硅层72，避免二氧化硅层72覆盖的绝缘衬底被刻蚀。

在本发明一可选实施例中，异质层为二氧化硅层；在去除有源区的绝缘衬底之后，还包括：

利用BOE溶液腐蚀二氧化硅层，以控制二氧化硅层的厚度。

具体的，由于异质层30的厚度根据所设计的谐振器通带频段确定，因此可以利用BOE溶液腐蚀二氧化硅层，控制二氧化硅层的厚度，进而控制谐振器通带频段。

图8是本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波滤波器的结构示意图，参考图8，其包含有两种厚度的横向激励体声波谐振器，分别为谐振器110和谐振器120，并且在谐振器的压电层下方设置有SiO2层。其中，不同厚度的横向激励体声波谐振器通过离子束刻蚀(IBE)，电感耦合等离子体刻蚀(ICP-RIE)或等离子体修饰(Trimming)工艺刻蚀压电层实现，其中，优选离子束刻蚀(IBE)工艺，该种工艺具有较高的垂直度。图9是本发明实施例提供的一种双通带横向激励体声波滤波器的测试结果示意图，参考图9，该滤波器呈现双频带响应。由于该滤波器包括本发明实施例提供的谐振器，故而具备本发明实施例提供的双通带横向激励体声波谐振器相应的有益效果，这里不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。