[发明专利]基于铪系铁电薄膜的声表面波器件及薄膜体声波器件

说明书

本发明公开了基于铪系铁电薄膜的声表面波器件及薄膜体声波器件，声表面波器件包括在衬底上集成的谐振/滤波组件和传感组件中的任意一种或两种，各组件均分别包括依次层叠的底电极层、压电层和顶电极层；薄膜体声波器件包括在衬底上集成的谐振/滤波组件、传感组件中的任意一种或两种，各组件均分别包括依次层叠的底电极层、压电层和顶电极层；两类声波器件中的各压电层均分别是通过掺杂有锆、铝或硅的铪系铁电薄膜，使用原子层沉积工艺制得。本发明能够在铪系铁电薄膜上制备出两类声波器件和存储器件，可以将环境感知、信号处理与存储进行集成，有利于提高电子设备的集成度和工作速度。

技术领域

本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种基于铪系铁电薄膜的声表面波器件及薄膜体声波器件。

背景技术

随着物联网技术的蓬勃发展，连接于物联网中的智能化的电子设备，通过各种传感器感知着环境中的各种信息，然后将感知的信息发送到处理单元，进行数据分析处理和存储，尤其是对于智能驾驶，相关的传感器感知着复杂的路面状况，在采集海量路况信息的同时，还要完成信号的处理和存储。然而对于常规的电子设备而言，环境传感、信号处理和数据存储是分立的不同的部分，中间需要数据传输通路来传送数据，进而增大了信号的响应时间，限制了相关电子设备的工作速度。因此，如果能通过相关的技术创新，将环境传感、信号处理和信息存储集成在一起，则能够缩短信号传输通路，提高智能化设备的响应速度，同时能够通过提高集成度减小设备体积，提高便携性。

在存储方面，目前主要是使用诸如RAM、ROM等传统的存储介质，RAM读写速度快，但掉电丢失数据；ROM具有非易失性，但无法随机存取；然而铁电存储器是一种低功耗、读写速度快、抗辐照能力强的随机存取的非易失性存储器，因此铁电存储器具有极大的发展前景。在众多的铁电材料中，铪系的铁电薄膜具有与硅基CMOS工艺兼容、化学性质稳定、铁电性可调等优势，已经被用于制备铁电随机存储器中的电容、铁电场效应管等铁电存储器件，因此铪系铁电薄膜在铁电存储器领域有着较大的价值。

在信号的处理方面，基于声表面波和薄膜体声波的谐振器和滤波器已经被广泛应用于智能手机、移动基站等通信设备中，目前用于声表面波的压电材料主要为铌酸锂、钽酸锂等体材料和氮化铝、氧化锌等薄膜材料，用于薄膜体声波器件的压电材料主要为氮化铝和氧化锌薄膜，其中铌酸锂、钽酸锂、氧化锌无法和主流的CMOS工艺兼容，因此也不能和相应的芯片系统进行集成；氮化铝材料虽然能够和CMOS工艺兼容，但是无法应用于存储领域，因此也不能实现系统集成。

在环境传感方面，基于声表面波器件和薄膜体声波器件的传感器，由于具有响应速度快、灵敏度高的优势，已经被广泛应用于检测温度、湿度、力、光、化学气体等方面，但是这些基于声表面波器件和薄膜体声波器件的传感器是分立的器件，在整个系统中需要占用一定的空间，且需要特定的互联，因此无法进一步提高系统的集成度。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，提出一种基于铪系铁电薄膜的声表面波器件及薄膜体声波器件。本发明将铪系铁电薄膜作为压电层用于声表面波器件和体声波器件的制备，从而实现将环境感知、信号处理与存储进行集成。

为了实现本发明的目的，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提出的一种基于铪系薄膜的声表面波器件，其特征在于，包括一衬底，该衬底上设有谐振/(“/”理解为“或”)滤波组件、传感组件中的任意一种或两种；所述谐振/滤波组件包括在所述衬底上依次层叠的第一底电极层、第一压电层和第一顶电极层；所述传感组件包括在所述衬底上依次层叠的第二底电极层、第二压电层和第二顶电极层；所述第一顶电极层包括多个第一叉指电极；所述第二顶电极层包括敏感薄膜和多个第二叉指电极；各所述压电层均为铪系铁电薄膜。

进一步地，所述声表面波器件能够与存储组件进行集成；所述存储组件包括在所述衬底上依次层叠的第三底电极层、铁电薄膜和第三顶电极层；所述铁电薄膜为铪系铁电薄膜。

进一步地，所述声表面波器件的类型包括单端口谐振、双端口谐振、延迟线。