[发明专利]一种新型键合结构声表面波器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型键合结构声表面波器件及其制备方法，涉及声表器件领域，由下至上依次包括支撑衬底、组分渐变层、压电基板和叉指换能器，组分渐变层用于提供声波的全反射，组分渐变层靠近衬底一侧的组分声速高于靠近压电基板一侧的组分声速，且组分沿生长方向线性变化。该组分渐变层能够抑制寄生响应的产生，还可以改善键合薄膜质量、提高器件机电耦合系数和耐受功率，且制备方法相对成熟简单。

技术领域

本发明涉及声表器件领域，尤其是一种新型键合结构声表面波器件及其制备方法。

背景技术

声表面波器件因其小型化、插损低等优点被广泛应用于移动终端领域，目前使用比较普遍的压电材料是LiTaO₃和LiNbO₃，其较强的压电性能使得声表面波滤波器件获得较大的相对带宽，非常适合5G通讯的技术需要。

但是LiTaO₃和LiNbO₃基声表面波器件存在严重的频率随温度偏移问题，导致该类型器件的应用范围受到限制。目前采用压电基板与低温漂衬底键合的技术可有效降低器件的频率温度系数。但由于两种材料具有不同的声学输入阻抗，弹性波在键合界面处发生声学反射，从而引起一些寄生响应，导致器件性能恶化。另外，由于两种材料具有不同的晶格结构和热膨胀系数，键合界面的质量不太理想，这也会导致器件Q值下滑。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种新型键合结构声表面波器件及其制备方法，在压电基板与衬底之间插入一层组分渐变层，提供声波的全反射，抑制寄生响应的产生，同时满足改善键合薄膜质量、提高器件耐受功率等优点，且制备相对成熟简单。

本发明的技术方案如下：

一种新型键合结构声表面波器件，由下至上依次包括支撑衬底、组分渐变层、压电基板和叉指换能器，组分渐变层用于提供声波的全反射，组分渐变层靠近衬底一侧的组分声速高于靠近压电基板一侧的组分声速，且组分沿生长方向线性变化。

其进一步的技术方案为，组分渐变层靠近衬底一侧的组分为Si₃N₄、中间组分为SiO_xN_1-x、靠近压电基板一侧的组分为SiO₂，其中0＜x＜1；Si₃N₄的组分声速高于SiO₂的组分声速，SiO_xN_1-x的N组分渐变满足沿生长方向逐渐线性减小、O组分渐变满足沿生长方向逐渐线性增大，声表面波器件声学波的声阻抗在组分渐变层连续变化，且SiO_xN_1-x兼具Si₃N₄的波导效应和SiO₂的温度补偿效应，SiO_xN_1-x的热膨胀系数介于SiO₂与Si₃N₄之间，且连续变化。

其进一步的技术方案为，组分渐变层靠近衬底一侧的组分为AlN、中间组分为Al_xGa_1-xN、靠近压电基板一侧的组分为GaN，其中0＜x＜1；AlN的组分声速高于GaN的组分声速，Al_xGa_1-xN的Al组分渐变满足沿生长方向逐渐线性减小、Ga组分渐变满足沿生长方向逐渐线性增大，且Al_xGa_1-xN的电阻率随Al组分的增加而增大，用于抑制声学能量的泄露，声表面波器件的声学波的声阻抗在组分渐变层连续变化，Al_xGa_1-xN的热膨胀系数介于支撑衬底与压电基板之间，且连续变化。

其进一步的技术方案为，支撑衬底的材料为Si、SiC、蓝宝石或金刚石。