[发明专利]一种高频、低损耗的声表面波谐振器及其制备方法

说明书

本发明属于单晶薄膜器件的设计与制备领域，具体涉及一种高频、低损耗的声表面波谐振器及其制备方法。本发明通过采用特殊切向的薄膜压电材料，激发出特定模态的高声速声表面波，实现了高机电耦合系数的同时，也提升了谐振频率；并配合双层的声反射结构，就有效的抑制高声速声表面波向体方向的泄露，将声表面波的能量限制在压电薄膜，提升了器件Q值。相较多层布拉格反射层的抑制能量泄露方式，本发明降低了反射层层数，既保证了反射层具有较好的质量，也避免了逐层生长薄膜质量差对谐振器产生的不良影响，同时降低了制备材料和/或工艺成本。

技术领域

本发明属于单晶薄膜器件的设计与制备领域，具体涉及一种高频、低损耗的声表面波谐振器及其制备方法。

背景技术

声表面波谐振器以性能可靠、一致性好且设计灵活性大、输入输出阻抗误差小、等优点，广泛应用于无线通信领域。传统声表面波谐振器通过在压电材料上制备叉指电极，利用压电材料的压电效应激发声表面波，是一个简单的块材结构。其谐振频率与被激发的声表面波波速成正比，与叉指电极宽度成反比。受限于结构，传统的声表面波器件声波能量极易向体方向泄露，因此器件品质因子(Q值)较低，同时由于块材上的声表面波波速较低，因此谐振器的谐振频率较低。要获得高频率高Q值的谐振器，必须在提高声表面波波速的同时限制谐振能量泄露。

现有的一些高频SAW谐振器主要有以下几种：1.在高声速衬底例如金刚石上制备压电薄膜的SAW器件，其可以实现高声速高频率，但机电耦合系数通常只有3％左右，且压电薄膜制备较为复杂；2.利用A1模态的Lamb波，制备的空腔型SAW器件，其同样通过高声速实现了高频率，但薄膜制备采用溅射法制备，成本较高且该结构稳定性较低，且A1模态声速不稳定，随压电层厚度存在大幅波动；3.利用布拉格反射层，仿照体声波谐振器反射层的制备方法制备SAW器件，但多层结构使SAW器件制备成本上升且薄膜平坦度对器件性能影响巨大，对大规模生产提出更高要求。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有技术中制备高频声表面波谐振器时制备成本高，机电耦合系数较低等技术问题，本发明提供了一种高频、低损耗的声表面波谐振器及其制备方法，具有高频、高Q、大机电耦合系数、制备成本较低且结构稳定。

一种高频、低损耗的声表面波谐振器，自上而下依次包括叉指电极，压电薄膜、反射层、键合层和衬底；或者，自上而下依次为叉指电极、压电薄膜、键合层、反射层和衬底。

所述压电薄膜为单晶铌酸锂X切0°到40°、150°到180°Y传，以激发S₀模态Lamb波；单晶铌酸锂Y切0°到30°、40°到50°、130°到140°、150°到180°X传，以激发S₀模态Lamb波、SH₀波或LLSAW；单晶铌酸锂Z切0°到10°、50°到70°、110°到130°、170°到180°X传以激发S₀模、A₁模态Lamb波；或单晶钽酸锂X切20°到40°Y传，以激发S₀模态Lamb波。

进一步的，所述压电薄膜的厚度为50-5000nm。

进一步的，所述叉指电极的材料为AI、Au、Mo、Pt或W，叉指电极厚度为5％-10％λ，λ为叉指周期。

进一步的，所述低声阻抗反射层和高声阻抗反射层的厚度与设计的叉指周期相关，厚度区间为0.1-0.5λ，λ为叉指周期。

进一步的，所述衬底为Si、绝缘层上硅S0I、玻璃、铌酸锂LN或钽酸锂LT。

进一步的，所述低声阻抗反射层的材质为Al、Ti、Si0₂或BCB(苯丙环丁烯)中的一种；所述高声阻抗反射层的材质为Mo、Au、Nb、Ni、Pt、Ta、W、Ir、ZnO、HfO₂、Ti0₂、Ta₂0₅或WO₃。