[发明专利]一种薄膜体声波谐振器、制备方法及薄膜体声波滤波器

说明书

本发明涉及一种薄膜体声波谐振器、制备方法及薄膜体声波滤波器，薄膜体声波谐振器包括衬底、底电极、压电层、顶电极和钝化层，其中，底电极与顶电极的材质为二维材料如石墨烯、金属硫化物等；二维材料具有良好的电学性能，因此，用其制备的电极厚度极薄，不但能够减小电极损耗，提升Q值，而且还可以极大减小“三明治”结构的厚度，增加压电层的占比，进而提高薄膜体声波谐振器的谐振频率，增大有效机电耦合系数，有利于高频宽带滤波器产品的开发。

技术领域

本发明薄膜体声波谐振器技术领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器、制备方法及薄膜体声波滤波器。

背景技术

在无线通讯5G时代，为了满足日益激增的通信需求，新一代移动通信系统对射频前端的声学滤波器件在频率、带宽、温漂、矩形系数、插损等性能方面，提出了更严苛的指标要求。薄膜体声波谐振器是声学滤波器件的主要分支之一，大致可分为两类，一类是空气隙型薄膜体声波谐振器(Film bulk acoustic resonator，FBAR)，另一类是固态装配型薄膜体声波谐振器(Solidly mounted resonator，SMR)。这两者的工作原理都是基于压电材料的压电效应和逆压电效应，主体结构也都是金属/压电材料/金属组成的“三明治”结构，不同之处在于，FBAR底部是悬空的，与空气直接接触，而SMR底部有高低声阻材料交替组成的布拉格反射层。

在体声波谐振器中，“三明治”结构的厚度越薄，谐振频率越高，而压电材料在“三明治”结构的厚度占比越大，则有效机电耦合系数越大。因此，可以通过减小金属电极即体声波谐振器的顶电极和底电极的厚度来提高体声波谐振器的工作频率、扩大通带宽度。然而，由于金属电极厚度过薄会导致谐振器的损耗增大，影响Q值。因此，在实际应用中金属电极的厚度不能过薄，但制备较厚的体声波谐振器又不利于高频宽带滤波器产品的开发。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种薄膜体声波谐振器、制备方法及薄膜体声波滤波器。

本发明的一种薄膜体声波谐振器的技术方案如下：

包括衬底、底电极、压电层、顶电极和钝化层，其中，所述底电极与所述顶电极的材质为二维材料；

所述衬底上设有凹槽，所述底电极覆设在所述凹槽上，所述压电层、顶电极和钝化层依次层叠设置在所述底电极上。

本发明的一种薄膜体声波谐振器的有益效果如下：

二维材料如石墨烯、金属硫化物等具有良好的电学性能，因此，用二维材料所制备的底电极和顶电极的厚度极薄，既能够减小电极损耗，提升Q值，还能极大减小“三明治”结构的厚度，增加压电层的占比，进而提高薄膜体声波谐振器的谐振频率，增大有效机电耦合系数，有利于高频宽带滤波器产品的开发。

在上述方案的基础上，本发明的一种薄膜体声波谐振器还可以做如下改进。

进一步，所述压电层的材质为氮化铝、铌酸锂或钽酸锂。

进一步，所述钝化层的材质为二氧化硅或氮化铝；

进一步，所述衬底的材质为硅、锗、蓝宝石、石英或碳化硅。

本发明的一种用于制备上述任一项所述的一种薄膜体声波谐振器的制备方法的技术方案如下：

制备二维材料层；

在衬底上开设凹槽，并在所述凹槽内填满牺牲材料，得到牺牲层；

将所述二维材料层中的第一预设区域内的第一子二维材料层转移到所述衬底上，且所述第一子二维材料层位于所述牺牲层的上表面，并对所述第一子二维材料层进行图形化，得到所述底电极；

在所述底电极上制备压电层；