[发明专利]一种单晶薄膜体声波谐振器及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种单晶薄膜体声波谐振器及其制备方法和应用。该谐振器按照从下向上的顺序依次包括衬底层、布拉格反射层、第一键合层、第二键合层、压电层和电极层；所述电极层的宽度小于所述压电层；所述谐振器还包括第一氧化硅层和第二氧化硅层，所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层分别包围所述第一键合层和所述第二键合层设置，所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层内分别设有若干个水平排列的第一空气孔和若干个水平排列的第二空气孔；若干个所述第一空气孔与若干个所述第二空气孔一一对应并相通；所述压电层材料为AlN或者铌酸锂。本发明的谐振器可以提高品质因数并降低功率损耗。

技术领域

本发明涉及体声波谐振器技术领域，具体涉及一种单晶薄膜体声波谐振器及其制备方法和应用。

背景技术

无线通信技术的发展对射频前端器件提出了微型化、高频化的要求，然而传统的陶瓷介质滤波器由于体积较大无法满足集成的要求，而声表面波滤波器则由于加工工艺的限制，无法满足高频的条件。薄膜体声波谐振器通过压电效应将波长极大的电学信号转换成为波长较小的声学信号，声波在上下两个电极和空气的交界面发生全反射，形成干涉效应。通过控制压电薄膜的厚度可以控制滤波器的频率，随着半导体技术的革新与发展，压电材料的厚度可以控制在几百纳米，因此薄膜体声波谐振器适合应用于高频和微型化的场景中。传统的体声波谐振器由于结构上的缺陷容易受到牺牲层释放溶液的腐蚀，性能较差。同时一部分声波会通过压电材料泄露到周围的衬底中，品质因数较低。而传统的薄膜体声波谐振器的压电材料多为多晶材料，多晶压电材料缺陷密度高，也会造成降低谐振器的品质因数。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种单晶薄膜体声波谐振器及其制备方法和应用，解决了现有单晶薄膜体声波谐振器存在的品质因数低、插入损耗大的问题。本发明的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种单晶薄膜体声波谐振器，按照从下向上的顺序依次包括衬底层、布拉格反射层、第一键合层、第二键合层、压电层和电极层；所述电极层的宽度小于所述压电层；所述谐振器还包括第一氧化硅层和第二氧化硅层，所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层分别包围所述第一键合层和所述第二键合层设置，所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层内分别设有若干个水平排列的第一空气孔和若干个水平排列的第二空气孔；若干个所述第一空气孔与若干个所述第二空气孔一一对应并相通；所述压电层材料为AlN或者铌酸锂。

可选地，所述衬底层材料为硅。

进一步地，所述布拉格反射层为2层以上结构，由钼层和氧化硅层形成。

优选地，所述布拉格反射层的层数为9层。

进一步地，所述第一键合层和所述第二键合层的材料分别为Au和Sn，厚度在100～700nm之间。

进一步地，所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层的厚度在100～700nm之间。

进一步的，所述第一空气孔和所述第二空气孔呈水平阵列排布。

可选地，所述第一空气孔和所述第二空气孔的数量为2个以上。

优选地，所述第一空气孔和所述第二空气孔的数量为6个。

进一步地，所述第一空气孔和所述第二空气孔中，相邻空气孔之间的间距为声波波长的四分之一。

第二方面，本发明提供一种单晶薄膜体声波谐振器的制备方法，包括以下步骤：

(1)准备2个衬底层：第一衬底层和第二衬底层，首先在第一衬底层表面制备布拉格反射层；

(2)在布拉格反射层上面磁控溅射第一键合层并进行图形化处理，在第一键合层周围制备第一氧化硅层，并在第一氧化硅层中制备周期性排列的第一空气孔；

(3)在第二衬底层表面制备AlN压电层或者铌酸锂压电层；