一种声学谐振器及其制备方法和应用

专利2026-09-09  2


本发明属于声学滤波器领域,特别涉及一种声学谐振器及其制备方法和应用。


背景技术:

1、声学谐振器串、并联组成声学滤波器,因此声学滤波器的性能与声学谐振器的设计密切相关,为满足滤波器的带宽、带内平整度等性能要求,需要尽可能地对谐振器的机电耦合系数、各类杂波等进行优化设计。现有对谐振器进行优化设计的手段主要包括高阶模的抑制、带外杂波的抑制等,通过对谐振器的电极结构、面内旋转角以及压电薄膜切型等进行调整以达到滤波器所需谐振器的要求。

2、目前的技术主要有以下的缺点:

3、①金属电极的厚度为一个固定值:在对谐振器的电极进行优化设计时,增加电极负载有利于减弱纵向模式,其主要是通过将电极厚度设定为一个固定的值在单片上集成设计,再通过不断地仿真优化设计尝试获得最佳的一个电极厚度,需要重复实验的次数较多。

4、②谐振频率随电极结构改变:在对谐振器的电极结构进行优化设计时,如添加piston、采用变迹、倾斜电极等对谐振频率和机电耦合系数进行调控时,谐振频率和机电耦合系数同时随电极结构改变而发生改变。


技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种声学谐振器及其制备方法和应用,该声学谐振器通过改变金属电极的厚度可实现谐振器对不同机电耦合系数、谐振频率以及声速的需求。

2、本发明提供了一种声学谐振器,所述声学谐振器的结构包括:

3、提供一支撑衬底;

4、位于所述支撑衬底上方的sio2中间层;

5、位于所述sio2中间层上方的压电薄膜;

6、位于所述压电薄膜上方的金属电极;

7、所述金属电极由相同厚度或不同厚度的接地电极和信号电极组成或者由相同厚度或不同厚度的叉指电极和反射栅组成。

8、进一步的,所述接地电极和信号电极交错设置。

9、进一步的,所述叉指电极设置在中部,所述反射栅设置在两端。

10、优选的,所述金属电极的厚度范围为120~300nm,材料包括铝、铜、金、钛、镍、钼、铂中的一种或几种。

11、优选的,所述支撑衬底的厚度范围为10~500um,材料为硅、4h-碳化硅、6h-碳化硅或蓝宝石。

12、优选的,所述压电薄膜的厚度范围为300~1000nm,材料为铌酸锂或者钽酸锂。

13、优选的,所述压电薄膜的晶体切型为旋转y切,对应的欧拉角为(0,-β,0),也可以为x切,对应欧拉角为(α,-90,-90),其中α、β为任意角度。

14、本发明还提供了一种声学谐振器的制备方法,包括如下步骤:

15、(1)取压电薄膜进行离子注入(此过程会引入缺陷层);随后对支撑衬底进行清洗,对所述支撑衬底的表面进行激活处理,随后将所述压电薄膜、sio2中间层与所述支撑衬底按从上到下的顺序键合,得到异质集成衬底;

16、(2)对上述异质集成衬底进行退火,使得所述压电薄膜在缺陷层处分裂,完成剥离;然后对上述异质集成衬底的表面进行化学机械抛光;

17、(3)在所述压电薄膜上沉积光刻胶,使用电子束曝光图案化显影电极,沉积金属,形成接地电极和信号电极或叉指电极和反射栅;去除光刻胶,得到声学谐振器。

18、本发明还提供了一种声学谐振器在滤波器中的应用。

19、有益效果

20、(1)本发明通过改变金属电极的厚度可实现谐振器对不同机电耦合系数、谐振频率以及声速的需求。

21、(2)本发明通过调整接地电极和信号电极可进一步实现在谐振频率不发生改变的情况下对谐振器的机电耦合系数进行有效调节,进而可实现滤波器搭建所需不同机电耦合系数谐振器的单片集成。

22、(3)本发明通过对反射栅的厚度进行调控,可实现对谐振主模右侧高阶模的有效抑制,从而在滤波器设计中,使得高阶模远离滤波器通带或大大减弱其对滤波器通带的影响。



技术特征:

1.一种声学谐振器,其特征在于:所述声学谐振器的结构包括:

2.根据权利要求1所述的声学谐振器,其特征在于:所述接地电极(4)和信号电极(5)交错设置。

3.根据权利要求1所述的声学谐振器,其特征在于:所述叉指电极(6)设置在中部,所述反射栅(7)设置在两端。

4.根据权利要求1所述的声学谐振器,其特征在于:所述金属电极的厚度范围为120~300nm,材料包括铝、铜、金、钛、镍、钼、铂中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的声学谐振器,其特征在于:所述支撑衬底(1)的厚度范围为10~500um,材料为硅、4h-碳化硅、6h-碳化硅或蓝宝石。

6.根据权利要求1所述的声学谐振器,其特征在于:所述压电薄膜(3)的厚度范围为300~1000nm,材料为铌酸锂或者钽酸锂。

7.一种声学谐振器的制备方法,包括如下步骤:

8.一种如权利要求1所述的声学谐振器在滤波器中的应用。


技术总结
本发明涉及一种声学谐振器及其制备方法和应用,所述声学谐振器的结构包括:提供一支撑衬底(1);位于所述支撑衬底(1)上方的SiO<subgt;2</subgt;中间层(2);位于所述SiO<subgt;2</subgt;中间层(2)上方的压电薄膜(3);位于所述压电薄膜(3)上方的金属电极;所述金属电极由相同厚度或不同厚度的接地电极(4)和信号电极(5)组成或者由相同厚度或不同厚度的叉指电极(6)和反射栅(7)组成。本发明通过改变金属电极的厚度可实现谐振器对不同机电耦合系数、谐振频率以及声速的需求。

技术研发人员:欧欣,田雪娣,张师斌,郑鹏程,姚虎林
受保护的技术使用者:中国科学院上海微系统与信息技术研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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