具有波限制结构的板波装置和制造方法与流程

文档序号:13426476
具有波限制结构的板波装置和制造方法与流程

本申请要求2014年12月17日提交的美国临时专利申请号62/093,184和2014年12月18日提交的美国临时专利申请号62/093,753的优先权。前述申请的全部内容据此以引用的方式并入本文如同全文展现。

技术领域

本公开涉及利用压电层中的声波传播的机电部件,并且特别地涉及改进的板波结构和制造这种结构的方法。例如,可以在射频传输电路、传感器系统、信号处理系统等中使用这种结构。



背景技术:

微机电系统(MEMS)装置具有多种类型并且在广泛的应用内利用。可以在诸如射频(RF)电路的应用中使用的一种类型的MEMS装置是MEMS振动装置(也称为谐振器)。MEMS谐振器通常包括振动体,其中压电层与一个或多个导电层接触。压电材料在被压缩、扭曲或变形时获取电荷。这种属性提供了电与机械振荡或振动之间的传感器效应。在MEMS谐振器中,声波可以在交流电信号的情况下在压电层中激发,或弹性波在压电材料中的传播可导致电信号的生成。可以通过连接到MEMS谐振器装置的电路来利用压电层的电特性的改变以便执行一个或多个功能。

导波谐振器包括MEMS谐振器装置,其中声波被限制在结构的一部分中(诸如压电层中)。可以通过在固体/空气界面处的反射、或通过能够反射声波的声反射镜(例如,称为布拉格反射镜的层堆叠)来提供限制。这种限制可以显着地减少或避免声辐射在衬底或其他载体结构中的耗散。

已知各种类型的MEMS谐振器装置,包括结合叉指式换能器(IDT)电极和周期性极化换能器(PPT)以用于横向激发的装置。在转让给RF微装置(Greensboro,NC,USA)的美国专利号7,586,239、美国专利号7,898,158和美国专利8,035,280中公开了这种装置的实例,其中前述专利的内容由此通过引用并入本文。这些类型的装置在结构上类似于膜体声学谐振器(FBAR)装置,因为它们各自体现悬挂压电膜。由于结构中的不良热传导,因此这种装置(特别包括IDT型装置)受指状物电阻率和功率处理的限制。附加地,IDT型和PPT型膜装置可能需要严格的封装,诸如具有接近真空环境的密封式封装。

板波(也称为兰姆波)谐振器装置也是已知的,诸如在Reinhardt等人(“Reinhardt”)的美国专利申请公开号2010-0327995 A1中所描述的。与表面声波(SAW)装置相比,板波谐振器可以在硅或其他衬底上制造,并且可以更容易地集成到射频电路中。Reinhardt公开了一种多频板波型谐振器装置,其包括硅衬底、构成布拉格反射镜的沉积层堆叠(例如,SiOC、SiN、SiO2和Mo)、沉积AIN压电层、以及SiN钝化层。根据Reinhardt,至少一个谐振器包括微分层,其被布置成修改谐振器的耦合系数以便具有确定的有用带宽。Reinhardt教学的一个限制是:AIN压电材料(例如,经由外延)在具有非常不同的晶格结构的下层材料上沉积通常排除了单晶材料的形成;相反,通常会产生与完美取向在某种程度上偏离的较低质量的材料。另一个限制是:Reinhardt的方法似乎不能在单个衬底上产生具有广泛不同(例如,八度音差)频率的谐振器。另外,至少在某些情况下,生产具有一致高重现性的层厚度的布拉格反射镜可能是麻烦的。

因此,需要可以有效地制造的导波装置。理想的装置将解决与膜型装置相关联的热传导和严格封装问题。还需要提供可以包含高质量压电材料的装置。还需要可以能够在单个衬底上产生广泛不同频率的装置。

发明概要

本公开提供了一种微机电系统(MEMS)导波装置,其利用单晶压电层、以及被配置成将横向激发波限制在单晶压电层中的至少一个导波限制结构。可以提供一个或多个导波限制结构。一个导波限制结构可以包括快波传播材料。可替代地,一个导波限制结构可以包括通过慢波传播层或温度补偿层与单晶压电层分离的布拉格反射镜。在任一实例中,另一个导波限制结构可以包括快波传播材料或布拉格反射镜。单晶压电材料(例如,铌酸锂、钽酸锂等)可以并入这种装置中,诸如通过预制,然后粘结到导波装置的至少一个下层以便形成粘结界面。布置在单晶压电层中或其上的多个电极被配置用于横向声波的转换。

在某些情况下与布拉格反光镜的生产相比,结合快波传播材料以提供导波限制的实施方案可以从易于制造中获益。至少一个布拉格反射镜可以在某些实施方案中使用,诸如可用于定制波反射参数,并且在限制非常高速声波的情况下也可以是有用的。某些实施方案将快波传播材料结合到压电材料的一个(例如,第一)表面上或邻近其,并且邻近压电材料的另一个(例如,第二)表面结合布拉格反射镜。

结合本文公开的各种电极配置的导波装置包括但不限于:单独的单层共面叉指式换能器(IDT)、单独的多层共面IDT、与连续层电极(例如,可用作浮动电极或短路电极以便能够发射不对称波)组合的IDT、至少部分地嵌入在压电层中的IDT、非共面IDT、与单晶压电层段对准的IDT、以及周期性极化换能器(PPT)。在某些实施方案中,电极可以部分地嵌入在其中,和/或各种电极之间的间隙可以全部或部分地填充有:(i)压电材料、或(ii)慢波传播材料和/或温度补偿材料。由IDT转换的声波的波长λ等于相反极性的相邻电极(指状物)之间的间距或分离距离的两倍,并且波长λ也等于相同极性的最近电极(指状物)之间的分离距离。

在某些实施方案中,MEMS导波装置采用单侧限制,其中至少一个限制结构被设置成邻近单晶压电层的第一表面,并且其中固体/空气界面被设置成邻近单晶压电层的第二相对表面。在其他实施方案中,MEMS导波装置采用双侧限制,其中第一和第二限制结构分别被设置成接近单晶压电层的第一和第二相对表面附近。

在一个方面中,MEMS导波装置包括多个电极,所述多个电极布置在单晶压电层中或其上,并且被配置用于转换单晶压电层中的横向声波。布置成接近单晶压电层的至少一个导波限制结构将具有波长λ的横向激发波限制在单晶压电层中。至少一个导波限制结构包括快波传播层,并且每个导波限制结构包括小于5λ的厚度。在某些实施方案中,粘结界面设置在单晶压电层与装置的至少一个下层 (诸如导波限制结构、任选提供的慢波传播层、或衬底) 之间。

在某些实施方案中,单晶压电层包括第一表面和与第一表面相对的第二表面,至少一个导波限制结构包括接近第一表面的第一导波限制结构,并且包括接近第二表面的第二导波限制结构。在某些实施方案中,第一导波限制结构包括第一快波传播层,并且第二导波限制结构包括布拉格反射镜或第二快波传播层。在某些实施方案中,至少一个慢波传播层可以设置在至少一个导波限制结构与单晶压电层之间。在某些实施方案中,可以提供第一和第二慢波传播层,其中第一慢波传播层布置在压电层的第一表面与第一导波限制结构之间,并且其中第二慢波传播层布置在压电层的第二表面与第二导波限制结构之间。在某些实施方案中,至少一个(或每个)慢波传播层包括与至少一个导波限制结构的每层厚度不同的厚度。在某些实施方案中,多个电极布置在至少一个慢波传播层中并且与单晶压电层接触。在某些实施方案中,第一IDT包括第一极性的第一组电极、以及与第一极性相反的第二极性的第二组电极。在某些实施方案中,第二组电极可以布置在压电层中的多个凹陷区中,并且被布置成与第一组电极非共面。 在某些实施方案中,至少一个功能层可以被布置成至少部分地覆盖至少一些电极。在某些实施方案中,第一叉指式换能器(IDT)布置在压电层的第一表面上或其中(例如至少部分地嵌入其中),任选地与布置在压电层的第二表面上或其中的第二IDT组合。在某些实施方案中,组合的多个电极和压电层体现周期性极化换能器(PPT),其中至少一个慢波传播层设置在PPT与至少一个导波限制结构之间。

在另一个方面中,MEMS导波装置包括多个电极,所述多个电极布置在单晶压电层中或其上,并且被配置用于转换单晶压电层中的横向声波。至少一个导波限制结构包括接近压电层的布拉格反射镜,其中布拉格反射镜被配置成将横向激发波限制在单晶压电层中,并且布拉格反射镜通过慢波传播层与单晶压电层分离。在某些实施方案中,布拉格反射镜包括至少一组至少一个低阻抗层和至少一个高阻抗层,并且至少一个低阻抗层与至少一个高阻抗层顺序地布置在至少一个组中。在某些实施方案中,单晶压电层中的横向激发波具有波长λ,并且至少一个导波限制结构的每个导波限制结构包括小于5λ的厚度。在某些实施方案中,粘结界面设置在单晶压电层与装置的至少一个下层 (诸如导波限制结构、或慢波传播层、或衬底) 之间。

在某些实施方案中,单晶压电层包括第一表面和与第一表面相对的第二表面,至少一个导波限制结构包括接近第一表面的第一导波限制结构,并且包括接近第二表面的第二导波限制结构。在某些实施方案中,第一导波限制结构包括第一布拉格反射镜,并且第二导波限制结构包括快波传播材料或第二布拉格反射镜。在某些实施方案中,可以提供第一和第二慢波传播层,其中第一慢波传播层布置在压电层的第一表面与第一导波限制结构之间,并且其中第二慢波传播层布置在压电层的第二表面与第二导波限制结构之间。在某些实施方案中,至少一个(或每个)慢波传播层包括与至少一个导波限制结构的每层厚度不同的厚度。在某些实施方案中,多个电极布置在至少一个慢波传播层中并且与单晶压电层接触。在某些实施方案中,第一IDT包括第一极性的第一组电极、以及与第一极性相反的第二极性的第二组电极。在某些实施方案中,第二组电极可以布置在压电层中的多个凹陷区中,并且被布置成与第一组电极非共面。在某些实施方案中,至少一个功能层可以被布置成至少部分地覆盖至少一些电极。在某些实施方案中,第一叉指式换能器(IDT)布置在压电层的第一表面上或其中(例如至少部分地嵌入其中),任选地与布置在压电层的第二表面上或其中的第二IDT组合。在某些实施方案中,组合的多个电极和压电层体现周期性极化换能器(PPT),其中至少一个慢波传播层设置在PPT与至少一个导波限制结构之间。

在另一个方面中,MEMS导波装置包括多个电极,所述多个电极布置在单晶压电层中或其上,并且被配置用于转换单晶压电层中的横向声波。布置成接近单晶压电层的至少一个导波限制结构将具有波长λ的横向激发波限制在单晶压电层中,其中每个导波限制结构包括小于5λ的厚度。导波装置包括以下特征(i)和(ii)中的至少一个:(i)至少一个导波限制结构包括快波传播层,或(ii)至少一个导波限制结构包括布拉格反射镜,其中布拉格反射镜通过慢波传播层与单晶压电层分离。在某些实施方案中,导波装置缺乏电极与至少一个(或每个)导波限制结构之间的接触。在某些实施方案中,导波限制结构与单晶压电层之间的间隔可以设置有至少一个慢波传播层和/或温度补偿层(其中在适当情况下,两个实体可以任选地由单个材料提供),其中提供这种间隔的层可以体现与至少一个导波限制结构的每层厚度不同的厚度。粘结界面优选地布置在单晶压电层与至少一个下层(诸如但不限于,(i)至少一个导波限制结构中的导波限制结构、或者(ii)布置在单晶压电层与至少一个导波限制结构中的导波限制结构之间的任选提供的慢波传播层) 之间。

在另一个方面中,MEMS导波装置的单晶压电层包括:不同的第一厚度区和第二厚度区;第一组电极,其布置在第一厚度区上或邻近第一厚度区,并且被配置成用于在第一厚度区中转换具有波长λ1的第一横向声波;以及第二组电极,其布置在第二厚度区上或邻近第二厚度区,并且被配置用于在第二厚度区中转换具有波长λ2的第二横向声波,其中λ1与λ2不同。装置还包括至少一个导波限制结构,其被配置成将第一横向声波限制在第一厚度区中,并且被配置成将第二横向声波限制在第二厚度区中。在某些实施方案中,至少一个导波限制结构包括快波传播材料。在某些实施方案中,至少一个导波限制结构包括布拉格反射镜,其具有至少一组至少一个低阻抗层和至少一个高阻抗层,其中至少一个低阻抗层与至少一个高阻抗层顺序地布置在至少一个组中。在某些实施方案中,布拉格反射镜通过温度补偿层与单晶压电层分离。

在某些实施方案中,第一组电极和第二组电极包括第一IDT和第二IDT,和/或第一组电极和第二组电极相对于彼此是非共面的。在某些实施方案中,至少一个温度补偿层设置在至少一个导波限制结构以压电层的至少一部分之间。任选地,温度补偿层可以包括接近压电层的第一厚度区的第一温度补偿层厚度,并且可以包括接近压电层的第二厚度区的第二温度补偿层厚度。在某些实施方案中,温度补偿层也可以体现慢波传播材料。

在某些实施方案中,本文公开的MEMS导波装置还包括载体衬底,其厚度大于限制在单晶压电层中的横向激发波的波长λ的5倍,其中至少一个导波限制结构布置在载体衬底与压电层之间。在某些实施方案中,MEMS导波装置被牢固地安装到载体衬底上,或者MEMS导波装置的部分可以悬挂在载体衬底上方并通过中间腔分离。在其他实施方案中,本文公开的MEMS导波装置缺乏载体衬底。

在另一个方面中,MEMS导波装置包括分段单晶压电层,其中多个电极布置在其中或其上并且被配置成用于在压电层中转换具有波长λ的横向声波,其中多个电极包括第一电极的分段层。至少一个导波限制结构(优选地具有小于5λ的厚度)被布置成接近分段压电层,并且被配置成将横向声波限制在分段压电层中。附加地,分段单晶压电层的段与第一电极的分段层的段基本上对准(例如,重叠)。在某些实施方案中,附加地提供第二电极(例如,包括基本上连续的层、或不连续或分段的层),诸如沿着与压电层的与第一电极分段层接触的第一表面相对的压电层的第二表面。在某些实施方案中,提供了第一和第二导波限制结构,并且第一电极的分段层的段之间的间隙、以及分段单晶压电层的段之间的间隙填充有慢波传播材料和/或温度补偿材料。在某些实施方案中,慢波传播材料层和/或温度补偿材料层可以设置在(i)第一电极的分段层与(ii)第一导波限制结构或第二导波限制结构中的至少一个之间。

在另一个方面中,提供了一种制造微机电系统(MEMS)导波装置的方法,所述装置包括具有不同厚度区的单晶压电材料。单晶压电层局部变薄以限定厚度不同的第一厚度区和第二厚度区。局部变薄的压电层粘结在下层(例如,以下中的至少一个:(i)快波传播层;(ii)布拉格反射镜、或(iii)衬底)上或上方以便提供内部粘结界面。可以使用本领域已知的晶片粘结技术来执行这种粘结。第一组电极和第二组电极分别限定在第一厚度区和第二厚度区上或邻近其,以用于在第一厚度区中转换具有第一波长λ1的第一横向声波,并且以用于在第二厚度区中转换具有第二波长λ2的第二横向声波。在某些实施方案中,压电层的一个或多个表面在粘结之前被平面化(例如,作为粘结准备步骤),和/或在粘结之后被平面化(例如,以便调整压电层的厚度)。在某些实施方案中,温度补偿层可以设置在压电层下方,其中温度补偿层任选地包括彼此不同的第一温度补偿层厚度区和第二温度补偿层厚度区。在某些实施方案中,温度补偿材料沉积在第一厚度区或第二厚度区中的至少一个的表面上或上方。

在另一个方面中,可以组合任何前述方面和/或如本文所述的各种单独的方面和特征以用于获得附加的优点。如本文所公开的任何不同特征和元素可与一个或多个其他公开的特征和元素结合,除非本文表明有相反的意思。

本领域的技术人员在结合附图阅读以下详细描述之后,将了解本发明的范围并且认识到其另外方面。

附图简述

并入且形成本说明书一部分的附图示出本发明的几个方面,并且连同描述内容一起用来解释本发明的原理。

图1是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的透视图,所述MEMS导波装置包括布置在压电层上方的IDT和两个反射器光栅、任选的慢波传播层和导波限制结构。

图2是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的透视图,所述MEMS导波装置包括布置在压电层的部分上方的IDT和悬挂在锚定件之间的导波限制结构。

图3是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的透视图,所述MEMS导波装置包括布置在压电层的部分上方的IDT和通过窄机械支撑件悬挂在锚定件之间的导波限制结构。

图4是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括布置在压电层上方的以IDT形式的顶侧电极、慢波传播层、用作单侧导波限制结构的快波传播层、以及载体衬底。

图5是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括布置在压电层上方的以IDT形式的顶侧电极、慢波传播层、用作单侧导波限制结构的布拉格反射镜、以及载体衬底。

图6是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括仅布置在压电层的一个面上的以IDT形式的电极,其中慢波传播层夹持电极和压电层,并且由第一和第二快波传播层提供两侧导波限制。

图7是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括布置在压电层的一个面上的以IDT形式的电极,其中慢波传播层夹持电极和压电层,并且由第一和第二布拉格反射镜提供两侧导波限制。

图8是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括分别布置在压电层的第一面和第二面上的以第一和第二IDT形式的电极,其中慢波传播层夹持电极和压电层,并且由第一和第二快波传播层提供两侧导波限制。

图9是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括分别布置在压电层的第一面和第二面上的以第一和第二IDT形式的电极,其中慢波传播层夹持电极和压电层,并且由第一和第二布拉格反射镜提供两侧导波限制。

图10是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括仅布置在慢波传播层内的压电层的一个面上的以IDT形式的电极,并且其中由快波传播层提供单侧导波限制。

图11是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括仅布置在慢波传播层内的压电层的一个面上的以IDT形式的电极,并且其中由布拉格反光镜提供单侧导波限制。

图12是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括嵌入压电层中并延伸通过压电层的整个厚度的以IDT形式的电极,其中慢波传播层夹持电极和压电层,并且由第一和第二快波传播层提供两侧导波限制。

图13是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括嵌入压电层中并延伸通过压电层的整个厚度的以IDT形式的电极,其中慢波传播层夹持电极和压电层,并且由第一和第二布拉格反光镜提供两侧导波限制。

图14是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括嵌入压电层的单个面中的以IDT形式的电极,其中慢波传播层与电极和压电层接触,并且由快波传播层提供单侧导波限制。

图15是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括嵌入压电层的单个面中的以IDT形式的电极,其中慢波传播层与电极和压电层接触,并且由布拉格反光镜提供单侧导波限制。

图16是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括具有夹持压电层(其具有交替极性区)的电极层的周期性极化换能器(PPT),并且还包括慢波传播层、用作单侧导波限制结构的快波传播层、以及载体衬底。

图17是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括具有夹持压电层(其具有交替极性区)的电极层的PPT,并且还包括慢波传播层、用作单侧导波限制结构的布拉格反射镜、以及载体衬底。

图18是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括具有夹持压电层(其具有交替极性区)的电极层的PPT,并且还包括夹持PPT的慢波传播层、用作两侧导波限制结构的第一和第二快波传播层、以及载体衬底。

图19是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括具有夹持压电层(其具有交替极性区)的电极层的PPT,并且还包括夹持PPT的慢波传播层、用作两侧导波限制结构的第一和第二布拉格反射镜、以及载体衬底。

图20是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括布置在连续电极和与压电层对准的分段电极之间的分段压电层,其中所述装置包括慢波传播层、用作单侧波限制结构的快波传播层、以及载体衬底。

图21是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括布置在连续电极和与压电层对准的分段电极之间的分段压电层,其中所述装置包括慢波传播层、用作单侧波限制结构的布拉格反射镜、以及包括载体衬底。

图22是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括布置在连续电极和与压电层对准的分段电极之间的分段压电层,其中所述装置包括慢波传播材料,其(i)位于分段压电层与分段电极之间,并且(ii)夹持电极,包括用作两侧波限制结构的快波传播层,并且包括载体衬底。

图23是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括布置在连续电极和与压电层对准的分段电极之间的分段压电层,其中所述装置包括慢波传播材料,其(i)位于分段压电层与分段电极之间,并且(ii)夹持电极,包括用作两侧波限制结构的布拉格反射镜,并且包括载体衬底。

图24是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括嵌入压电层中并延伸通过压电层的整个厚度的以IDT形式的电极,其中慢波传播层夹持电极和压电层,其中由布置在压电层下方的快速波传播层和布置在压电层上方的布拉格反射镜提供两侧导波限制,并且具有载体衬底。

图25是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括嵌入压电层中并延伸通过压电层的整个厚度的以IDT形式的电极,其中慢波传播层夹持电极和压电层,其中由布置在压电层下方的布拉格反射镜和布置在压电层上方的快速波传播层提供两侧导波限制,并且具有载体衬底。

图26是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括以IDT形式的电极,其中某些电极沉积在压电层中限定的凹槽中,并且其他电极沉积在压电层的顶部,其中所述装置还包括慢波传播层、由快波传播层提供的单侧导波限制和载体衬底。

图27是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括以IDT形式的电极,其中某些电极沉积在压电层中限定的凹槽中,并且其他电极沉积在压电层顶上,其中所述装置还包括慢波传播层、由布拉格反光镜提供的单侧导波限制和载体衬底。

图28是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括以IDT形式的电极,其中某些电极沉积在压电层中限定的凹槽中,并且其他电极沉积在压电层顶上,其中慢波传播层夹持电极和压电层,其中由布置在慢波传播层上方和下方的快波传播层提供两侧导波限制,以及具有载体衬底。

图29是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括以IDT形式的电极,其中某些电极沉积在压电层中限定的凹槽中,并且其他电极沉积在压电层顶上,其中慢波传播层夹持电极和压电层,其中由布置在慢波传播层上方和下方的布拉格反射镜提供两侧导波限制,以及具有载体衬底。

图30是根据本公开的一个实施方案的在制造期间的MEMS导波装置的子组件的侧剖视图,其在使压电层局部变薄以便限定具有填充有温度补偿材料的较薄区的第一和第二厚度区之后,并且在将压电层晶片粘结到包括布置在快波传播层和载体衬底上方的温度补偿层的子组件之前。

图31是根据本公开的一个实施方案的通过图30所示的子组件生产的MEMS导波装置的侧剖视图,其在压电层外表面的晶片粘结、平面化/变薄,以及基本共面的第一组电极和第二组电极分别沉积在压电层的第一厚度区和第二上方之后。

图32是根据本公开的一个实施方案的在制造期间的MEMS导波装置的子组件的侧剖视图,其在使压电层局部变薄以便限定具有填充有温度补偿材料的较薄区的第一和第二厚度区之后,并且在将压电层晶片粘结到包括布置在布拉格反射镜和载体衬底上方的温度补偿层的子组件之前。

图33是根据本公开的一个实施方案的通过图32所示的子组件生产的MEMS导波装置的侧剖视图,其在压电层外表面的晶片粘结、平面化/变薄,以及基本共面的第一组电极和第二组电极分别沉积在压电层的第一厚度区和第二上方之后。

图34是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括分别布置在压电层的第一厚度区和第二厚度区上的基本上共面的第一组电极和第二组电极,所述压电层布置在温度补偿层上,所述温度补偿层分别具有位于压电层的第一厚度区和第二厚度区下面的第一和第二温度补偿层厚度,所述压电层布置在快波传播层上,所述快波传播层具有位于第一和第二温度补偿层厚度区下面的第一和第二快波传播层厚度并且提供导波限制效用,并且所述压电层布置在载体衬底上。

图35是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括分别布置在界定压电层的第一厚度区和第二厚度区的非共面上表面上的非共面的第一组电极和第二组电极,所述压电层布置在温度补偿层、提供单侧导波限制效用的快波传播层和载体衬底上。

图36是根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置的侧剖视图,所述MEMS导波装置包括分别布置在界定压电层的第一厚度区和第二厚度区的非共面上表面上的非共面的第一组电极和第二组电极,所述压电层布置在温度补偿层、提供单侧导波限制效用的布拉格反光镜和载体衬底上。

详细描述

下文陈述的实施方案代表使得本领域技术人员能够实践本发明的必要信息,并且示出实践本发明的最佳模式。在根据附图来阅读以下描述之后,本领域技术人员将了解本发明的概念,并且将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。应理解,这些概念和应用属于本公开和随附权利要求书的范围内。

应了解,虽然在本文中可能使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件,但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如,在不脱离本公开的范围的情况下,第一元件可称为第二元件,并且类似地,第二元件可称为第一元件。如本文所使用,术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

诸如“以下”或“以上”或“上”或“下”或“水平”或“垂直”的相对术语可在本文中使用,以便描述如图所示的一个元件、层、或区域与另一个元件、层、或区域的关系。将理解,这些术语和上文所论述的那些术语意图涵盖装置的除图中所述的取向之外的不同取向。

本文中使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的,而且并不意在限制本公开。除非上下文明确地指出,否则本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”意欲同样包括复数形式。还应理解,当在本文中使用时,术语“包括”(“comprises”、“comprising”、“includes”和/或“including”)指明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件,但并不排除存在或者增添一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。如本文所使用的,应用于指定层或元件的术语“接近”和“邻近”是指接近或靠近另一层或元件的状态,并且包括一个或多个中间层或元件的可能存在,而不一定要求指定的层或元件直接在另一层或元件上或直接与另一层或元件接触,除非本文另有规定。

除非另外定义,本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)与本公开所属领域普通技术人员一般理解的具有相同的含义。还应当理解的是,本文使用的术语应解释为具有与在本说明书的上下文和相关领域中的它们的意义一致的意义,并且除非本文明确如此定义,将不在理想化或过度形式化意义上解释。

在一个放慢中,本公开涉及一种微机电系统(MEMS)导波装置,其利用单晶压电层、以及被配置成将横向激发波限制在单晶压电层中的至少一个导波限制结构(例如,快波传播层或布拉格反射镜)。这种限制可以显着地减少或避免声辐射在衬底或其他载体结构中的耗散。MEMS导波装置可能具有主要的横向振动。单晶压电层可以包括钽酸锂或铌酸锂,并且可以提供具有精确尺寸和形状的振动结构,这可以提供高准确度,并且(在至少某些实施方案中)可以使得能够在单个衬底上制造具有不同谐振频率的多个谐振器。

本文所述的优选MEMS导波装置的振动结构由单晶压电材料形成,并且使用机械有效的MEMS构造。在低温度系数的频率下,这种振动结构可能是高Q值、低损耗、稳定的,具有高机电耦合效率,具有高重复性,并且低运动阻抗。在某些实施方案中,可以使用单晶压电材料的非标准(例如,偏离切割)晶体取向来提供特定的振动特性(诸如低频率温度系数、高机电耦合系数或两者)。由于使单晶压电材料在非晶格匹配材料上生长(例如,通过外延)是非常困难的,因此在优选实施方案中,单晶压电材料被预制(例如,通过坯料的生长,然后形成薄晶片)、表面修饰(例如,通过化学机械平面化(CMP)和抛光以提供近原子级平坦度)、并且粘结到一个或多个下层-诸如可以包括导波限制结构,其任选地覆盖有提供慢波传播和/或温度补偿效用的层,并且任选地由载体衬底支撑。可以使用本领域已知的任何合适的晶片粘结技术,诸如可以依赖范德华氏键、氢键、共价键和/或机械互锁。在某些实施方案中,可以使用直接粘结。在某些实施方案中,粘结可以包括一个或多个表面活化步骤(例如,等离子体处理、化学处理和/或其他处理方法),然后是施加热和/或压力,任选地随后是一个或多个退火步骤。这种粘结导致在压电层与至少一个下层之间形成粘结界面。在某些实施方案中,粘结界面可以包括布置在压电层的表面的至少一部分(或整体)上的至少一个中间层。可以在压电层中或其上限定合适的电极,以用于在其中转换至少一个横向声波。可以在压电层上进一步提供一个或多个附加层(例如,提供附加(两侧)导波限制效用的一个或多个层、以及提供慢波传播效用的一个或多个层)。

在某些实施方案中,复合物牢固地安装到载体衬底上,所述复合物包括单晶压电层、至少一个导波限制结构和电极(任选地与提供本文公开的慢波传播和/或温度补偿效用的一个或多个附加层组合)。在其他实施方案中,这种复合物的至少一部分可以悬挂在载体衬底上方,其间布置有间隙。根据优选实施方案,如本文所述,在没有至少一个附加层的情况下,压电层的部分不会悬挂在其本身上。在此方面,与膜型装置相反,本公开涉及适于横向波传播的板型或准板式导波装置。在某些实施方案中,本文所描述的装置可用于准剪切水平波、准纵波和/或厚度外延(FBAR型)波的传播。

术语“快波传播材料”或“快波传播层”是指感兴趣的声波在其中比在声波被转换的附近压电层中更快地行进的材料或层。类似地,术语“慢波传播材料”或“慢波传播层”是指感兴趣的声波在其中比在声波被转换的附近压电层中更慢地行进的材料或层。根据某些实施方案可以使用的快波传播材料的实例包括(但不限于)金刚石、蓝宝石、氮化铝、碳化硅、氮化硼和硅。根据某些实施方案可以使用的慢波传播材料的实例包括(但不限于)二氧化硅。

本文公开的某些实施方案使用声学布拉格反射镜(也称为布拉格反射器)。布拉格反射镜包括至少一组至少一个低阻抗层(例如,二氧化硅)和至少一个高阻抗层(例如,钨或二氧化铪),其中至少一个低阻抗层与至少一个高阻抗层顺序地布置在至少一个组中。在布拉格反光镜中使用的交替阻抗层的组数取决于所需的全反射系数。

本文公开的单晶压电层优选地的厚度不大于在压电层中转换的横向声波的波长λ的2倍(更优选地不大于波长的1倍或不大于波长的0.5倍)。如本文所公开的,被布置成接近单晶压电层的导波限制结构优选地包括小于5λ的厚度(例如,在1λ至5λ的范围内)。(在布拉格反射镜内,每个层可以包括约0.25λ至0.5λ量级的厚度)如果提供的话,任何任选的慢波传播层可以具有高达约1λ的范围内的单独厚度,并且可以优选地小于约0.5λ或小于约0.25λ。在某些实施方案中,每个慢波传播层的厚度可以小于邻近单晶压电层的厚度。这个优选导波限制结构厚度将与可根据某些实施方案提供的载体衬底形成对比,其中这种载体衬底优选地包括大于5λ的厚度(或在不同频率的多个谐振器设置在单个导波装置中的实施方案中为最大波长的五倍)。在适用于本文所述的任何结构的替代性实施方案中,然而,快层可以具有大于5λ的厚度,并且可以体现具有任何必需或期望厚度的衬底。当提供时,至少一个功能层(例如,提供慢波传播和/或热补偿效用)可期望地具有不大于2λ的厚度,和/或与至少一个导波限制结构的每层厚度不同的厚度。

虽然铌酸锂和钽酸锂是特别优选的压电材料,但在某些实施方案中,可以使用任何合适的压电材料,诸如石英、压电陶瓷、或沉积的压电材料(诸如氮化铝或氧化锌)。

本文公开的导波装置可以结合如附图所示和本文描述的电极配置和导波限制结构配置的各种组合。在某些实施方案中,电极相对于压电层的中心厚度对称布置(例如,布置在压电层的上方和下方、或者沿在压电层的上表面与下表面之间等距的板嵌入)以用于对称导波激发。在其他实施方案中,电极相对于压电层的中心厚度非对称地布置以用于非对称导波激发。在某些实施方案中,如本文所公开的MEMS导波装置采用单侧限制,其中至少一个限制结构被设置成邻近单晶压电层的第一表面,并且其中固体/空气界面被设置成邻近单晶压电层的第二相对表面。单侧限制可以与对称激发或不对称激发组合使用。在其他实施方案中,如本文所公开的MEMS导波装置可采用两侧或两侧限制,其中第一和第二限制结构分别被设置成接近单晶压电层的第一和第二相对表面附近。在某些实施方案中,第一导波限制结构接近压电层的第一表面,并且第二导波限制结构接近压电层的第二表面。两侧限制可以与对称激发或不对称激发组合使用。根据某些实施方案可以采用的电极配置包括但不限于:单独的单层共面叉指式换能器(IDT)、单独的多层共面IDT、与沿着压电层的第二表面的电极(例如,可用作浮动或短路电极、或分段或不连续电极的连续层电极)组合的IDT、至少部分嵌入在压电层中的IDT、非共面IDT、与单晶压电层段对准的IDT、以及周期性极化换能器(PPT)。在某些实施方案中,电极可以部分地嵌入在其中,和/或各种电极之间的间隙可以全部或部分地填充有:(i)压电材料、或(ii)慢波传播材料和/或温度补偿材料。

对于涉及本文公开的两侧限制的每个实施方案,具体考虑省略第二(顶部)侧限制结构的替代性实施方案。

可能变成压电的材料可以具有带随机取向偶极子的晶体结构。材料通过基本上对准偶极子而变成压电的,以便形成具有基本上均匀的偶极取向的域,其可以通过极化来创建。极化可以包括将强极化电场施加到材料区以便基本上迫使偶极子对准。当移除电场时,仍然存在大部分的取向,从而提供被称为压电材料的极化材料的压电特性。在某些情况下,第一组域具有标称域取向,并且第二组域可以具有反向域(例如,从标称域平移约180度)。标称域和反向域可以交替地布置在周期性极化压电层内。当这种层布置在第一电极层与第二电极层之间时,结果是周期性极化的换能器。

叉指式换能器包括具有第一导电部分和第二导电部分的电极,所述第一导电部分和第二导电部分被数字间分散在层表面之中或之上。IDT在本领域中是众所周知的。

在某些实施方案中,至少一个功能层可以被布置成至少部分地覆盖多个电极中的至少一些电极。在某些实施方案中,至少一个功能层覆盖一组电极,但不覆盖另一组电极。功能层可以修改MEMS导波装置的转换声波的速度和/或改变温度补偿特性。在某些实施方案中,至少一个功能层包括温度补偿材料或慢波传播材料。

虽然本文公开的各种实施方案包括单个谐振器,但应当理解的是,串联和/或并联的单个或多个谐振器和/或反射器光栅的任何合适组合(诸如可以体现在一个或多个滤波器中)可以设置在单个MEMS导波装置中。在某些实施方案中,被布置用于转换不同波长的声波的多个谐振器和/或滤波器可以设置在单个MEMS导波装置中。

图1示出了根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置10。装置10包括IDT 18和两个反射器光栅20设置在其上的单晶压电层12(诸如铌酸锂或钽酸锂)。单晶压电层12布置在导波限制结构16上,其间布置有任选的慢波传播层14。尽管未示出,但是在某些实施方案中,任选的载体衬底可以设置在导波限制结构16下方。IDT 18和反射器光栅20都包括连接到相应汇流条22的多个指状物24。对于反射器光栅20,所有指状物24连接到每个汇流条22。对于IDT 18,如图所示,交替指状物24连接到不同的汇流条22。值得注意的是,实际的反射器光栅20和IDT 18通常包括比所示更多数量的指状物24。在图1和各种附图中,指状物24的数量已经减少,以便提高图解的清晰度和便于解释本公开。

指状物24彼此平行并且在包围反射器光栅20和IDT 18所在的区域的声学区中对准。在通过电信号激发IDT 18时生成的一个或多个波基本上驻留在该声学区中。声波基本上垂直于指状物24的长度行进。可以包括快波传播层或布拉格反射镜的导波限制结构16用于将一个或多个波限制在单晶压电层12中。

MEMS导波装置10的工作频率是表示IDT 18的指状物24之间的间隔的间距(P)的函数,其中波长λ等于间距P的两倍。横向模式装置还优选压电层12的厚度范围以用于有效激发横向波。

为了制造MEMS导波装置10,可以预制单晶压电晶片,并且单独地,慢波传播层14可以沉积在导波限制结构16上(其可以任选地由载体衬底支撑)。压电晶片和慢波传播层14的邻近表面被平面化和抛光,并且然后通过常规的直接粘结(例如,晶片粘结)过程或其他过程彼此附接。一个或多个粘结促进层可以任选地布置在待粘结的相应层之间。在粘结之后,压电层12的暴露上表面被研磨(任选地也被平面化)至期望的厚度,并且反射器光栅20和IDT 18沉积在其上。

在某些实施方案中,慢波传播层14可提供热补偿效用。用于形成单晶压电晶片的材料通常具有的热膨胀系数(TCE)相对于导波限制结构16的材料的TCE的不同。一旦创建了导波限制结构16,压电层12和慢波传播层14就倾向于以与温度变化相似的方式进行伸缩。因此,由于温度变化而由压电层12施加到导波限制结构16的伸缩力通过中间布置的慢波传播层14所施加的相反力来基本上抵消。因此,包括中间布置的慢波传播层14的复合结构随着温度改变而抵抗弯曲或翘曲,由此减小压电层12的伸缩并降低压电层12的有效TCE。

由于在压电层12与导波限制结构16之间设置慢波传播层14降低了压电材料的有效TCE,因此随着温度减小,沿着压电层12的表面的伸缩量减小。因此,随着温度改变减小,IDT 18和反射器光栅20的指状物24之间的间隔或间距的改变被减小,由此减小压电层12的有效热频率系数(TCF),以便改善IDT 18和反射器光栅20随着温度改变的总体频率响应。

如图1所示的MEMS导波结构10可以牢固地安装到载体衬底,或者可替代地,这种结构的至少一部分可以悬挂在载体衬底上方,其间布置有间隙。

图2示出了根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置30,所述MEMS导波装置30包括布置在单晶压电层12和导波限制结构16的部分上的IDT 18,所述单晶压电层12和导波限制结构16组合地升高到衬底28上方并悬挂在锚定件32、34之间。导电层36布置在压电层12上以便形成包括电极的IDT 18,从而提供第一导电部分38和第二导电部分40。单晶压电层12布置在导波限制结构16的上方,通过位于衬底28上方的绝缘层26从其下方沿其周边部分支撑。可以通过蚀刻(例如,使用通过衬底28或压电层12和导波限制结构16限定的通孔或其他开口(未示出))来移除绝缘层26的中心部分,从而留下横向界定中心腔的锚定件32、34。导波限制结构16和上覆的压电层12(两者处于基本上连续的形式)的中心部分与IDT 18一起悬挂在锚定件32、34之间。尽管未示出,但是在某些实施方案中,MEMS导波装置30还可以包括在单晶压电层12与导波限制结构16之间的慢波传播层,其可以提供温度补偿效用。

图3示出了根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置42,所述MEMS导波装置42包括布置在单晶压电层12和导波限制结构16的部分上的IDT 18,所述单晶压电层12和导波限制结构16组合地升高到衬底28上方并通过窄机械支撑件44、46悬挂在锚定件32、34之间。导电层36布置在压电层12上以便形成包括电极的IDT 18,从而提供第一导电部分38和第二导电部分40。单晶压电层12布置在导波限制结构16的上方,通过位于衬底28上方的绝缘层26从其下方沿其周边部分支撑。绝缘层26的部分可以通过蚀刻移除,从而留下横向界定中心腔的锚定件32、34。此外,移除单晶压电层12和导波限制结构16的部分,以便仅留下窄机械支撑件44、46来支撑在锚定件32、34之间的压电层12和导波限制结构16(以及IDT 18)的中心部分。尽管未示出,但是在某些实施方案中,MEMS导波装置42还可以包括在单晶压电层12与导波限制结构16之间的慢波传播层,其可以提供温度补偿效用。

在下图中示出包括另外的电极配置和导波限制结构配置的附加MEMS导波装置。虽然以下附图示出了似乎牢固地安装到载体衬底的单晶压电层和导波限制结构,但应当理解,在每种情况下,所示的单晶压电层和导波限制结构(与伴随电极一起)可能缺乏衬底或悬挂在载体衬底上(诸如图2-3所示)。

图4示出了根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置,所述MEMS导波装置包括布置在单晶压电层12上方的以IDT形式的交替顶侧电极38、40、任选的慢波传播层14、用作单侧导波限制结构16的快波传播层、以及任选的载体衬底28。电极38、40仅设置在压电层12的顶表面上,并且因此相对于压电层12的中心不对称地布置。导波限制结构16和任选的慢波传播层14可以沉积在衬底28上。可以通过在导波限制结构16上方粘结预制单晶压电晶片(例如,其间有慢波传播层14),将压电晶片的暴露表面处理成所需厚度以产生压电层12,并在其上沉积电极38、40来形成MEMS导波装置。

图5示出了根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置,所述MEMS导波装置包括布置在单晶压电层12上方的以IDT形式的交替顶侧电极38、40、任选的慢波传播层14、用作单侧导波限制结构16的布拉格反射镜、以及任选的载体衬底28。图5的装置可能以类似于图4的装置的方式制造。

图6示出了根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置,所述MEMS导波装置包括布置在单晶压电层12的一个表面上的以IDT形式的交替电极38、40。任选的慢波传播层14A、14B夹持电极38、40和压电层12。上慢波传播层14B的一部分被布置成至少部分地(优选地完全地)填充电极38、40之间的间隙48。两侧导波限制由用作夹持慢波传播层14A、14B的第一和第二导波限制结构16A、16B的第一和第二快波传播层提供。任选的衬底28设置在第一导波限制结构16A的下方。电极38、40仅设置在压电层12的一个表面上,并且因此相对于压电层12的中心不对称地布置。图6的装置的下部可能以类似于图4的MEMS导波装置的方式制造。在形成电极38、40之后,任选的第二慢波传播层14B沉积在压电层12和电极38、40上,并且第二导波限制结构16B沉积在第二慢波传播层14B上。

图7示出了基本上类似于图6的装置的MEMS导波装置,不同之处在于使用第一和第二布拉格反射镜代替第一和第二快波传播层16A、16B。图7的装置的制造基本上类似于图6的装置的制造。虽然图6和图7描绘了具有两侧限制的MEMS导波装置,但是在替代性实施方案中,可以省略第二(顶部)侧限制结构。

图8示出了根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置,所述MEMS导波装置包括布置在单晶压电层12的下表面上的以第一IDT形式的交替电极38A、40A、以及布置在压电层12的上表面上的以第二IDT形式的交替顶侧电极38B、40B。任选的慢波传播层14A、14B夹持电极38A、40A、38B、40B和压电层12,其中慢波传播层14A、14B的部分被布置成至少部分地(优选地完全地)填充电极38A、40A、38B、40B之间的间隙48A、48B。电极38A、40A、38B、40B相对于压电层12的中心对称布置。两侧导波限制由用作夹持慢波传播层14A、14B的第一和第二导波限制结构16A、16B的第一和第二快波传播层提供。任选的衬底28设置在第一导波限制结构16A的下方。为了制造图8的MEMS导波装置,生产了包括衬底28、第一导波限制结构16A和第一慢波传播层14A的下子组件。凹槽可以限定在第一慢波传播层14A的上表面中(例如,通过蚀刻),并且金属可以沉积在凹槽中以便形成下电极38A、40A。在对第一慢波传播层14A和下电极38A、40A进行平面化和抛光之后,预制的单晶压电晶片可以被直接粘结到下子组件,并且被处理(例如,通过研磨和抛光)成期望的厚度以便形成压电层12。此后,上电极38B、40B可以沉积在压电层12上,随后是第二慢波传播层14B和第二导波限制结构16B的沉积。

图9示出了基本上类似于图8的装置的MEMS导波装置,不同之处在于使用第一和第二布拉格反射镜代替第一和第二快波传播层作为第一和第二导波限制结构16A、16B。图9的装置的制造基本上类似于图8的装置的制造。虽然图8和图9描绘了具有两侧限制的MEMS导波装置,但在替代性实施方案中,可以省略第二(顶部)侧限制结构16B,任选地与第二慢波传播层14B的省略组合。

尽管图8和图9示出了两个同相的IDT(其中对应类型的电极(例如,38A、38B或40A、40B)在压电层12的相对面上彼此对准,使得正极覆盖负极并且负极覆盖正极),但在替代性实施方案中,IDT可以被布置成异相,其中相对类型的电极(例如,38A、40B或40A、38B)在压电层12的相对面上彼此对准,使得正极覆盖负极,并且反之亦然。这种修改可以应用于本文公开的任何实施方案,其中多个IDT布置在压电层的相对面上或邻近压电层的相对面。

图10示出了根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置,所述MEMS导波装置包括布置在单晶压电层12的下表面上的以IDT形式的交替电极38、40。任选的慢波传播层14、用作单侧导波限制结构16的快波传播层、以及任选的载体衬底28布置在电极38、40和压电层12的下面。电极38、40仅设置在压电层12的底表面上,并且因此相对于压电层12的中心不对称地布置。导波限制结构16和任选的慢波传播层14可以沉积在衬底28上。慢波传播层14的一部分被布置成至少部分地(优选地完全地)填充电极38、40之间的间隙48。为了制造图10的MEMS导波装置,生产了包括衬底28、导波限制结构16和慢波传播层14的下子组件。凹槽可以限定在慢波传播层14的上表面中(例如,通过蚀刻),并且金属可以沉积在凹槽中以便形成电极38、40。在对慢波传播层14和电极38、40进行平面化和抛光之后,预制的单晶压电晶片可以被直接粘结到下子组件,并且被处理(例如,通过研磨和抛光)成期望的厚度以便形成压电层12。可替代地,电极38、40可以在单晶压电晶片上图案化,慢波传播层14可以沉积在电极上,并且在平面化之后,慢波传播层14可以粘结到衬底28。

图11示出了基本上类似于图10的装置的MEMS导波装置,不同之处在于使用布拉格反射镜代替快波传播层作为导波限制结构16。图11的装置的制造基本上类似于图10的装置的制造。

图12示出了MEMS导波装置,所述MEMS导波装置包括嵌入压电层12并延伸通过压电层12的整个厚度的以IDT形式的电极38、40,其中慢波传播层14A、14B夹持电极38、40和压电层12。双侧导波限制由用作夹持慢波传播层14A、14B的第一和第二导波限制结构16A、16B的第一和第二快波传播层提供。任选的衬底28设置在第一导波限制结构16A的下方。电极38、40相对于压电层12的中心厚度对称地配置。为了制造图12的MEMS导波装置,生产了包括衬底28、第一导波限制结构16A和第一慢波传播层14A的下子组件。在第一慢波传播层14A的平面化和抛光之后,预制的单晶压电晶片可以直接粘结到下子组件。此后,可以通过任何合适的技术(诸如离子铣削)在压电晶片中限定孔或凹槽,并且金属可以沉积在孔或凹槽中(例如,通过蒸发沉积)以便形成电极38、40。然后,可以将压电晶片和沉积的电极处理(例如,通过研磨和抛光)成使电极38、40暴露的所需厚度以便形成压电层12,其中电极38、40延伸通过其整个厚度。此后,第二慢波传播层14B和第二导波限制结构16B可以顺序地沉积在压电层12上。

图13示出了基本上类似于图12的装置的MEMS导波装置,不同之处在于使用第一和第二布拉格反射镜代替第一和第二快波传播层作为第一和第二导波限制结构16A、16B。图13的装置的制造基本上类似于图12的装置的制造。虽然图12和图13描绘了具有两侧限制的MEMS导波装置,但在替代性实施方案中,可以省略第二(顶部)侧限制结构16B,任选地与第二慢波传播层14B的省略组合。

图14示出了根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置,所述MEMS导波装置包括嵌入单晶压电层12的下面中的以IDT形式的电极38、40,其中任选的慢波传播层14与电极38、40和压电层12接触,并且由用作导波限制结构16的快波传播层提供单侧导波限制。电极38、40相对于压电层12的中心非对称地布置,并且电极38、40之间的间隙52被填充有压电材料。为了制造图14的MEMS导波装置,导波限制结构16和任选的慢波传播层14可以沉积在衬底28上以便形成下子组件。单独地,可以通过任何合适的技术(诸如光刻蚀刻)在单晶压电晶片的表面中限定凹槽,并且金属可以沉积在凹槽中以便形成电极38、40。包含沉积电极材料的压电晶片表面可以被平面化和抛光,并且直接粘结到慢波传播层14的平面化和抛光表面。此后,压电晶片的暴露上表面可以被处理(例如,通过研磨)到期望厚度以便产生压电层12,其中电极38、40凹陷在其下部中。

图15示出了基本上类似于图14的装置的MEMS导波装置,不同之处在于使用布拉格反射镜代替快波传播层作为导波限制结构16。图15的装置的制造基本上类似于图14的装置的制造。

图16示出了根据本公开的一个实施方案的MEMS导波装置,所述MEMS导波装置包括具有夹持压电层(其具有交替极性压电区12A、12B)的电极层54、56的PPT 58,并且还包括任选的慢波传播层14、用作单侧导波限制结构16的快波传播层、以及任选的载体衬底28。电极层54、56相对于由交替极性压电区12A、12B构成的压电层的中心对称地配置。为了制造图16的MEMS导波装置,导波限制结构16、任选的慢波传播层14和第一电极层54可以沉积在衬底28上以便形成下子组件。压电晶片可以直接粘结到下子组件,这在适当的平面化和/或抛光步骤之前和任选地之后进行。在某些实施方案中,交替极性压电区12A、12B可以在粘结之前被限定(例如,通过液体电池极化或电子束写入);在其他实施方案中,交替极性压电区12A、12B可以在粘结完成之后被限定。此后,第二电极层56可以沉积在交替极性压电区12A、12B上以便形成PPT 58。在美国专利号7,898,158中公开了PPT结构和PPT制造技术的实例,所述专利申请通过引用并入本文。

图17示出了基本上类似于图16的装置的MEMS导波装置,不同之处在于使用布拉格反射镜代替快波传播层作为导波限制结构16。图17的装置的制造基本上类似于图16的装置的制造。

图18示出了具有类似于图16的装置的PPT但添加了双侧限制的MEMS导波装置。图18的装置包括具有夹持压电层(具有交替极性压电区12A、12B)的电极层54、56的PPT 58,并且还包括夹持PPT 58的任选慢波传播层14A、14B。附加地,用作第一和第二导波限制结构16A、16B的第一和第二快波传播层提供双侧限制。任选的衬底28设置在第一导波限制结构16A的下方。电极层54、56相对于压电层的中心厚度对称地配置。图18的MEMS导波装置的下部的制造根据制造图16的装置所采用的步骤进行,通过使第二慢波传播层14B和第二导波限制结构16B沉积在PPT 58上的附加步骤。

图19示出了基本上类似于图18的装置的MEMS导波装置,不同之处在于使用布拉格反射镜代替快波传播层作为第一和第二导波限制结构16A、16B。图19的装置的制造基本上类似于图18的装置的制造。

图20示出了MEMS导波装置,所述MEMS导波装置包括分段单晶压电层72,其布置在连续电极层64与分段电极层66之间,所述分段电极层66包括基本上与压电层72的段对准的电极段。装置包括任选的慢波传播层14,包括用作单侧波限制结构16的快波传播层,并且包括根据本公开的一个实施方案的任选载体衬底28。分段压电层72的分割和分段电极66的分割产生了分段结构之间的间隙68,并且优选地在形成MEMS导波装置之后执行这种分段以便有助于相应特征的对准。电极层64、66相对于分段压电层72的中心厚度不对称地配置。为了制造图20的MEMS导波装置,导波限制结构16、任选的慢波传播层14和连续电极层64可以沉积在衬底28上以便形成下子组件。此后,将适当平面化和抛光的压电晶片粘结到下子组件。可以对压电层的上表面进行薄化和抛光,然后使上电极层沉积。此后,可以在上电极层和压电层中形成孔(例如,通过一个或多个光刻蚀步骤),以便形成基本上与分段压电层72的区段对准的分段电极层66的段。图20的导波装置可以用于生成包括垂直分量和横向分量的混合波。

图21示出了基本上类似于图20的装置的MEMS导波装置,不同之处在于使用布拉格反射镜代替快波传播层作为导波限制结构16。图21的装置的制造基本上类似于图20的装置的制造。

在替代性实施方案中,图20和图21的MEMS导波装置可以被修改成至少部分填充(例如,在某些情况下平齐填充)分段电极层66和分段压电层72的区段之间的间隙68。附加地或可替代地,在某些实施方案中,图20和图21的MEMS导波装置可以被修改成用(第二)分段电极层代替连续电极层64,以便从而提供电极和压电层的中心厚度之间的对称布置。

图22示出了MEMS导波装置,所述MEMS导波装置具有连续电极层64和分段电极层66,所述分段电极层66包括与压电层72的区段基本对准的电极段,类似于图21的装置,但是添加了双侧限制。图22的装置包括布置在连续电极层64与分段电极层66之间的分段单晶压电层72,所述分段电极层66包括基本上与压电层72的段对准的段,其中装置包括夹着电极层64、66和压电层72的任选慢波传播层14A、14B,并且其中分段电极层66和分段压电层72的相应段之间的间隙68至少部分填充(优选完全填充)有第二慢波传播层14B的慢波传播材料。附加地,用作第一和第二导波限制结构16A、16B的第一和第二快波传播层提供双侧限制。任选的衬底28设置在第一导波限制结构16A的下方。电极层64、66相对于压电层72的中心厚度不对称地配置。图22的MEMS导波装置的下部的制造根据制造图20的装置所采用的步骤进行,通过使第二慢波传播层14B沉积在分割电极层66与分段压电层72上方和之间,随后使第二导波限制结构16B沉积在第二慢波传播层14B上的附加步骤。

图23示出了基本上类似于图22的装置的MEMS导波装置,不同之处在于使用布拉格反射镜代替快波传播层作为第一和第二导波限制结构16A、16B。图23的装置的制造基本上类似于图22的装置的制造。虽然图22和图23描绘了具有两侧限制的MEMS导波装置,但在替代性实施方案中,可以省略第二(顶部)侧限制结构16B,任选地与第二慢波传播层14B的省略组合。附加地,虽然图20至图23示出了连续电极层64,但是在替代性实施方案中,此类层64可以被不连续(例如,分段的)电极代替。

图24和图25示出了基本上类似于图12和图13的装置的MEMS导波装置,不同之处在于由混合类型的导波限制结构16A、16B提供双侧限制。图24示出了MEMS导波装置,所述MEMS导波装置包括嵌入压电层12并延伸通过单晶压电层12的整个厚度的以IDT形式的电极38、40,其中慢波传播层14A、14B夹持电极38、40和压电层12。通过布置在压电层12下方的用作第一导波限制结构16A的快波传播层,并且通过布置在压电层12上方的用于第二导波限制结构16B的布拉格反射镜,提供双面导波限制。慢波传播层14A、14B附加地设置在在相应导波限制结构16A、16B与压电层12之间。任选的衬底28设置在第一导波限制结构16A的下方。电极38、40相对于压电层12的中心厚度对称地配置。图25基本上类似于图24,不同之处在于通过布置在压电层12下方的用作第一导波限制结构16A的布拉格反射镜,并且通过布置在压电层12上方的用作第二导波限制结构16B的快波传播层,提供两侧导波限制。MEMS导波装置的制造基本上类似于结合图12和图13中描述的制造步骤,随后使第二慢波传播层14B和第二导波限制结构16B沉积在压电层12上。虽然图24和图25描绘了具有两侧限制的MEMS导波装置,但在替代性实施方案中,可以省略第二(顶部)侧限制结构16B,任选地与第二慢波传播层14B的省略组合。

虽然在附图中示出的具有双侧限制的具体实施方案可以包括相同类型的第一和第二(例如,下和上))导波限制结构(例如,两者都是快波传播层或两者都是布拉格反射镜),具体考虑到,本文所示的任何实施方案可以被修改成包括混合类型的导波限制结构16A、16B。例如,布拉格反射镜可以设置在压电层下方并且快波传播层可以设置在压电层上方,或反之亦然,以便提供双侧限制。

在某些实施方案中,电极可以沿压电层表面上的不同平面布置,其中一组电极布置在压电层中限定的凹槽内。通过使交替电极凹进,周期性可以减少一半,由此实现更高的操作频率。此外,通过使相反极性的电极彼此非常接近,更强的声波激发可以是可能的。如果压电层中限定的凹槽的深度受控,则可以控制杂散响应。在某些实施方案中,交替地限定在压电层的上表面和凹槽中的一些或所有电极可以至少部分地覆盖有具有平面或波浪顶表面的功能层(例如,温度补偿材料或慢波传播材料)。在某些实施方案中,这种功能材料可以提供温度补偿效用。结合图26至图29描述了包括结合凹陷电极的非共面电极的MEMS导波限制装置。

图26示出了包括限定多个凹槽74的压电层12的MEMS导波装置,其中以IDT形式的电极38、40沉积在压电层12上。第一组电极38布置在压电层12的最上表面上,并且第二组电极40布置在凹槽74中,使得第一组电极38与第二组电极40是非共面的。图26的MEMS导波装置还包括在压电层12下方的任选慢波传播层14,以及用作单侧导波限制结构16的快波传播层。任选的衬底28设置在导波限制结构16的下方。电极38、40相对于压电层12的中心厚度不对称地配置。为了制造图26的MEMS导波装置,可以通过顺序沉积步骤来生产包括衬底28、导波限制结构16和慢波传播层14的下子组件。在慢波传播层14的平面化和抛光之后,预制的单晶压电晶片可以直接粘结到下子组件。压电晶片可以被处理(例如,通过研磨和抛光)成期望的厚度。此后,可以通过任何合适的技术(诸如离子铣削)在压电晶片中限定凹槽,并且金属可以沉积(例如,通过蒸发沉积)以便形成凹陷电极40和非凹陷电极38。

图27示出了基本上类似于图26的装置的MEMS导波装置,不同之处在于使用布拉格反射镜代替快波传播层作为导波限制结构16。图27的装置的制造基本上类似于图26的装置的制造。

图28和图29示出了类似于图26和图27的装置的MEMS导波装置,但是添加了双侧限制。

图28的MEMS导波装置包括限定多个凹槽74的压电层12,其中以IDT形式的电极38、40沉积在压电层12上。第一组电极38布置在压电层12的主体上表面上,并且第二组电极40布置在凹槽74中,使得第一组电极38与第二组电极40是非共面的。任选的慢波传播层14A、14B夹持压电层12和电极38、40,其中第二慢波传播层14B的部分进一步填充电极40上方以及电极38之间的间隙68。附加地,用作第一和第二导波限制结构16A、16B的第一和第二快波传播层提供两侧限制,并且夹持慢波传播层14A、14B。任选的衬底28设置在第一导波限制结构16A的下方。电极38、40相对于压电层12的中心厚度不对称地配置。图28的MEMS导波装置的下部的制造根据制造图26的装置所采用的步骤进行,通过使第二慢波传播层14B和第二导波限制结构16B沉积在电极38、40和压电层12上的附加步骤。

图29示出了基本上类似于图28的装置的MEMS导波装置,不同之处在于使用布拉格反射镜代替快波传播层作为第一和第二导波限制结构16A、16B。图29的装置的制造基本上类似于图28的装置的制造。虽然图28和图29描绘了具有两侧限制的MEMS导波装置,但在替代性实施方案中,可以省略第二(顶部)侧限制结构16B,任选地与第二慢波传播层14B的省略组合。

在替代性实施方案中,图28和图29的MEMS导波装置可以被修改成包括混合类型的导波限制结构16A、16B,诸如布置在压电层下方的布拉格反射镜和布置在压电层上方的快波传播层,或反之亦然。

在某些实施方案中,MEMS导波装置包括:不同的第一厚度区和第二厚度区;第一组电极,其布置在第一厚度区上或邻近第一厚度区,并且被配置成用于在第一厚度区中转换具有波长λ1的第一横向声波;以及第二组电极,其布置在第二厚度区上或邻近第二厚度区,并且被配置用于在第二厚度区中转换具有波长λ2的第二横向声波,其中λ1与λ2不同。至少一个导波限制结构被配置成将第一横向声波限制在第一厚度区中,并且被配置成将第二横向声波限制在第二厚度区中。以这种方式,单个装置的多个谐振器可以用于多个广泛不同(例如,八度音差)频率的转换。在图30-36中示出了多频MEMS导波装置的实例。

图30示出了在将压电层直接粘结到下层之前局部薄化压电层82之后,在制造期间的MEMS导波装置的子组件。在图30中,下子组件包括衬底28、用作布置在衬底28上的导波限制结构16的快波传播层、以及布置在导波限制结构16上的温度补偿层14。上子组件包括已局部变薄(例如,通过诸如离子铣削或蚀刻的适当技术)的压电晶片以便产生第一厚度区和第二厚度区,其中两个区中的较薄者填充有温度补偿材料84。在形成下子组件和上子组件之后,配合表面可以被处理(例如,通过平面化和抛光)并且直接粘结。此后,可以通过研磨和抛光上表面来调整压电层82的厚度,并且电极可以沉积在压电层上。

图31示出了在晶片粘结、压电层外表面的平面化/变薄(以便产生压电层的第一厚度区82-1和第二厚度区82-2)、以及电极38-1、40-1、38-2、40-2沉积在压电层上之后,通过图30所示的子组件制造的MEMS导波装置。第一组电极38-1、40-1(例如,形成第一IDT)布置在第一厚度区82-1上,第二组电极38-2、40-2(例如,形成第二组IDT)布置在第二厚度区82-2上,其中所有电极38-1、40-1、38-2、40-2基本共面并且布置成不对称的导波激发。如图31所示,第一组电极38-1、40-1内的电极的周期性(或间隔)优选地不同于第二组电极38-2、40-2内的电极的周期性。通过将上子组件(图30所示)的温度补偿材料84添加到下子组件的温度补偿层14,所得的MEMS导波装置包括第一温度补偿层厚度区14-1和第二温度补偿层厚度区14-2,其中每个这种区14-1、14-2具有不同的厚度。在图31的MEMS导波装置的操作中,分别使用第一组电极38-1、40-1和第二组电极38-2、40-2在压电层的第一和第二厚度区82-1、82-2中刺激侧向激发波,并且导波限制结构16(即,快波传播层)用于将横向激发波限制在第一和第二厚度区82-1、82-2中。

图32和图33基本上类似于图30和图31,不同之处在于提供布拉格反射镜代替快波传播层作为导波限制结构16。图33的MEMS导波限制结构的制造基本上类似于结合图31的MEMS导波限制结构所描述的制造步骤,不同之处在于用布拉格反射镜代替快波传播层以便作为导波限制结构16。

图34示出了包括分别覆盖有第一组电极38-1、40-1和第二组电极38-2、40-2的第一和第二厚度区82-1、82-2的MEMS导波装置。每组电极38-1、40-1、38-2、40-2是基本上共面的。压电层的第一和第二厚度区82-1、82-2覆盖温度补偿层,其包括第一温度补偿层厚度区14-1和第二温度补偿层厚度区14-2。在其下提供了包括第一导波限制厚度区16-1和第二导波限制厚度区16-2的以快波传播材料形式的导波限制结构16。导波限制结构16可以任选地由下面的基底28支撑。最终,第一组电极38-1、40-1(例如,形成第一IDT)被布置在压电层的第一厚度区82-1,第一温度补偿层厚度区14-1和第一导波限制厚度区16-1上。类似地,第二组电极38-2、40-2(例如,形成第二IDT)被布置在压电层的第二厚度区82-2、第二温度补偿层厚度区14-2和第二导波限制厚度区16-2上。以此方式,可以为第一组电极38-1、40-1和第二组电极38-2、40-2中的每一个选择波传播特性、温度补偿特性和导波限制特性。

图34的MEMS导波装置可以由多个子组件制造。可以通过使导波限制结构(例如,快波传播材料)沉积在衬底28上,随后局部薄化导波限制结构,使温度补偿材料沉积在局部变薄区中,并且使另外的温度补偿材料沉积在整个表面上,形成下子组件。可以通过局部薄化预制压电晶片,并且使温度补偿材料沉积在局部变薄区中,形成上子组件。在对相应子组件的配合表面进行适当的平面化和抛光之后,上子组件和下子组件可以彼此直接粘合。此后,可以通过研磨和抛光来调节压电层82的厚度,并且多组电极38-1、40-1、38-2、40-2可以沉积在其上表面上。

图35和图36示出了MEMS导波装置,其中压电层包括具有非共面顶表面的不同厚度区,不同组的电极布置在所述顶表面上。参考图35,MEMS导波装置包括分别覆盖有第一组电极38-1、40-1(例如,形成第一IDT)和第二组电极38-2、40-2(例如,形成第二IDT)的第一和第二厚度区82-1、82-2。第一和第二厚度区82-1、82-2的顶表面是非共面的,使得第一组电极38-1、40-1与第二组电极38-2、40-2是非共面的。压电层的第一和第二厚度区82-1、82-2覆盖在温度补偿层14上。在其下提供了以快波传播材料形式的导波限制结构16。导波限制结构16可以任选地由下面的基底28支撑。可以通过使导波限制结构16(例如,快波传播材料)沉积在衬底28上,并且使沉积温度补偿层14沉积在导波限制结构16上,制造图35的MEMS导波装置。在对温度补偿层14的配合表面和预制压电晶片的配合表面进行适当的平面化和抛光之后,可以直接粘结这些表面。此后,压电晶片可以局部变薄(诸如通过离子铣削),以便限定第一和第二厚度区82-1、82-2,并且多组电极38-1、40-1和38-2、40-2可以沉积在其上。

因此,制造包括具有不同厚度区的单晶压电材料的微电子机械系统(MEMS)导波装置的方法包括使单晶压电层局部变薄,以便限定厚度不同的第一厚度区和第二厚度区。局部变薄的压电层粘结在下层(例如,以下中的至少一个:(i)快波传播层;(ii)布拉格反射镜、或(iii)衬底)上或上方以便提供内部粘结界面。可以使用本领域已知的晶片粘结技术来执行这种粘结。第一组电极和第二组电极分别限定在第一厚度区和第二厚度区上或邻近其,以用于在第一厚度区中转换具有第一波长λ1的第一横向声波,并且以用于在第二厚度区中转换具有第二波长λ2的第二横向声波。压电层的一个或多个表面可以在粘结之前被平面化(例如,作为粘结准备步骤),和/或在粘结之后被平面化(例如,以便调整压电层的厚度)。优选地,温度补偿层可以设置在压电层下方,其中在某些实施方案中,温度补偿层可以包括彼此不同的第一温度补偿层厚度区和第二温度补偿层厚度区。在某些实施方案中,附加的温度补偿材料可以沉积在第一厚度区或第二厚度区中的至少一个的表面上或上方。

在根据附图来阅读以下描述之后,本领域技术人员将了解本公开的概念,并且将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。本领域技术人员将认识到本公开的优选实施方案的改进和修改。所有此类改进和修改都视为处于本文所公开的概念和随附权利要求书的范围内。 如本文所公开的任何不同特征和元素可与一个或多个其他公开的特征和元素结合,除非本文表明有相反的意思。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种微机电系统(MEMS)导波装置,其包括:

单晶压电层;

多个电极,其布置在所述单晶压电层中或所述单晶压电层上,并且被配置用于转换所述单晶压电层中的横向声波;以及

至少一个导波限制结构,其被布置成接近所述单晶压电层,并且被配置成将具有波长λ的横向激发波限制在所述单晶压电层中,其中所述至少一个导波限制结构中的每个导波限制结构包括小于5λ的厚度,并且所述至少一个导波限制结构包括具有在1λ至5λ范围内厚度的快波传播层。

2.根据权利要求1所述的MEMS导波装置,其中所述单晶压电层包含铌酸锂或钽酸锂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的MEMS导波装置,其包括在所述单晶压电层与所述装置的至少一个下层之间的粘结界面。

4.根据权利要求3所述的MEMS导波装置,其中所述至少一个下层包括以下中的至少一个:(i)所述至少一个导波限制结构中的导波限制结构,或(ii)布置在所述单晶压电层与所述至少一个导波限制结构中的导波限制结构之间的任选提供的慢波传播层。

5. 根据权利要求1所述的MEMS导波装置,其中:

所述单晶压电层包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面;以及

所述至少一个导波限制结构包括接近所述第一表面的第一导波限制结构,并且包括接近所述第二表面的第二导波限制结构。

6.根据权利要求5所述的MEMS导波装置,其中所述第一导波限制结构包括所述快波传播层,并且所述第二导波限制结构包括另一个快波传播层。

7.根据权利要求5所述的MEMS导波装置,其中所述第一导波限制结构或所述第二导波限制结构中的一个包括所述快波传播层,并且所述第一导波限制结构或所述第二导波限制结构中的另一个包括布拉格反射镜。

8.根据权利要求5所述的MEMS导波装置,其还包括布置在所述第一表面与所述第一导波限制结构之间的第一慢波传播层、以及布置在所述第二表面与所述第二导波限制结构之间的第二慢波传播层。

9.根据权利要求1所述的MEMS导波装置,其还包括布置在所述单晶压电层与所述至少一个导波限制结构之间的至少一个慢波传播层。

10.根据权利要求9所述的MEMS导波装置,其中所述至少一个慢波传播层包括与所述至少一个导波限制结构的每层厚度不同的厚度。

11.根据权利要求9所述的MEMS导波装置,其中所述多个电极包括布置在所述至少一个慢波传播层中并且布置成与所述单晶压电层接触的多个电极。

12. 根据权利要求11所述的MEMS导波装置,其中:

所述多个电极包括叉指式换能器(IDT),所述叉指式换能器包括第一极性的第一组电极、以及与所述第一极性相反的第二极性的第二组电极;以及

所述第二组电极与所述第一组电极是非共面的。

13.根据权利要求1所述的MEMS导波装置,其中:

所述多个电极包括叉指式换能器(IDT),所述叉指式换能器包括第一极性的第一组电极、以及与所述第一极性相反的第二极性的第二组电极;

所述单晶压电层包括多个凹陷区;以及

所述第二组电极布置在所述多个凹陷区中,使得所述第二组电极与所述第一组电极是非共面的。

14.根据权利要求1所述的MEMS导波装置,其还包括至少部分地覆盖所述多个电极的至少一个功能层。

15.根据权利要求1所述的MEMS导波装置,其中所述单晶压电层包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面,并且其中所述多个电极包括布置在所述第一表面上的第一叉指式换能器(IDT),并且包括布置在所述第二表面上的第二IDT。

16.根据权利要求1所述的MEMS导波装置,其中所述多个电极包括至少部分地嵌入所述单晶压电层中的叉指式换能器(IDT)。

17.根据权利要求1所述的MEMS导波装置,其中:

所述单晶压电层包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面;

组合的所述多个电极和所述单晶压电层包括周期性极化换能器,其中所述单晶压电层包括多个横向交替的不同极性区,并且其中所述多个电极包括布置在所述第一表面上的第一固体金属电极,并且包括布置在所述第二表面上的第二固体金属电极;以及

在所述周期性极化换能器与所述至少一个导波限制结构之间存在至少一个慢波传播层。

18.根据权利要求1所述的MEMS导波装置,其中:

所述多个电极包括第一电极的分段层,并且包括第二电极的基本上连续层;

所述单晶压电层包括分段单晶压电层;以及

所述分段单晶压电层布置在第一电极的所述分段层与所述第二电极的所述基本上连续层之间,其中所述分段单晶压电层的段基本上与第一电极的所述分段层的段对准。

19.根据权利要求18所述的MEMS导波装置,其包括第一电极的所述分段层的段之间的间隙,其中所述间隙至少部分地填充有慢波传播材料。

20.根据权利要求18所述的MEMS导波装置,其中:

所述至少一个导波限制结构包括第一导波限制结构和第二导波限制结构;

第一电极的所述分段层的段之间的间隙、以及所述分段单晶压电层的段之间的间隙填充有慢波传播材料;以及

所述多个电极、所述分段单晶压电层、以及所述慢波传播材料布置在所述第一导波限制结构与所述第二导波限制结构之间。

21.根据权利要求20所述的MEMS导波装置,其还包括在第一电极的所述分段层与所述第一导波限制结构或所述第二导波限制结构中的至少一个之间的至少一个慢波传播材料层。

22. 根据权利要求1所述的MEMS导波装置,其中:

所述单晶压电层包括第一厚度区和第二厚度区,其中所述第一厚度区的厚度与所述第二厚度区的厚度不同;以及

所述多个电极包括第一多个电极,其布置在所述第一厚度区上或邻近所述第一厚度区,并且被配置成用于在所述第一厚度区中转换具有波长λ1的第一横向声波,并且包括第二多个电极,其布置在所述第二厚度区上或邻近所述第二厚度区,并且被配置用于在所述第二厚度区中转换具有波长λ2的第二横向声波,其中λ2与λ1不同。

23.根据权利要求22所述的MEMS导波装置,其中所述第一多个电极包括第一叉指式换能器,并且所述第二多个电极包括第二叉指式换能器。

24.根据权利要求23所述的MEMS导波装置,其还包括在所述至少一个导波限制结构与所述单晶压电层的至少一部分之间的温度补偿层。

25.根据权利要求24所述的MEMS导波装置,其中所述温度补偿层包括接近所述第一厚度区的第一温度补偿层厚度,并且包括接近所述第二厚度区的第二温度补偿层厚度。

26.根据权利要求22所述的MEMS导波装置,其中所述第一多个电极与所述第二多个电极是非共面的。

27.根据权利要求1所述的MEMS导波装置,其还包括载体衬底,所述载体衬底包括大于5λ的厚度,其中所述至少一个导波限制结构中的导波限制结构被布置在所述载体衬底与所述单晶压电层之间。

28.根据权利要求1所述的MEMS导波装置,在缺乏载体衬底的情况下,其包括大于5λ的厚度,其中所述导波装置包括板波装置。

29.一种微机电系统(MEMS)导波装置,其包括:

单晶压电层;

多个电极,其布置在所述单晶压电层中或所述单晶压电层上,并且被配置用于转换所述单晶压电层中的横向声波;

至少一个慢波传播层;以及

至少一个导波限制结构,其被布置成接近所述单晶压电层并且被配置成将横向激发波限制在所述单晶压电层中;其中所述至少一个导波限制结构包括布拉格反射镜,并且其中所述布拉格反射镜通过所述至少一个慢波传播层中的慢波传播层与所述单晶压电层分离。

30.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其中所述布拉格反射镜包括至少一组至少一个低阻抗层和至少一个高阻抗层,并且所述至少一个低阻抗层与所述至少一个高阻抗层顺序地布置在所述至少一个组中。

31.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其包括在所述单晶压电层与所述装置的至少一个下层之间的粘结界面。

32.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其中所述至少一个下层包括以下中的至少一个:(i)所述布拉格反射镜或(ii)所述慢波传播层。

33.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其中所述单晶压电层包含铌酸锂或钽酸锂中的至少一种。

34. 根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其中:

所述单晶压电层包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面;以及

所述至少一个导波限制结构包括接近所述第一表面的第一导波限制结构,并且包括接近所述第二表面的第二导波限制结构。

35.根据权利要求34所述的MEMS导波装置,其中所述第一导波限制结构包括第一布拉格反射镜,并且所述第二导波限制结构包括第二布拉格反射镜。

36.根据权利要求34所述的MEMS导波装置,其中所述第一导波限制结构或所述第二导波限制结构中的一个包括所述布拉格反射镜,并且所述第一导波限制结构或所述第二导波限制结构中的另一个包括快波传播层。

37.根据权利要求34所述的MEMS导波装置,其中所述至少一个慢波传播层包括第一慢波传播层和第二慢波传播层,其中所述第一慢波传播层布置在所述第一表面与所述第一导波限制结构之间,并且所述第二慢波传播层布置在所述第二表面与所述第二导波限制结构之间。

38. 根据权利要求34所述的MEMS导波装置,其中:

所述至少一个导波限制结构包括第一导波限制结构和第二导波限制结构;以及

所述多个电极、所述单晶压电层、以及所述至少一个慢波传播层布置在所述第一导波限制结构与所述第二导波限制结构之间。

39.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其中所述至少一个慢波传播层包括与所述至少一个导波限制结构的每层厚度不同的厚度。

40.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其中所述多个电极包括布置在所述至少一个慢波传播层中并且布置成与所述单晶压电层接触的多个电极。

41. 根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其中:

所述多个电极包括叉指式换能器(IDT),所述叉指式换能器包括第一极性的第一组电极、以及与所述第一极性相反的第二极性的第二组电极;以及

所述第二组电极与所述第一组电极是非共面的。

42.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其中:

所述多个电极包括叉指式换能器(IDT),所述叉指式换能器包括第一极性的第一组电极、以及与所述第一极性相反的第二极性的第二组电极;

所述单晶压电层包括多个凹陷区;以及

所述第二组电极布置在所述多个凹陷区中,使得所述第二组电极与所述第一组电极是非共面的。

43.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其还包括至少部分地覆盖所述多个电极的至少一个功能层。

44.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其中所述单晶压电层包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面,并且所述多个电极包括布置在所述第一表面上的第一叉指式换能器(IDT),并且包括布置在所述第二表面上的第二叉指式换能器(IDT)。

45.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其中所述多个电极包括至少部分地嵌入所述单晶压电层中的叉指式换能器(IDT)。

46.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其中:

所述单晶压电层包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面;

组合的所述多个电极和所述单晶压电层包括周期性极化换能器,其中所述单晶压电层包括多个横向交替的不同极性区,并且其中所述多个电极包括布置在所述第一表面上的第一固体金属电极,并且包括布置在所述第二表面上的第二固体金属电极;以及

在所述周期性极化换能器与所述至少一个导波限制结构之间存在所述至少一个慢波传播层。

47.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其中:

所述多个电极包括第一电极的分段层,并且包括第二电极的基本上连续层;

所述单晶压电层包括分段单晶压电层;以及

所述分段单晶压电层布置在第一电极的所述分段层与所述第二电极的所述基本上连续层之间,其中所述分段单晶压电层的段基本上与第一电极的所述分段层的段对准。

48.根据权利要求47所述的MEMS导波装置,其包括第一电极的所述分段层的段之间的间隙,其中所述间隙至少部分地填充有慢波传播材料。

49.根据权利要求47所述的MEMS导波装置,其中:

所述至少一个导波限制结构包括第一导波限制结构和第二导波限制结构;

第一电极的所述分段层的段之间的间隙、以及所述分段单晶压电层的段之间的间隙填充有慢波传播材料;以及

所述多个电极、所述分段单晶压电层、以及所述慢波传播材料布置在所述第一导波限制结构与所述第二导波限制结构之间。

50.根据权利要求47所述的MEMS导波装置,其还包括在第一电极的所述分段层与所述第一导波限制结构或所述第二导波限制结构中的至少一个之间的至少一个慢波传播材料层。

51.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其中:

所述单晶压电层包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面;

所述至少一个导波限制结构包括第一导波限制结构,其包括至少一个快波传播层;并且包括第二导波限制结构,其包括至少一个布拉格反射镜;

所述装置包括以下特征(i)和(ii)中的一个:(i)所述第一导波限制结构被布置成接近所述第一表面,并且所述第二导波限制结构被布置成接近所述第二表面;或(ii)所述第一导波限制结构被布置成接近所述第二表面,并且所述第二导波限制结构被布置成接近所述第一表面。

52. 根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其中:

所述单晶压电层包括第一厚度区和第二厚度区,其中所述第一厚度区的厚度与所述第二厚度区的厚度不同;以及

所述多个电极包括第一多个电极,其布置在所述第一厚度区上或邻近所述第一厚度区,并且被配置成用于在所述第一厚度区中转换具有波长λ1的第一横向声波,并且包括第二多个电极,其布置在所述第二厚度区上或邻近所述第二厚度区,并且被配置用于在所述第二厚度区中转换具有波长λ2的第二横向声波,其中λ2与λ1不同。

53.根据权利要求52所述的MEMS导波装置,其中所述第一多个电极包括第一叉指式换能器,并且所述第二多个电极包括第二叉指式换能器。

54.根据权利要求52所述的MEMS导波装置,其还包括在所述至少一个导波限制结构与所述单晶压电层的至少一部分之间的温度补偿层。

55.根据权利要求54所述的MEMS导波装置,其中所述温度补偿层包括接近所述第一厚度区的第一温度补偿层厚度,并且包括接近所述第二厚度区的第二温度补偿层厚度。

56.根据权利要求52所述的MEMS导波装置,其中所述第一多个电极与所述第二多个电极是非共面的。

57.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,其还包括载体衬底,所述载体衬底包括大于5λ的厚度,其中所述至少一个导波限制结构中的导波限制结构被布置在所述载体衬底与所述单晶压电层之间。

58.根据权利要求29所述的MEMS导波装置,在缺乏载体衬底的情况下,其包括大于5λ的厚度,其中所述导波装置包括板波装置。

59.一种微机电系统(MEMS)导波装置,其包括:

分段单晶压电层;

多个电极,其布置在所述分段单晶压电层中或所述分段单晶压电层上,并且被配置成用于在所述分段单晶压电层中转换具有波长λ的横向声波,其中所述多个电极包括第一电极的分段层;以及

至少一个导波限制结构,其被布置成接近所述分段单晶压电层并且被配置成将所述横向声波限制在所述分段单晶压电层中;

其中所述分段单晶压电层的段与第一电极的所述分段层的段基本上对准。

60.根据权利要求59所述的MEMS导波装置,其中所述多个电极还包括第二电极的基本上连续层。

61.根据权利要求59所述的MEMS导波装置,其包括第一电极的所述分段层的段之间的间隙,其中所述间隙至少部分地填充有慢波传播材料。

62.根据权利要求59所述的MEMS导波装置,其中:

所述至少一个导波限制结构包括第一导波限制结构和第二导波限制结构;

第一电极的所述分段层的段之间的间隙、以及所述分段单晶压电层的段之间的间隙填充有慢波传播材料;以及

所述多个电极、所述分段单晶压电层、以及所述慢波传播材料布置在所述第一导波限制结构与所述第二导波限制结构之间。

63.根据权利要求62所述的MEMS导波装置,其还包括在(i)第一电极的所述分段层与(ii)所述第一导波限制结构或所述第二导波限制结构中的至少一个之间的至少一个慢波传播材料层。

64.根据权利要求59所述的MEMS导波装置,其还包括在(i)第一电极的所述分段层与(ii)所述导波限制结构之间的至少一个慢波传播材料层。

65.一种微机电系统(MEMS)导波装置,其包括:

单晶压电层,其包括第一厚度区和第二厚度区,其中所述第一厚度区的厚度与所述第二厚度区的厚度不同;

第一多个电极,其被布置在所述第一厚度区上或邻近所述第一厚度区,并且被配置成用于在所述第一厚度区中转换具有波长λ1的第一横向声波;

第二多个电极,其被布置在所述第二厚度区上或邻近所述第二厚度区,并且被配置成用于在所述第二厚度区中转换具有波长λ2的第二横向声波,其中λ2与λ1不同;以及

至少一个导波限制结构,其被布置成接近所述单晶压电层,被配置成将所述第一横向声波限制在所述第一厚度区中,并且被配置成将所述第二横向声波限制在所述第二厚度区中;

其中所述第一多个电极与所述第二多个电极是非共面的。

66.根据权利要求65所述的MEMS导波装置,其中所述至少一个导波限制结构选自由以下组成的组:(i)快波传播材料和(ii)通过温度补偿层与所述单晶压电层分离的布拉格反射镜。

67.根据权利要求65所述的MEMS导波装置,其中所述至少一个导波限制结构包括小于λ1和λ2中的每一个的厚度。

68.根据权利要求65所述的MEMS导波装置,其还包括布置在所述单晶压电层与所述至少一个导波限制结构的至少一部分之间的温度补偿层。

69.根据权利要求68所述的MEMS导波装置,其中所述温度补偿层包括接近所述第一厚度区的第一温度补偿层厚度,并且包括接近所述第二厚度区的第二温度补偿层厚度。

70.一种制造微机电系统(MEMS)导波装置的方法,所述方法包括:

使单晶压电材料层局部变薄以便限定第一厚度区和第二厚度区,其中所述第一厚度区的厚度与所述第二厚度区的厚度不同;

将所述局部变薄的单晶压电材料层粘结在下层上或上方以便提供粘结界面;

限定第一多个电极,其被布置在所述第一厚度区上或邻近所述第一厚度区,并且被配置成用于在所述第一厚度区中转换具有波长λ1的横向声波;以及

限定第二多个电极,其被布置在所述第二厚度区上或邻近所述第二厚度区,并且被配置成用于在所述第二厚度区中转换具有波长λ2的横向声波。

71.根据权利要求70所述的方法,其还包括在将所述局部变薄的单晶压电材料层粘结在所述下层上或上方之前,使所述单晶压电材料层的至少一个表面平面化。

72.根据权利要求70所述的方法,其还包括使温度补偿材料沉积在所述第一厚度区或所述第二厚度区中的至少一个的表面上。

73.根据权利要求70所述的方法,其中所述下层包括以下中的至少一个:(i)快波传播层;(ii)布拉格反光镜、或(iii)衬底。

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