本发明涉及通信器件及其制备领域，尤其是一种温度补偿表面声波器件及其制备方法。
背景技术：
：：表面声波器件在无线通信、电视、卫星通信、传感器等领域中具有广泛的应用。随着低频段频谱资源的逐渐耗竭，以及人们对高速无线通信需求的增加，无线通信系统向着高频率的趋势发展，相应的表面声波器件的电极尺寸也不断缩小。这一方面有利于无线通信系统的小型化，另一方面尺寸更小的电极将具有更大的寄生电阻。在长时间工作负载下，更大的寄生电阻将导致温度升高和由此带来的频率温度漂移等可靠性问题，从而影响无线系统的正常工作。针对上述问题，现有技术所采取的措施主要包括：a)在传统表面声波器件上淀积非晶sio2进行温度补偿。传统表面声波器件采用了单晶压电衬底，其常用的单晶材料如linbo3和litao3等具有较大的负温度系数，使得表面声波器件的工作频率随温度升高而降低。而sio2则具有相反的温度系数，故在压电衬底上制备电极后覆盖一层sio2可以提供一定的温度补偿。ken-yahashimoto等人2011年在名为“recentdevelopmentoftemperaturecompensatedsawdevices”的会议论文中指出，该技术在1800mhz-1900mhz的工作频率下可取得-10ppm/℃到-5ppm/℃的温度系数。然而衬底本身具有较大的温度系数，仅采用在上层覆盖sio2的表面声波器件难以有效抑制衬底本身随温度升高导致的热膨胀，所以该技术在高频表面声波器件中难以获得理想的温度补偿效果。b)将传统压电衬底与其他衬底键合形成的复合基底用于表面声波器件的制备。其中，其他衬底包括蓝宝石、si等具有较低温度系数的材料，该技术将传统压电衬底通过直接键合或键合胶粘接等方式与其他衬底结合形成一个复合的衬底结构，然后将叉指电极制备在键合后的压电衬底上。该技术可实现一定的温度补偿，m.miura等人2004年在名为“temperaturecompensatedlitao3/sapphirebondedsawsubstratewithlowlossandhighcouplingfactorsuitableforus-pcsapplication”的会议论文中报道，基于litao3或蓝宝石衬底的表面声波谐振器的温度系数提高到了-27ppm/℃到-15ppm/℃，分别为未采用该复合基底器件温度系数的2/3和1/2。该技术主要通过抑制压电材料的热膨胀实现温度补偿，但无法实现压电层表面的声速补偿，因而温度补偿效果相对比较有限。c)采用具有低温度系数的压电衬底。某些切向的压电材料(如at切石英衬底)具有接近为零的温度系数，可以用来制备低温度系数的表面声波器件。该技术通过压电衬底自身来解决温度漂移问题，不需要额外的温度补偿材料，但其主要问题是可选的压电衬底比较有限，且这些可选用的压电衬底具有较低的耦合系数，无法应用于无线通信等领域，应用范围不广。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种温度补偿效果好、热膨胀抑制效果好和应用范围广的，温度补偿表面声波器件。本发明的另一目的在于：提供一种温度补偿效果好、热膨胀抑制效果好和应用范围广的，温度补偿表面声波器件的制备方法。本发明所采取的技术方案是：一种温度补偿表面声波器件，包括电极以及自下而上分布的衬底、第一温度补偿层、压电薄膜层和第二温度补偿层，所述电极位于压电薄膜层的上表面之上、嵌入压电薄膜层的上表面、位于第一温度补偿层的上表面之上或嵌入第一温度补偿层的上表面。进一步，所述衬底为硅衬底、锗硅衬底、压电单晶衬底、蓝宝石衬底、金刚石衬底或化合物半导体衬底。进一步，所述第一温度补偿层或第二温度补偿层为由sio2、zro2、al2o3、teo2、zrw2o8、金刚石、类金刚石、蓝宝石中的任意一种材料或任意几种材料的组合构成的薄膜层。进一步，所述电极为由al、cu、alcu、ti、cr、mo、ni、w、tiw、tin和au中的任意一种材料或任意几种材料的组合构成的薄膜层。进一步，所述压电薄膜层为由linbo3、litao3、aln和zno中的任意一种材料或任意几种材料的组合构成的薄膜层。进一步，所述第一温度补偿层的厚度为0.5λ-10λ，所述电极的厚度为0.05λ-0.4λ，所述压电薄膜层的厚度为0.2λ-5λ或0.5λ-5λ，所述第二温度补偿层的厚度为0.1λ-2λ，λ为表面声波波长。本发明所采取的第二技术方案是：一种温度补偿表面声波器件的制备方法，包括以下步骤：在衬底上淀积第一温度补偿层；在第一温度补偿层上形成压电薄膜层；在压电薄膜层上形成表面声波器件所需的电极；在表面声波器件所需的电极上覆盖第二温度补偿层。进一步，所述在压电薄膜层上形成表面声波器件所需的电极这一步骤，其具体为：在压电薄膜层的上表面之上旋涂光刻胶，接着经过掩膜板曝光、显影和去胶后形成表面声波器件所需的电极图形，最后根据形成的电极图形通过淀积金属薄膜和剥离的方式获得所需的电极；或者，在压电薄膜层上淀积电极材料，然后旋涂光刻胶，再经过掩膜板曝光、显影和去胶后，采用等离子体反应气体刻蚀形成所需的电极；或者，在压电薄膜层的上表面之上旋涂光刻胶，接着经过掩膜板曝光和显影后形成掩膜层，再在掩膜层的遮蔽下对压电薄膜层进行刻蚀，然后通过去胶和去掩膜层后得到候选电极图形，再接着根据候选电极图形采用蒸发、溅射或电镀的方法得到候选电极，最后对候选电极进行机械抛光，得到表面声波器件所需的电极。本发明所采取的第三技术方案是：一种温度补偿表面声波器件的制备方法，包括以下步骤：在衬底上淀积第一温度补偿层；在第一温度补偿层上形成表面声波器件所需的电极；在电极上形成压电薄膜层；在压电薄膜层上覆盖第二温度补偿层。进一步，所述在第一温度补偿层上形成表面声波器件所需的电极这一步骤，其具体为：在第一温度补偿层的上表面之上旋涂光刻胶，接着经过掩膜板曝光、显影和去胶后形成表面声波器件所需的电极图形，最后根据形成的电极图形通过淀积金属薄膜和剥离的方式获得所需的电极；或者，在第一温度补偿层上淀积电极材料，然后旋涂光刻胶，再经过掩膜板曝光、显影和去胶后，采用等离子体反应气体刻蚀形成所需的电极；或者，在第一温度补偿层的上表面之上旋涂光刻胶，接着经过掩膜板曝光和显影后形成掩膜层，再在掩膜层的遮蔽下对第一温度补偿层进行刻蚀，然后通过去胶和去掩膜层后得到候选电极图形，再接着根据候选电极图形采用蒸发、溅射或电镀的方法得到候选电极，最后对候选电极进行机械抛光，得到表面声波器件所需的电极。本发明的表面声波器件的有益效果是：包括电极以及自下而上分布的衬底、第一温度补偿层、压电薄膜层和第二温度补偿层，将压电薄膜层置于第一温度补偿层和第二温度补偿层这两层温度补偿层之中，从上下两个方向实现了表面声波波速的温度补偿，有效提高了表面声波器件的温度补偿效果；采用了第一温度补偿层和第二温度补偿层这两层具有低热膨胀系数的温度补偿层，从上下两个方向有效限制了压电薄膜本身的热膨胀作用，热膨胀抑制效果好；通过第一温度补偿层和第二温度补偿层这两层补偿层结构来进行温度补偿，使得温度补偿与压电衬底自身无关，不受压电衬底的选型以及耦合系数的限制，应用范围更广。本发明的制备方法的有益效果是：包括在衬底上淀积第一温度补偿层，在第一温度补偿层上形成压电薄膜层，在压电薄膜层上形成表面声波器件所需的电极和在表面声波器件所需的电极上覆盖第二温度补偿层的步骤，将压电薄膜层置于第一温度补偿层和第二温度补偿层这两层温度补偿层之中，从上下两个方向实现了表面声波波速的温度补偿，有效提高了表面声波器件的温度补偿效果；制备了第一温度补偿层和第二温度补偿层这两层具有低热膨胀系数的温度补偿层，从上下两个方向有效限制了压电薄膜本身的热膨胀作用，热膨胀抑制效果好；通过第一温度补偿层和第二温度补偿层这两层补偿层结构来进行温度补偿，使得温度补偿与压电衬底自身无关，不受压电衬底的选型以及耦合系数的限制，应用范围更广。本发明的制备方法的另一有益效果是：包括在衬底上淀积第一温度补偿层，在第一温度补偿层上形成表面声波器件所需的电极，在电极上形成压电薄膜层和在压电薄膜层上覆盖第二温度补偿层的步骤，将压电薄膜层置于第一温度补偿层和第二温度补偿层这两层温度补偿层之中，从上下两个方向实现了表面声波波速的温度补偿，有效提高了表面声波器件的温度补偿效果；制备了第一温度补偿层和第二温度补偿层这两层具有低热膨胀系数的温度补偿层，从上下两个方向有效限制了压电薄膜本身的热膨胀作用，热膨胀抑制效果好；通过第一温度补偿层和第二温度补偿层这两层补偿层结构来进行温度补偿，使得温度补偿与压电衬底自身无关，不受压电衬底的选型以及耦合系数的限制，应用范围更广。附图说明图1为电极位于压电薄膜层的上表面之上时本发明一种温度补偿表面声波器件的横截面结构示意图；图2为电极嵌入压电薄膜层的上表面时本发明一种温度补偿表面声波器件的横截面结构示意图；图3为电极位于第一温度补偿层的上表面之上时本发明一种温度补偿表面声波器件的横截面结构示意图；图4为电极嵌入第一温度补偿层的上表面时本发明一种温度补偿表面声波器件的横截面结构示意图；图5为图1的温度补偿表面声波器件的制备方法过程示意图；图6为图2的温度补偿表面声波器件中电极的制备方法过程示意图；具体实施方式参照图1-4，一种温度补偿表面声波器件，包括电极104以及自下而上分布的衬底101、第一温度补偿层102、压电薄膜层103和第二温度补偿层105，所述电极104位于压电薄膜层103的上表面之上、嵌入压电薄膜层103的上表面、位于第一温度补偿层102的上表面之上或嵌入第一温度补偿层102的上表面。其中，电极104，可位于压电薄膜层103的上表面之上或部分嵌入上表面，也可位于第一温度补偿层102的上表面之上或部分嵌入第一温度补偿层102的上表面，如图1-4所示。进一步作为优选的实施方式，所述衬底为硅衬底、锗硅衬底、压电单晶衬底、蓝宝石衬底、金刚石衬底或化合物半导体衬底。其中，衬底可采用硅衬底、锗硅衬底或其它半导体制造领域所公知的衬底，包括压电单晶衬底、蓝宝石衬底、金刚石衬底和化合物半导体衬底等。进一步作为优选的实施方式，所述第一温度补偿层或第二温度补偿层为由sio2、zro2、al2o3、teo2、zrw2o8、金刚石、类金刚石、蓝宝石中的任意一种材料或任意几种材料的组合构成的薄膜层。其中，第一温度补偿层和第二温度补偿层均由具有低/负热膨胀温度系数或低/负波速温度系数的材料制成，这些具有低/负热膨胀温度系数或低/负波速温度系数的材料包括sio2、zro2、al2o3、teo2、zrw2o8、金刚石、类金刚石和蓝宝石等。进一步作为优选的实施方式，所述电极为由al、cu、alcu、ti、cr、mo、ni、w、tiw、tin和au中的任意一种材料或任意几种材料的组合构成的薄膜层。进一步作为优选的实施方式，所述压电薄膜层为由linbo3、litao3、aln和zno中的任意一种材料或任意几种材料的组合构成的薄膜层。进一步作为优选的实施方式，所述第一温度补偿层的厚度为0.5λ-10λ，所述电极的厚度为0.05λ-0.4λ，所述压电薄膜层的厚度为0.2λ-5λ或0.5λ-5λ，所述第二温度补偿层的厚度为0.1λ-2λ，λ为表面声波波长。其中，λ与具体的制备工艺参数有关，可在制备前预先设定。参照图5和图6，一种温度补偿表面声波器件的制备方法，包括以下步骤：在衬底上淀积第一温度补偿层；在第一温度补偿层上形成压电薄膜层；在压电薄膜层上形成表面声波器件所需的电极；在表面声波器件所需的电极上覆盖第二温度补偿层。其中，在压电薄膜层上形成表面声波器件所需的电极包括两种情况：1)在压电薄膜层的上表面之上形成表面声波器件所需的电极；2)在压电薄膜层的上表面嵌入表面声波器件所需的电极。第一温度补偿层可采用化学气相淀积、原子层淀积或物理溅射等方法制备，其厚度为0.5λ-10λ，λ为表面声波波长。压电薄膜层的制备可分为2种情况：若压电薄膜层为单晶压电薄膜，则可采用键合方法在第一温度补偿层上形成压电薄膜层，其厚度为0.2λ-5λ；若压电薄膜层为多晶压电薄膜，则可采用物理溅射方法、化学气相淀积等方法制备，其厚度为0.5λ-5λ。电极采用蒸发、溅射或电镀等方法制备，其厚度为0.05λ-0.4λ。第二温度补偿层采用低温气相淀积、原子层淀积方法或物理溅射方法制备，其厚度为0.1λ-2λ。参照图5和图6，进一步作为优选的实施方式，所述在压电薄膜层上形成表面声波器件所需的电极这一步骤，其具体为：在压电薄膜层的上表面之上旋涂光刻胶，接着经过掩膜板曝光、显影和去胶后形成表面声波器件所需的电极图形，最后根据形成的电极图形通过淀积金属薄膜和剥离的方式获得所需的电极；或者，在压电薄膜层上淀积电极材料，然后旋涂光刻胶，再经过掩膜板曝光、显影和去胶后，采用等离子体反应气体刻蚀形成所需的电极；或者，在压电薄膜层的上表面之上旋涂光刻胶，接着经过掩膜板曝光和显影后形成掩膜层，再在掩膜层的遮蔽下对压电薄膜层进行刻蚀，然后通过去胶和去掩膜层后得到候选电极图形，再接着根据候选电极图形采用蒸发、溅射或电镀的方法得到候选电极，最后对候选电极进行机械抛光，得到表面声波器件所需的电极。本发明一种温度补偿表面声波器件的制备方法，包括以下步骤：在衬底上淀积第一温度补偿层；在第一温度补偿层上形成表面声波器件所需的电极；在电极上形成压电薄膜层；在压电薄膜层上覆盖第二温度补偿层。其中，在第一温度补偿层上形成表面声波器件所需的电极包括两种情况：1)在第一温度补偿层的上表面之上形成表面声波器件所需的电极；2)在第一温度补偿层的上表面嵌入表面声波器件所需的电极。进一步作为优选的实施方式，所述在第一温度补偿层上形成表面声波器件所需的电极这一步骤，其具体为：在第一温度补偿层的上表面之上旋涂光刻胶，接着经过掩膜板曝光、显影和去胶后形成表面声波器件所需的电极图形，最后根据形成的电极图形通过淀积金属薄膜和剥离的方式获得所需的电极；或者，在第一温度补偿层上淀积电极材料，然后旋涂光刻胶，再经过掩膜板曝光、显影和去胶后，采用等离子体反应气体刻蚀形成所需的电极；或者，在第一温度补偿层的上表面之上旋涂光刻胶，接着经过掩膜板曝光和显影后形成掩膜层，再在掩膜层的遮蔽下对第一温度补偿层进行刻蚀，然后通过去胶和去掩膜层后得到候选电极图形，再接着根据候选电极图形采用蒸发、溅射或电镀的方法得到候选电极，最后对候选电极进行机械抛光，得到表面声波器件所需的电极。下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。实施例1参照图1和图2，本发明的第一实施例：图1给出了电极位于压电薄膜层的上表面之上时本发明一种温度补偿表面声波器件的横截面图。图1的表面声波器件结构包括：衬底101；在衬底101上方形成的第一温度补偿层102；在第一温度补偿层102上方形成的压电薄膜层103；在压电薄膜层103上方形成的图形化的电极104；在电极104和压电薄膜层103上覆盖的第二温度补偿层105。图2给出了电极嵌入压电薄膜层的上表面时本发明一种温度补偿表面声波器件的横截面图。图2的表面声波器件结构包括：衬底101；在衬底101上方形成的第一温度补偿层102；在第一温度补偿层102上方形成的压电薄膜层103；嵌入在压电薄膜层103上表面的图形化的电极104；在电极104和压电薄膜层103上覆盖的第二温度补偿层105。实施例2参照图3和图4，本发明的第二实施例：图3给出了电极位于第一温度补偿层的上表面之上时本发明一种温度补偿表面声波器件的横截面图。图3的表面声波器件结构包括：衬底101；在衬底101上方形成的第一温度补偿层102；在第一温度补偿层102上方形成的图形化的电极104；在电极104和第一温度补偿层102上覆盖的压电薄膜层103；在压电薄膜层103上方覆盖的第二温度补偿层105。图4给出了电极嵌入第一温度补偿层的上表面时本发明一种温度补偿表面声波器件的横截面图。图4的表面声波器件结构包括：衬底101；在衬底101上方形成的第一温度补偿层102；嵌入在第一温度补偿层102上表面的图形化的电极104；在电极104和第一温度补偿层102上形成的压电薄膜层103；在压电薄膜层103上方覆盖的第二温度补偿层105。实施例3参照图5，本发明的第三实施例：根据实施例1，本发明提出了实现图1所示温度补偿表面声波器件的制备方法，如图5所示。下面以表面声波波长λ为2μm的表面声波器件为例，对图5所示的制备方法进行详细说明：如图5中(a)所示，衬底101材料为本领域所公知的应用在半导体器件制造中的衬底材料，可以由传统半导体材料硅、锗硅衬底构成，也可为化合物半导体材料，如三五族化合物半导体材料、二六族化合物半导体材料和碳化硅等材料。而在衬底101上制备第一温度补偿层102，则可采用化学气相合成或物理溅射等方法实现。作为第一温度补偿层，其材料优选为具有低/负热膨胀温度系数或低/负波速温度系数的sio2、zro2、al2o3、teo2、zrw2o8、金刚石、类金刚石和蓝宝石等中的任意一种或任意几种材料叠加形成的薄膜层，其厚度范围优选为1μm-20μm。如图5中(b)所示，在第一温度补偿层102上形成压电薄膜层103，其厚度为0.4μm-10μm。当压电薄膜层103采用linbo3、litao3等单晶材料时，可采用键合技术形成类似于本领域所公知的在绝缘体上硅的叠层结构；当压电薄膜层103采用aln、zno等多晶材料时，可采用溅射方法形成所需厚度的薄膜。如图5中(c)所示，根据所需形成电极的具体形状制造掩膜板，掩膜板的线条特征尺寸一般为0.5μm。本实施例通过在压电薄膜上旋涂光刻胶、采用掩膜板进行曝光、显影和去胶等一系列步骤，形成所需的电极图形，其后通过淀积金属薄膜和剥离的方式获得电极。电极可以是由al、cu、alcu、ti、cr、mo、ni、w、tiw、tin和au等中的任意一种或任意几种材料叠加形成的薄膜层，其总厚度范围为0.1μm-0.5μm。如图5中(d)所示，在电极104和压电薄膜层103上覆盖形成第二温度补偿层105。第二温度补偿层105的材料和制备方法与第一温度补偿层102类似，其厚度范围为0.2μm-4μm。此外，图3所示的表面声波器件与图1所示的表面声波器件结构基本相同，只是电极是位于第一温度补偿层的上表面之上的，故可采用与本实施例相同的制备方法来制备实施例2中图3所示的表面声波器件。实施例4参照图6，本发明的第四实施例：本发明的实施例1中图2所示温度补偿表面声波器件的制备方法与实施例3的制备方法主要区别在于嵌入电极的制造方法。如图6所示，图2所示嵌入电极的制备步骤为：如图6中(a)所示，根据所需形成的电极图形，在压电薄膜层103上旋涂光刻胶，经曝光和显影等步骤形成掩膜图形201。其中，根据后续步骤的需要，掩膜图形201除包括光刻胶之外，还可以包括氧化层、金属等作为硬掩膜层。如图6中(b)所示，采用干法等离子体对压电薄膜层103进行刻蚀，并在刻蚀后去除光刻胶和其他掩膜层材料，得到电极图形。其中，刻蚀的深度为后续需要形成的电极厚度。如图6中(c)所示，根据电极图形采用蒸发、溅射或电镀等方法形成电极。电极可以是由al、cu、alcu、ti、cr、mo、ni、w、tiw、tin和au形成的薄膜或由这些材料形成的复合薄膜，其总体厚度范围为0.1μm-0.5μm。如图6中(d)所示，采用机械抛光的方式去除其它非电极区域的电极材料，最终形成所需的嵌入电极104。嵌入电极104制备完成后，可在电极104和压电薄膜层103上采用图5中(d)所示的方法继续形成第二温度补偿层105，最终形成实施例1中图2所示的温度补偿表面声波器件。此外，图4所示的表面声波器件与图2所示的表面声波器件结构基本相同，只是电极是嵌入第一温度补偿层的上表面的，故可采用与本实施例相同的制备方法来制备实施例2中图4所示的表面声波器件。本发明所提出的温度补偿表面声波器件采用了相对较薄的压电薄膜层，且将压电薄膜层置于上下两层温度补偿层之中，从上下两个方向实现了表面声波波速的温度补偿；第一温度补偿层和第二温度补偿层这两层温度补偿层采用了低热膨胀系数的材料，可限制夹在这两层中间的压电薄膜自身的热膨胀作用。故本发明所提出的器件结构及其制造方法，可有效提高表面声波器件特别是高频表面声波器件的温度补偿效果。此外，本发明通过第一温度补偿层和第二温度补偿层这两层补偿层结构来进行温度补偿，使得温度补偿与压电衬底自身无关，不受压电衬底的选型以及耦合系数的限制，可应用于无线通信等领域，应用范围更广。本发明还可通过在小尺寸电极上覆盖温度补偿层的方式，来有效抑制电极材料在高温和高功率工作条件下的声致迁移作用，从而提高表面声波器件的可靠性。以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。当前第1页12当前第1页12