复合扩张模式谐振器的制造方法_4

文档序号:8417825阅读:来源:国知局
品质(Q)因数谐振器以供 例如窄带滤波器应用使用。在此些实施方案中,关键优势在于设计复合材料的有效k t2及Q。
[0074] 虽然所描述的实施方案迄今为止专注于DMR且尤其是XDMR,但具有多个构成层的 复合转换层的使用适用于其它类型的声波装置。举例来说,许多实施方案非常适合于任何 类型的"厚度-模式"装置;也就是说,其中确定装置的谐振模式及频率的至少一个特性尺 寸为装置的厚度或更具体来说转换层的厚度的装置。举例来说,其它厚度-模式装置包含 FBAR,作为d33系数的结果,其按照惯例仅具有沿着z方向的振动。在一些实施方案中,所 描述的技术及结构可用以选择性地指定任何厚度_模式装置的谐振频率。在一些实施方 案中,所描述的技术及结构可用以通过选择性地配置谐振器结构中的转换层的有效硬度系 数、有效压电系数及有效质量密度通过改变沿着x、y或z方向中的任一者的振动模式选择 性地指定任何厚度-模式装置的模式形状及谐振频率。所描述的技术及结构还可用CMR或 其它非厚度-模式装置实践。在CMR的情况下,特性尺寸通常为电极的侧向宽度或间距。
[0075] 另外,虽然例如上文所描述的那些实施方案等一些实施方案包含由三个构成压电 层116、118及120组成的转换层,但在一些其它实施方案中,可利用三个以上压电层。举 例来说,图1中所示的转换层102可被描述为"ABA",其中"A"指示层116及120由材料 "A"(例如ZnO)形成,且"B"指示层118由材料"B"(例如A1N)形成。在一些其它实施方 案中,转换层中的构成层的图案可为(沿着宽度及X轴从左向右移动)BAB、ABABA、BABAB、 ABABABA及BABABAB,以及层的其它合适数目、布置或图案。在一些其它实施方案中,转换 层可包含第三压电或其它材料、第四压电或其它材料、第五压电或其它材料及潜在地更多 的压电以及其它材料层。举例来说,转换层中的构成层的图案可为ABCBA、BCACB、CBABC或 AB⑶CBAB⑶CBA,以及其它可能性,其中C表示取决于将达成的所要特性可或可不为压电的 第三材料。在每种情况下,形成构成层的材料的弹性系数、压电系数及质量密度以及此些 层的宽度乃至布置的组合确定整个转换层的"有效"硬度系数、有效压电系数及有效质量密 度。另外,在一些实施方案中,也可利用其它非压电层的其它材料性质来实现转换层的有效 硬度系数或其它有效材料性质的改变。另外,在一些实施方案中,构成转换层中的一或多者 由例如锆钛酸铅(PbtZrJipJC^,其中0 < x < 1)或"PZT"等其它压电材料或例如硅(Si)、 金属及聚合物等非压电材料形成。在一些其它实施方案中,间隙、间距或其它几何空隙或图 案可被引入或布置于转换层的压电或其它构成层中的一或多者内或之间。另外,在各种实 施方案中,通常可需要具有沿着每一尺寸的对称性(例如ABABA与BAABA相对)。还可需要 构成层的的侧壁为垂直的,以便达成对称模式形状及最大机电耦合k t2。
[0076] 图16展示说明用于形成声波装置的阵列的过程的流程图的实例。图17A到17G 展示如例如参看图16所描述的过程中的实例阶段的横截面示意性描绘。在一些实施方案 中,过程1600在框1601中开始在衬底140上沉积及图案化下部导电层106以形成下部电 极142的多个集合,如图17A所不。在一些实施方案中,衬底140可以由电介质或半导电材 料形成。举例来说,所揭示的谐振器结构可被制造于低成本、高性能、大面积的绝缘衬底上, 所述绝缘衬底在一些实施方案中形成本文中所描述的支撑结构的至少一部分。在一些实施 方案中,形成所揭示的谐振器结构的绝缘衬底可由显示级玻璃(碱土硼铝硅酸盐)或碱石 灰玻璃制成。可制成绝缘衬底的其它合适绝缘材料包含硅酸盐玻璃,例如碱土铝硅酸盐、硼 硅酸盐、经修改的硼硅酸盐和其他。而且,例如氧化铝(AlOx)、氧化钇(Y 203)、氮化硼(BN)、 碳化硅(SiC)、氮化铝(AINx)及氮化镓(GaNx)等陶瓷材料可以用作绝缘衬底材料。在一 些其它实施方案中,绝缘衬底由高电阻率硅形成。在一些实施方案中,还可使用绝缘体上硅 (SOI)衬底、砷化镓(GaAs)衬底、磷化铟(InP)衬底及例如与柔性电子装置相关联的塑料 (聚萘二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯)衬底。衬底可呈常规集成电路(1C)晶片 形式(例如,4英寸、6英寸、8英寸、12英寸)或呈大面积面板形式。举例来说,可使用具有 例如370mm x 470mm、920mm x 730mm及2850mm x 3050mm等尺寸的平板显不器衬底。
[0077] 下部导电层106 (以及稍后在过程中沉积的上部导电层104)可由各种导电金属、 合金及其它材料制成,包含铂(Pt)、铝(A1)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、铌(Nb)、钌(Ru)、铬 (Cr)、经掺杂多晶硅、经掺杂砷化铝镓(AlGaAs)化合物、金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、钽(Ta)、 钴(Co)、镍(Ni)、钯(Pd)、硅锗(SiGe)、经掺杂导电氧化锌(ZnO)及其组合。在各种实施方 案中,上部导电层104及下部导电层106可包含相同导电材料或不同导电材料。在一些实 施方案中,在下部导电层之前沉积一或多个第一层。举例来说,可在沉积下文描述的下部导 电层106或上部导电层104之前沉积一或多个晶种层(例如,A1N)。在一些实施方案中,可 通过包含例如溅镀的任何合适技术来沉积下部导电层106及上部导电层104。
[0078] 另外,虽然图17A到17G中仅展示了三个装置区146,但在其它实施方案中,衬底 140可包含使得能够在衬底140上产生同样多的XDMR 100或其它声波装置的数十、数百、数 千或数千以上装置区140的阵列。另外,每一装置146可包含一或多个电极142。
[0079] 在一些实施方案中,过程1600在框1603中进行在下部导电层106上沉积薄膜压 电层148,如图17B所示。压电层148由第一压电材料形成,且包含各自在占据面积上对 应于对应装置区146的多个区。可用以形成压电层148的压电材料包含例如A1N、ZnO、砷 化镓(GaAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、石英、硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、钽酸锂 (LiTa03)、铌酸锂(LiNb03)、PZT、钛酸锆酸镧铅(PLZT)家族的成员、经掺杂氮化铝及其组 合。在一些其它实施方案中,层148可以由Si或另一电介质或半导体材料形成。在一些实 施方案中,可用包含溅镀的一或多个合适物理气相沉积技术中的任一者沉积压电层148。在 一些实施方案中,厚度T可在例如大约0. lym到大约4ym的范围内。在一些其它实施方 案中,压电层148可具有较小或较大的厚度。举例来说,在其中过程100产生声学谐振器的 一些实施方案中,声学谐振器的工作频率范围与压电层148的厚度成反比。
[0080] 在一些实施方案中,过程1600在框1605中进行使用包含掩蔽及蚀刻的各种光刻 (例如摄影)技术来移除薄膜压电层148的部分以产生多个空隙150及多个压电部分118a、 118b及118c,如图17C所示。在图17C中所示的实施方案中,最左边压电层118a具有为所 得转换层的总宽度W的40%的宽度w 2,中间压电层118b具有为所得转换层的总宽度W的 60%的宽度w2,且最右边压电层118c具有为所得转换层的总宽度W的80%的宽度w 2。然 而,虽然需要压电部分118a、118b及118c的宽度w2基于所要声学或其它机电特性而变化, 但所有压电部分的厚度T相同。另外,在此实施方案中,每一所得装置的宽度W与其它装置 相同。
[0081] 在一些实施方案中,过程1600接着在框1607中进行沉积另一压电层以便产生压 电部分116a、116b及116c以及压电部分120a、120b及120c,如图17D所示。在一些实施 方案中,通过溅镀不同于第一压电材料的第二压电或其它材料形成压电部分116a、116b及 116c以及压电部分120a、120b及120c。举例来说,如上文所描述,在第一压电材料为A1N 时,第二压电材料可为ZnO。在一些其它实施方案中,PZT可用以形成压电部分116a、116b 及116c以及压电部分120a、120b及120c。在一些此类实施方案中,可以溶胶凝胶、液体或 膏形式应用PZT材料,其使得能够借助于例如丝网印刷或其它液体或膏应用技术而易于应 用。在使用PZT的一些此类实施方案中,可加热PZT以使PZT在以溶胶凝胶形式应用之后 结晶。
[0082] 在一些实施方案中,过程1600接着在框1609中进行执行一或多个平面化操作。平 面化操作确保压电部分118a、118b及118c中的每一者的上表面与压电部分116a、116b及 116c中的每一者的上表面共平面,且与压电部分120a、120b及120c中的每一者的上表面共 平面。此情形可为合乎需要的,以例如产生具有对称模式形状及增加机电耦合k t2的谐振器 结构。
[0083] 在一些实施方案中,在框1611中移除沿着装置区146的边界的压电层148的其它 部分以使所得转换层102彼此物理上隔离,如图17E所示。举例来说,反应性离子蚀刻可用 以分离转换层102。在一些实施方案中,邻近结果装置之间的间距在大约10到大约1000 y m 的范围中。但在其它实施方案中可能需要其它间距。
[0084] 在一些实施方案中,过程1600接着在框1613中进行在转换层102上沉积及图案 化上部导电层以形成上部电极144的多个集合,如图17F所示(在一些其它实施方案中,可 在框1611中隔离或分离装置之前应用上部导电层)。如同下部电极142的每一集合一样, 上部电极144的每一集合还可包含由用于形成下部电极142的上文所描述的材料中的一或 多者形成的一或多个上部电极144。还可在上部导电层之前或之后沉积一或多个其它层。
[0085] 在一些实施方案中,接着在框1615中移除在每一转换层102下方的衬底140的一 部分以界定在每一转换层102下方的气隙或空腔152,从而声学隔离转换层102,如图17G 所示。在一些实施方案中,可通过移除衬底140的部分或在装置100中的每一者下方的牺 牲层的部分蚀刻或以其它方式形成空腔152,以使得装置100能够响应于例如刺激(例如, 电磁、静电、热、光学磁等)而自由振动。举例来说,可通过将电信号适当应用于下部或上部 电极142及144中的一者而刺激所得声波装置100,从而导致在装置100的转换层102内产 生电场。以此方式,可在具有相同厚度的单个衬底上以批次层级产生声波装置100的阵列 (例如XDMR的阵列),其又具有选择性地指定的谐振或操作频率或其它所要声学或机电特 性。
[0086] 图18A展示描绘干涉式调制器(MOD)显示装置的一系列显示元件或显示元件阵 列中的两个邻近的頂0D显示元件的等角视图说明。MOD显示装置包含一或多个干涉式 EMS(例如,MEMS)显示元件。在这些装置中,干涉式MEMS显示元件可按明亮或黑暗状态来 配置。在明亮("松弛"、"打开"或"接通"等)状态下,显示元件反射大部分入射可见光。 相对地,在黑暗("经致动"、"关闭"或"切断"等)状态下,显示元件反射极少入射可见光。 MEMS显示元件可经配置以主要在特定光波长下反射,从而允许除黑白显示器之外,还有彩 色显示器。在一些实施方案中,通过使用多个显示元件,可实现原色的不同强度及灰度。
[0087] MOD显示装置可包含可按行及列布置的MOD显示元件阵列。阵列中的每一显示 元件可包含至少一对反射式及半反射层,例如,可移动反射层(即,可移动层,还被称作机 械层)及固定的部分反射层(即,静止层),所述层定位于彼此相距变化的且可控制的距离 处以形成气隙(还被称作光学间隙、空腔或光学谐振腔)。可移动反射层可在至少两个位置 之间移动。举例来说,在第一位置(即,松弛位置)中,可移动反射层可定位于距固定部分反 射层一定距离处。在第二位置(即,经致动位置)中,可移动反射层可定位成更接近部分反 射层。从两个层反射的入射光可取决于可移动反射层的位置及入射光的波长而相长地及/ 或相消地干涉,从而产生用于每一显示元件的全反射或非反射状态。在一些实施方案中,当 显示元件未被致动时,显示元件可能处于反射状态,从而反射可见光谱内的光,且当显示元 件经致动时,显示元件可能处于黑暗状态,从而吸收及/或相消地干涉可见光范围内的光。 然而,在一些其它实施方案中,頂0D显示元件可在未被致动时处于黑暗状态,且在经致动时 处于反射状态。在一些实施方案中,施加电压的引入可驱动显示元件改变状态。在一些其 它实施方案中,施加电荷可驱动显示元件改变状态。
[0088] 图18A中的阵列的所描绘部分包含呈MOD显示元件12形式的两个邻近的干涉式 MEMS显示元件。在右侧的显示元件1
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