声表面波器件及其制作方法与流程

本公开属于无线通讯技术领域，更具体地涉及一种具有多种欧拉切角压电衬底的声表面波器件及其制作方法。

背景技术

saw滤波器可以在高频电路中使用，例如在带通滤波器中使用。saw滤波器包括压电材料和电极结构。这些电极可以将高频信号变换成沿压电材料的表面传播的声波。此外，电极结构也可设置成将声波转变回高频信号，由此选择性地提取期望的频带。

然而，现有的saw滤波器仍然存在以下缺陷：

(1)现有的声表面波器件衬底一般是通过从晶圆厂商直接获得，每一片晶圆对应一种欧拉切角。

(2)虽然可以通过改变谐振器的idt厚度及占空比来调节声表面波器件的谐振频率(fs)和机电耦合系数(k2eff)，但调节范围有限。

(3)在同一平面上也可以通过调整谐振器的方向(即ψ角)抑制一些杂波模式，但不会对主谐振模式产生明显影响(比如改变其fs和k2eff)。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

基于以上问题，本公开的目的在于提出一种具有多种欧拉切角压电衬底的声表面波器件及其制作方法，用于解决以上技术问题的至少之一。

(二)技术方案

为了达到上述目的，作为本公开的一个方面，提供了一种声表面波器件，包括：

一压电衬底，具有多个不同的欧拉切角；以及

一个或多个叉指换能器(idt)，形成于所述压电衬底的表面，用于激发在所述压电衬底上形成的表面声波。

在一些实施例中，所述压电衬底包括多个区域，相邻两个区域的欧拉切角不同。

在一些实施例中，所述压电衬底为钽酸锂或者铌酸锂衬底；所述压电衬底包括三个区域，第二区域位于第一区域和第三区域之间，分别与第一区域和第三区域相邻；第一区域和第三区域的欧拉切角为(0，φ，ψ)，第二区域的欧拉切角为(0，φ-α，ψ)。

在一些实施例中，利用干法刻蚀或者湿法刻蚀在所述压电衬底上形成沟壑(gully)或斜坡形状，以形成多个不同的欧拉切角。

在一些实施例中，每个叉指换能器包括多个电极，在所述压电衬底和所述电极上形成有电介质薄膜，该电介质薄膜覆盖所述叉指换能器以将其包埋。

在一些实施例中，所述电介质薄膜为温度补偿层，材质包括氧化硅、玻璃、氧化钽、掺氟氧化硅、掺碳氧化硅、掺硼氧化硅。

根据本公开的另一个方面，提供了一种声表面波器件的制作方法，包括：

提供一压电衬底；

在所述压电衬底上形成多个不同的欧拉切角；以及

在形成有所述多个不同的欧拉切角的压电衬底上形成叉指换能器(idt)层。

在一些实施例中，所述的声表面波器件的制作方法还包括：在所述叉指换能器(idt)层上形成电介质层。

在一些实施例中，通过对所述压电衬底作体刻蚀处理，在所述压电衬底上形成多个不同的欧拉切角。

在一些实施例中，所述压电衬底为钽酸锂或者铌酸锂衬底；对所述压电衬底作体刻蚀处理，在所述压电衬底上形成三个区域，第二区域位于第一区域和第三区域之间，分别与第一区域和第三区域相邻；第一区域和第三区域的欧拉切角为(0，φ，ψ)，第二区域的欧拉切角为(0，φ-α，ψ)。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开声表面波器件及其制作方法至少具有以下有益效果其中之一：

(1)本公开是在同一片衬底(晶圆)上形成多个不同欧拉切角，从而满足不同频段、不同带宽的滤波器的需求，有效降低了成本。

(2)本公开可制作可调带宽、可切换频段滤波器等声表面波器件，从而可在高频电路中广泛使用。

附图说明

图1为依据本公开saw谐振器结构示意图。

图2为依据本公开一实施例saw谐振器正面剖视图。

图3为图2所示saw谐振器俯视图。

图4为依据本公开另一实施例saw谐振器正面剖视图。

图5为依据本公开又一实施例saw谐振器正面剖视图。

图6为依据本公开再一实施例saw谐振器正面剖视图。

图7为依据本公开saw谐振器制作方法流程图。

图8为通过fem对不同欧拉切角ln的idt仿真的结果图。

<符号说明>

1-叉指换能器；2-压电衬底；3-电介质薄膜；4-反射栅。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。

本公开saw器件使用idt来将电能转换成声能，或者相反地将声能转换成电能。idt使用压电基板和处于两个不同电位的两个相对母线(busbar)以及与两个母线连接的两组电极。由于逆压电效应，处于不同电位的两个连续电极之间的电场提供了声源。相反地，如果换能器接收入射波，则由于压电效应而在电极中产生电荷。如图1所示，通过将叉指换能器1置于两个反射栅4之间来获得谐振器，可以通过连接几个谐振器或通过具有一个或几个产生声能的发射idt，获取滤波器或双工器，其中声能由一个或几个idt接收。

本公开saw器件，其包括旋转y切割x传播的铌酸锂(linbo3，简称ln)或钽酸锂(litao3，简称lt)衬底，其中，切角的定义，由欧拉角(θ，φ，ψ)限定如下：

x、y、z是衬底的晶轴。首先，进行跨越x轴与y轴之间的平面绕z轴的旋转，其中x轴旋转至y轴的方向。第一欧拉角θ是该旋转的角度。旋转提供新的轴x’、y’、z’的集，其中z’等于原始轴z。

在第二旋转中，z’轴与y’轴之间的平面绕x’轴旋转。在这里，y’轴在z’轴的方向上旋转。该旋转的角度φ代表第二欧拉角。该第二旋转提供新的轴x”、y”、z”的集，其中x’等于x”。

在第三旋转中，x”轴和y”轴绕z”轴旋转，其中x”轴在y”轴的方向上旋转。

该旋转的角度ψ代表第三欧拉角。该第三旋转再次提供新的轴x’’’、y”’、z”’的集，其中z”等于z”’。

本文描述的变换提供与衬底的表面平行的x”’轴和y”’轴。此外，z”’轴与衬底的表面正交。x”’轴与声波的传播方向平行。

本公开声表面波器件，包括：

压电衬底，具有多个方向的欧拉切角；以及

一个或多个叉指换能器(idt)，形成于所述压电衬底的表面，用于激发在所述压电衬底上形成的表面声波。

所述声表面波器件例如为谐振器、滤波器、双工器等。可选的，所述压电衬底包括多个区域，相邻两个区域的欧拉切角不同，可以通过刻蚀压电衬底的至少部分区域，在压电衬底上形成沟壑上或斜坡，从而形成多个不同的欧拉切角。

所述压电衬底材质包括但不限于ln、lt、石英、氮化铝、蓝宝石等；所述idt层材质包括但不限于铝、钼、铜、金、铂、银、镍、铬、钨等；所述温度补偿层材质包括但不限于二氧化硅、玻璃、氧化钽、或者在氧化硅中添加了氟或碳或硼而成的化合物等。

本公开获得所述具有斜坡或沟壑的压电衬底的工艺包括并不限于干法刻蚀，湿法刻蚀。

在一具体实施例中，如图2和3所述，saw滤波器包括：压电衬底2，具有两个方向的欧拉切角；以及一个叉指换能器(idt)1，形成于所述压电衬底的表面，用于激发在所述压电衬底上形成的表面声波。所述压电衬底由钽酸锂或者铌酸锂构成，对压电衬底进行图形化处理，形成一个斜坡。在压电衬底上有三个区域，i，iii区域的压电衬底对应(0，φ，ψ)，而ii区域对应(0，φ-α，ψ)，也就是说本实施例中i，iii区域欧拉切角相同，ii区域与i，iii区域欧拉切角不同。本实施例制作的saw谐振器可激励具有不同谐振频率和机电耦合系数的声波，通过不同谐振器的串并联，可构建具有不同频率和带宽的滤波器。

另外，适当调整idt的方向，即调整ψ角，可抑制主谐振模式附近的其它模式，从而获得更为平坦的通带和近带外滤波曲线。

在另一具体实施例中，如图4所示，saw滤波器包括：一压电衬底以及一叉指换能器(idt)。对压电衬底进行图形化处理，形成一个沟壑。与前一实施例不同的是，在压电衬底上有五个区域，其中i，iii，v区域的压电衬底对应(0，φ，ψ)，ii区域对应(0，φ-α，ψ)，iv区域对应(0，φ+α，ψ)。本实施例制作的saw谐振器可激励出多种具有不同谐振频率和机电耦合系数的声波。

另外，也可以在图4所示的i，ii，iv区域分别制作谐振器，在三个区域获得不同谐振频率，不同机电耦合系数的器件。

在又一具体实施例中，saw滤波器包括：一压电衬底以及多个叉指换能器(idt)。在压电衬底上有三个区域，其中i，iii区域的压电衬底对应(0，φ，ψ)，而ii区域对应(0，φ-α，ψ)。如图5所示，在ii，iii区域分别制作谐振器，具有不同的fs和k2eff，由此可构建具有不同频段和不同带宽的滤波器。

在再一具体实施例中，如图6所示，在所述压电衬底和所述电极上形成有电介质薄膜3，该电介质薄膜覆盖所述叉指换能器以将其包埋。所述电介质薄膜为温度补偿层，所述温度补偿层包括但不限于二氧化硅、玻璃、氧化钽、或者在氧化硅添加了氟或碳或硼而成的化合物等。

本公开还提供了一种声表面波器件的制作方法，如图7所示，所述声表面波器件的制作方法包括：

提供一压电衬底；

在所述压电衬底上形成多个方向的欧拉切角；以及

在形成有所述多个方向的欧拉切角的压电衬底上形成叉指换能器(idt)层。

进一步的，所述声表面波器件的制作方法还包括在所述叉指换能器(idt)层上形成电介质层。

可选的，对所述压电衬底作体刻蚀处理，从而在所述压电衬底上形成多个方向的欧拉切角。

可选的，所述压电衬底包括多个区域，相邻两个区域的欧拉切角不同。

此外，在一具体实施例中，以(0，90，0)和(0，38，0)的linbo3组合为例(同如图5所示的saw器件结构，φ取90，α取52，ψ取0)，图8为利用fem对上述两种欧拉切角的声表面波谐振器的仿真结果图。如图8所示，((0，38，0)欧拉切角)的耦合系数约为((0，90，0)欧拉切角)的一半，由此可以构建具有不同带宽的滤波器。

为形成本实施例saw滤波器结构。先在(0，90，0)铌酸锂衬底作一次体刻蚀，并且控制坡度为52度。如此，在i，iii区域对应(0，90，0)欧拉切角，可以制作带宽较大的滤波器。而在斜坡上ii区域对应(0，38，0)欧拉切角，可以制作带宽较小的滤波器。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。