一种声表面波滤波器的制作方法

本实用新型涉及一种声表面波滤波器，属于无线通讯技术领域。

背景技术：

声表面波(surfaceacousticwave简称saw)是一种沿弹性固体表面或介质表面传播的弹性波。声表面波滤波器是利用压电效应和声表面波谐振特性制成的频率选择性器件,一般包括压电基底和设置于压电基底表面按照一定的电路结构叉指换能器，而叉指换能器包括输入换能器和输出换能器。输入换能器通过逆压效应将输入的电信号转化为声信号，该声信号沿基底表面传播到达输出换能器，最终由输出换能器将此声信号转化为电信号输出。saw滤波器设计灵活、模拟/数字兼容、带内衰减小、抗电磁干扰(emi)性能好、体积小、重量轻且可靠性高等，这些特点使得saw滤波器在基站、导航、移动通信等众多领域得到广泛的应用。相比其他可用技术，saw技术在某些方面可以更经济地解决问题，而且可以解决难以用其他技术实现的难题。随着军用、民用电子系统越来越高频化、小型化，获得广泛的应用。但是传统的声表面波滤波器在声表面波的传播过程中都是利用单一的瑞利波模式，缺乏不同声波模式之间的转换，因此在带宽和插入损耗指标性能方面存在着局限性。所以采用传统的单一声表面波模式在当今5g时代的大带宽，低损耗，高品质因数的需求面临一定的瓶颈。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种声表面波滤波器，该滤波器利用了两种声波模式进行转换，从而扩展了器件的工作带宽。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种声表面波滤波器，包括压电基底，所述压电基底包括位于两侧的厚基底部和连接两厚基底部的薄基底部，所述压电基底的上表面设置有压电薄膜层，所述压电薄膜层上固定设置有至少一对叉指换能器，每一对叉指换能器均包括间隔输入换能器和输出换能器，所有的输入换能器并联设置，所有的输出换能器并联设置，所述输入换能器和输出换能器分别位于两侧的厚基底部并与厚基底部对应，所述薄基底部处于输入换能器和输出换能器之间。

作为一种优选的方案，所述声表面波滤波器还包括温度补偿层，温度补偿层的温度系数与压电基底的温度系数相反，该温度补偿层位于压电薄膜层的上方并覆盖所述叉指换能器。

作为一种优选的方案，所述声表面波滤波器还包括温度补偿层，温度补偿层的温度系数与压电基底的温度系数相反，该温度补偿层位于压电薄膜层和压电基底层之间。

作为一种优选的方案，所述输入换能器和输出换能器对称设置，每个输入换能器均包括两个平行的第一汇流排和第二汇流排，第一汇流排和第二汇流排上均连接多根平行的电极条，多根电极条互相间隔交错设置。

作为一种优选的方案，所有的电极条的宽度相等且等间距交叉设置。

作为一种优选的方案，所述第一汇流排上连接宽度相等的多根一类电极条，所述第二汇流排上连接一类电极条和二类电极条，所述二类电极条的宽度比一类电极条的宽度宽，每两个二类电极条之间布置了两个一类电极条，各电极条之间的间距相等。

作为一种优选的方案，所述薄基底部和两侧的厚基底部共同构成了矩形或者梯形的槽状结构。

采用了上述技术方案后，本实用新型的效果是：由于所述压电基底包括位于两侧的厚基底部和连接两厚基底部的薄基底部，所述压电基底的上表面设置有压电薄膜层，所述压电薄膜层上固定设置有至少一对叉指换能器，每一对叉指换能器均包括间隔输入换能器和输出换能器，所有的输入换能器并联设置，所有的输出换能器并联设置，所述输入换能器和输出换能器分别位于两侧的厚基底部并与厚基底部对应，所述薄基底部处于输入换能器和输出换能器之间，因此，在输入换能器输入交流电信号，利用逆压电效应，与输入换能器对应的压电基底的厚基底部就会激励起rayleigh(瑞利波)声表面波并传播出去，当其到达薄基底部的时候，由于基底厚度变薄，在该区域声表面波将会转变成lamb波(兰姆波)继续传播，当其到达另一侧的厚基底部时又转换成rayleigh波，由于压电效应，其声学信号通过该侧的输出换能器转换成电学信号从而输出，最终实现滤波的功能。而该滤波器使用了两种不同声波模式，两种不同声波模式下的波速不同，通过两种声波模式转换扩展器件的工作带宽。

又由于所述声表面波滤波器还包括温度补偿层，温度补偿层的温度系数与压电基底的温度系数相反，这样利用温度补偿层可以对外界环境(温度等)造成的极性相反的效果而相抵消，从而总体表现对外界扰动近乎于零的稳定性质。

另外本实用新型还公开了一种声表面波滤波器的制作方法，该制作方法用于制作上述的滤波器，包括以下步骤：

a1、提供一个硅材料制成的压电基底；

a2、利用磁控溅射工艺或晶圆键合结合机械抛光的方式在压电基底的其中一个表面制作一层压电薄膜层；

a3、在压电薄膜层的表面利用平面光刻工艺制作金属电极形成至少一对叉指换能器；

a4、利用深硅刻蚀工艺在压电基底的另一个表面刻蚀一个空槽而形成两个厚基底部和一个薄基底部，其中两个厚基底部与叉指换能器的输入换能器和输出换能器一一对应。

作为一种优选的方案，该制作方法还包括以下两种的温度补偿层的成型方式；

第一种成型方式：在步骤a3和a4之间增加步骤温度补偿层的成型步骤，该步骤为：在压电薄膜层的表面利用磁控溅射工艺生长一层温度补偿层，该温度补偿层将所述叉指换能器覆盖，该温度补偿层与压电基底的温度系数相反；

第二种成型方式：在步骤a1和a2之间增加温度补偿层的成型步骤，该步骤为：利用磁控溅射工艺或晶圆键合结合机械抛光的方式在压电基底的其中一个表面制作一层温度补偿层，该温度补偿层与压电基底的温度系数相反，压电薄膜层直接成型在温度补偿层上。该温度补偿层的设置可以对器件的变形量进行反向补偿，使整个器件的变形相互抵消，从而总体表现对外界扰动近乎于零的稳定性质。而温度补偿层有两种成型方式进行选择，可以根据工厂的实际生产条件选择合格的成型方式，从而适应性更好。

其中，所述温度补偿层为二氧化硅层并采用磁控溅射工艺形成，其具体工艺如下：

c1、清洗器件：将经过步骤b2成型的芯片先后在丙酮、无水乙醇以及超纯水中超声清洗14-17分钟后，用氮气吹干备用；

c2、对真空腔抽真空：将清洗后的芯片放入磁控溅射镀膜腔的载物台上固定，开启机械泵对腔体粗抽真空，当真空值达到10pa以内时开启分子泵，对整个真空腔进行抽真空至5×10^-4pa；

c3、调节氩气：等真空度稳定后向真空室内通入氩气并调节流量计设置氩气的流速为14-16sccm，调节真空室内气压控制在3-5pa之间；

c4、通入氧气预溅射：开启射频电源产生辉光后，调节真空腔内的气压稳定在0.4-0.6pa，同时通入与氩气相同流量的氧气反应预溅射，去除靶材表面的污物；

c5、溅射二氧化硅温度补偿层：预溅射后辉光稳定调大射频电源的功率，打开遮挡靶材基片的盖板，进行磁控溅射在压电基底的表面生长一层二氧化硅温度补偿层，由于二氧化硅温度补偿层采用了上述的磁控溅射工艺，因此温度补偿层与压电基底之间结合更好，同时，也方便压电薄膜层后续根据实际情况选择制作方式。

采用了上述技术方案后，本实用新型的效果是：该制作方法在目前传统的滤波器的制作方法中，增加了深硅刻蚀工艺在压电基底的另一个表面刻蚀一个空槽而形成两个厚基底部和一个薄基底部，这样工艺简单，同时成型出了厚基底部和薄基底部，这样使滤波器具备了两种声波传输的模式，从而扩展了器件的工作带宽。

又由于该制作方法还包括以下两种的温度补偿层的成型方式；

第一种成型方式：在步骤a3和a4之间增加步骤温度补偿层的成型步骤，该步骤为：在压电薄膜层的表面利用磁控溅射工艺生长一层温度补偿层，该温度补偿层将所述叉指换能器覆盖，该温度补偿层与压电基底的温度系数相反；

第二种成型方式：在步骤a1和a2之间增加温度补偿层的成型步骤，该步骤为：利用磁控溅射工艺或晶圆键合结合机械抛光的方式在压电基底的其中一个表面制作一层温度补偿层，该温度补偿层与压电基底的温度系数相反，压电薄膜层直接成型在温度补偿层上，

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型实施例中1的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中2的结构示意图；

图3是输入换能器的一种结构示意图；

图4是输入换能器的另一种结构示意图；

图5是声波模式转换示意图；

附图中：1.压电基底；2.压电薄膜层；3.温度补偿层；4.输入换能器；41.第一汇流排；42.第二汇流排；43.一类电极条；44.二类电极条；5.输出换能器。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，一种声表面波滤波器，包括压电基底1，所述压电基底1包括位于两侧的厚基底部和连接两厚基底部的薄基底部，所述薄基底部和两侧的厚基底部共同构成了矩形或者梯形的槽状结构。所述压电基底1的上表面设置有压电薄膜层2，所述压电薄膜层2上固定设置有至少一对叉指换能器，每一对叉指换能器均包括间隔输入换能器4和输出换能器5，所有的输入换能器4并联设置，所有的输出换能器5并联设置，所述输入换能器4和输出换能器5分别位于两侧的厚基底部并与厚基底部对应，所述薄基底部处于输入换能器4和输出换能器5之间。

如图1所示，所述声表面波滤波器还包括温度补偿层3，温度补偿层3的温度系数与压电基底1的温度系数相反，该温度补偿层3位于压电薄膜层2的上方并覆盖所述叉指换能器。

实施例2

该实施例和实施例1的结构相同，只是温度补偿层3的设置位置不同，本实施例中，温度补偿层3的温度系数与压电基底1的温度系数相反，该温度补偿层3位于压电薄膜层2和压电基底1层之间。其中本实施例中，压电薄膜层2的厚度为100nm～10um，而温度补偿层3为200nm～2um。

实施例1和实施例2中的叉指换能器均有至少两种形式。

如图3所示，图3中所述输入换能器4和输出换能器5对称设置，每个输入换能器4均包括两个平行的第一汇流排41和第二汇流排42，第一汇流排41和第二汇流排42上均连接多根平行的电极条，多根电极条互相间隔交错设置，而图3中的电极条宽度相同且等间距交叉设置，可以定义为一类电极条43。

再如图4所示，图4中，所述第一汇流排41上连接宽度相等的多根一类电极条43，所述第二汇流排42上连接一类电极条43和二类电极条44，所述二类电极条44的宽度比一类电极条43的宽度宽，每两个二类电极条44之间布置了两个一类电极条43，各电极条之间的间距相等。上述两种换能器的结构均可使用。

如图5所示，在实际的使用过程中，在输入换能器4输入交流电信号，利用逆压电效应，与输入换能器4对应的压电基底1的厚基底部就会激励起rayleigh(瑞利波)声表面波并传播出去，当其到达薄基底部的时候，由于基底厚度变薄，在该区域声表面波将会转变成lamb波(兰姆波)继续传播，当其到达另一侧的厚基底部时又转换成rayleigh波，由于压电效应，其声学信号通过该侧的输出换能器5转换成电学信号从而输出，最终实现滤波的功能。而该滤波器使用了两种不同声波模式，两种不同声波模式下的波速不同，通过两种声波模式转换扩展器件的工作带宽，而利用温度补偿层3可以对外界环境(温度等)造成的极性相反的效果而相抵消，从而总体表现对外界扰动近乎于零的稳定性质。

另外实用新型还公开了一种声表面波滤波器的制作方法，该制作方法用于制作上述的滤波器，包括以下步骤：

a1、提供一个硅材料制成的压电基底1；

a2、利用磁控溅射工艺或晶圆键合结合机械抛光的方式在压电基底1的其中一个表面制作一层压电薄膜层2；其中晶圆键合的工艺是目前常规的工艺，压电薄膜层2键合在压电基底1上以后，通过机械抛光的形式控制压电薄膜层2的厚度。

a3、在压电薄膜层2的表面利用平面光刻工艺制作金属电极形成至少一对叉指换能器；

a4、利用深硅刻蚀工艺在压电基底1的另一个表面刻蚀一个空槽而形成两个厚基底部和一个薄基底部，其中两个厚基底部与叉指换能器的输入换能器4和输出换能器5一一对应。

该制作方法还包括以下两种的温度补偿层3的成型方式；

第一种成型方式：在步骤a3和a4之间增加步骤温度补偿层3的成型步骤，该步骤为：在压电薄膜层2的表面利用磁控溅射工艺生长一层温度补偿层3，该温度补偿层3将所述叉指换能器覆盖，该温度补偿层3与压电基底1的温度系数相反，该成型方式也就是成型了图1中的滤波器；

第二种成型方式：在步骤a1和a2之间增加温度补偿层3的成型步骤，该步骤为：利用磁控溅射工艺或晶圆键合结合机械抛光的方式在压电基底1的其中一个表面制作一层温度补偿层3，该温度补偿层3与压电基底1的温度系数相反，压电薄膜层2直接成型在温度补偿层3上，也就可以成型图2中的滤波器。该温度补偿层3的设置可以对器件的变形量进行反向补偿，使整个器件的变形相互抵消，从而总体表现对外界扰动近乎于零的稳定性质。而温度补偿层3有两种成型方式进行选择，可以根据工厂的实际生产条件选择合格的成型方式，从而适应性更好。

其中，所述温度补偿层3为二氧化硅层并采用磁控溅射工艺形成，其具体工艺如下：

c1、清洗器件：将经过步骤b2成型的芯片先后在丙酮、无水乙醇以及超纯水中超声清洗14-17分钟后，用氮气吹干备用；

c2、对真空腔抽真空：将清洗后的芯片放入磁控溅射镀膜腔的载物台上固定，开启机械泵对腔体粗抽真空，当真空值达到10pa以内时开启分子泵，对整个真空腔进行抽真空至5×10^-4pa；

c3、调节氩气：等真空度稳定后向真空室内通入氩气并调节流量计设置氩气的流速为14-16sccm，调节真空室内气压控制在3-5pa之间；

c4、通入氧气预溅射：开启射频电源产生辉光后，调节真空腔内的气压稳定在0.4-0.6pa，同时通入与氩气相同流量的氧气反应预溅射，去除靶材表面的污物；

c5、溅射二氧化硅温度补偿层3：预溅射后辉光稳定调大射频电源的功率，打开遮挡靶材基片的盖板，进行磁控溅射在压电基底1的表面生长一层二氧化硅温度补偿层3，由于二氧化硅温度补偿层3采用了上述的磁控溅射工艺，因此温度补偿层3与压电基底1之间结合更好，同时，也方便压电薄膜层2后续根据实际情况选择制作方式。

而压电薄膜层2也采用磁控溅射工艺形成，其中成分为zno，其溅射功率为100-110w、氩气和氧气流量比为9:1、真空腔内的气压稳定在1pa，沉积温度为400℃并且溅射2h，最终形成zno薄膜。

以上所述实施例仅是对本实用新型的优选实施方式的描述，不作为对本实用新型范围的限定，在不脱离本实用新型设计精神的基础上，对本实用新型技术方案作出的各种变形和改造，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。