一种体声波谐振器及其制备方法与流程

本申请涉及谐振器，具体而言，涉及一种体声波谐振器及其制备方法。

背景技术：

1、随着无线移动通讯技术的发展，通信频段的频率不断提高、带宽不断增加，这对滤波器的性能提出了更高的要求，包括高频、宽带、小型化和高集成度等。谐振器作为滤波器组成的核心元件，它的参数对滤波器的性能有决定性作用。基于铌酸锂薄膜的横向激励体声波谐振器(plate bulk acoustic resonator,pbar)是于2019年被提出的新型谐振器结构。用它制备的滤波器可以达到5g nr、wifi 6、wifi 6e等高频频段，并具有优良的性能。具体的，pbar采用厚度有限的压电薄膜，在其上方沉积有类似于声表面波的叉指电极。其叉指电极通常具有大周期、小指宽的特点，主要利用特定压电材料的厚度剪切模态以达到较高的机电耦合系数。当施加射频信号于叉指电极时，由于横向电场产生的逆压电效应，压电薄膜会振动并激发出体声波。声波在压电层中来回反射，最终激发出反对称兰姆波的a1模态并产生谐振。

2、pbar难以实现大规模商业化原因的其中之一就是其具有较多的杂散模态，这会带来较大的插入损耗和带内纹波，劣化滤波器性能。虽然这种缺点可以通过调大谐振器的电极周期长度和调节金属电极宽度来实现一定的缓解，但是过大的电极周期会导致滤波器的体积过大、集成度降低；同时，狭窄的电极宽度增加了光刻难度，会产生过大的电极损耗而降低谐振器的机械品质因数，并且会导致器件的静态电容过小而难以满足阻抗匹配。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种体声波谐振器及其制备方法，能够在不改变叉指电极结构的基础上减少声波的杂散模态。

2、本申请的实施例一方面提供了一种体声波谐振器，包括衬底以及依次设置于衬底上的绝缘层和压电层，压电层的上表面和下表面上分别设置第一叉指电极和第二叉指电极，第一叉指电极和第二叉指电极在衬底上的投影重叠，且第一叉指电极的正极和第二叉指电极的正极对应重叠，第一叉指电极的负极与第二叉指电极的负极对应重叠，第二叉指电极的正极与第一叉指电极的正极连接，第二叉指电极的负极与第一叉指电极的负极连接。

3、作为一种可实施的方式，第一叉指电极包括嵌入压电层的第一嵌入部和位于压电层上的第一伸出部，和/或，第二叉指电极包括嵌入压电层的第二嵌入部和位于压电层下表面之外的第二伸出部。

4、作为一种可实施的方式，第一叉指电极沿第一方向排列，第一伸出部沿第一方向的宽度大于第一嵌入部沿第一方向的宽度；第二伸出部沿第一方向的宽度大于第二嵌入部的沿第一方向的宽度。

5、作为一种可实施的方式，第一伸出部沿第一方向的中心与第一嵌入部沿第一方向的中心重合；第二伸出部沿第一方向的中心与第二嵌入部沿第一方向的中心重合。

6、作为一种可实施的方式，第一伸出部远离压电层的表面中心处内凹形成第一凹槽，第二伸出部远离压电层的表面中心处内凹形成第二凹槽。

7、作为一种可实施的方式，第一凹槽沿第一方向的中心与第一伸出部沿第一方向的中心重合，第二凹槽沿第一方向的中心与第二伸出部沿第一方向的中心重合。

8、作为一种可实施的方式，第一凹槽在衬底上的投影与第一嵌入部在衬底上的投影相互重叠；第二凹槽在衬底上的投影与第二嵌入部在衬底上的投影相互重叠。

9、作为一种可实施的方式，压电层沿第一方向在第一叉指电极的两端分别设置声反射结构。

10、作为一种可实施的方式，声反射结构包括沿第三方向设置的多个通孔或者沿第三方向设置的条状通槽，第三方向与第一方向垂直。

11、本申请的实施例另一方面提供了一种体声波谐振器的制备方法，包括：提供绝缘体上压电薄膜，绝缘体上压电薄膜包括硅衬底以及设置于硅衬底上的第一绝缘层和压电层；在压电层的上表面形成第二叉指电极并在压电层上沉积绝缘材料填充第二叉指电极的间隙；提供基底，基底包括衬底以及第二绝缘层，并将形成有第二叉指电极的绝缘体上压电薄膜和基底通过第一绝缘层和第二绝缘层进行键合，去除硅衬底以及第一绝缘层，以使压电层的下表面外露；在压电层的下表面上形成第一叉指电极，并将第二叉指电极的正极与第一叉指电极的正极连接，第二叉指电极的负极与第一叉指电极的负极连接。

12、作为一种可实施的方式，在压电层的上表面形成第二叉指电极并在压电层上沉积绝缘材料填充第二叉指电极的间隙包括：刻蚀压电层的上表面形成第二电极槽；采用光阻剥离的方式在第二电极槽内形成第二叉指电极预制体，其中，第二叉指电极预制体包括第二电极槽内的第二嵌入部和与第二嵌入部连接的第二伸出部；刻蚀第二伸出部的顶面形成第二凹槽以使第二叉指电极预制体成为第二叉指电极；在第二叉指电极的第二正极和第二负极之间以及第二凹槽内填充绝缘材料直至与第二叉指电极的顶面平齐。

13、作为一种可实施的方式，在压电层的下表面上形成第一叉指电极，并将第二叉指电极的正极与第一叉指电极的正极连接，第二叉指电极的负极与第一叉指电极的负极连接包括：刻蚀压电层的下表面刻蚀形成第一电极槽和引出孔，引出孔穿透压电层与第一叉指电极连接；采用光阻剥离的方式在第二电极槽内形成第一叉指电极预制体和引出件，其中，第一叉指电极预制体包括第一电极槽内的第一嵌入部和第一伸出部和与第一嵌入部连接的第一伸出部；刻蚀第一伸出部的顶面形成第一凹槽以使第一叉指电极预制体成为第一叉指电极；在第一叉指电极上形成保护层。

14、本申请实施例的有益效果包括：

15、本申请提供的体声波谐振器，包括衬底以及依次设置于衬底上的绝缘层和压电层，压电层的上表面和下表面上分别设置第一叉指电极和第二叉指电极，第一叉指电极和第二叉指电极在衬底上的投影重叠，且第一叉指电极的正极和第二叉指电极的正极对应重叠，第一叉指电极的负极与第二叉指电极的负极对应重叠，第二叉指电极的正极与第一叉指电极的正极连接，第二叉指电极的负极与第一叉指电极的负极连接。当体声波谐振器工作时，第一叉指电极的正极和第一叉指电极的负极与信号源的两端连接，以在第一叉指电极的正极和相邻的负极之间形成第一电场，同样的，在第二叉指电极的正极和相邻的负极之间形成第二电场，由于第一叉指电极的正极和第二叉指电极的正极对应重叠，第一叉指电极的负极与第二叉指电极的负极对应重叠，使得第一电场和第二电场在第一叉指电极排列方向上的方向相同，在层级方向上的方向相反，由于第一电场和第二电场在层级方向即纵向上的方向相反，从而可以显著减小压电层内纵向电场的分布及强度，从而达到减少声波的杂散模态的数量和强度，且对于叉指电极的周期长度和电极宽度没有改变，因此，本申请实施例能够在不改变叉指电极结构的基础上减少声波的杂散模态。

技术特征：

1.一种体声波谐振器，其特征在于，包括衬底以及依次设置于所述衬底上的绝缘层和压电层，所述压电层的上表面和下表面上分别设置第一叉指电极和第二叉指电极，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极在所述衬底上的投影重叠，且所述第一叉指电极的正极和第二叉指电极的正极对应重叠，所述第一叉指电极的负极与所述第二叉指电极的负极对应重叠，所述第二叉指电极的正极与所述第一叉指电极的正极连接，所述第二叉指电极的负极与所述第一叉指电极的负极连接。

2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一叉指电极包括嵌入所述压电层的第一嵌入部和位于所述压电层上的第一伸出部，和/或，所述第二叉指电极包括嵌入所述压电层的第二嵌入部和位于所述压电层下表面之外的第二伸出部。

3.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一叉指电极沿第一方向排列，所述第一伸出部沿第一方向的宽度大于所述第一嵌入部沿所述第一方向的宽度；所述第二伸出部沿第一方向的宽度大于所述第二嵌入部的沿第一方向的宽度。

4.根据权利要求3所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一伸出部沿所述第一方向的中心与所述第一嵌入部沿第一方向的中心重合；所述第二伸出部沿第一方向的中心与所述第二嵌入部沿第一方向的中心重合。

5.根据权利要求2-4任一项所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一伸出部远离所述压电层的表面中心处内凹形成第一凹槽，所述第二伸出部远离所述压电层的表面中心处内凹形成第二凹槽。

6.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一凹槽沿第一方向的中心与所述第一伸出部沿所述第一方向的中心重合，所述第二凹槽沿第一方向的中心与第二伸出部沿所述第一方向的中心重合。

7.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述压电层沿第一方向在所述第一叉指电极的两端分别设置声反射结构。

8.一种体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述在所述压电层的上表面形成第二叉指电极并在所述压电层上沉积绝缘材料填充第二叉指电极的间隙包括：

10.根据权利要求8所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述在所述压电层的下表面上形成第一叉指电极，并将所述第二叉指电极的正极与所述第一叉指电极的正极连接，所述第二叉指电极的负极与所述第一叉指电极的负极连接包括：

技术总结
本申请公开了一种体声波谐振器及其制备方法，涉及谐振器技术领域，本申请的体声波谐振器，包括衬底以及依次设置于衬底上的绝缘层和压电层，压电层的上表面和下表面上分别设置第一叉指电极和第二叉指电极，第一叉指电极和第二叉指电极在衬底上的投影重叠，且第一叉指电极的正极和第二叉指电极的正极对应重叠，第一叉指电极的负极与第二叉指电极的负极对应重叠，第二叉指电极的正极与第一叉指电极的正极连接，第二叉指电极的负极与第一叉指电极的负极连接。本申请提供的体声波谐振器及其制备方法，能够在不改变叉指电极结构的基础上减少声波的杂散模态。

技术研发人员：刘文娟,王融汇,国世上,王健,孙博文,孙成亮
受保护的技术使用者：武汉敏声新技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21