一种横向激励兰姆波谐振器及其制作方法与流程

本发明属于无线通信设备及半导体器件领域，涉及一种横向激励兰姆波谐振器及其制作方法。

背景技术：

1、随着无线通信技术的迅速发展，对频率选择和射频前端中滤波器的性能要求越来越高。5g通信作为下一代无线通信标准，对射频前端模块提出了更高的要求，包括更高的频率和更大的带宽以及高度精确的频率选择。为了克服传统谐振器的声速低、耦合系数低等问题，基于铌酸锂/钽酸锂的悬空横向激励谐振器(xbar)技术应运而生。横向激励谐振器采用横向激励方式，即通过横向电场的激励来驱动谐振器的振动模式。与传统声表面波谐振器等相比，横向激励谐振器具有高声速、工作频率高、大机电耦合系数等优点，很好的在高频范围弥补了传统声表面波谐振器的缺失，因此在无线通信设备中具有广泛的应用前景。

2、虽然，xbar器件在大耦合系数和高声速方面体现出巨大的优势，但由于该器件的特性，为获得更大的耦合系数和规避高次谐波杂散模式，xbar器件往往采用大波长和低电极占空比的设计，导致电极间距较大，器件单位面积电容相比于声表面波谐振器大幅下降。在实际应用中，为考虑端口阻抗匹配导致使用xbar器件的滤波器具有大得多的面积，导致系统集成度下降和生产成本的上升，严重的影响了xbar的实际应用。

3、因此，如何增大器件的单位面积电容，从而缩小器件面积以拓展其应用场景，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

4、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种横向激励兰姆波谐振器及其制作方法，用于解决现有技术中横向激励兰姆波谐振器单位面积电容偏低所导致的器件占用面积较大而影响器件可应用性的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种横向激励兰姆波谐振器，包括：

3、衬底；

4、压电薄膜，位于所述衬底上方；

5、至少一组叉指换能器，位于所述压电薄膜上方，所述叉指换能器包括交替且间隔排列的多个第一叉指电极组及多个第二叉指电极组，在单个波长周期内具有一第一叉指电极组及一第二叉指电极组，所述第一叉指电极组包括多个间隔排列的第一叉指电极，所述第二叉指电极组包括多个间隔排列的第二叉指电极。

6、可选地，所述第一叉指电极的厚度范围是10nm-500nm，所述第二叉指电极的厚度范围是10nm-500nm；所述第一叉指电极的材料包括铝、铜、金、铂及钼中的至少一种，所述第二叉指电极的材料包括铝、铜、金、铂及钼中的至少一种。

7、可选地，所述第一叉指电极与所述第二叉指电极的尺寸相同或不同，所述尺寸包括厚度、宽度及长度中的至少一种。

8、可选地，相邻的所述第一叉指电极组与所述第二叉指电极组的中心间距满足p>2(h1+h2)，其中，p为相邻的所述第一叉指电极组与所述第二叉指电极组的中心间距，h1为所述压电薄膜的厚度，h2为所述高声速介电薄膜的厚度。

9、可选地，所述横向激励兰姆波谐振器还包括高声速介电薄膜，所述高声速介电薄膜位于所述压电薄膜的上方和/或位于所述压电薄膜的下方，声波在所述高声速介电薄膜中的传播速度大于声波在所述压电薄膜中的传播速度。

10、可选地，所述高声速介电薄膜包括至少一高声速介电层，所述高声速介电层的位置包括位于所述压电薄膜与所述衬底之间、位于所述压电薄膜与所述叉指电极之间及位于所述第一叉指电极及所述第二叉指电极上方中的至少一种。

11、可选地，所述高声速介电层的材料包括氮化铝、碳化硅及金刚石中的至少一种，当所述高声速介电薄膜包括多个高声速介电层时，各所述高声速介电层的材料相同或不同。

12、可选地，所述横向激励兰姆波谐振器还包括空气腔或布拉格反射层，所述空气腔位于所述衬底中且位于所述叉指电极的下方以使所述叉指电极悬设于所述空气腔上方，所述布拉格反射层位于所述衬底上方。

13、可选地，所述压电薄膜的材料包括铌酸锂及钽酸锂中的至少一种。

14、本发明还提供一种横向激励兰姆波谐振器的制作方法，包括以下步骤：

15、提供一衬底；

16、形成压电薄膜于所述衬底上；

17、形成至少一组叉指换能器于所述压电薄膜上方，所述叉指换能器包括交替且间隔排列的多个第一叉指电极组及多个第二叉指电极组，在单个波长周期内具有一第一叉指电极组及一第二叉指电极组，所述第一叉指电极组包括多个间隔排列的第一叉指电极，所述第二叉指电极组包括多个间隔排列的第二叉指电极。

18、可选地，还包括形成高声速介电薄膜的步骤，形成高声速介电薄膜的步骤在形成所述压电薄膜之前和/或形成所述压电薄膜之后进行，声波在所述高声速介电薄膜中的传播速度大于声波在所述压电薄膜中的传播速度。

19、如上所述，本发明的横向激励兰姆波谐振器，通过在常规兰姆波谐振器的结构技术上，在单个波长周期中依据极性设置两组具有多个叉指电极的叉指电极组(即在单个波长周期内设置均包括多个间隔设置的叉指电极的第一叉指电极组及第二叉指电极组)以减小正负极电极的间距，在保持器件具有高工作效率、高机电耦合系数等工作性能情况下，使得器件的单位面积电容显著增加，有效解决了解决xbar器件在实际应用中面积过大的问题，有效提升系统集成度并拓展器件应用场景。本发明的兰姆波谐振器制作方法，能够制作得到上述兰姆波谐振器，制作工艺步骤简单、工艺成熟且成本低廉，实际应用性较强。

技术特征：

1.一种横向激励兰姆波谐振器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的横向激励兰姆波谐振器，其特征在于：所述第一叉指电极的厚度范围是10nm-500nm，所述第二叉指电极的厚度范围是10nm-500nm；所述第一叉指电极的材料包括铝、铜、金、铂及钼中的至少一种，所述第二叉指电极的材料包括铝、铜、金、铂及钼中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的横向激励兰姆波谐振器，其特征在于：所述第一叉指电极与所述第二叉指电极的尺寸相同或不同，所述尺寸包括厚度、宽度及长度中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的横向激励兰姆波谐振器，其特征在于：相邻的所述第一叉指电极组与所述第二叉指电极组的中心间距满足p>2(h1+h2)，其中，p为相邻的所述第一叉指电极组与所述第二叉指电极组的中心间距，h1为所述压电薄膜的厚度，h2为所述高声速介电薄膜的厚度。

5.根据权利要求1所述的横向激励兰姆波谐振器，其特征在于：所述横向激励兰姆波谐振器还包括高声速介电薄膜，所述高声速介电薄膜位于所述压电薄膜的上方和/或位于所述压电薄膜的下方，声波在所述高声速介电薄膜中的传播速度大于声波在所述压电薄膜中的传播速度。

6.根据权利要求5所述的横向激励兰姆波谐振器，其特征在于：所述高声速介电薄膜包括至少一高声速介电层，所述高声速介电层的位置包括位于所述压电薄膜与所述衬底之间、位于所述压电薄膜与所述叉指电极之间及位于所述第一叉指电极及所述第二叉指电极上方中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的横向激励兰姆波谐振器，其特征在于：所述高声速介电层的材料包括氮化铝、碳化硅及金刚石中的至少一种，当所述高声速介电薄膜包括多个高声速介电层时，各所述高声速介电层的材料相同或不同。

8.根据权利要求1所述的横向激励兰姆波谐振器，其特征在于：所述横向激励兰姆波谐振器还包括空气腔或布拉格反射层，所述空气腔位于所述衬底中且位于所述叉指电极的下方以使所述叉指电极悬设于所述空气腔上方，所述布拉格反射层位于所述衬底上方。

9.根据权利要求1所述的横向激励兰姆波谐振器，其特征在于：所述压电薄膜的材料包括铌酸锂及钽酸锂中的至少一种。

10.一种横向激励兰姆波谐振器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

11.根据权利要求10所述的横向激励兰姆波谐振器的制作方法，其特征在于：还包括形成高声速介电薄膜的步骤，形成高声速介电薄膜的步骤在形成所述压电薄膜之前和/或形成所述压电薄膜之后进行，声波在所述高声速介电薄膜中的传播速度大于声波在所述压电薄膜中的传播速度。

技术总结
本发明提供一种横向激励兰姆波谐振器及其制作方法，该横向激励兰姆波谐振器包括衬底、压电薄膜及至少一组叉指换能器，其中，压电薄膜位于衬底上方，叉指换能器位于压电薄膜上方，叉指换能器包括交替且间隔排列的多个第一叉指电极组及多个第二叉指电极组，在单个波长周期内具有一第一叉指电极组及一第二叉指电极组，第一叉指电极组包括多个间隔排列的第一叉指电极，第二叉指电极组包括多个间隔排列的第二叉指电极。该兰姆波谐振器通过在单个波长周期中依据极性设置两组具有多个叉指电极的叉指电极组以减小正负极电极的间距，显著增加器件的单位面积电容，有效提升系统集成度并拓展器件应用场景。该制作方法工艺步骤简单且成本低廉。

技术研发人员：邵率
受保护的技术使用者：上海馨欧集成微电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27