本发明涉及微电子器件,具体地,涉及一种声表面波谐振器件及滤波器,尤其是一种高声速高性能声表面波谐振器件。
背景技术:
1、声表面波滤波器、谐振器是移动通信设备的重要组成部分,在传感、检测等领域也有重要应用。在4g、5g技术使用更高频段的载波频率实现大带宽、低延迟通信的背景下,行业迫切需要更高频率、更高品质因数的声表滤波器。
2、现有的声表面波滤波器、谐振器存在如下缺点:a、常见压电基片上的声速较低,达到较高频率所需的电极宽度已逼近工艺线宽理论极限,不能满足制造较高频率谐振器、滤波器的需求;b、在常见压电基片(如铌酸锂、钽酸锂)的部分切型中存在声速较高的漏波、纵漏波声波模式,但受限于其物理性质,单独使用相应块状基片时声波能量将向片内泄漏,造成器件品质因数下降,不利于其在工程领域中的应用;c、部分利用其他层状结构形式实现的声表面波器件存在较多的明显带外杂模,在载波聚合等方面应用时需复杂的杂模抑制手段。
3、文献1,公开号为cn215581082u的专利文献公开了一种声表面波谐振器及包含该声表面波谐振器的滤波器,所述声表面波谐振器包括:压电膜层及形成于所述压电膜层上的电极,所述电极上形成有均热层,所述均热层至少部分覆设于所述电极上,所述均热层为石墨烯层。但是该专利文献仍然存在上述缺陷。
4、文献2,公开号为cn110120794a公开了一种弹性波装置,利用板波s0模式,具备:支承基板;声反射层,直接或间接地层叠在支承基板上;压电体,直接或间接地层叠在声反射层上;以及idt电极,直接或间接地设置在压电体上,在声反射层中,在低声阻抗层与高声阻抗层在层叠方向上相邻的部分中的至少一个部分,将用弹性波装置的动作频率处的在低声阻抗层中传播的横波体波的波长的厚度方向上的分量进行了归一化的低声阻抗层的厚度设为t1,将用弹性波装置的动作频率处的在高声阻抗层中传播的横波体波的波长的厚度方向上的分量进行了归一化的高声阻抗层的厚度设为t2,此时,t1+t2为0.40以上且0.60以下,t1/(t1+t2)为0.35以上且0.65以下。但是该专利文献仍然存在上述缺陷。
5、文献3,公开号为cn108493325a公开了一种高频高性能声表面波器件及其制备方法,所述声表面波器件包括依次叠加的碳化硅单晶衬底、压电薄膜和叉指电极;压电薄膜为钽酸锂单晶薄膜或铌酸锂单晶薄膜;碳化硅单晶衬底为4hsic单晶基片、6hsic单晶基片、3csic单晶基片或3csic外延单晶基片。该专利文献使用了yz-linbo3等切型上的纵漏声表面波模式,利用相关切型建模开展仿真计算,结果如下:在如该专利文献设计三层层状结构中应用yzln时,发现在无sio2隔离层(原始文献报道情况)时,除低频处的低速模式(瑞利模式或sh模式)以外,纵漏模主谐振附近尚存在1个杂模,与主模的距离极近,不利于实际应用,且此时无sio2隔离层,无对器件的温度补偿效果,加入sio2隔离层时,随sio2隔离层的厚度增加,杂模数量增加,无论是否具有sio2隔离层,该专利文献的机电耦合系数均显著低于本技术提出的设计。
6、文献4,t.kimura et al.,"a high velocity and wideband saw on a thinlinbo3plate bonded on a si substrate in the shf range,"2019ieee internationalultrasonics symposium(ius),2019,pp.1239-1248,doi:10.1109/ultsym.2019.8926065。该文献使用x-40y linbo3切型,实际结构为多层(5层以上)bragg声反射器结构,在其文献报道中,所设计的器件具有1.7um波长,经对其相同结构进行仿真,所得器件的工作频率为3620mhz,机电耦合系数为22.113%,该文献所提出器件结构的声速与本技术相近,但本技术设计器件的机电耦合系数高于其机电耦合系数。
7、文献5,t.takai et al.,"high-performance saw resonator with simplifiedlitao3/sio2 double layer structure on si substrate,"in ieee transactions onultrasonics,ferroelectrics,and frequency control,vol.66,no.5,pp.1006-1013,may2019,doi:10.1109/tuffc.2019.2898046。相比于该文献的i.h.p-saw器件,本技术提供了一种利用更高速声波模式的技术方案,在同样的指条线宽下本设计可提供更高的声波频率,计算可知本技术中使用的s0模式声波声速约为6106m/s,远高于i.h.p-saw器件中不足4000m/s的声速,在现有工艺条件可提供的最小线宽(约0.3um电极指宽)下,器件的谐振频率将可达约5088mhz,远高于使用瑞利波、sh波等低速声波模式的技术方案,同时,本技术中的设计相比文献4中的设计拥有更优的带外杂模特性。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种声表面波谐振器件及滤波器。
2、根据本发明提供的一种声表面波谐振器件,包括:器件叉指电极层、压电层、反射器层以及支撑基底层;
3、所述反射器层设置在所述支撑基底层上,所述压电层设置在所述反射器层上,所述器件叉指电极层设置在所述压电层上;
4、所述反射器层包括叠加设置的低声阻抗层和高声阻抗层。
5、优选的,所述反射器层包括多个所述低声阻抗层和多个所述高声阻抗层;
6、一个所述低声阻抗层和一个所述高声阻抗层构成一个反射结构,所述反射器层包括多个反射结构;
7、多个所述反射结构均位于所述压电层和所述支撑基底层之间。
8、优选的,所述反射器层包括三个所述低声阻抗层和二个所述高声阻抗层;
9、三个所述低声阻抗层分别为第一低声阻抗层、第二低声阻抗层以及第三低声阻抗层;两个所述高声阻抗层分别为第一高声阻抗层和第二高声阻抗层;
10、所述第一低声阻抗层、所述第一高声阻抗层、所述第二低声阻抗层、所述第二高声阻抗层以及所述第三低声阻抗层依次叠加设置;
11、所述第一低声阻抗层和所述第一高声阻抗层构成第一反射结构,所述第二低声阻抗层和所述第二高声阻抗层构成第二反射结构;
12、所述第三低声阻抗层位于所述第二反射结构和所述压电层之间。
13、优选的,所述器件叉指电极层的材料为铝,所述器件叉指电极层的厚度为3%~10%器件波长。
14、优选的,所述压电层为铌酸锂薄膜。
15、优选的,铌酸锂薄膜切型的欧拉角表示为[30°,90°,150°],所述压电层的厚度为10%~30%器件波长。
16、优选的,所述低声阻抗层的材质为二氧化硅,所述低声阻抗层的厚度为5%~50%器件波长。
17、优选的,所述高声阻抗层的材质为金属铂、金属钨、氧化钨或二氧化铪,所述高声阻抗层的厚度为5%~50%器件波长。
18、优选的,所述支撑基底层的材质为硅。
19、本发明还提供一种滤波器,包括上述的声表面波谐振器件。
20、与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
21、1、本发明提供了一种新型高频、高性能、低杂散模式的声表面波器件,器件设计采用硅单晶基片、多层声反射器层、铌酸锂压电薄膜、多组交叉摆放的金属叉指电极叠加的结构形式,具有高频率、高品质因数、高功率耐受性、低温度系数、低带外杂模的特点,在通讯领域有巨大的应用前景;
22、2、本发明提供了一种新型层状基底的声表面波器件,采用叉指电极-铌酸锂-多层声反射器层-硅支撑衬底叠加的结构形式,可以实现高频、高性能、低杂散模式的特点;
23、3、本发明提出了新型的铌酸锂压电薄膜层晶体切角方向[30°,90°,150°],该切角方向下声表面波模式机电耦合系数较高,可显著减少带外声波杂模的数目;
24、4、本发明提出了利用多层声反射器结构的声禁带实现声波能量导向的技术方案,在有效抑制纵漏声表面波模式的能量向基底内辐射的同时防止了工作频带内杂模的激发;
25、5、本发明提出了利用二氧化硅为声反射器结构低声速中间层的技术方案,在调节器件主模式声速、提升波导形成效果、减小能量泄漏的同时也有利于改善器件的温度系数;
26、6、本发明采用了不同的结构设计与压电基底切型,有效减少了带外杂模数目,有利于器件在移动通信领域的应用。
1.一种声表面波谐振器件,其特征在于,包括:器件叉指电极层(1)、压电层(2)、反射器层(3)以及支撑基底层(4);
2.根据权利要求1所述的声表面波谐振器件,其特征在于,所述反射器层(3)包括多个所述低声阻抗层(301)和多个所述高声阻抗层(302);
3.根据权利要求2所述的声表面波谐振器件,其特征在于,所述反射器层(3)包括三个所述低声阻抗层(301)和二个所述高声阻抗层(302);
4.根据权利要求1所述的声表面波谐振器件,其特征在于,所述器件叉指电极层(1)的材料为铝,所述器件叉指电极层(1)的厚度为3%~10%器件波长。
5.根据权利要求1所述的声表面波谐振器件,其特征在于,所述压电层(2)为铌酸锂薄膜。
6.根据权利要求5所述的声表面波谐振器件,其特征在于,铌酸锂薄膜切型的欧拉角表示为[30°,90°,150°],所述压电层(2)的厚度为10%~30%器件波长。
7.根据权利要求1所述的声表面波谐振器件,其特征在于,所述低声阻抗层(301)的材质为二氧化硅,所述低声阻抗层(301)的厚度为5%~50%器件波长。
8.根据权利要求1所述的声表面波谐振器件,其特征在于,所述高声阻抗层(302)的材质为金属铂、金属钨、氧化钨或二氧化铪,所述高声阻抗层(302)的厚度为5%~50%器件波长。
9.根据权利要求1所述的声表面波谐振器件,其特征在于,所述支撑基底层(4)的材质为硅。
10.一种滤波器,其特征在于,包括权利要求1至9任一项所述的声表面波谐振器件。
