一种高频大带宽声表面波滤波器及其制备方法

本发明涉及一种高频大带宽声表面波滤波器及其制备方法，属于信息电子材料领域。

背景技术：

1、声表面波器件是基于压电效应对射频信号编码解码进行信息传输的电子器件，与陶瓷滤波器相比声表面波滤波器具有体积小、选择性好等优势，在过去几十年有着飞快的发展并且已经得到了广泛的应用。目前随着5g时代的大幕拉开，更多的移动终端接入到网络中造成传输数据量激增，并且由于低频资源愈发紧张，5g通信频率逐渐向高频拓展。

2、受困于材料的机电耦合系数，声表面波滤波器带宽局限于0.1～5％之间，如何制备高频率、大带宽、无寄生模式的声表面波滤波器已经成为本领域关键技术难点。t.omori等人发表的文献ultra-wide band and low-loss saw ladder filter on a cu-grating/15°yx-linbo3 structure，2006ieee ultrasonics symposium，1874-1877报道了在15°y-xlinbo3上，以铜为电极材料的超大带宽滤波器。但是，t.omori等人制备的滤波器的通带内波动很大，使得器件无法应用。也有一些文献(su r,ieee electron device letters,42(3):438–441.)通过重电极压制的办法抑制寄生模式，但这会导致声速降低至2700m/s，这不利于制备高频率声表器件。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高频大带宽声表面波滤波器，通过在串并联谐振器中采用不同厚度的电极材料将寄生模式移除值带外，且同时保证了高声速和高机电耦合系数；可采用标准krf工艺制备，易于推广。

2、本发明所提供的高频大带宽声表面波滤波器，为梯形拓扑结构，包括串联谐振器和并联谐振器，所述串联谐振器与所述并联谐振器通过汇流电极连接；

3、所述串联谐振器、所述并联谐振器和所述汇流电极均设于压电基片上；

4、所述并联谐振器的线宽大于所述串联谐振器的线宽，相差范围可为5～300nm，根据需求确定；

5、所述串联谐振器和所述并联谐振器均包括叉指电极和反射栅；

6、所述串联谐振器和所述并联谐振器中的所述叉指电极的厚度不同，以保证寄生模式被移除在主通带之外，两者厚度差异在10nm～100nm的范围，具体取决于电极材料以及所用频率需求。

7、本发明采用梯形拓扑结构，具有损耗小、矩形度高和体积小等优点。

8、上述的声表面波滤波器中，所述并联谐振器和所述串联谐振器的线宽可为100nm～2μm，具体根据频率需要确定。

9、上述的声表面波滤波器中，所述压电基片可为0°～64°yx-ln单晶基片或0°～64°yx-ln键合基片；

10、所述0°～64°yx-ln键合基片可为0°～64°yx-ln/sio2/si基片、0°～64°yx-ln/sio2/sic基片、0°～64°yx-ln/sio2/diamond基片、0°～64°yx-ln/si基片、0°～64°yx-ln/al2o3基片、0°～64°yx-ln/sic基片或0°～64°yx-ln/diamond基片；

11、所述0°～64°yx-ln单晶基片的厚度可为30μm～1000μm，具体根据需要确定；

12、所述0°～64°yx-ln键合基片中，ln层与sio2的厚度为100～1000nm，基底(si、sic、al2o3、diamond)的厚度为30μm～1000μm，具体根据需要确定。

13、上述的声表面波滤波器中，所述叉指电极和所述汇流电极均包括金属打底层和金属主体层，所述金属打底层设于所述金属主体层的下部；

14、所述金属打底层的材质为ti、ni、zr和cr中的至少一种；

15、所述金属主体层的材质为al、cu、pt和mo中的一种或两种；

16、所述金属打底层的厚度为1～20nm；所述金属主体层的厚度为20nm～2μm。

17、上述的声表面波滤波器中，所述叉指电极的对数可为75～400根，具体根据设计要求确定；

18、所述反射栅的对数可为10～100，具体根据设计要求确定。

19、本发明还提供了所述声表面波滤波器的制备方法，包括如下步骤：

20、s1、采用光刻和电子束蒸镀的方法在所述压电基片上制备所述串联谐振器；

21、s2、采用套刻和电子束蒸镀的方法在所述压电基片上制备所述并联谐振器；

22、s3、采用套刻和电子束蒸镀的方法在所述压电基片上制备所述汇流电极，并连接所述串联谐振器和所述并联谐振器，即得到所述声表面波滤波器。

23、本发明采用的光刻、套刻和电子束蒸镀，均为本领域中常用的方法，其条件也为常规的可行性条件。

24、上述的制备方法中，在所述光刻和套刻前，所述方法还包括对所述压电基片进行清洗的步骤；

25、所述清洗的步骤如下：采用丙酮、乙醇和去离子水各超声清洗4～8分钟，然后氮气吹干。

26、上述的制备方法中，步骤s3之后，还包括对所述声表面波滤波器置于退火炉中进行退火的步骤，利用所述退火炉，对电极层进行退火处理，从而提高晶体质量、提升功率耐受性；

27、所述退火的条件为：温度为300～500℃，时间为1～4h。

28、上述的制备方法中，步骤s1、s2和s3中，所述电子束蒸镀之后，还包括向进行所述电子束蒸镀的真空室中充入氮气至所述真空室内压力为大气压的步骤。

29、本发明具有以下有益效果：

30、通过在选择合适的压电基片保证了器件的机电耦合系数，有利于制备大带宽器件。

31、通过在串并联谐振器中使用不同厚度的金属电极，有效抑制寄生波的存在，有利于降低插入损耗和抑制带内波动。

32、通过退火处理可以进一步提高电极的晶体质量，减少缺陷，提高功率耐受性。

33、本发明声表面波器件符合5g时代对于高频率、大带宽、无寄生模式的要求。

技术特征：

1.一种高频大带宽声表面波滤波器，为梯形拓扑结构，包括串联谐振器和并联谐振器，所述串联谐振器与所述并联谐振器通过汇流电极连接；

2.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于：所述并联谐振器和所述串联谐振器的线宽为100nm～2μm。

3.根据权利要求1或2所述的声表面波滤波器，其特征在于：所述压电基片为0°～64°yx-ln单晶基片或0°～64°yx-ln键合基片；

4.根据权利要求1-3中任一项所述的声表面波滤波器，其特征在于：所述叉指电极和所述汇流电极均包括金属打底层和金属主体层，所述金属打底层设于所述金属主体层的下部。

5.根据权利要求4所述的声表面波滤波器，其特征在于：所述金属打底层的材质为ti、ni、zr和cr中的至少一种；

6.根据权利要求1-5中任一项所述的声表面波滤波器，其特征在于：所述叉指电极的对数为75～400根；

7.权利要求1-6中任一项所述声表面波滤波器的制备方法，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：在所述光刻和套刻前，所述方法还包括对所述压电基片进行清洗的步骤；

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于：步骤s3之后，还包括对所述声表面波滤波器置于退火炉中进行退火的步骤；

10.根据权利要求7-9中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤s1、s2和s3中，所述电子束蒸镀之后，还包括向进行所述电子束蒸镀的真空室中充入氮气至所述真空室内压力为大气压的步骤。

技术总结
本发明公开了一种高频大带宽声表面波滤波器及其制备方法。所述声表面波器件包括串联谐振器和并联谐振器，串联谐振器与并联谐振器通过汇流电极连接；串联谐振器、并联谐振器和汇流电极均设于压电基片上；并联谐振器的线宽大于串联谐振器的线宽；串联谐振器和并联谐振器中的叉指电极的厚度不同。本发明通过在串并联谐振器中采用不同厚度的电极从而保证寄生模式被排除在主谐振之外。采用本发明声表面波滤波器在超过3GHz频率下具有极大的通道带宽，并且保证了较小的插入损耗和很低的带内波动。本发明高频大带宽声表面波滤波器容易实现，易于商业推广，在移动通讯领域具有较高的应用价值。

技术研发人员：潘峰,苏荣宣,曾飞,傅肃磊,王瑞,沈君尧,徐惠平
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15