一种声波谐振器及通信器件的制作方法

本发明涉及微电子，特别涉及一种声波谐振器及通信器件。

背景技术：

1、随着移动通信技术的迅猛发展，3ghz及以下通信频段越来越拥挤，为保持终端信号传输的稳定性和保真度，滤波器件的带外抑制水平和带边陡峭度要求越来越高。为了满足这一发展需求，一方面需要设计采用无杂散响应的模式或消除落在关键频带的杂散响应，一方面则需要将移动设备的工作频段向更高频的频带拓展。

2、对于声表面波滤波器件，其工作频率取决于声波相速度(声速)和叉指线宽。由于传统压电单晶中目标声波模式如瑞丽波、水平剪切波等声速均不超过于4200m/s，所以为将工作频率拓展到5ghz，实现高频，只能不断压缩叉指线宽，而在高频高功率工作环境下，窄金属电极在重循环应力冲击下会严重崩裂飞溅，从而导致滤波器件的迅速失效，降低了器件可靠性。为了避免上述问题，可以考虑激发具有高声速的声波模式，如对于固态装配型声表面波谐振器，纵向泄露波模式是具有高声速的声波模式，其声速可达5500m/s及以上，至少是上述传统声波声速的1.3倍。那么当激发此声波模式，保持与传统声波器件相同的工作频率时，叉指线宽得以提升为原来的1.3倍，有益于提升器件的温度稳定性和功率耐受，降低制备工艺难度和成本。但目前由于对高声速衬底结构和纵向泄露波模式特点的研究有限，以及杂散伪模的存在，纵向泄露波谐振器结构还未能得以商用。也有其他方案为提升固态装配型声表面波器件谐振频率，开发了新型高声速衬底结构，如采用含布拉格反射栅的多层衬底结构。为了实现良好的声波反射效果，高低阻抗层材料类型及厚度均需精确设计，考虑到降低馈通电容，还需对作为高阻抗层的金属层进行图案化处理。但设计和制备均较为复杂。还有研究以采用悬空薄膜结构设计并激发高声速的兰姆波器件，而悬空薄膜器件的稳定性和量产良率等问题还需要进一步突破。因此，如何提供一款结构简单、制备简单的高频纵向泄露波谐振器仍是本领域相关技术人员持续研究的热点。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本申请于一方面公开了一种声波谐振器，其包括：

2、支撑衬底；

3、谐振腔结构，谐振腔结构位于支撑衬底上，谐振腔结构包括阻抗调控区和叉指电极；通过调控阻抗调控区的结构参数和性能参数能够调整声波分量在声波谐振器的厚度方向的分布，以及调控叉指电极覆盖的区域与叉指电极未覆盖区域的阻抗匹配；声波谐振器的目标模式是由声波传播方向，和/或，声波谐振器的厚度方向的电场激励产生的。

4、在一个可行的实施例中，谐振腔结构还包括压电层；

5、压电层位于支撑衬底上；

6、叉指电极位于压电层上；

7、阻抗调控区位于叉指电极上，或者，阻抗调控区位于压电层的空白区；空白区包括叉指电极的电极指之间的间隔区。

8、在一个可行的实施例中，阻抗调控区的材料为压电材料；

9、叉指电极位于支撑衬底上；

10、阻抗调控区覆盖在叉指电极上。

11、在一个可行的实施例中，还包括功能层；

12、功能层位于阻抗调控区上。

13、在一个可行的实施例中，阻抗调控区的性能参数包括阻抗调控区的材料；

14、阻抗调控区的结构参数包括阻抗调控区的位置和尺寸。

15、在一个可行的实施例中，阻抗调控区的材料包括氮化铝、氮化硅、氮化镓、氧化硅、碳化硅、金刚石、类金刚石、蓝宝石、氧化镁、氧化铝、硅、碳化硼、氮化硼、钽酸锂、铌酸锂和铌酸钾中的至少一种；

16、当叉指电极的周期等于声波的波长λ时，阻抗调控区的厚度范围为0.01λ～0.15λ。

17、在一个可行的实施例中，支撑衬底的慢剪切波声速大于或者等于5500m/s；

18、支撑衬底材料包括碳化硅、金刚石、类金刚石、硅、蓝宝石、氮化镓、碳化硼、氮化硼和氮化铝中的至少一种。

19、在一个可行的实施例中，目标声波模式包括准纵向泄露波、准高阶剪切波或者准高阶兰姆波；

20、声波的波长与目标声波模式的谐振频率的乘积大于65％的支撑衬底的慢剪切波声速，且小于支撑衬底的慢剪切波声速。

21、在一个可行的实施例中，压电层材料包括钽酸锂、铌酸锂或者铌酸钾；

22、当叉指电极的周期等于声波的波长λ时，压电层的厚度范围为0.15λ～0.4λ。

23、在一个可行的实施例中，目标模式的能量集中在谐振腔结构内；

24、功能层的热导率大于压电层的热导率，功能层的声速大于压电层的体波声速；

25、功能层的材料包括氮化铝、氮化硅、氮化镓、碳化硅、金刚石、类金刚石、蓝宝石、氧化镁、氧化铝、硅、碳化硼、氮化硼、钽酸锂、铌酸锂和铌酸钾中的至少一种；

26、当叉指电极的周期等于声波的波长λ时，功能层的厚度范围为0.015λ～0.15λ。

27、在一个可行的实施例中，叉指电极的材料包括铜、银、金、铝、铂、镍、钼、钨、铬、钛中的一种或者多种组成的合金；或者，叉指电极为一种或多种金属层叠的电极；

28、当为叉指电极为单层电极，且叉指电极的周期等于声波的波长λ时，叉指电极厚度范围为0.02λ～0.12λ。

29、本申请于另一方面公开了一种通信器件，其包括上述的声波谐振器；

30、通信器件包括滤波器、双工器以及多工器中的至少一种。

31、采用上述技术方案，本申请提供的声波谐振器具有如下有益效果：

32、声波谐振器包括支撑衬底和谐振腔结构，谐振腔结构位于支撑衬底上，谐振腔结构包括阻抗调控区和叉指电极；通过调控阻抗调控区的结构参数和性能参数，结合质量加载效应调整声波分量在声波谐振器的厚度方向的分布，减少目标高声速模式在厚度方向的泄露，从而能够有效约束目标声波模式的能量，激发并利用高声速的声波模式获得高频谐振响应；调控叉指电极覆盖的区域与叉指电极未覆盖区域的阻抗匹配，调控声波声速，实现声波模式的融合，抑制伪模杂散响应，并提高机电耦合系数。使得本申请提出的声波谐振器能够有效激发高声速声波模式，并消除伪模杂散响应，从而能够在保持叉指电极线宽的情况下获得无杂散响应的高频器件。

技术特征：

1.一种声波谐振器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述谐振腔结构还包括压电层；

3.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述阻抗调控区的材料为压电材料；

4.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，还包括功能层；

5.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述阻抗调控区的性能参数包括所述阻抗调控区的材料；

6.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述阻抗调控区的材料包括氮化铝、氮化硅、氮化镓、氧化硅、碳化硅、金刚石、类金刚石、蓝宝石、氧化镁、氧化铝、硅、碳化硼、氮化硼、钽酸锂、铌酸锂和铌酸钾中的至少一种；

7.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述支撑衬底的慢剪切波声速大于或者等于5500m/s；

8.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，目标声波模式包括准纵向泄露波、准高阶剪切波或者准高阶兰姆波；

9.根据权利要求3所述的声波谐振器，其特征在于，所述压电层材料包括钽酸锂、铌酸锂或者铌酸钾；

10.根据权利要求4所述的声波谐振器，其特征在于，所述目标模式的声波能量集中在所述谐振腔结构内；

11.一种通信器件，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的声波谐振器；

技术总结
本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种声波谐振器及通信器件。声波谐振器包括支撑衬底和谐振腔结构，谐振腔结构位于支撑衬底上，谐振腔结构包括阻抗调控区和叉指电极；通过调控阻抗调控区的结构参数和性能参数，结合质量加载效应调整声波分量在声波谐振器的厚度方向的分布，减少目标高声速模式在厚度方向的泄露，从而能够有效约束目标声波模式的能量，激发并利用高声速的声波模式获得高频谐振响应；调控叉指电极覆盖的区域与叉指电极未覆盖区域的阻抗匹配，调控声波声速，实现声波模式的融合，抑制伪模杂散响应，并提高机电耦合系数。

技术研发人员：张丽萍
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：2024/3/17