一种基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器及其制备方法和应用

本发明涉及射频前端半导体，具体涉及一种基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，根据国际电信联盟(itu)制定的国际无线电规则，0.6ghz～2ghz频段的大部分频率资源已经被1g～4g技术所使用，为了提高传输速率并尽量减少与已分配频段的重叠，5g频段扩展至sub6g(0.4ghz～6ghz)和毫米波(26.5ghz～300ghz)频段。5g技术与使用1t2r天线调制技术的4g技术不同，其采用的是mimo调制技术，在发射端和接收端布置有多个天线以扩展通信通路，从而使通信通路的数量呈指数增长。在5g时代，射频滤波器的需求量更大(例如：4g的iphone8支持大约20个频段，包括1g/2g/3g/4g，每个频段的收发系统至少需要两个滤波器，而5g的iphone12较iphone8新增支持17个sub6g频段和3个毫米波频段，单个设备中滤波器的数量增加了超过40个)，其得到了快速发展。

2、薄膜体声波谐振器(fbar)主要由以下三部分组成：衬底、声波反射层、由上下电极和夹于上下电极之间的压电薄膜构成的三明治压电振荡堆。fbar工作时，施加于电极上的交变射频电压会在电极两端形成交变电场，借助逆压电效应的存在引发极化现象，使得机械振动和电学信号在电极与压电层组成的复合薄膜内发生周期性变化，并以体声波的形式沿压电体纵向传输而产生驻波振荡。fbar具有高频、微型化、高性能、低功耗、高功率容量等优点，且其制造工艺与ic工艺相兼容，可集成(目前唯一可集成的射频前端滤波器)，有利于降低器件功耗和缩小器件尺寸，此外，fbar的工作频率范围可以从几百mhz到几十ghz，完整覆盖了无线通讯频段。因此，fbar是目前3ghz以上高频通讯的最优解决方案。然而，随着rf(射频)空间中挤入的频段越来越多，频谱空间继续被挤压。在某些情况下，通带与阻带之间的转换频率仅2mhz，而由温度漂移主导的滤波器响应变化可能会超出频段转换自身的宽度，从而无法妥善隔离临近信道，导致出现信号干扰、信号质量低等问题，难以满足实际应用要求。

3、因此，开发一种温度漂移系数低、q值高、制备工艺简单的体声波谐振器具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器及其制备方法和应用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器，其组成包括依次层叠设置的衬底、支撑层、温度补偿层、底电极层、压电材料层、顶电极层和温度释放层；所述温度补偿层的组成包括呈阵列排布的二氧化硅纳米柱；所述二氧化硅纳米柱与支撑层之间的夹角为45°～90°。

4、优选地，所述二氧化硅纳米柱与支撑层之间的夹角为80°～90°。

5、优选地，所述衬底为硅衬底、蓝宝石衬底、镓酸锂衬底、金属衬底中的一种。

6、优选地，所述衬底中部设置有贯穿的空腔。

7、优选地，所述支撑层的组成成分为si3n4、si2n2、sin中的至少一种。

8、优选地，所述支撑层的厚度为200nm～800nm。

9、优选地，所述温度补偿层的厚度为150nm～600nm。

10、优选地，所述二氧化硅纳米柱的长度为150nm～600nm(长度需要与温度补偿层的厚度匹配)，直径为50nm～100nm。

11、优选地，所述底电极层的组成成分为al、mo、w、pt、ti、au中的至少一种。

12、进一步优选地，所述底电极层的组成成分为mo。

13、优选地，所述底电极层的厚度为100nm～500nm。

14、优选地，所述压电材料层中的压电材料为单晶态氮化铝、多晶态氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、钛酸锶钡、铌酸锂中的至少一种。

15、进一步优选地，所述压电材料层中的压电材料为单晶态氮化铝。

16、优选地，所述压电材料层的厚度为200nm～800nm。

17、优选地，所述顶电极层的组成成分为al、mo、w、pt、ti、au中的至少一种。

18、进一步优选地，所述顶电极层的组成成分为mo。

19、优选地，所述顶电极层的厚度为100nm～500nm。

20、优选地，所述温度释放层为石墨烯-铜复合薄膜。

21、优选地，所述温度释放层的厚度为100nm～200nm。

22、一种如上所述的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器的制备方法包括以下步骤：

23、1)在衬底单面沉积支撑层材料，形成支撑层；

24、2)在支撑层表面生长阵列排布的二氧化硅种子，再通过纳米压印制备阵列排布的二氧化硅纳米柱，形成温度补偿层；

25、3)在温度补偿层表面沉积电极金属，形成底电极层；

26、4)在底电极层表面沉积压电材料，形成压电材料层；

27、5)在压电材料层表面沉积电极金属，形成顶电极层；

28、6)在顶电极层表面沉积温度释放材料，形成温度释放层，即得基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器。

29、一种电子产品，其包含上述基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器。

30、本发明的有益效果是：本发明的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器具有温度漂移系数低、q值高等优点，且其制备工艺简单，适合进行大规模工业化应用。

31、具体来说：

32、1)本发明的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器中包含由二氧化硅纳米柱阵列构成的温度补偿层，二氧化硅纳米柱可以有效抑制体声波谐振器在不同温度工况下的性能漂移，而且还可以提高体声波谐振器的q值；

33、2)本发明的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器中包含由石墨烯-铜复合薄膜构成的温度释放层，石墨烯具有非常高的热导率，远高于普通的金属和绝缘材料，而铜也是优秀的热导体，石墨烯与铜复合可以有效提高复合薄膜的整体热导率，从而更好地分散和传递产生的热量，降低了温度漂移的可能性，同时，石墨烯对化学物质具有良好的稳定性，能够保护铜免受氧化或其他化学反应的影响，从而延长了复合薄膜的使用寿命，降低了温度漂移的可能性，其与二氧化硅纳米柱协同作用可以有效降低体声波谐振器的温度漂移系数；

34、3)本发明的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器的制备工艺简单，易于实现，适合进行大规模工业化应用。

技术特征：

1.一种基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器，其特征在于，组成包括依次层叠设置的衬底、支撑层、温度补偿层、底电极层、压电材料层、顶电极层和温度释放层；所述温度补偿层的组成包括呈阵列排布的二氧化硅纳米柱；所述二氧化硅纳米柱与支撑层之间的夹角为45°～90°。

2.根据权利要求1所述的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器，其特征在于：所述温度释放层为石墨烯-铜复合薄膜。

3.根据权利要求1或2所述的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器，其特征在于：所述二氧化硅纳米柱的长度为150nm～600nm，直径为50nm～100nm。

4.根据权利要求1或2所述的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器，其特征在于：所述衬底为硅衬底、蓝宝石衬底、镓酸锂衬底、金属衬底中的一种。

5.根据权利要求1或2所述的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器，其特征在于：所述支撑层的组成成分为si3n4、si2n2、sin中的至少一种。

6.根据权利要求1或2所述的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器，其特征在于：所述压电材料层中的压电材料为单晶态氮化铝、多晶态氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、钛酸锶钡、铌酸锂中的至少一种。

7.根据权利要求1或2所述的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器，其特征在于：所述底电极层的组成成分为al、mo、w、pt、ti、au中的至少一种；所述顶电极层的组成成分为al、mo、w、pt、ti、au中的至少一种。

8.根据权利要求1或2所述的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器，其特征在于：所述衬底中部设置有贯穿的空腔。

9.一种如权利要求1所述的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种电子产品，其特征在于，包含权利要求1～8中任意一项所述的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器。

技术总结本发明公开了一种基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器及其制备方法和应用。本发明的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器的组成包括依次层叠设置的衬底、支撑层、温度补偿层、底电极层、压电材料层、顶电极层和温度释放层，温度补偿层的组成包括呈阵列排布的二氧化硅纳米柱，二氧化硅纳米柱与支撑层之间的夹角为45°～90°。本发明的基于二氧化硅纳米柱的体声波谐振器具有温度漂移系数低、Q值高等优点，且其制备工艺简单，适合进行大规模工业化应用。技术研发人员：李国强,许锴镔,陈志鹏,胡晗,朱宇涵受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15