基于多系数耦合模态的声表面波谐振器及其制备方法

本公开涉及谐振器，尤其涉及一种基于多系数耦合模态的声表面波谐振器及其制备方法。

背景技术：

1、随着5g/6g时代的来临，物联网和人工智能得到快速发展，对提升数据传输容量的需求急剧增加。移动通信中所使用的射频滤波器作为射频系统芯片中的核心部件，其性能好坏会直接影响射频系统芯片的通信质量。声表面波(saw，surface acoustic wave)谐振器由于具有体积小、成本低、工艺简单、性能稳定等优异优点，在射频(rf，radiofrequency)行业得到了广泛应用。

2、机电耦合系数(k2)是衡量滤波器和谐振器性能的关键指标。因此，在高于3ghz的频率下实现大机电耦合系数的谐振器是实现大带宽滤波器的关键。而相关技术中，通常声表面波谐振器的机电耦合系数较小，难以满足5g-nr频段的频率和带宽要求。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开提供了一种基于多系数耦合模态的声表面波谐振器及其制备方法。

2、根据本公开的第一个方面，提供了一种基于多系数耦合模态的声表面波谐振器，包括：衬底；压电层，设置于上述衬底上，其中，上述压电层的切向为z切向，与上述压电层对应的压电系数矩阵至少包括非零的第一压电系数e15和第二压电系数e16，在横向电场作用下，基于上述第一压电系数e15和上述第二压电系数e16，上述压电层被激发耦合模态；至少两个叉指电极，设置于上述压电层上，其中，相邻两个叉指电极的中心间距与上述压电层厚度之比为0.25-5，上述叉指电极的厚度与上述压电层厚度之比小于0.5。

3、根据本公开的实施例，上述压电层的厚度为10nm-10um。

4、根据本公开的实施例，上述叉指电极的厚度为1nm-400nm。

5、根据本公开的实施例，上述叉指电极的宽度与相邻两个叉指电极的中心间距的比值为电极占空比，其中，上述电极占空比为0.2-0.8。

6、根据本公开的实施例，上述叉指电极的长度为1um-500um；上述叉指电极的数量为2个-500个。

7、根据本公开的实施例，上述叉指电极的材料包括以下之一：金、银、铜、铝、钼、铬、镍、铂，或是钛金、钛铝、钛铜、铬金、铬铝、铬铜组成的合金；上述衬底的材料包括以下之一：硅、硅与二氧化硅、蓝宝石、氮化镓、碳化硅；上述压电层的材料包括以下之一：铌酸锂、钽酸锂，或者铌酸锂、氮化铝、掺钪氮化铝、钽酸锂、氧化锌的复合层材料。

8、根据本公开的实施例，上述的声表面波谐振器还包括：第一温度补偿层，设置于上述衬底和上述压电层之间。

9、根据本公开的实施例，上述的声表面波谐振器还包括：第二温度补偿层，设置于上述叉指电极上。

10、根据本公开的实施例，上述第一温度补偿层和上述第二温度补偿层的材料均为二氧化硅。

11、本公开的第二方面提供了一种基于多系数耦合模态的声表面波谐振器的制备方法，应用于上述的基于多系数耦合模态的声表面波谐振器，包括：在衬底上形成压电层，其中，上述压电层的切向为z切向，与上述压电层对应的压电系数矩阵至少包括非零的第一压电系数e15和第二压电系数e16，在横向电场作用下，基于上述第一压电系数e15和上述第二压电系数e16，上述压电层被激发耦合模态；在上述压电层上形成至少两个叉指电极，其中，相邻两个叉指电极的中心间距与上述压电层厚度之比为0.25-5，上述叉指电极的厚度与上述压电层厚度之比小于0.5。

12、本公开实施例提供的基于多系数耦合模态的声表面波谐振器，通过设计相邻两个叉指电极的中心间距和叉指电极厚度与压电层厚度之比，改变至少两个叉指电极产生的横向电场的分布。其中，由于相邻两个叉指电极的中心间距与压电层厚度之比为0.25-5，叉指电极的厚度与压电层厚度之比小于0.5，使得至少两个叉指电极产生的横向电场，可以激发切向为z切向的压电层产生的至少两个横波的耦合，实现机电耦合系数超过10％的高机电耦合系数声波谐振器结构，机电耦合系数远超传统的fbar谐振器，满足5g-nr频段的频率和带宽要求。同时，相邻两个叉指电极的中心间距和叉指电极厚度与压电层厚度之比较小，能够将叉指电极产生的横向电场限制在压电层中，使振动主要发生在压电层中，从而将声波能量限制在压电层，减少能量的泄漏，提高品质因数(q)。

技术特征：

1.一种基于多系数耦合模态的声表面波谐振器，包括：

2.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其中，所述压电层的厚度为10nm-10um。

3.根据权利要求1或2所述的声表面波谐振器，其中，所述叉指电极的厚度为1nm-400nm。

4.根据权利要求3所述的声表面波谐振器，其中，所述叉指电极的宽度与相邻两个叉指电极的中心间距的比值为电极占空比，其中，所述电极占空比为0.2-0.8。

5.根据权利要求4所述的声表面波谐振器，其中，所述叉指电极的长度为1um-500um；

6.根据权利要求1或2所述的声表面波谐振器，其中，所述叉指电极的材料包括以下之一：金、银、铜、铝、钼、铬、镍、铂，或是钛金、钛铝、钛铜、铬金、铬铝、铬铜组成的合金；

7.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其中，还包括：第一温度补偿层，设置于所述衬底和所述压电层之间。

8.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其中，还包括：第二温度补偿层，设置于所述叉指电极上。

9.根据权利要求7或8所述的声表面波谐振器，其中，所述第一温度补偿层和所述第二温度补偿层的材料均为二氧化硅。

10.一种基于多系数耦合模态的声表面波谐振器的制备方法，应用于权利要求1-9任一项所述的基于多系数耦合模态的声表面波谐振器，包括：

技术总结本公开提供了一种基于多系数耦合模态的声表面波谐振器及其制备方法，可以应用于谐振器技术领域。该基于多系数耦合模态的声表面波谐振器，包括：衬底；压电层，设置于衬底上，其中，压电层的切向为Z切向，与压电层对应的压电系数矩阵至少包括非零的第一压电系数e<subgt;15</subgt;和第二压电系数e<subgt;16</subgt;，在横向电场作用下，基于第一压电系数e<subgt;15</subgt;和第二压电系数e<subgt;16</subgt;，压电层被激发耦合模态；至少两个叉指电极，设置于压电层上，其中，相邻两个叉指电极的中心间距与压电层厚度之比为0.25‑5，叉指电极的厚度与压电层厚度之比小于0.5。技术研发人员：左成杰,陈婕,杨凯,陶浩然受保护的技术使用者：中国科学技术大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15