横向激励体声波谐振器及其制备方法

本发明涉及射频mems器件领域，尤其涉及一种横向激励体声波谐振器以及该横向激励体声波谐振器的制备方法。

背景技术：

1、随着无线通信技术的飞速发展，5g作为新一代信息通信技术领域的引领性技术，其快速发展和广泛应用使人们的生活水平得到提升，但5g技术所需的高数据传输速率和宽带宽对基于微机电系统(mems)工艺制备的射频滤波器提出了更严格的要求。谐振器作为滤波器等射频器件的核心单元，其性能将直接影响滤波器的重要参数。得益于铌酸锂单晶薄膜制造技术的发展，横向激励体声波谐振器能够激发高频、高机电耦合系数的一阶反对称(a1)模态，其组成的滤波器具有大带宽、低损耗以及低功耗等优点，在应用市场中具有强大潜力。

2、在基于铌酸锂单晶薄膜的谐振器中，通过施加电信号，电极间压电层会激发不同方向的电场，其中主要的水平电场能有效激励出一阶反对称(a1)模态。然而，器件的结构设计会改变器件几何形状的边界条件，进而影响声波的传播路径，传统的横向激励体声波谐振器具有明显的杂散模态，这些杂散模态会对a1模态造成干扰，导致带内纹波，使得器件的性能恶化，从而影响谐振器在滤波器等射频器件市场中的应用。

3、因此，对谐振器的结构进行研究设计来抑制杂散模态进而优化器件性能，得到一个具有无杂散信号的横向激励体声波谐振器是当前亟需解决的关键问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少部分地解决上述的技术问题，旨在提供一种横向激励体声波谐振器及其制备方法，通过在横向激励体声波谐振器中设置声学散射阵列，可以达到抑制杂散模态的目的，从而具有杂散模态少的性能特点，能够实现高频、大带宽且极小带内纹波的滤波器。

2、本发明的第一方面提供了一种横向激励体声波谐振器，所述横向激励体声波谐振器包括：衬底；压电层，所述压电层位于衬底上；空腔结构，所述空腔结构设置成从衬底的上表面向下的释放腔并且所述释放腔的顶部由压电层覆盖；声学散射阵列，所述声学散射阵列设置成贯穿所述压电层的成阵列形式排布的多个孔。

3、进一步的，所述声学散射阵列包括设置在压电层的两侧的第一声学散射阵列和第二声学散射阵列；所述第一声学散射阵列和第二声学散射阵列中的至少一个包括至少一列间隔布置的多个孔；所述声学散射阵列的多个孔由蚀刻压电层形成；所述压电层为铌酸锂单晶薄膜。

4、进一步的，所述声学散射阵列的单个孔直径为3μm；所述压电层为128°y切铌酸锂单晶薄膜，所述128°y切铌酸锂单晶薄膜的厚度为500nm。

5、进一步的，所述横向激励体声波谐振器还包括位于压电层的顶表面上的顶部电极，所述顶部电极包括至少一个叉指电极和位于所述至少一个叉指电极两侧的两个加权电极。

6、进一步的，所述至少一个叉指电极为等间距排布的多个叉指电极，所述加权电极与相邻的叉指电极之间的间距与所述多个叉指电极中的相邻的两个叉指电极之间的间距相同，所述加权电极的宽度是所述叉指电极的宽度的一半，所述加权电极的长度与所述叉指电极的长度相同。

7、进一步的，所述叉指电极和加权电极设置在位于压电层两侧的声学散射阵列的第一声学散射阵列和第二声学散射阵列之间。

8、进一步的，所述第一声学散射阵列和第二声学散射阵列至少一个中的多个孔沿着所述顶部电极的长度方向对齐排布，或沿着所述顶部电极的长度方向交错排布。

9、进一步的，所述叉指电极的宽度为1.5μm，所述加权电极的宽度为0.75μm，相邻的两个所述叉指电极之间的间距和所述加权电极与与之相邻的叉指电极之间的间距均为3.5μm；所述叉指电极和加权电极的厚度均为70nm；所述叉指电极和加权电极的材料均为铝；所述衬底为电阻率5000～10000ω·m的高阻硅衬底，所述衬底的厚度为500-600μm。

10、进一步的，所述横向激励体声波谐振器还包括位于顶部电极的一部分上的pad区域。

11、本发明的第二方面还提供了一种上述的横向激励体声波谐振器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

12、1)在位于衬底上的压电层的上表面上依次通过涂胶、曝光、显影和电感耦合等离子体刻蚀工艺刻蚀压电层，并对压电层进行图案化处理，形成用于制作释放腔的释放窗口和声学散射阵列，所述释放窗口和声学散射阵列的深度延伸至衬底的上表面；

13、2)在压电层的上表面沉积一金属层，通过涂胶、曝光、显影和电感耦合等离子体刻蚀操作处理后，再对金属层进行图案化处理，形成叉指电极和加权电极；

14、3)在步骤2)获得的结构的上表面沉积一二氧化硅层，并对所述二氧化硅层进行刻蚀形成凹槽作为制备pad区域的窗口，由刻蚀形成的凹槽的深度延伸至顶部电极的上表面；

15、4)将金属沉积至凹槽中并形成pad区域；

16、5)去除在步骤4)获得的结构的上表面上的二氧化硅，通过释放窗口将气体注入到衬底上释放衬底的一部分来形成释放腔，所述释放腔与压电层的下表面一起形成所述空腔结构，从而获得所述的横向激励体声波谐振器。

17、根据本发明实施例所述的横向激励体声波谐振器及其制备方法具有以下优点中的至少一个：

18、通过在横向激励体声波谐振器上设置声学散射阵列，引入了非平行边界，使得在传播方向上只有垂直入射的声波才能被反射进而形成驻波，其他声波则以一定的角度被散射，从而抑制了两侧压电层区域驻波的形成，达到抑制杂散模态的目的；因此本发明的具有散射阵列结构的横向激励体声波谐振器抑制了杂散模态，能够实现高频、大带宽且极小带内纹波的滤波器，在应用市场中具有强大潜力；

19、在本发明的横向激励体声波谐振器中，设置叉指电极和加权电极，并通过将加权电极设置在叉指电极结构的两侧，可以使该横向激励体声波谐振器的几何形状的边界条件与叉指电极中心的边界条件一致，使得由叉指电极激励的水平电场分量与所激发的模态有更好的重叠，进而抑制了部分杂散模态。

技术特征：

1.一种横向激励体声波谐振器，其特征在于，所述横向激励体声波谐振器包括：

2.根据权利要求1所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，

4.根据权利要求1-3中任一项所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，

10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的横向激励体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

技术总结本发明的实施例提供一种横向激励体声波谐振器及其制备方法，属于射频MEMS器件领域。所述横向激励体声波谐振器包括：衬底；压电层，所述压电层位于衬底上；空腔结构，所述空腔结构设置成从衬底的上表面向下的释放腔并且所述释放腔的顶部由压电层覆盖；声学散射阵列，所述声学散射阵列设置成贯穿所述压电层的成阵列形式排布的多个孔。在本发明的实施例中，通过在横向激励体声波谐振器中设置声学散射阵列，可以达到抑制杂散模态的目的，从而具有杂散模态少的性能特点，能够实现高频、大带宽且极小带内纹波的滤波器。技术研发人员：赵继聪,曹益,孙心怡,孙海燕,徐钦儿,徐强受保护的技术使用者：南通大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4