一种横向激励薄膜体声波谐振器及其制造方法与流程

本发明属于声波谐振器，具体涉及一种横向激励薄膜体声波谐振器及其制造方法。

背景技术：

1、横向激励的薄膜体声波谐振器(xbar)因其高机电耦合系数(kt2>20％)和高优值(fom＝q*kt2))而成为6ghz以上的宽带滤波器实现低损耗、高功率处理能力和低成本的理想解决方案。但是，现有技术中展示的a1(一阶反对称型兰姆波)器件都存在较多的横向杂散模式，从而在器件响应中出现多个杂散谐振峰分布，对应在滤波器件的通带中出现纹波，导致插入损耗增加、通带边缘陡峭度差等问题，严重影响信号收发的准确性和稳定性。因此，横向杂散模式的存在仍然是进一步推动xbar器件进入实际应用的主要瓶颈。要使xbar器件适合实际应用，就必须进行杂散模态抑制。

2、为了减少横向杂散模态，美国专利申请公开文本us20230111410a1中公开了一种具有弯曲指状末端或相对母线的横向激励薄膜体声波谐振器，具有带表面的基板和单晶压电板，压电板的一部分形成横跨基板中的空腔的隔膜。在单晶压电板的表面上形成叉指换能器(idt)，使得叉指换能器的交错指设置在振膜上。idt交错指的末端或相对母线的内表面具有弯曲形状。该方案中通过将汇流条(busbar)和idt之间的边缘设置成圆弧形或抛物线形来增加汇流条和idt末端之间的间距，以此来减少横向声波(与idt指平行且垂直于汇流条的方向上的电场ey激发的振动)传播的影响，从而减少横向上的杂散模态。但是，idt与汇流条之间的圆弧形边界会将传输到idt末端的其他杂散模式(除了电场ey引起的杂散模式以外的杂散模式)声波聚焦增强反射到idt。

3、中国专利申请公开文本cn116529557a中公开了一种带螺旋状叉指换能器指状物的横向激励薄膜体声学谐振器，包括衬底和压电板，该压电板的一部分是跨越衬底中的空腔的膜片。在压电板的前表面上的导体图案包括交替地连接到第一母线和第二母线的交织的叉指换能器(idt)指状物。交织的idt指状物在膜片上，并且该交织的idt指状物包括至少第一对交织的螺旋状idt指状物。该方案中由于螺旋结构的idt的电极边缘不平行，横波在电极边缘的每一点都有不同的反射路径，传播路径变得更长。当横波传播路径变长时，驻波的能量被衰减得很低，因此阻抗曲线上的杂散模态振幅大大减小。但是，该方案中正是由于电极是螺旋结构的，导致电极长度更长，电阻和热阻更大，进而导致idt中的射频电流增大，器件的tcf(temperature coefficient of frequency，温度系数)增加，质量因子(q值)降低，功耗增加，同时还加剧器件的散热问题和温漂问题。

4、美国专利申请us17133498中公开了一种具有顶层较窄的两层电极的横向激励薄膜体声谐振器，包括具有表面的基板和具有前表面和后表面的单晶压电板，其中除了形成跨越空腔的隔膜的压电板的一部分之外，后表面附接到基板的表面在基材中。该装置还包括形成在压电板的前表面上的叉指换能器，其中布置在隔膜上的idt的交错指状物被配置为使得施加到idt的射频信号激发隔膜中的主剪切声模式。交错的指状物包括邻近隔膜的第一层金属层和位于第一层上方的第二层金属层，第二层金属层具有比第一层金属层窄的宽度。第二层金属层使用具有高横向声阻抗的金属，第一层金属层使用低声阻抗金属。通过该结构设置使得从低横向声阻抗到高横向声阻抗的转变可以将一些寄生模式限制到第一层金属层，减少声学损耗。但是，该方案中需要沉积两层idt指状电极，且需要控制idt的侧壁角度，因此增加了工艺难度和复杂性。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明提供一种横向激励薄膜体声波谐振器及其制备方法。由于叉指电极材料与压电层材料的声阻抗不匹配导致谐振频率和反谐振频率之间存在杂散模态，本发明的横向激励薄膜体声波谐振器通过将叉指电极与压电层的接触区域挖空一部分，减少了叉指电极与压电层的接触面积，从而减少了杂散模态，增大了器件的质量因子。

2、具体地，本发明采用如下技术方案来实现上述目的：

3、一种横向激励薄膜体声波谐振器，包括衬底、位于所述衬底之上的压电层和位于所述压电层之上的叉指换能器；所述衬底与所述压电层之间形成有空腔；所述叉指换能器包括叉指电极；所述压电层上设置有至少一个凹槽或至少一个第一通孔，所述凹槽或所述第一通孔的至少一部分被所述叉指电极覆盖；沿与所述叉指电极的延伸方向垂直且与所述压电层平行的方向上，所述压电层上位于所述叉指换能器两侧的位置开设有第二通孔；所述第二通孔与所述空腔连通。

4、在优选的方案中，沿与所述叉指电极的延伸方向垂直且与所述压电层平行的方向上，所述凹槽或所述第一通孔的尺寸大于所述叉指电极的尺寸。

5、在优选的方案中，沿与所述叉指电极延伸的方向平行的方向上，所述凹槽或所述第一通孔的尺寸大于所述叉指电极的尺寸。

6、在优选的方案中，所述衬底包括基体和中间层。

7、在进一步优选的方案中，所述基体的材料为高阻硅、碳化硅、金刚石、蓝宝石中至少一种。

8、在进一步优选的方案中，所述中间层的材料为二氧化硅、氮化硅、多晶硅中至少一种。

9、在进一步优选的方案中，所述中间层沿所述衬底到所述压电层方向上的尺寸为10nm～50μm。

10、在优选的方案中，所述压电层的材料为铌酸锂、钽酸锂、硅酸镧镓、氮化镓、氮化铝中至少一种材料的单晶材料。

11、在优选的方案中，所述压电层沿所述衬底到所述压电层的方向上的尺寸为100nm～1μm。

12、在优选的方案中，所述叉指换能器包括汇流条，所述汇流条的材料为铝、铝合金、铜、铜合金、铬、钛、铂、铍、金、钼、钨中至少一种。

13、在优选的方案中，所述叉指电极的材料为铝、铝合金、铜、铜合金、铬、钛、铂、铍、金、钼、钨中至少一种。

14、在进一步优选的方案中，沿所述衬底到所述压电层的方向上，所述汇流条与所述叉指电极的厚度相同。

15、本发明还提供上述任一项方案中所述的横向激励薄膜体声波谐振器的制备方法，包括以下步骤：

16、s1、提供一衬底，在所述衬底上形成压电层；

17、s2、在所述压电层上形成凹槽或第一通孔，同时形成第二通孔；

18、s3、采用填充材料将所述凹槽和所述第二通孔填充至与所述压电层的上表面平齐；或采用填充材料将所述第一通孔和所述第二通孔填充至与所述压电层的上表面平齐；

19、s4、在所述压电层上形成叉指换能器；

20、s5、除去所述凹槽和所述第二通孔中填充的所述填充材料；或除去所述第一通孔和所述第二通孔中填充的所述填充材料；

21、s6、通过所述第二通孔对所述衬底的中部进行刻蚀，使所述压电层和所述衬底之间形成空腔。

22、在优选的方案中，所述填充材料为二氧化硅、氮化硅、多晶硅、氧化铝中至少一种。

23、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

24、(1)本发明提供的横向激励薄膜体声波谐振器通过在压电层中开设凹槽或第一通孔，使得叉指电极的一部分与压电层的表面接触，另一部分悬空于凹槽或第一通孔的开口上，减少了叉指电极与压电层的接触面积，从而减少了由于叉指电极的材料与压电层的材料的声阻抗不匹配导致的杂散模态的影响，并有利于增大器件的质量因子。

25、(2)由于本发明提供的横向激励薄膜体声波谐振器减少了杂散模态和增大了器件的质量因子，因此，在将这种声波谐振器级联成滤波器的时候，可有效地降低滤波器的带内波纹和插入损耗。