高频谐振器、通信设备及其制备方法与流程
本发明属于微电子器件领域，涉及一种高频谐振器、通信设备及其制备方法。
背景技术：
1、声波谐振器及滤波器目前被广泛应用于现代无线通信系统中，包括体声波(bulkacoustic wave，baw)、声表面波(surface acoustic wave，saw)以及基于单晶压电薄膜的板波(plate wave)谐振器、滤波器技术。
2、为了应对大幅增长的数据量带来的挑战，射频滤波器需要满足更高频率、更大带宽、通带平坦以及小型化。其中由纵向电场激发的高声速模式在频率、带宽以及电容密度上具有巨大优势。然而，对于所有的声学谐振器，都会由于有限长的横向波导而出现横向高阶模式，其一般出现在谐振器的谐振频率、反谐振频率附近以及谐振频率和反谐振频率之间，导致相应的滤波器的通带内出现纹波。因此抑制横向高阶模式成为实现通带平坦的高性能声学滤波器的基本前提。
3、现有抑制横向高阶模式的方案主要包括：
4、方案1，通过加宽电极末端创造一个低声速的区域来抑制横向高阶模式。该方案是活塞(piston)模式技术，通过对电极末端加宽，使得对应区域的声速低于中心区域，因此可以改变主模及横向高阶模式的位移分布，实现横向高阶模式的抑制。该方案结构简单，但是会导致电极加宽区域的占空比更大，增加了光刻的难度。
5、方案2，通过对顶部的叉指电极进行加权，实现对横向高阶模式的抑制。该方案通常需要配合假指电极适用，从而使得声波能量可以入射到假指电极区域，但不会泄露到汇流条区域。该方案仅仅适用于由横向电场激发的声波模式，在抑制横向高阶模式的同时还会进一步增大器件面积。对于纵向电场激发的模式，声波波导边界不仅仅由顶电极的孔径区域决定，单独采用加权的顶部叉指电极会造成寄生的体声波模式。
6、另外，对于谐振器的制备，现有的制备工艺是通过背部刻蚀支撑衬底形成空腔，再通过背部沉积金属形成图案化底电极，其中底电极的形状和空腔的形状一致。该方案可以用于形成图案化底电极，避免寄生效应。但是底电极形状与空腔形状完全一致，设计灵活性受限。且该方案只能用于具有空腔结构的器件，而不能用于固态支撑型的器件。
7、因此，提供一种高频谐振器、通信设备及其制备方法，实属必要。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高频谐振器、通信设备及其制备方法，用于解决现有技术中纵向电场激发的高声速模式中的横向高阶模式及其制备问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高频谐振器，所述高频谐振器包括：
3、压电薄膜，所述压电薄膜包括相对设置的第一面及第二面；
4、叉指换能器，所述叉指换能器位于所述压电薄膜的第一面上；
5、悬浮电极，所述悬浮电极位于所述压电薄膜的第二面上，且所述悬浮电极与所述叉指换能器中的孔径区对应设置，使得所述高频谐振器的目标模式为由纵向电场激发的声波模式，其中，沿声波传播方向，所述悬浮电极具有不同宽度或所述悬浮电极至少有一个夹角为非直角。
6、可选地，在垂直于声波传播方向上，所述悬浮电极的宽度不超过所述孔径区在叉指电极延伸方向上的宽度。
7、可选地，所述悬浮电极的边界包括曲线和/或直线。
8、可选地，所述悬浮电极的形貌包括平行四边形、梯形、椭圆形、波浪形或n边形且n≥5。
9、可选地，所述叉指换能器的孔径区的形貌包括矩形或椭圆形。
10、可选地，所述叉指换能器还包含假指电极和/或反射栅电极。
11、可选地，所述叉指换能器显露的所述压电薄膜中还具有刻蚀槽。
12、可选地，所述悬浮电极的下方还具有高声速支撑衬底，其中，所述目标模式的谐振频率与所述叉指换能器中相邻同电位电极指条中心间距λ的乘积不超过所述高声速支撑衬底的慢剪切波声速；或所述悬浮电极的下方还具有支撑衬底与高声速层的组合，且所述高声速层的厚度不小于0.5λ；或所述悬浮电极的下方还具有支撑衬底，且所述支撑衬底与所述悬浮电极之间还具有布拉格反射层；和/或所述悬浮电极的下方还具有介质层，所述介质层包括温度补偿层、散热层、富陷阱层、键合层、低声速层、色散调控层中的一种或组合。
13、可选地，所述目标模式包括0阶以上的高阶兰姆波、高阶水平剪切波以及高阶瑞利模式中的一种。
14、本发明还提供一种通信设备，所述通信设备包括上述高频谐振器，其中，所述通信设备包括滤波器、双工器及多工器中的一种或组合。
15、本发明还提供一种高频谐振器的制备方法，包括以下步骤：
16、提供压电衬底；
17、对所述压电衬底进行离子注入，于所述压电衬底一定深度处形成离子注入层；
18、于所述压电衬底的注入面上形成图案化的悬浮电极；
19、于所述压电衬底的注入面上形成覆盖所述悬浮电极的介质层；
20、提供支撑衬底，并将所述支撑衬底与所述介质层键合；
21、进行退火及沿所述离子注入层的剥离操作，形成自下而上叠置的包括所述支撑衬底、所述介质层、所述悬浮电极及压电薄膜的复合结构；
22、于所述压电薄膜上形成叉指换能器，且所述悬浮电极与所述叉指换能器中的孔径区对应设置，使得所述高频谐振器的目标模式为由纵向电场作用下激发的声波模式，其中，沿声波传播方向，所述悬浮电极具有不同宽度或所述悬浮电极至少有一个夹角为非直角。
23、本发明还提供一种高频谐振器的制备方法，包括以下步骤：
24、提供压电异质衬底，所述压电异质衬底包括自下而上叠置的异质衬底及压电薄膜；
25、于所述压电薄膜上形成图案化的悬浮电极；
26、于所述压电薄膜上形成覆盖所述悬浮电极的介质层；
27、提供支撑衬底，并将所述支撑衬底与所述介质层键合；
28、去除所述异质衬底，形成自下而上叠置的包括所述支撑衬底、所述介质层、所述悬浮电极及所述压电薄膜的复合结构；
29、于所述压电薄膜上形成叉指换能器，且所述悬浮电极与所述叉指换能器中的孔径区对应设置，使得所述高频谐振器的目标模式为由纵向电场作用下激发的声波模式，其中，沿声波传播方向，所述悬浮电极具有不同宽度或所述悬浮电极至少有一个夹角为非直角。
30、可选地，所述介质层包括牺牲层，且还包括去除位于所述悬浮电极下方的所述牺牲层的步骤，其中，去除方法包括湿法刻蚀或干法刻蚀。
31、如上所述，本发明的所述高频谐振器及所述通信设备包括所述压电薄膜、所述叉指换能器及所述悬浮电极，且所述悬浮电极与所述叉指换能器中的孔径区对应设置，使得所述高频谐振器的目标模式为由纵向电场激发的声波模式，其中，沿声波传播方向，所述悬浮电极具有不同宽度或所述悬浮电极至少有一个夹角为非直角。
32、本发明的所述高频谐振器、所述通信设备及其制备方法，针对现有纵向电场激发的高频谐振器技术中常见的横向高阶模式的问题，提出采用不规则形状的所述悬浮电极来抑制横向高阶模式。由于目标模式由纵向电场激发，其有效激励区域为顶电极的孔径区与悬浮电极的重合区域，因此不规则的悬浮电极决定了不规则的声波导边界，即可实现对横向高阶模式的抑制。不同于横向电场激发的声波模式采用顶电极加权电极的结构，纵向电场激发的声波模式具有较大的电容密度，采用该方法不会造成器件的面积过大，避免了寄生体波。此外该方法设计灵活，对光刻和对准精度的要求均较低，还可用于固态装配型器件，有利于大规模制造高性能的高频大带宽声波滤波器。
技术特征：
1.一种高频谐振器，其特征在于，所述高频谐振器包括：
2.根据权利要求1所述的高频谐振器，其特征在于：在垂直于声波传播方向上，所述悬浮电极的宽度不超过所述孔径区在叉指电极延伸方向上的宽度。
3.根据权利要求1所述的高频谐振器，其特征在于：所述悬浮电极的边界包括曲线和/或直线。
4.根据权利要求1所述的高频谐振器，其特征在于：所述悬浮电极的形貌包括平行四边形、梯形、椭圆形、波浪形或n边形且n≥5。
5.根据权利要求1所述的高频谐振器，其特征在于：所述叉指换能器的孔径区的形貌包括矩形或椭圆形。
6.根据权利要求1所述的高频谐振器，其特征在于：所述叉指换能器还包含假指电极和/或反射栅电极。
7.根据权利要求1所述的高频谐振器，其特征在于：所述叉指换能器显露的所述压电薄膜中还具有刻蚀槽。
8.根据权利要求1所述的高频谐振器，其特征在于：所述悬浮电极的下方还具有高声速支撑衬底，其中，所述目标模式的谐振频率与所述叉指换能器中相邻同电位电极指条中心间距λ的乘积不超过所述高声速支撑衬底的慢剪切波声速；或所述悬浮电极的下方还具有支撑衬底与高声速层的组合，且所述高声速层的厚度不小于0.5λ；或所述悬浮电极的下方还具有支撑衬底，且所述支撑衬底与所述悬浮电极之间还具有布拉格反射层；和/或所述悬浮电极的下方还具有介质层，所述介质层包括温度补偿层、散热层、富陷阱层、键合层、低声速层、色散调控层中的一种或组合。
9.根据权利要求1所述的高频谐振器，其特征在于：所述目标模式包括0阶以上的高阶兰姆波、高阶水平剪切波以及高阶瑞利模式中的一种。
10.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括如权利要求1-9中任一项所述高频谐振器，其中，所述通信设备包括滤波器、双工器及多工器中的一种或组合。
11.一种高频谐振器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
12.一种高频谐振器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
13.根据权利要求11或12所述的高频谐振器的制备方法，其特征在于：所述介质层包括牺牲层，且还包括去除位于所述悬浮电极下方的所述牺牲层的步骤，其中，去除方法包括湿法刻蚀或干法刻蚀。
技术总结
本发明提供一种高频谐振器、通信设备及其制备方法，高频谐振器包括压电薄膜、叉指换能器及悬浮电极，且悬浮电极与叉指换能器中的孔径区对应设置，使得高频谐振器的目标模式为由纵向电场激发的声波模式，其中，沿声波传播方向，悬浮电极具有不同宽度或悬浮电极至少有一个夹角为非直角。本发明提出采用不规则形状的悬浮电极来抑制横向高阶模式，该方法设计灵活，对光刻和对准精度的要求均较低，还可用于固态装配型器件，有利于大规模制造高性能的高频大带宽声波滤波器。
技术研发人员：吴进波
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：2024/12/5