[发明专利]一种基于刻蚀压电薄膜的高机电耦合系数声表面波器件

说明书

本发明公开了一种基于刻蚀压电薄膜的高机电耦合系数声表面波器件，属于电子信息材料领域。所述声表面波器件从下至上依次包括高声速衬底，部分刻蚀压电薄膜和顶电极。所述顶电极为叉指电极，对叉指之间压电薄膜进行部分刻蚀。本发明的声表面波器件具有两种模态，分别为准瑞利波模态和准西沙瓦波模态，其中准瑞利波模态具有低频高机电耦合系数的特点，可以实现声表面波器件低频小型化的需要；准西沙瓦波模态具有高频，高机电耦合系数的特点，适合制备高频大带宽声表面波器件。本发明的声表面波器件为多层复合结构，容易制备和批量生产，对实际应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及电子信息材料领域，具体涉及的是一种基于刻蚀压电薄膜的高机电耦合系数声表面波器件。

背景技术

移动通信在当今人类生产生活中发挥着巨大作用，已经成为人们生活中不可或缺的组成部分。终端设备的无线通信模块包括射频前端模块，射频收发模块和基带信号处理器三部分。滤波器作为射频前端模块中最重要的器件，需求量逐年攀升。5G时代的到来对滤波器的性能提出了更高的要求，包括高频率，大带宽，高功率耐受性和温度补偿能力等。声表面波器件的频率和带宽主要取决于压电材料的声速和机电耦合系数，因此为了追求高频大带宽等趋势，国内外学者投身于研发综合性能更优的压电材料和设计新型压电层结构中。

压电薄膜和高声速衬底复合基片结构是制备高频大带宽器件的常见方案，氧化锌作为常用的压电薄膜材料，具有较高声速和大机电耦合系数的优势。金刚石是自然界中硬度最高，弹性模量最大，导热性最好，声速最高的材料，一直被人们广泛关注，但是高昂的价格和不能尽如人意的大尺寸晶圆质量限制了它的应用。碳化硅同样具有高声速，高弹性模量和高导热率，氧化锌/碳化硅复合结构声表面波滤波器已有报道，并成功制备了工作频率为6.8GHz的窄带滤波器，是人们对高频声表面波滤波器做出的有益探索。虽然压电薄膜/高声速衬底复合基片结构具有高频，但是机电耦合系数相对较小，如何进一步提高压电薄膜/高声速衬底结构的机电耦合系数成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于刻蚀压电薄膜的高机电耦合系数声表面波器件，该器件具有两种模态，分别为准瑞利波模态和准西沙瓦波模态，其中准瑞利波模态具有低频高机电耦合系数的特点，可以实现声表面波器件低频小型化的需要；准西沙瓦波模态具有高频，高机电耦合系数的特点，适合制备高频大带宽声表面波器件。

本发明首先提供了一种声表面波器件，从下至上依次包括高声速衬底，部分刻蚀压电薄膜和顶电极。

上述的声表面波器件，所述部分刻蚀压电薄膜的总厚度为h，刻蚀部分深度为d，刻蚀比例d/h为0＜d/h≤1；具体可为0.1≤d/h≤1；更具体可为d/h为0.1、0.3、0.5、0.7、0.9或1。

上述的声表面波器件，所述顶电极为叉指电极，对叉指之间压电薄膜进行部分刻蚀；

所述顶电极的厚度为t₁；

所述顶电极的宽度和未刻蚀压电薄膜的宽度保持一致为w；

金属化比为2w/λ，0.1≤2w/λ≤0.9；具体可为0.3≤2w/λ≤0.7；更具体为2w/λ为0.5或0.65。

顶电极归一化厚度为t₁/λ，0＜t₁/λ≤0.3；具体可为0.01≤t₁/λ≤0.13；更具体可为0.13、0.03或0.05。

压电薄膜归一化厚度为h/λ，0＜h/λ≤3；具体可为0.5≤h/λ≤1；更具体可为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1。

所述λ为声表面波的波长；

所述声表面波的波长λ为1μm≤λ≤5μm；具体可为2μm。

上述的声表面波器件，所述叉指之间压电薄膜的刻蚀形状为柱状，具体可为长方柱；