[发明专利]空腔型压电单晶体声波谐振器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种空腔型压电单晶体声波谐振器及其制备方法。所述空腔型压电单晶体声波谐振器包括衬底和压电单晶薄膜，所述压电单晶薄膜具有相背对的第一面和第二面，所述第一面、第二面分别设有第一电极、第二电极，所述第一面与衬底表面结合，所述衬底表面形成有相互连通的空气腔和排气沟道，所述第一电极设置于相应的空气腔内，所述排气沟道与设置于所述声波谐振器表面的开口连通。与现有技术相比，本发明避免了直接刻蚀化学性质稳定的压电单晶薄膜，降低了空腔型压电单晶体声波谐振器的制备难度，同时通过设置排气沟道辅助键合过程，可以减少键合过程中的气泡缺陷，具有很强的实用性。

技术领域

本发明涉及一种声波谐振器，具体涉及一种空腔型压电单晶体声波谐振器及其制备方法，属于电子信息材料领域。

背景技术

随着无线通信技术的迅猛发展，全球迎来5G时代，功能单一，体积较大的传统通信设备已经逐渐被淘汰，取而代之的是体积小，功能全，性能稳定的新型通信产品。滤波器作为射频前端的核心部件，也在朝着高频，大带宽，高功率耐受性的发展方向演进。体声波滤波器凭借其高质量因子(Q)，易于达到2.5GHz以上频率等优势，逐渐与传统的声表面波滤波器抗衡，成为高频信息通信领域的频率控制的最佳解决方案。体声波滤波器按结构不同主要可以分为两种类型，一种是空腔型薄膜体声波滤波器(以下简称薄膜体声波滤波器)，另一种是固态装配型薄膜体声波滤波器。目前主流薄膜体声波滤波器的压电材料是利用磁控溅射等镀膜手段形成的高织构氮化铝薄膜(AlN，Aluminum nitride)，其制备的薄膜体声波谐振器机电耦合系数为6％左右。AlN基的薄膜体声波谐振器机电耦合系数较低，这限制了对应的体声波滤波器的带宽，无法满足高速发展的射频通信需求。为了提高机电耦合系数，掺钪氮化铝(AlScN)引起了研究者们的广泛关注，但是钪元素的含量增加也会导致掺钪氮化铝的软化，损害体声波器件的Q值。

近年来，随着晶圆键合技术水平的不断提高，利用压电单晶薄膜制备薄膜体声波器件的展现了其独特的优势。压电单晶材料，常见的如钽酸锂、铌酸锂，具有较大的机电耦合系数，同时丰富的切向带来的性能多样性也拓展了薄膜体声波器件的应用场景。目前制备压电单晶薄膜体声波器件空气腔的主要方法是在压电单晶薄膜表面刻蚀出“窗口”，通过“窗口”释放压电单晶下的氧化硅牺牲层，形成空气腔。但是钽酸锂、铌酸锂等压电单晶的化学性质稳定，这导致了它们的刻蚀工艺困难，同时难以兼容当下半导体领域的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺，限制了其优势的发挥。如何实现一种高效的压电单晶转移方法，同时避免正面刻蚀钽酸锂、铌酸锂等压电单晶薄膜，实现空腔型压电单晶体声波器件的高效制备，成为滤波器从业者们关心的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种空腔型压电单晶体声波谐振器，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供一种制备所述空腔型压电单晶体声波谐振器的方法。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明的一个方面提供的一种空腔型压电单晶体声波谐振器包括衬底和压电单晶薄膜，所述压电单晶薄膜具有相背对的第一面和第二面，所述第一面设有第一电极，所述第二面设有第二电极，所述第一面与衬底表面结合，所述衬底表面形成有相互连通的空气腔和排气沟道，所述第一电极设置于相应的空气腔内，所述排气沟道与设置于所述声波谐振器表面的开口连通。

进一步的，所述空气腔的形状包括但不限于正方形，长方形，圆形，五边形等规则或不规则形状。

进一步的，所述空气腔的尺寸和形状与第一电极相适应。

在一些实施方式中，所述排气沟道是沿水平方向设置在所述衬底表面。

在一些实施方式中，所述衬底表面形成有至少一个第一沟道和至少一个第二沟道，其中至少一个第一沟道和至少一个第二沟道相互交叉，所述空气腔设置在两个排气沟道的交叉处。