[发明专利]一种声表面波传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种声表面波传感器及其制备方法，涉及传感器技术领域，本发明的声表面波传感器及其制备方法,包括在硅衬底上依次铺设的键合层、金属层和单晶压电薄膜层，单晶压电薄膜层上设置有叉指电极。本发明提供的声表面波传感器及其制备方法，能够提高声表面波传感器的灵敏度、增强机电耦合效应。

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种声表面波传感器及其制备方法。

背景技术

声表面波器件是由压电材料基片和沉淀在基片上不同功能的叉指换能器组成。叉指换能器是金属电极，其形状如手指交叉，故称叉指换能器。声表面波(SAW)传感器的压电转换元件具有自发和可逆两种重要性能，即压电效应。压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差(称之为正压电效应)，反之施加电压，则产生机械应力(称为逆压电效应)。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号(机械震动)，即我们平常所说的超声波信号。声表面波(SAW)传感器传感器因其具有体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、固有频率高、灵敏度和信噪比高、可远距离探测等优点，具有广泛应用前景，并朝着便携式、多参数测量和高灵敏度的趋势发展。

而现有技术中的声表面波传感器一般没有下电极，使得声表面波传感器的性能没有达到最佳，即便想要制造具有下电极的声表面波谐振器，如果直接在硅衬底上依次沉积下电极和压电薄膜，所制得的压电薄膜并不是单晶的，即会导致声表面波传感器性能较差，因此声表面波谐振器的性能没有达到最优。

发明内容

本申请的目的在于提供一种声表面波传感器及其制备方法，能够提高声表面波传感器的灵敏度、增强机电耦合效应。

本申请的实施例一方面提供了一种声表面波传感器，包括在硅衬底上依次铺设的键合层、金属层和单晶压电薄膜层，单晶压电薄膜层上设置有叉指电极。

作为一种可实施的方式，沿叉指电极的叉指排列方向的两侧分别设置有反射栅，反射栅与叉指电极同层设置。

作为一种可实施的方式，单晶压电薄膜层上开设第一条形通槽，第一条形通槽围成具有自由端和固定端的工作区域，金属层上对应第一条形通槽位置开设第二条形通槽，键合层上对应第二条形通槽开设有第三条形通槽，第一条形通槽位于反射栅和叉指电极的外侧，硅衬底上设置有凹槽，第三条形通槽与凹槽连通，凹槽的截面积大于所述工作区域。

作为一种可实施的方式，第一条形通通槽包括三个，三个第一条形通槽相互垂直且首尾相连，三个第一条形通槽的端点的连线围合成长方形，三个第一条形通槽的投影落入凹槽的投影范围内，以使工作区域与硅衬底形成悬臂梁结构。

作为一种可实施的方式，第一条形通槽包括三个，三个第一条形通槽首尾相连且三个第一条形通槽的端点连线围合成梯形，且梯形的底边为工作区域的自由端。

作为一种可实施的方式，凹槽与工作区域对应设置，三个第一条形通槽的投影与凹槽的投影的三个边缘重合。

作为一种可实施的方式，单晶压电薄膜层为A l N层或者ScA l N层。

一种声表面波传感器的制备方法，包括：提供器件晶圆，器件晶圆包括单晶衬底以及在单晶衬底上依次层叠设置的单晶压电薄膜层、金属层和第一键合层；提供盖帽晶圆，盖帽晶圆包括硅衬底以及在硅衬底上设置的第二键合层；器件晶圆与盖帽晶圆通过第一键合层和第二键合层键合；去除器件晶圆的单晶衬底；在单晶压电薄膜层上制备叉指电极和反射栅。

作为一种可实施的方式，在单晶压电薄膜层上制备叉指电极和反射栅之后，声表面波传感器的制备方法还包括：刻蚀硅衬底，在硅衬底远离第二键合层的侧面的中心位置处形成方槽；刻蚀器件晶圆和第二键合层，在器件晶圆上形成第四条形通槽，在第二键合层上对应第四条形通槽形成第五条形通槽，第四条形通槽包括三个，三个第四条形通槽相互垂直且首尾相连，三个第四条形通槽的投影与方槽的投影的边缘重合。