[发明专利]一种具有大机电耦合系数和低插入损耗的声表面波滤波器及其专用压电薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有大机电耦合系数和低插入损耗的声表面波滤波器及其专用压电薄膜，属于新材料和信息技术领域。

背景技术

声表面波器件是一种重要的固体电子器件，具有体积小、重量轻，信号处理能力强等优点，广泛应用于移动通讯，电视广播以及各类军用雷达、通信系统中，具有巨大的市场需求和广阔的发展前景。随着第三代移动通讯技术的发展，声表面波器件的使用频率不断提高，这就要求声表面波器件的插入损耗不断降低。

薄膜声表面波器件具有应用频率范围广、制作简单、成本低廉，能与半导体工艺集成，符合压电器件微型化和集成化的发展趋势。ZnO薄膜具有安全无毒，性质稳定，成本低，与硅匹配性好，而且其研制技术最为成熟，目前ZnO薄膜声表面波器件已经能够实现工业化生产，广泛应用于军事和民用的各个领域。然而目前ZnO压电薄膜声表面波器件的插入损耗一般都比较大，而且随着声表面波器件的使用频率不断提高，其插入损耗的问题越来越明显。究其原因是因为ZnO薄膜的压电响应较小，其压电常数d₃₃一般只有12pC/N左右，而且电阻率也不是很高，一般只有10⁷Ω·cm。若能够采用具有大压电响应和高电阻率的ZnO薄膜材料来制备声表面波滤波器，那么其插入损耗就可以显著降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有大机电耦合系数和低插入损耗的声表面波滤波器及其专用压电薄膜。

本发明提供的一种压电薄膜为掺杂V、Cr和Fe中任一种的ZnO压电薄膜。

上述的压电薄膜中，V的原子百分数可为0.5％-3.5％，如2.1％。

上述的压电薄膜中，Cr的原子百分数可为1.9％-9％，如1.9％。

上述的压电薄膜中，Fe的原子百分数可为0.5％-1.7％，如1.7％。

上述的压电薄膜中，所述压电薄膜的厚度可为100nm～500nm，具体可为150nm或250nm；所述压电薄膜的压电常数可为110pC/N～200pC/N，具体可为110pC/N、120pC/N或200pC/N；电阻率可为10⁷Ω·cm～10¹⁴Ω·cm，具体可为10¹⁰Ω·cm或10¹¹Ω·cm。

本发明提供的具有大机电耦合系数和低插入损耗的声表面波滤波器包括衬底、沉积于所述衬底上的所述压电薄膜和设于所述压电薄膜上的输入叉指换能器与输出叉指换能器。

上述的声表面波滤波器中，所述衬底的材质可为金刚石、蓝宝石、类金刚石、碳化硅以及相应的薄膜材料。

上述的声表面波滤波器中，所述新型ZnO压电薄膜可通过物理气相沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶或电化学的方法进行沉积；所述输入叉指换能器与输出叉指换能器可通过电子束直写工艺进行制备。

本发明提供的声表面波滤波器的频率可高达4GHz以上，且同时具有大机电耦合系数和低插入损耗的特点。

本发明具有以下有益效果为：采用高声表面波速度的衬底材料和电子束直写工艺制备的薄膜声表面波滤波器频率高达4GHz以上，制备的新型ZnO薄膜具有大的压电响应和高的电阻率，因此叉指换能器能够进行高效的能量转换，所以声表面波滤波器具有大机电耦合系数和低插入损耗。

附图说明

图1为本发明实施例制作的高频声表面波滤波器的结构示意图。

图中各标记如下：1金刚石、2V掺杂的ZnO压电薄膜、3输入叉指换能器、4输出叉指换能器。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、声表面波滤波器的制作

采用物理气相沉积法在金刚石1衬底材料上制备V掺杂的ZnO新型压电薄膜2，V的原子百分数为2.1％，制得的新型V掺杂的ZnO压电薄膜的压电常数d₃₃为110pC/N，电阻率ρ为10¹⁰Ω·cm，厚度为250nm；在上述制得的新型V掺杂的ZnO压电薄膜上采用电子束直写工艺制作宽度为600nm的输入叉指换能器3和输出叉指换能器4，得到声表面波滤波器，如图1所示。

上述制备的声表面波滤波器的频率为4.2GHz，且机电耦合系数高达2.9％和插入损耗为20dB。

实施例2、声表面波滤波器的制作