[发明专利]一种耐高温的柔性声表面波器件及其制造方法

说明书

技术领域：

本发明涉及声表面波器件制造领域，具体涉及一种可耐高温的柔性声表面波器件的结构及其制造方法。

背景技术:

声表面波(Surface acoustic wave)是沿着固体表面传播的一种弹性波。1855年，由英国物理学家瑞利(Rayleigh)在对地震波的研究中发现。这种弹性波沿半无限固体表面传播，其能量主要集中于弹性体的表面，且其振幅随着传入衬底材料的深度的增加而指数衰减，这种波就是声表面波，也叫瑞利波。

声表面波器件是利用声表面波来完成各种复杂信号处理的一类新型器件，其在现代电子信息技术中已经获得广泛的应用。第一个声表面波器件是在1965年研制成功，在之后的几十年中，声表面波器件蓬勃发展，并在一些专业领域成为了不可短缺的电子元器件。随着信息和通信技术高速发展，声表面波器件的应用频率也从最初的MHz发展到GHz。器件的工作温度也在不断的提升。并且在近年来，为了适应电子产品的便携、可延展、可穿戴化，并使其能够在非平面的环境中工作，柔性电子以其独特的优势以及潜在的应用价值，已经引起了国内外的关注。开始出现可工作于曲面的柔性声表面波器件。高频、高温以及柔性在目前已经成为了声表面波器件发展的新趋势。

但是到目前为止，主流的声表面波器件还是主要局限于将器件制备在刚性的单晶衬底或者柔性的有机聚合物衬底上。例如，石英、硅、蓝宝石、铌酸锂等单晶衬底，或者聚酯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚苯乙烯等柔性的有机聚合物衬底。对于制备在刚性单晶衬底上的声表面波器件而言，其虽然技术成熟、器件性能稳定，但是其质量大且不能工作在非平面的环境下，不能折叠、弯曲。而对于在柔性有机聚合物衬底上制备的声表面波器件，其虽然拥有良好的柔性特性以及轻质便携等优点，但是由于其衬底(有机聚合物)本身的限制，使其很难应用于高温环境下，在200℃～300℃时，绝大部分有机聚合物将会变软、熔化、分解、放出挥发性气体，这将会对声表面波器件造成极大的影响。因此急需开发一种能够应用于复杂曲面并且在高温环境下依然保持良好性能的新型柔性声表面波器件。

发明内容：

针对上述存在问题或不足，本发明提供了一种耐高温的柔性声表面波器件及其制造方法。使其可以同时满足耐高温和高度柔软可弯曲的特点，并且具有较高的中心频率。

本发明提供的耐高温的柔性声表面波器件从下至上依次为：底层保护层、柔性合金衬底、缓冲层、压电薄膜、叉指电极和顶层保护层。

所述柔性合金衬底采用镍基高温合金、钴基高温合金或铁基高温合金，其厚度为10～100μm。

缓冲层和底层保护层为相同的非晶氧化物薄膜，采用氧化钇(Y₂O₃)或钇铝氧(Y₂O₃-Al₂O₃)，其厚度为100nm～2μm。

压电薄膜为高C轴择优取向的氮化铝薄膜，薄膜厚度为1μm～10μm。

叉指电极材料为金(Au)，厚度为100nm～200nm。

顶层保护层为氮化铝薄膜，氮化铝保护层的厚度为200nm～500nm。

其制造方法包括以下步骤:

步骤1、柔性合金衬底的预处理：将柔性合金带材依次进行切割、电化学抛光、钝化、清洗和烘干处理。

步骤2、缓冲层和底层保护层的制备：采用化学溶液浸渍提拉法在步骤1所得柔性合金衬底的前后表面同时制备一层100nm～2μm的氧化钇(Y₂O₃)或钇铝氧(Y₂O₃-Al₂O₃)非晶氧化物薄膜，一面作为缓冲层、另一面作为底层保护层。

步骤3、压电薄膜的制备：采用磁控反应溅射法在步骤2所得柔性合金衬底的缓冲层一面沉积一层C轴择优取向的氮化铝薄膜，厚度为1μm～10μm。

步骤4、叉指电极的制备：采用微电子光刻工艺在步骤3得到的压电薄膜上制备声表面波器件的叉指电极。

步骤5、顶层保护层的制备：采用磁控反应溅射法在步骤4制得的叉指电极上制备一薄层氮化铝保护层，其厚度为200nm～500nm。