[发明专利]具有波限制结构的板波装置和制造方法

说明书

一种微机电系统(MEMS)导波装置包括单晶压电层、以及被配置成将横向激发波限制在所述单晶压电层中的至少一个导波限制结构。粘结界面设置在所述单晶压电层与至少一个下层之间。多频率装置包括布置在单晶压电层的不同厚度区上或其中的第一组电极和第二组电极、以及至少一个导波限制结构。分段压电层和分段电极层的段基本上在包括至少一个导波限制结构的装置中对准。

相关申请声明

本申请要求2014年12月17日提交的美国临时专利申请号62/093,184和2014年12月18日提交的美国临时专利申请号62/093,753的优先权。前述申请的全部内容据此以引用的方式并入本文如同全文展现。

技术领域

本公开涉及利用压电层中的声波传播的机电部件，并且特别地涉及改进的板波结构和制造这种结构的方法。例如，可以在射频传输电路、传感器系统、信号处理系统等中使用这种结构。

背景技术

微机电系统(MEMS)装置具有多种类型并且在广泛的应用内利用。可以在诸如射频(RF)电路的应用中使用的一种类型的MEMS装置是MEMS振动装置(也称为谐振器)。MEMS谐振器通常包括振动体，其中压电层与一个或多个导电层接触。压电材料在被压缩、扭曲或变形时获取电荷。这种属性提供了电与机械振荡或振动之间的传感器效应。在MEMS谐振器中，声波可以在交流电信号的情况下在压电层中激发，或弹性波在压电材料中的传播可导致电信号的生成。可以通过连接到MEMS谐振器装置的电路来利用压电层的电特性的改变以便执行一个或多个功能。

导波谐振器包括MEMS谐振器装置，其中声波被限制在结构的一部分中(诸如压电层中)。可以通过在固体/空气界面处的反射、或通过能够反射声波的声反射镜(例如，称为布拉格反射镜的层堆叠)来提供限制。这种限制可以显着地减少或避免声辐射在衬底或其他载体结构中的耗散。

已知各种类型的MEMS谐振器装置，包括结合叉指式换能器(IDT)电极和周期性极化换能器(PPT)以用于横向激发的装置。在转让给RF微装置(Greensboro，NC，USA)的美国专利号7,586,239、美国专利号7,898,158和美国专利8,035,280中公开了这种装置的实例，其中前述专利的内容由此通过引用并入本文。这些类型的装置在结构上类似于膜体声学谐振器(FBAR)装置，因为它们各自体现悬挂压电膜。由于结构中的不良热传导，因此这种装置(特别包括IDT型装置)受指状物电阻率和功率处理的限制。附加地，IDT型和PPT型膜装置可能需要严格的封装，诸如具有接近真空环境的密封式封装。

板波(也称为兰姆波)谐振器装置也是已知的，诸如在Reinhardt等人(“Reinhardt”)的美国专利申请公开号2010-0327995 A1中所描述的。与表面声波(SAW)装置相比，板波谐振器可以在硅或其他衬底上制造，并且可以更容易地集成到射频电路中。Reinhardt公开了一种多频板波型谐振器装置，其包括硅衬底、构成布拉格反射镜的沉积层堆叠(例如，SiOC、SiN、SiO₂和Mo)、沉积AIN压电层、以及SiN钝化层。根据Reinhardt，至少一个谐振器包括微分层，其被布置成修改谐振器的耦合系数以便具有确定的有用带宽。Reinhardt教学的一个限制是：AIN压电材料(例如，经由外延)在具有非常不同的晶格结构的下层材料上沉积通常排除了单晶材料的形成；相反，通常会产生与完美取向在某种程度上偏离的较低质量的材料。另一个限制是：Reinhardt的方法似乎不能在单个衬底上产生具有广泛不同(例如，八度音差)频率的谐振器。另外，至少在某些情况下，生产具有一致高重现性的层厚度的布拉格反射镜可能是麻烦的。

因此，需要可以有效地制造的导波装置。理想的装置将解决与膜型装置相关联的热传导和严格封装问题。还需要提供可以包含高质量压电材料的装置。还需要可以能够在单个衬底上产生广泛不同频率的装置。

发明概要