[发明专利]用于温度补偿表面声波器件或体声波器件的衬底

说明书

本发明涉及一种用于表面声波器件或体声波器件的衬底(1)，该衬底(1)包括支撑衬底(11)和所述支撑衬底上的压电层(10)，其特征在于，支撑衬底(11)在加强衬底(110)上具有半导体层(111)，该加强衬底(110)的热膨胀系数比硅的热膨胀系数更接近压电层(10)的材料的热膨胀系数，半导体层(111)被设置在压电层(10)与加强衬底(110)之间。

技术领域

本发明涉及用于温度补偿表面声波器件或体声波器件的衬底以及用于制造这种衬底的方法和包括这种衬底的表面声波器件或体声波器件。

背景技术

通常由首字母缩写词SAW器件特指的表面声波器件在射频(RF)通信且特别是在用于滤波应用的领域中找到应用。

SAW器件通常包括压电层和为沉积在所述压电层表面上的两个相互交错的金属梳形式的两个电极。

电信号(诸如，施加于电极的电压变化)被转换成在压电层表面处传播的弹性波。该波在到达另一个电极时再次转换成电信号。

压电材料的选择将电磁耦合系数和压电材料的振荡频率的温度稳定性考虑在内，该电磁耦合系数表示由所述材料进行的电磁转换率。

SAW器件对温度变化非常敏感，这由于这些材料的不同热膨胀系数而引入压电层和金属电极的不同程度的膨胀。

更准确来说，由首字母缩写词TCF所指并作为温度T的函数被设计为给定频率f的变化的频率温度系数由以下公式给出：

其中，

V是表面声波的速度，并且

CTE是压电材料在表面声波的传播方向上的热膨胀系数。

对于补偿温度对SAW器件的影响的措施已经存在。

具体地，Hashimoto等人的文章[1]提供了用于SAW器件的各种温度补偿技术的评论。

这些不同的技术中，基本上可以区分以下内容：

(1)所谓的“叠加”技术，该技术由以下步骤构成：利用展示在与压电层的热膨胀系数相反意义上的热膨胀系数的电介质材料(通常为二氧化硅(SiO₂))覆盖压电层和电极的表面；

(2)所谓的“晶片粘合”技术，该技术由以下步骤构成：将压电层粘合到热膨胀系数尽可能低的支撑衬底，以便抵消压电层的热膨胀。由此，例如可以由硅、蓝宝石、玻璃或尖晶石(MgAl₂O₄)制成的所述支撑衬底执行压电层的加强功能。给定压电层的厚度，则认为压电层沿远离电极的方向无限延伸，使得支撑衬底的存在不干扰表面声波的传播。然而，支撑衬底的粘合似乎产生比器件的主频率更大频率的假共振(参见[1]，图5)。

对于该第二技术中的支撑衬底设想的材料中，因为硅允许实施衬底规模(所谓的“晶片级”)的电子部件的集成方法，所以它看起来最有前景。

然而，热膨胀系数的显著差异存在于压电材料与硅之间(对于是各向异性的LiTaO₃的晶体，CTE值为大约4x10^-6/℃和14x10^-6/℃，而硅的CTE具有量级2.3x10^-6/℃)，这在后者在表面声波器件的制造方法中的后续步骤期间暴露到高温时影响支撑衬底/压电层堆的稳定性。鉴于这种步骤，必须确保压电层/支撑衬底堆的热稳定性高达大约250℃的温度。

类似的问题对于由首字母缩写词BAW已知的体声波过滤器和共振器而发生。