[发明专利]一种温度补偿表面声波器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种温度补偿表面声波器件及其制备方法，温度补偿表面声波器件包括电极以及自下而上分布的衬底、第一温度补偿层、压电薄膜层和第二温度补偿层，所述电极位于压电薄膜层的上表面之上、嵌入压电薄膜层的上表面、位于第一温度补偿层的上表面之上或嵌入第一温度补偿层的上表面。本发明将压电薄膜层置于第一温度补偿层和第二温度补偿层这两层温度补偿层之中，有效提高了表面声波器件的温度补偿效果；采用了第一温度补偿层和第二温度补偿层这两层具有低热膨胀系数的温度补偿层，热膨胀抑制效果好；通过第一温度补偿层和第二温度补偿层这两层补偿层结构来进行温度补偿，应用范围更广。本发明可广泛应用于通信器件及其制备领域。

技术领域

本发明涉及通信器件及其制备领域，尤其是一种温度补偿表面声波器件及其制备方法。

背景技术

表面声波器件在无线通信、电视、卫星通信、传感器等领域中具有广泛的应用。随着低频段频谱资源的逐渐耗竭，以及人们对高速无线通信需求的增加，无线通信系统向着高频率的趋势发展，相应的表面声波器件的电极尺寸也不断缩小。这一方面有利于无线通信系统的小型化，另一方面尺寸更小的电极将具有更大的寄生电阻。在长时间工作负载下，更大的寄生电阻将导致温度升高和由此带来的频率温度漂移等可靠性问题，从而影响无线系统的正常工作。

针对上述问题，现有技术所采取的措施主要包括：

a)在传统表面声波器件上淀积非晶SiO₂进行温度补偿。传统表面声波器件采用了单晶压电衬底，其常用的单晶材料如LiNbO₃和LiTaO₃等具有较大的负温度系数，使得表面声波器件的工作频率随温度升高而降低。而SiO₂则具有相反的温度系数，故在压电衬底上制备电极后覆盖一层SiO₂可以提供一定的温度补偿。Ken-ya Hashimoto等人2011年在名为“Recent Development of Temperature Compensated SAW Devices”的会议论文中指出，该技术在1800MHz-1900MHz的工作频率下可取得-10ppm/℃到-5ppm/℃的温度系数。然而衬底本身具有较大的温度系数，仅采用在上层覆盖SiO₂的表面声波器件难以有效抑制衬底本身随温度升高导致的热膨胀，所以该技术在高频表面声波器件中难以获得理想的温度补偿效果。

b)将传统压电衬底与其他衬底键合形成的复合基底用于表面声波器件的制备。其中，其他衬底包括蓝宝石、Si等具有较低温度系数的材料，该技术将传统压电衬底通过直接键合或键合胶粘接等方式与其他衬底结合形成一个复合的衬底结构，然后将叉指电极制备在键合后的压电衬底上。该技术可实现一定的温度补偿，M.Miura等人2004年在名为“Temperature compensated LiTaO₃/Sapphire bonded SAW substrate with low lossand high coupling factor suitable for US-PCS application”的会议论文中报道，基于LiTaO₃或蓝宝石衬底的表面声波谐振器的温度系数提高到了-27ppm/℃到-15ppm/℃，分别为未采用该复合基底器件温度系数的2/3和1/2。该技术主要通过抑制压电材料的热膨胀实现温度补偿，但无法实现压电层表面的声速补偿，因而温度补偿效果相对比较有限。

c)采用具有低温度系数的压电衬底。某些切向的压电材料(如AT切石英衬底)具有接近为零的温度系数，可以用来制备低温度系数的表面声波器件。该技术通过压电衬底自身来解决温度漂移问题，不需要额外的温度补偿材料，但其主要问题是可选的压电衬底比较有限，且这些可选用的压电衬底具有较低的耦合系数，无法应用于无线通信等领域，应用范围不广。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种温度补偿效果好、热膨胀抑制效果好和应用范围广的，温度补偿表面声波器件。