[发明专利]用于改进的声波滤波器的取代氮化铝

说明书

涉及一种压电材料，包括：AlN，其掺杂有选自下组的一种或多种元素的阳离子：Sb、Ta、Nb或Ge中的一种；Cr与B、Sc、Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er，Tm或Yb中的一种或多种的组合；Nb和Ta中的一种与Li、Mg、Ca、Ni、Co、和Zn中的一种的组合；Ca与Si、Ge、Ti、Zr和Hf中的一种的组合；Mg与Si、Ge、和Ti中的一种的结合；以及Co、Sb、Ta、Nb、Si、或Ge中的一种或多种与Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Yb中的一种或多种的组合；阳离子至少部分取代压电材料的晶体结构中的Al。

相关申请的交叉引用

本申请主张根据35 U.S.C.§119(e)于2017年7月7日提交的题为“用于改进的声波滤波器的取代氮化铝”的美国临时专利申请No.62/529,742的优先权，就各方面而言将其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

氮化铝(AIN)是已用于在1-5GHz范围内工作的体声波(BAW)和薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器中的一种压电材料。较大的IIIA族氮化物(例如GaN和InN)显示出沿着该族系列而显著降低的压电系数。AlN的性质可以用诸如钪之类的铝的取代物来改性。然而，对于这些材料，仍然需要改进的机电耦合、更高的介电常数、更大的声速和更好的温度稳定性，这可以导致BAW滤波器的性质的改进。如本文所使用的，术语“BAW滤波器”包括FBAR滤波器。

可以在声波滤波器中使用的压电材料的理想性质包括：

·高声速，例如大于12,000m/sec

·良好的耦合常数，例如大于5％

·高介电常数，用以减小器件尺寸

·用于沉积及集成的稳定的材料系统及晶体结构

·宽带隙，其使材料成为具有低泄漏的良好绝缘体

BAW滤波器的各种参数与这种滤波器中利用的压电材料的材料性质之间的关系包括：

·增加的带宽＝增加的耦合因子k²

·滤波器的陡峭边缘＝增加的品质因子Q

·滤波器厚度小型化＝增加的声速v＝(c₃₃/ρ)^1/2；c₃₃＝弹性模量，p＝材料密度。

·x-y平面中的滤波器小型化＝增加的介电常数

·低漏电流，更好的绝缘体＝宽带隙

·滤波器温度稳定性＝压电响应的温度稳定性

当在声波滤波器中使用压电材料时，与所述压电材料的性能相关的压电材料的材料性质包括：

·k_t²＝e₃₃²/(c^D₃₃ε₃₃^s)＝d₃₃²/(c^E₃₃ε₃₃^T)＝π²/4(1-(f_s/f_p))＝K²/(1+K²)：K＝e₃₃²ε_Rε₀c^E₃₃