[实用新型]一种基于铌酸锂的空气隙型剪切波谐振器

说明书

本实用新型公开了一种基于铌酸锂的空气隙型剪切波谐振器。该谐振器包括硅衬底、氧化硅保护层、硅腔、铌酸锂压电材料及顶部电极；硅衬底的上表面向内凹陷形成凹槽，氧化硅保护层沉积在凹槽的侧壁和底面；所述硅衬底与铌酸锂压电材料连接，所述铌酸锂压电材料覆盖在凹槽的上方，形成硅腔；所述铌酸锂压电材料上设有通孔，使硅腔与外界相通。空气隙型剪切波谐振器的压电材料由离子注入和键合工艺制备，压电材料下方的空气腔通过牺牲层释放的方法获得。与背硅刻蚀型的剪切波谐振器相比，该方法制备的剪切波谐振器机械强度高，步骤简单，提高了谐振器器件的良率，由于铌酸锂机电耦合系数高。该方法能应用于高频宽带、低损耗滤波器的制造。

技术领域

本实用新型涉及薄膜体声波谐振器技术领域，具体涉及基于铌酸锂的空气隙型剪切波谐振器。

背景技术

目前薄膜体声波滤波器已经大规模应用于5G滤波器，但是基于氮化铝的薄膜体声波滤波器仍然存在着各种各样的缺陷。氮化铝理论的最大机电耦合系数仅仅只有6%左右，因此基于氮化铝的薄膜体声波滤波器不适合应用于宽带滤波器。而且在种子层材料上面很难生长高质量、低缺陷的氮化铝晶体材料。由于铌酸锂的机电耦合系数远远高于氮化铝，因此可以利用铌酸锂剪切波谐振器来制备高频宽带滤波器。但是目前铌酸锂剪切波谐振器的制备方法基本上是基于背硅刻蚀，Plessky（Electronics Letters, 2018, 55(2): 98-100）等就直接在硅衬底表面制备铌酸锂谐振器，然后利用二氟化氙刻蚀硅衬底，由于这种基于化学反应的刻蚀方法具有各向同性，因此会引起硅衬底的横向过多刻蚀，同时贯穿硅衬底的空腔也会严重降低谐振器的机械强度以及器件的可靠性，因此利用这种方法制备的器件良率较低。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是提供一种基于铌酸锂的空气隙型剪切波谐振器。

本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现。

基于此，本实用新型提出了一种基于铌酸锂的空气隙型剪切波谐振器，通过对电极尺寸、叉指电极间距、压电材料尺寸等方面的优化设计，使得铌酸锂谐振器形成剪切波谐振，同时减少了横向振动模式的干扰。首先在高阻硅片表面先后沉积保护层、牺牲层材料，然后将硅片化学机械抛光。通过离子注入与晶圆键合的方法，将铌酸锂薄膜转移到该抛光的高阻硅片上面，然后利用剥离工艺在铌酸锂薄膜表面溅射金属叉指电极。最后利用干法刻蚀或者湿法腐蚀的办法去掉牺牲层。

本实用新型提供了一种基于铌酸锂的空气隙型剪切波谐振器。所述谐振器由顶部叉指电极、铌酸锂压电材料组成。其中铌酸锂压电材料与底部的保护层共同形成空气腔。本实用新型提供的基于铌酸锂的空气隙型剪切波谐振器仅有顶电极没有底电极，谐振器由压电材料铌酸锂、顶电极组成。其中压电材料位于空气腔上方。

本实用新型提供的一种基于铌酸锂的空气隙型剪切波谐振器，包括硅衬底、氧化硅保护层、硅腔、铌酸锂压电材料及顶部电极；所述硅衬底的上表面向内凹陷形成凹槽，所述氧化硅保护层沉积在凹槽的侧壁和底面；所述铌酸锂压电材料覆盖在凹槽的上方，形成硅腔；所述铌酸锂压电材料上设有通孔，该通孔用来释放牺牲层材料；所述铌酸锂压电材料上表面与顶部电极连接。

进一步地，所述顶部电极为Pt、Mo、W、Ti、Al、Au、Ag等中的一种；所述顶电极厚度为60 nm-700 nm。

优选地，所述顶部电极为Pt、Mo、Ag、Al、Au中的一种。

进一步地，所述氧化硅保护层的厚度为1μm-3μm。

优选地，所述衬底为单面抛光高阻硅晶圆。

进一步地，所述铌酸锂压电材料为Z切向或者Y切向。

进一步地，所述铌酸锂压电材料（压电层）的厚度为100 nm-5μm。