本發(fā)明的領(lǐng)域是具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面聲波(saw)器件的領(lǐng)域，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包括擱置在半導(dǎo)體基板上的壓電材料的薄層。

背景技術(shù)：

1、表面聲波器件或saw器件在廣泛的應(yīng)用中使用，特別是在電子器件中，其中它們形成濾波器、振蕩器、延遲線和變壓器的核心元件。

2、壓電材料在由于機(jī)械應(yīng)力而變形時(shí)生成電壓，并且在施加電壓時(shí)相反地變形。

3、結(jié)果，當(dāng)交變電信號被施加到與壓電材料接觸的一個(gè)或更多個(gè)電極時(shí)，在壓電材料處生成對應(yīng)的機(jī)械信號(即，振蕩或振動(dòng))：電信號被轉(zhuǎn)換成機(jī)械信號。

4、轉(zhuǎn)換成壓電材料的機(jī)械信號表現(xiàn)出對交變電信號的頻率依賴性，該頻率依賴性基于電極的特性、壓電材料的性質(zhì)以及諸如聲波器件的形狀和構(gòu)成該器件的其它結(jié)構(gòu)之類的其它因素。

5、表面波器件利用這種頻率依賴性以借助于表面聲波(saw)諧振器或saw換能器提供一種或更多種功能，這些諧振器或換能器越來越多地用于形成例如在電信應(yīng)用的rf信號的發(fā)送和接收中實(shí)現(xiàn)的所謂的“saw濾波器”。

6、saw濾波器包括至少一個(gè)saw換能器，其可能連接到其它換能器，以便在輸入端口與輸出端口之間執(zhí)行濾波功能。

7、saw濾波器通常包括形成在同一壓電元件上的輸入saw換能器和輸出saw換能器，該輸入saw換能器從傳入的電信號生成表面聲波，該輸出saw換能器接收表面聲波并將其轉(zhuǎn)換為傳出的電信號。

8、換能器的幾何形狀和尺寸以及所用材料的類型和形狀決定了saw濾波器的特性，諸如耦合和反射因子、諧振或反諧振的q品質(zhì)因子、帶寬、寄生響應(yīng)、高階諧振的抑制以及溫度依賴性。

9、專利us10,938,367b2公開了一種叉指式saw換能器(idt)100，如圖1所示，a)中為俯視圖，b)中為沿xx'平面的截面圖。

10、叉指式saw換能器100包括擱置于基板110上的壓電層140、與壓電層140的表面接觸的一對電極150a和150b、插入于基板110與壓電層140之間的金屬層120、以及插入于金屬層120與壓電層140之間的電介質(zhì)層130。

11、電極150a和電極150b分別包括在相同方向d上延伸的指狀物152a和152b，以便在垂直于方向d的方向上形成周期為2p的周期性結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)電極的指狀物以常規(guī)方式交替放置。

12、插入于壓電層及其基板之間的電介質(zhì)層和金屬層改善了換能器的行為，并且更具體地限制了寄生響應(yīng)的出現(xiàn)、與基板的性質(zhì)相關(guān)的感應(yīng)損耗以及疊層內(nèi)的界面效應(yīng)。

13、然而，由美國專利10,938,367b2公開的信息仍然不足以用于需要saw換能器的特殊特征和/或高性能水平的實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的是以這樣的方式表征表面波器件，即，除了現(xiàn)有技術(shù)的簡單操作原理之外，為它們提供足夠的操作參數(shù)以在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)它們。

2、為此，本發(fā)明涉及一種表面聲波器件，該表面聲波器件包括基板；在該基板的頂面上方的壓電層；與壓電層接觸的一對電極，這兩個(gè)電極包括指狀物，這些指狀物在相同方向上延伸以便形成這兩個(gè)電極的指狀物彼此交替的周期性結(jié)構(gòu)，并且具有將同一電極的兩個(gè)相鄰指狀物的中心分開的叉指距離；金屬層，其插入于基板與壓電層之間；以及插入于金屬層與壓電層之間的至少一個(gè)電介質(zhì)層，其中金屬層具有5nm至100nm之間的厚度并且電介質(zhì)層具有25nm至600nm之間的厚度。

3、這種器件代表了一種折衷方案的結(jié)果，適于作為聲波器件實(shí)現(xiàn)，該聲波器件受益于插入于壓電層與其基板之間的金屬層的正電磁屏蔽效應(yīng)，同時(shí)在器件結(jié)構(gòu)中保持優(yōu)異的相速、反射系數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)ks2方面的性能。

4、根據(jù)本發(fā)明的其他非限制性特征(單獨(dú)地或以任何技術(shù)上可行的組合)：

5、-金屬層可以具有在叉指距離的0.25％至5％之間的厚度；

6、-電介質(zhì)層可以具有在250nm至400nm之間的厚度；

7、-電介質(zhì)層具有的厚度可以大于金屬層的厚度的五倍；

8、-電介質(zhì)層可以小于200nm厚；

9、-可選的電介質(zhì)層可以被插入于基板與金屬層之間；

10、-電介質(zhì)層和可選的電介質(zhì)層可以各自小于300nm厚；

11、-電介質(zhì)層厚度和可選的電介質(zhì)層厚度的總和小于200nm；

12、-可選的電介質(zhì)層厚度與電介質(zhì)層厚度和可選的電介質(zhì)層厚度的總和的比率可以在15％與30％之間；

13、-壓電層可以包括鉭酸鋰litao3層和鈮酸鋰linbo3層的并置；并且

14、-金屬層包括分開的距離小于或等于叉指距離的金屬化表面。

15、本發(fā)明擴(kuò)展到包括表面聲波器件的濾波器器件。

16、本發(fā)明還涉及一種制造該器件的方法，該方法包括直接結(jié)合步驟。

技術(shù)特征：

1.一種表面聲波器件(200)，所述表面聲波器件包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面聲波器件，其中，所述金屬層具有的厚度在所述叉指距離的0.25％至5％之間。

3.根據(jù)前述權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的表面聲波器件，其中，所述電介質(zhì)層具有的厚度在250nm至400nm之間。

4.根據(jù)前述權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的表面聲波器件，其中，所述電介質(zhì)層具有的厚度大于所述金屬層的厚度的五倍。

5.根據(jù)前述權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的表面聲波器件，其中，所述電介質(zhì)層具有的厚度小于200nm。

6.根據(jù)前述權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的表面聲波器件，所述表面聲波器件還包括插入于所述基板(210)與所述金屬層(220)之間的可選電介質(zhì)層(330)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面聲波器件，其中，所述電介質(zhì)層(230)和所述可選電介質(zhì)層(330)各自具有的厚度小于300nm。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面聲波器件，其中，所述電介質(zhì)層(230)的厚度和所述可選電介質(zhì)層(330)的厚度的總和小于200nm。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面聲波器件，其中，所述可選電介質(zhì)層(330)的厚度與所述電介質(zhì)層(230)的厚度和所述可選電介質(zhì)層(330)的厚度的總和的比率在15％至30％之間。

10.根據(jù)前述權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的表面聲波器件，其中，所述壓電層包括鉭酸鋰litao3層和鈮酸鋰linbo3層的并置。

11.根據(jù)前述權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的表面聲波器件，其中，所述金屬層(220)包括以小于或等于所述叉指距離的距離分開的金屬化表面。

12.一種表面聲波濾波器器件(900)，所述表面聲波濾波器器件包括根據(jù)前述權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的表面聲波器件。

13.一種制造根據(jù)前述權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的器件的方法(1100)，所述方法包括直接結(jié)合步驟(1150)。

技術(shù)總結(jié)
一種表面波器件(200)，該表面波器件包括基板(210)；該基板的頂面上方的壓電層(240)；與該壓電層接觸的一對電極(250A、250B)，這兩個(gè)電極包括指狀物(252A、252B)，這些指狀物在相同方向上延伸以便形成這兩個(gè)電極的指狀物彼此交替的周期性結(jié)構(gòu)，并且具有將同一電極的兩個(gè)相鄰指狀物的中心分開的叉指距離(2p)；插入于基板與壓電層之間的金屬層(220)；以及插入于金屬層與壓電層之間的電介質(zhì)層(230)，其中該金屬層具有的厚度為5nm至100nm并且該電介質(zhì)層具有的厚度為25nm至600nm。

技術(shù)研發(fā)人員：S·巴朗德拉斯,T·拉羅什,A·克萊雷特,E·米丘利爾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：索泰克公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23