一种空腔型体声波谐振器及其制备方法与流程

本发明涉及谐振器，尤其涉及一种空腔型体声波谐振器及其制备方法。

背景技术：

1、5g通信技术需要应对复杂的多用户同时通信场景，这对通信系统中的滤波器的性能提出了更高的要求。具体而言，5g滤波器不仅需要提升性能要求，以满足多频段、宽频带、低插入损耗和高隔离度等指标，还需适应集成化和小型化的发展趋势，从而适配高密度封装的通信设备。

2、滤波器的核心性能很大程度上取决于其内部谐振器的品质因数（q值）。q值越高，谐振器的能量损耗越小，滤波器的选择性和稳定性就越好。因此，在5g通信系统中，要实现高性能的5g滤波器，对谐振器的性能，尤其是q值的要求显著提高，如何有效提升谐振器的品质因数成为行业重点关注和亟待解决的问题。

3、目前，行业内提升体声波谐振器和滤波器q值的主流方式，多以采用物理气相沉积（pvd）技术制备的氮化铝（aln）压电材料为主。这种方式虽然在一定程度上能够提高q值，但对于基于外延方式生长的压电材料的谐振器结构，却缺乏有效的解决方案。外延生长的压电材料具有独特的晶体结构和性能优势，然而现有技术难以充分发挥其潜力，无法通过合理的结构设计来减少谐振过程中的能量耗散，导致这类谐振器的q值提升受限，进而影响了基于该类材料的滤波器在5g通信系统中的应用效果。

4、因此，针对基于外延方式生长的压电材料的谐振器结构，研发一种能够有效控制能量损耗、提升其品质因数的创新方案，对于推动5g滤波器性能的进一步提升具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种空腔型体声波谐振器及其制备方法，可以抑制谐振器和滤波器在谐振过程中能量从谐振区域边缘耗散，提升基于氧化镓等外延材料为压电薄膜的谐振器的q值。

2、为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种空腔型体声波谐振器，包括：

3、第一衬底，

4、支撑层，所述支撑层与所述第一衬底键合设置，且所述支撑层具有上表面内凹形成的空腔；

5、下电极层，所述下电极层覆盖所述空腔上方的支撑层的表面；

6、压电层，所述压电层设置于所述下电极层的上表面并与所述支撑层相接触；

7、上电极层，所述上电极层设置于所述压电层的上表面；

8、声反射结构层，所述声反射结构层包括下声反射结构层和上声反射结构层，所述下声反射结构层和所述上声反射结构层均为闭合结构，所述下电极层填充所述下声反射结构层的内部并覆盖所述下声反射结构层的表面，所述上电极层填充所述上声反射结构层的内部并覆盖所述上声反射结构层的表面。

9、作为上述方案的改进，所述下电极层和所述上电极层对应设置，且所述下电极层和所述上电极层的几何中心轴线相重叠，所述下电极层完全覆盖所述上电极层的有效谐振区域。

10、作为上述方案的改进，所述上声反射结构层与所述上电极层的几何中心轴线相重叠，所述下声反射结构层与所述上电极层的几何中心轴线相重叠，且所述下声反射结构层的内侧边界位于所述上电极层的有效谐振面积覆盖区域的边缘投影范围之外。

11、作为上述方案的改进，所述下声反射结构层的内侧边界位于所述上声反射结构层的内侧边界与外缘之间，使所述下电极层在平面上的投影完全覆盖所述上电极层的有效谐振区域。

12、作为上述方案的改进，所述下声反射结构层的内侧边界与所述上声反射结构层的外缘之间的间距为0.5μm-3μm；

13、所述下声反射结构层的内侧边界与所述上声反射结构层的内侧边界之间的间距为0.5μm-3μm；

14、所述下声反射结构层的外缘与所述上声反射结构层的外缘之间的间距为0.5μm-2μm；

15、作为上述方案的改进，所述下电极层还设置于所述下声反射结构层的外侧，并包覆所述下声反射结构层的部分外侧；

16、所述下声反射结构层的外缘与所述下电极层的外缘之间的间距为1μm-10μm；

17、所述下声反射结构层的厚度为10nm-500nm，所述下声反射结构层的宽度为0.5μm-3μm；所述下电极层的厚度为100nm-500nm。

18、作为上述方案的改进，所述上声反射结构层的外缘与所述上电极层的外缘相重合；

19、所述上声反射结构层的厚度为50nm-500nm，所述上声反射结构层的宽度控制在0.5μm-5μm；

20、所述上电极层的厚度为100nm-1000nm。

21、作为上述方案的改进，所述下电极层在平面上的投影完全覆盖所述空腔的全部区域，且所述下电极层的外缘与所述空腔的侧壁的间距大于3μm；

22、所述空腔的侧壁与所述下声反射结构层的外缘之间的间距为1μm-5μm；

23、所述空腔的厚度为0.5μm-5μm。

24、作为上述方案的改进，所述声反射结构层为闭合环状结构；

25、所述第一衬底包括衬底层和设置于衬底层上的表面键合层，所述衬底层的材料为硅、蓝宝石、碳化硅、金钢石中的一种或多种，所述表面键合层的材料为硅、二氧化硅中的至少一种；

26、所述支撑层的支撑材料为硅、陶中的一种或多种；

27、所述下电极层的材料为钼、铝、钨中的一种或多种；

28、所述压电层的材料为氮化铝、氧化镓中的一种或多种；

29、所述上电极层的材料为钼、铝、钨中的一种或多种；

30、所述声反射结构层的材料为钼、铝、钨中的一种或多种。

31、本发明第二方面还提供了一种所述的空腔型体声波谐振器的制备方法，包括以下步骤：

32、提供一临时衬底，在所述临时衬底上制备压电层；

33、在所述压电层上制备下声反射结构层、下电极层，使所述下电极层填充所述下声反射结构层的内部并覆盖所述下声反射结构层；

34、在所述下电极层及下声反射结构层上制备填充层，所述填充层在平面上的投影完全位于所述下电极层的有效谐振区域内；

35、在所述填充层及未被所述填充层覆盖的压电层上制备支撑层，并对其进行平坦化处理；

36、提供一第一衬底，将所述第一衬底与所述支撑层进行键合；

37、去除所述临时衬底，以露出所述压电层；

38、在露出的所述压电层上制备上声反射结构层、上电极层，使所述上电极层填充所述上声反射结构层的内部并覆盖所述上声反射结构层的表面；

39、去除所述填充层，形成空腔。

40、实施本发明，具有如下有益效果：

41、本申请中，在原有外延空腔型谐振器的基础上，在所述上电极层和下电极层的相关位置处设置上声反射结构层和下声反射结构层，可以有效抑制谐振器和滤波器在谐振过程中能量从谐振区域边缘耗散，进一步提升了基于氧化镓等外延材料为压电薄膜的谐振器的q值。

1.一种空腔型体声波谐振器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的空腔型体声波谐振器，其特征在于，所述下电极层和所述上电极层对应设置，且所述下电极层和所述上电极层的几何中心轴线相重叠，所述下电极层完全覆盖所述上电极层的有效谐振区域。

3.如权利要求2所述的空腔型体声波谐振器，其特征在于，所述上声反射结构层与所述上电极层的几何中心轴线相重叠，所述下声反射结构层与所述上电极层的几何中心轴线相重叠，且所述下声反射结构层的内侧边界位于所述上电极层的有效谐振面积覆盖区域的边缘投影范围之外。

4.如权利要求2所述的空腔型体声波谐振器，其特征在于，所述下声反射结构层的内侧边界位于所述上声反射结构层的内侧边界与外缘之间，使所述下电极层在平面上的投影完全覆盖所述上电极层的有效谐振区域。

5.如权利要求1或4所述的空腔型体声波谐振器，其特征在于，所述下声反射结构层的内侧边界与所述上声反射结构层的外缘之间的间距为0.5μm-3μm；

6.如权利要求1所述的空腔型体声波谐振器，其特征在于，所述下电极层还设置于所述下声反射结构层的外侧，并包覆所述下声反射结构层的部分外侧；

7.如权利要求1所述的空腔型体声波谐振器，其特征在于，所述上声反射结构层的外缘与所述上电极层的外缘相重合；

8.如权利要求1所述的空腔型体声波谐振器，其特征在于，所述下电极层在平面上的投影完全覆盖所述空腔的全部区域，且所述下电极层的外缘与所述空腔的侧壁的间距大于3μm；

9.如权利要求1所述的空腔型体声波谐振器，其特征在于，所述声反射结构层为闭合环状结构；

10.一种如权利要求1-9任一项所述的空腔型体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：