一种新型压电层及体声波滤波器的制作方法

1.本发明提出了一种新型压电层及体声波滤波器，属于薄膜滤波器技术领域。


背景技术：

2.近年来，随着电子技术的不断发展，薄膜式滤波器得到了越来越广泛的应用。然而，当前薄膜式滤波器的应用的过程中往往要求其尺寸做到足够小，才能够应用于许多精密的无线通信终端中。然而，当滤波器尺寸做小的过程中往往伴随着机电耦合系数降低的问题进而影响滤波器的性能，因此，如何兼顾薄膜式滤波器尺寸缩小并保证要求的机电耦合系数是当前急需解决的一个问题。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种新型压电层及体声波滤波器，用以解决现有技术中保证机电耦合系数的同时，进一步缩小薄膜滤波器尺寸的问题，所采取的技术方案如下：一种新型压电层，所述新型压电层包括多个依次堆叠布设的掺钪压电子层和多个设置于所述掺钪压电子层延展方向一侧的非钪掺杂压电子层；其中，所述掺钪压电子层采用掺杂有钪元素的氮化铝形成的压电材料；所述非钪掺杂压电子层采用掺杂非钪元素的其他稀土元素的氮化铝作为压电材料；所述非钪掺杂压电子层的掺杂元素包括镁元素和钛元素。
4.进一步地，所述掺钪压电子层包括第一掺钪压电子层、第二掺钪压电子层、第三掺钪压电子层和第四掺钪压电子层；其中，所述第一掺钪压电子层、第二掺钪压电子层、第三掺钪压电子层和第四掺钪压电子层依次沿顶电极向底电极的方向堆叠布设。
5.进一步地，所述第一掺钪压电子层的布设覆盖长度与所述顶电极的覆盖长度相同；所述第二掺钪压电子层的布设覆盖长度与所述顶电极的覆盖长度相同，且所述第二掺钪压电子层的边界形状与所述顶电极的边界形状镜像对称。
6.进一步地，所述第一掺钪压电子层的掺钪浓度范围为0.030-0.038；所述第二掺钪压电子层的掺钪浓度范围为0.024-0.032；所述第三掺钪压电子层的掺钪浓度范围为0.012-0.018；所述第四掺钪压电子层的掺钪浓度范围为0.015-0.020。
7.进一步地，所述非钪掺杂压电子层包括第一非钪掺杂压电子层和第二非钪掺杂压电子层；所述第一非钪掺杂压电子层和第二非钪掺杂压电子层中的镁元素和钛元素的掺杂浓度均不相同。
8.进一步地，所述第一非钪掺杂压电子层位于第一掺钪压电子层和第二掺钪压电子层的一侧，并且，所述第一非钪掺杂压电子层厚度为所述第一掺钪压电子层和第二掺钪压电子层的厚度之和；所述第二非钪掺杂压电子层位于底电极一侧，并且，所述第二非钪掺杂压电子层的厚度与底电极厚度一致。
9.进一步地，所述第一非钪掺杂压电子层的镁元素掺杂浓度范围为0.040-0.052，所述第二非钪掺杂压电子层的钛元素掺杂浓度范围为0.017-0.027。
10.进一步地，所述第二非钪掺杂压电子层的镁元素掺杂浓度范围为0.007-0.013，所述第二非钪掺杂压电子层的钛元素掺杂浓度范围为0.005-0.010。
11.进一步地，所述第一非钪掺杂压电子层中镁元素掺杂浓度和钛元素掺杂浓度的掺杂总和值满足如下条件：（c1 c2）≤c
m1
c
t1
≤1.07
×
（c1 c2）其中，c1和c2分别表示第一掺钪压电子层的掺钪浓度和第二掺钪压电子层的掺钪浓度；c
m1
和c
t1
分别表示第一非钪掺杂压电子层的镁元素掺杂浓度和钛元素掺杂浓度；所述第二非钪掺杂压电子层中镁元素掺杂浓度和钛元素掺杂浓度的掺杂总和值满足如下条件：0.83c4≤c
m2
c
t2
≤1.05c4其中，c4分别表示第四掺钪压电子层的掺钪浓度；c
m2
和c
t2
分别表示第二非钪掺杂压电子层的镁元素掺杂浓度和钛元素掺杂浓度。
12.一种采用新型压电层的体声波滤波器，所述体声波谐振器包括基板1、底电极2、压电层4、顶电极5和钝化层6；其中，所述压电层4采用上述任一所述新型压电层。
13.本发明有益效果：本发明提出了一种新型压电层及体声波滤波器通过将压电层划分为六个不同子层体的方式，针对每个子层体掺杂不同浓度的稀有金属元素和不同种类的稀有金属元素，通过这种方式能够在同一个压电层中的不同区域位置，结合每个不同区域位置与顶电极和底电极之间的位置关系的不同设置不同的稀有金属元素种类和掺杂浓度。通过这种方式，能够有效防止一个整体压电层中单一金属元素掺杂导致掺杂浓度过高而降低滤波器机电耦合系数的问题发生。进而，在有效降低压电层厚度尺寸的同时，提高滤波器运行的性能稳定性和性能质量。
附图说明
14.图1为本发明所述新型压电层的结构示意图；图2为本发明所述采用新型压电层的体声波滤波器的结构示意图；（1，基板；2，底电极；3，空腔；4，压电层；5，顶电极；6，钝化层；41，第一掺钪压电子层；42，第二掺钪压电子层；43，第三掺钪压电子层；44，第四掺钪压电子层；45，第一非钪掺杂压电子层；46，第二非钪掺杂压电子层）。
具体实施方式
15.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
16.本发明实施例提出了一种新型压电层，如图1所示，所述新型压电层包括多个依次堆叠布设的掺钪压电子层和多个设置于所述掺钪压电子层延展方向一侧的非钪掺杂压电子层；其中，所述掺钪压电子层采用掺杂有钪元素的氮化铝形成的压电材料；所述非钪掺杂压电子层采用掺杂非钪元素的其他稀土元素的氮化铝作为压电材料；所述非钪掺杂压电子层的掺杂元素包括镁元素和钛元素。
17.上述技术方案的工作原理和效果为：本实施例提出了一种新型压电层及体声波滤
波器通过将压电层划分为六个不同子层体的方式，针对每个子层体掺杂不同浓度的稀有金属元素和不同种类的稀有金属元素，通过这种方式能够在同一个压电层中的不同区域位置，结合每个不同区域位置与顶电极和底电极之间的位置关系的不同设置不同的稀有金属元素种类和掺杂浓度。通过这种方式，能够有效防止一个整体压电层中单一金属元素掺杂导致掺杂浓度过高而降低滤波器机电耦合系数的问题发生。进而，在有效降低压电层厚度尺寸的同时，提高滤波器运行的性能稳定性和性能质量。
18.本发明的一个实施例，所述掺钪压电子层包括第一掺钪压电子层、第二掺钪压电子层、第三掺钪压电子层和第四掺钪压电子层；其中，所述第一掺钪压电子层、第二掺钪压电子层、第三掺钪压电子层和第四掺钪压电子层依次沿顶电极向底电极的方向堆叠布设。
19.所述第一掺钪压电子层的布设覆盖长度与所述顶电极的覆盖长度相同；所述第二掺钪压电子层的布设覆盖长度与所述顶电极的覆盖长度相同，且所述第二掺钪压电子层的边界形状与所述顶电极的边界形状镜像对称。其中，所述第一掺钪压电子层的掺钪浓度范围为0.030-0.038；所述第二掺钪压电子层的掺钪浓度范围为0.024-0.032；所述第三掺钪压电子层的掺钪浓度范围为0.012-0.018；所述第四掺钪压电子层的掺钪浓度范围为0.015-0.020。
20.上述技术方案的工作原理和效果为：由于底电极和顶电极之间产生的电磁波对压电材料的影响随着底电极和顶电极与压电层的距离和位置的不同而变化，因此，针对压电层整体结构中与底电极和顶电极之间的位置关系不同进行区域划分，使压电层整体划分为多个不同区域和位置范围的压电子层。并根据每个压电子层与底电极和顶电极之间的位置关系不同进行不同稀有金属元素的掺杂和不同掺杂浓度的设置，能够将压电材料中的稀有金属元素掺杂和底电极和顶电极对压电层不同位置和区域的影响进行结合。针对每个子层体掺杂不同浓度的稀有金属元素和不同种类的稀有金属元素，通过这种方式能够在同一个压电层中的不同区域位置，结合每个不同区域位置与顶电极和底电极之间的位置关系的不同设置不同的稀有金属元素种类和掺杂浓度。通过这种方式，能够有效防止一个整体压电层中单一金属元素掺杂导致掺杂浓度过高而降低滤波器机电耦合系数的问题发生。进而，在有效降低压电层厚度尺寸的同时，提高滤波器运行的性能稳定性和性能质量。
21.本发明的一个实施例，所述非钪掺杂压电子层包括第一非钪掺杂压电子层和第二非钪掺杂压电子层；所述第一非钪掺杂压电子层和第二非钪掺杂压电子层中的镁元素和钛元素的掺杂浓度均不相同。
22.其中，所述第一非钪掺杂压电子层位于第一掺钪压电子层和第二掺钪压电子层的一侧，并且，所述第一非钪掺杂压电子层厚度为所述第一掺钪压电子层和第二掺钪压电子层的厚度之和；所述第二非钪掺杂压电子层位于底电极一侧，并且，所述第二非钪掺杂压电子层的厚度与底电极厚度一致。
23.所述第一非钪掺杂压电子层的镁元素掺杂浓度范围为0.040-0.052，所述第二非钪掺杂压电子层的钛元素掺杂浓度范围为0.017-0.027。
24.所述第二非钪掺杂压电子层的镁元素掺杂浓度范围为0.007-0.013，所述第二非钪掺杂压电子层的钛元素掺杂浓度范围为0.005-0.010。
25.同时，所述第一非钪掺杂压电子层中镁元素掺杂浓度和钛元素掺杂浓度的掺杂总和值满足如下条件：
（c1 c2）≤c
m1
c
t1
≤1.07
×
（c1 c2）其中，c1和c2分别表示第一掺钪压电子层的掺钪浓度和第二掺钪压电子层的掺钪浓度；c
m1
和c
t1
分别表示第一非钪掺杂压电子层的镁元素掺杂浓度和钛元素掺杂浓度；所述第二非钪掺杂压电子层中镁元素掺杂浓度和钛元素掺杂浓度的掺杂总和值满足如下条件：0.83c4≤c
m2
c
t2
≤1.05c4其中，c4分别表示第四掺钪压电子层的掺钪浓度；c
m2
和c
t2
分别表示第二非钪掺杂压电子层的镁元素掺杂浓度和钛元素掺杂浓度。
26.上述技术方案的工作原理和效果为：由于底电极和顶电极之间产生的电磁波对压电材料的影响随着底电极和顶电极与压电层的距离和位置的不同而变化，因此，针对压电层整体结构中与底电极和顶电极之间的位置关系不同进行区域划分，使压电层整体划分为多个不同区域和位置范围的压电子层。并根据每个压电子层与底电极和顶电极之间的位置关系不同进行不同稀有金属元素的掺杂和不同掺杂浓度的设置，能够将压电材料中的稀有金属元素掺杂和底电极和顶电极对压电层不同位置和区域的影响进行结合。针对每个子层体掺杂不同浓度的稀有金属元素和不同种类的稀有金属元素，通过这种方式能够在同一个压电层中的不同区域位置，结合每个不同区域位置与顶电极和底电极之间的位置关系的不同设置不同的稀有金属元素种类和掺杂浓度。通过这种方式，能够有效防止一个整体压电层中单一金属元素掺杂导致掺杂浓度过高而降低滤波器机电耦合系数的问题发生。进而，在有效降低压电层厚度尺寸的同时，提高滤波器运行的性能稳定性和性能质量。
27.同时，通过上述掺杂浓度的设置和掺杂浓度条件关系设置，能够在多种稀有金属元素就进行掺杂的过程中，结合稀有金属元素的种类不同，最大限度降低稀有金属元素的用量，同时，在降低稀有金属元素用量的同时，以及最大限度防止机电耦合系数降低的情况下，最大限度降面积尺寸。另一方面，由于不同稀有金属元素的元素特性的不同，其在压电层进行机械能向电能转化的过程中，其金属特性在电能转化过程中易产生相互应影响，并且，由于各个金属层之间的紧密叠合导致不同稀有金属元素也会出现相互贴合靠近的情况，进而增大不同金属元素之间的相互影响。因此，通过上述浓度条件方式获取的掺钪浓度、镁元素掺杂浓度和钛元素掺杂浓度之间的条件关系设置的稀有金属掺杂浓度，能够在压电层电能转化的过程中能够有效避免各个金属元素之间的相互影响，进而在掺杂多种稀有金属元素的情况下，有效提高压电层电能转化性能。
28.本发明的一个实施例，一种采用新型压电层的体声波滤波器，所述体声波谐振器包括基板1、底电极2、压电层4、顶电极5和钝化层6；其中，所述压电层4采用上述任一所述新型压电层。
29.其中，所述新型压电层包括多个依次堆叠布设的掺钪压电子层和多个设置于所述掺钪压电子层延展方向一侧的非钪掺杂压电子层；其中，所述掺钪压电子层采用掺杂有钪元素的氮化铝形成的压电材料；所述非钪掺杂压电子层采用掺杂非钪元素的其他稀土元素的氮化铝作为压电材料；所述非钪掺杂压电子层的掺杂元素包括镁元素和钛元素。所述掺钪压电子层包括第一掺钪压电子层、第二掺钪压电子层、第三掺钪压电子层和第四掺钪压电子层；其中，所述第一掺钪压电子层、第二掺钪压电子层、第三掺钪压电子层和第四掺钪压电子层依次沿顶电极向底电极的方向堆叠布设。
30.具体的，所述第一掺钪压电子层的布设覆盖长度与所述顶电极的覆盖长度相同；所述第二掺钪压电子层的布设覆盖长度与所述顶电极的覆盖长度相同，且所述第二掺钪压电子层的边界形状与所述顶电极的边界形状镜像对称。所述第一掺钪压电子层的掺钪浓度范围为0.030-0.038；所述第二掺钪压电子层的掺钪浓度范围为0.024-0.032；所述第三掺钪压电子层的掺钪浓度范围为0.012-0.018；所述第四掺钪压电子层的掺钪浓度范围为0.015-0.020。
31.所述非钪掺杂压电子层包括第一非钪掺杂压电子层和第二非钪掺杂压电子层；所述第一非钪掺杂压电子层和第二非钪掺杂压电子层中的镁元素和钛元素的掺杂浓度均不相同。所述第一非钪掺杂压电子层位于第一掺钪压电子层和第二掺钪压电子层的一侧，并且，所述第一非钪掺杂压电子层厚度为所述第一掺钪压电子层和第二掺钪压电子层的厚度之和；所述第二非钪掺杂压电子层位于底电极一侧，并且，所述第二非钪掺杂压电子层的厚度与底电极厚度一致。
32.所述第一非钪掺杂压电子层的镁元素掺杂浓度范围为0.040-0.052，所述第二非钪掺杂压电子层的钛元素掺杂浓度范围为0.017-0.027。所述第二非钪掺杂压电子层的镁元素掺杂浓度范围为0.007-0.013，所述第二非钪掺杂压电子层的钛元素掺杂浓度范围为0.005-0.010。
33.所述第一非钪掺杂压电子层中镁元素掺杂浓度和钛元素掺杂浓度的掺杂总和值满足如下条件：（c1 c2）≤cm1 ct1≤1.07
×
（c1 c2）其中，c1和c2分别表示第一掺钪压电子层的掺钪浓度和第二掺钪压电子层的掺钪浓度；cm1和ct1分别表示第一非钪掺杂压电子层的镁元素掺杂浓度和钛元素掺杂浓度；所述第二非钪掺杂压电子层中镁元素掺杂浓度和钛元素掺杂浓度的掺杂总和值满足如下条件：0.83c4≤cm2 ct2≤1.05c4其中，c4分别表示第四掺钪压电子层的掺钪浓度；cm2和ct2分别表示第二非钪掺杂压电子层的镁元素掺杂浓度和钛元素掺杂浓度。
34.上述技术方案的工作原理和效果为：本实施例提出了一种采用新型压电层的体声波滤波器通过将压电层划分为六个不同子层体的方式，针对每个子层体掺杂不同浓度的稀有金属元素和不同种类的稀有金属元素，通过这种方式能够在同一个压电层中的不同区域位置，结合每个不同区域位置与顶电极和底电极之间的位置关系的不同设置不同的稀有金属元素种类和掺杂浓度。通过这种方式，能够有效防止一个整体压电层中单一金属元素掺杂导致掺杂浓度过高而降低滤波器机电耦合系数的问题发生。进而，在有效降低压电层厚度尺寸的同时，提高滤波器运行的性能稳定性和性能质量。
35.同时，通过上述掺杂浓度的设置和掺杂浓度条件关系设置，能够在多种稀有金属元素就进行掺杂的过程中，结合稀有金属元素的种类不同，最大限度降低稀有金属元素的用量，同时，在降低稀有金属元素用量的同时，以及最大限度防止机电耦合系数降低的情况下，最大限度降面积尺寸。另一方面，由于不同稀有金属元素的元素特性的不同，其在压电层进行机械能向电能转化的过程中，其金属特性在电能转化过程中易产生相互应影响，并且，由于各个金属层之间的紧密叠合导致不同稀有金属元素也会出现相互贴合靠近的情
况，进而增大不同金属元素之间的相互影响。因此，通过上述浓度条件方式获取的掺钪浓度、镁元素掺杂浓度和钛元素掺杂浓度之间的条件关系设置的稀有金属掺杂浓度，能够在压电层电能转化的过程中能够有效避免各个金属元素之间的相互影响，进而在掺杂多种稀有金属元素的情况下，有效提高压电层电能转化性能。
36.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。