声波激励磁电天线的制备方法及其结构

1.本发明是关于射频天线技术领域，特别是关于一种声波激励磁电天线的制备方法及声波激励磁电天线结构。


背景技术：

2.现有采用mems制造工艺的声波驱动应变介导的磁电天线，由于其微纳尺寸以及在相同频率和尺寸下增益较传统的电小天线更高，有望在物联网、蓝牙通讯和rf-id等领域得到大规模应用，已逐渐成为当前天线小型化的研究热点。
3.现有得磁电天线，虽然能够在相同的频率下相较于当下最先进的电小天线在尺寸上可实现1～2数量级的降低，达到μm2的水平，大大提高集成化的水平。但是，现有的运行在特高频(uhf)的声波驱动应变介导的磁电天线仍然存在增益低，带宽小的问题，难以满足当前物联网和通讯对天线提出的高增益、大带宽的需求。
4.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种声波激励磁电天线的制备方法及声波激励磁电天线结构，合理的工艺流程和工艺水平以及良好的结构设计使得本发明的声波激励磁电天线具有高增益和较大宽带的特点。
6.为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种声波激励磁电天线的制备方法，包括：在衬底上依次沉积第一支撑层、底电极层、压电薄膜层以及磁致伸缩薄膜层；依次对磁致伸缩薄膜层、压电薄膜层以及底电极层进行图形化刻蚀，并暴露第一支撑层；在第一支撑层上沉积绝缘层并进行图形化刻蚀，以形成隔离磁致伸缩薄膜层和底电极层的绝缘环。
7.在本发明的一个或多个实施方式中，所述的依次对磁致伸缩薄膜层、压电薄膜层以及底电极层进行图形化刻蚀，并暴露第一支撑层，包括：依次对磁致伸缩薄膜层和压电薄膜层进行相同的图形化刻蚀，并暴露出底电极层；对底电极层进行图形化刻蚀，并暴露第一支撑层。
8.在本发明的一个或多个实施方式中，所述绝缘环包括自所述磁致伸缩薄膜层表面延伸至所述第一支撑层表面第一绝缘部和自所述磁致伸缩薄膜层表面延伸至所述底电极层表面的第二绝缘部，所述第一绝缘部与所述第二绝缘部围合形成所述绝缘环。
9.在本发明的一个或多个实施方式中，声波激励磁电天线的制备方法还包括，形成与所述磁致伸缩薄膜层电性连接的第一导电层，以及形成与所述底电极层电性连接的第二导电层的步骤，第一导电层和第二导电层是通过同一步工艺同时完成的。
10.在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一导电层和所述第二导电层包括au/ti、au/cr、au/ni薄膜中的一种或多种组合。
11.在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一导电层自所述磁致伸缩薄膜层表面
延伸至所述第一支撑层表面；所述第二导电层自所述底电极层表面延伸至所述第一支撑层表面。
12.在本发明的一个或多个实施方式中，声波激励磁电天线的制备方法还包括在所述衬底上形成声波反射结构的步骤。
13.在本发明的一个或多个实施方式中，在所述衬底上形成声波反射结构包括：对衬底远离所述第一支撑层的一侧进行图形化刻蚀并暴露出所述第一支撑层，形成空气腔；所述底电极层、压电薄膜层以及磁致伸缩薄膜层在垂直方向的投影完全覆盖所述空气腔。
14.在上述实施方式中，空气腔的大小(直径192μm)略小于底电极层、压电薄膜层以及磁致伸缩薄膜层在垂直方向的投影(直径200μm)。
15.在本发明的一个或多个实施方式中，在对衬底进行图形化刻蚀步骤之前，还包括，对衬底远离所述第一支撑层的一侧进行减薄，并沉积硬掩膜层的步骤；所述的对衬底进行图形化刻蚀，包括对衬底和硬掩膜层均进行图形化刻蚀，以形成空气腔。
16.在本发明的另一个或多个实施方式中，在所述衬底上形成声波反射结构包括：在衬底上沉积第一支撑层的步骤之前，先对衬底进行图形化刻蚀，形成凹槽，并在凹槽内形成填充层，所述填充层表面与所述衬底表面齐平，所述第一支撑层沉积于所述衬底和所述填充层表面；在形成绝缘环之后，对所述填充层进行腐蚀或刻蚀，释放所述凹槽以形成空气腔。
17.在本发明的又一个或多个实施方式中，在所述衬底上形成声波反射结构包括：在衬底上沉积第一支撑层的步骤之前，先在衬底上形成第二支撑层，对所述第二支撑层图形化刻蚀并暴露出所述衬底，形成空气腔，并在所述空气腔内形成填充层，所述填充层表面与所述第二支撑层表面齐平，所述第一支撑层沉积于所述第二支撑层和所述填充层表面；在形成绝缘环之后，对所述填充层进行刻蚀，释放所述空气腔；
18.在本发明的其他实施方式中，在所述衬底上形成声波反射结构包括：在衬底上沉积第一支撑层的步骤之前，先对衬底进行图形化刻蚀，形成凹槽；在凹槽内依次交替沉积高声阻抗声波反射薄膜层和低声阻抗声波反射薄膜层以形成布拉格反射层，所述布拉格反射层表面与所述衬底表面齐平，所述第一支撑层沉积于所述布拉格反射层表面。
19.在本发明的一个或多个实施方式中，所述磁致伸缩薄膜层包括fega、fegab、fegab/al2o3、fega/nife、fegac、fegan薄膜中的一种或多种组合。
20.在本发明的一个或多个实施方式中，所述压电薄膜层包括aln/alscn、zno、锆钛酸铅、钛酸铅、铌酸钾、铌酸锂和钽酸锂薄膜中的一种或多种组合。
21.在本发明的一个或多个实施方式中，所述底电极层包括mo、pt、al、w、ta薄膜中的一种或多种组合。
22.在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一支撑层和所述第二支撑层包括aln、sic、si3n4、sio2薄膜中的一种或多种组合。
23.在本发明的一个或多个实施方式中，所述衬底包括si衬底、sic衬底、sapphire衬底或soi衬底，所述衬底的厚度为200～800μm。
24.在本发明的一个或多个实施方式中，所述填充层的材料包括psg或多晶硅。
25.本发明的实施例还提供了一种声波激励磁电天线结构，包括衬底组件、第一支撑层、底电极层、磁电异质结构以及绝缘环；所述衬底组件上形成有声波反射结构；所述第一
支撑层形成于所述衬底组件表面，并覆盖所述声波反射结构；所述底电极层形成于所述第一支撑层表面，并暴露所述第一支撑层；所述磁电异质结构包括形成于所述底电极层上的压电薄膜层以及形成于所述压电薄膜层上的磁致伸缩薄膜层；所述绝缘环形成于所述磁致伸缩薄膜层和所述压电薄膜层的侧面并部分沿所述底电极层的侧面延伸至所述第一支撑层上。
26.在本发明的一个或多个实施方式中，所述声波激励磁电天线结构还包括导电层，所述导电层包括与所述磁致伸缩薄膜层电性连接的第一导电层以及与所述底电极层电性连接的第二导电层。
27.在本发明的一个或多个实施方式中，所述衬底组件包括衬底以及形成于所述衬底远离所述第一支撑层一侧的硬掩膜层，所述声波反射结构包括沿厚度方向贯穿所述衬底以及所述硬掩膜层设置的空气腔。
28.在本发明的另一个或多个实施方式中，所述衬底组件包括衬底，所述声波反射结构包括形成于所述衬底靠近所述第一支撑层一侧表面的空气腔。
29.在本发明的又一个或多个实施方式中，所述衬底组件包括衬底以及形成于所述衬底上的第二支撑层，所述第一支撑层形成于所述第二支撑层上，所述声波反射结构包括沿厚度方向贯穿所述第二支撑层设置的空气腔，所述空气腔的侧壁上形成有多晶硅层。
30.在本发明的其他实施方式中，所述声波反射结构包括若干布拉格反射层，所述布拉格反射层包括从下向上交替层叠设置的高声阻抗声波反射薄膜层和低声阻抗声波反射薄膜层，其中，所述高声阻抗声波反射薄膜层的特征声学阻抗z0与低声阻抗声波反射薄膜层的特征声学阻抗z1之比为5～10，所述高阻抗声波反射薄膜层和低阻抗声波反射薄膜层的厚度均为λ/4，λ为薄膜中传播的声波波长。
31.与现有技术相比，通过本发明实施方式的声波激励磁电天线的制备方法-先生长各层薄膜结构然后逐步(逐层)刻蚀的加工工艺，制备出的声波激励磁电天线具有高增益以及较大宽带的特点。
32.本发明实施方式的声波激励磁电天线结构，通过磁致伸缩薄膜层和压电薄膜层组成了磁电异质结构，两者之间强的磁电耦合效果可以使得声波激励磁电天线能够取得高的增益。
33.本发明实施方式的声波激励磁电天线结构，在底电极层与衬底之间设置有第一支撑层，第一支撑层既作为种子层诱导底电极层高的(110)择优取向又进一步诱导压电薄膜层(0002)择优取向，还具有一定的支撑作用。
34.本发明实施方式的声波激励磁电天线结构，为了防止上下电极层(磁致伸缩薄膜层和底电极层)接触设置了绝缘环；同时为了后续方便器件采用探针台进行测试，又设置了导电层。
附图说明
35.图1是本发明一实施方式的声波激励磁电天线的制备方法的工艺流程图。
36.图2a-图2f是本发明实施例一的声波激励磁电天线的制备过程的结构示意图；
37.图3是本发明实施例一的声波激励磁电天线结构示意图；
38.图4是本发明实施例一的声波激励磁电天线的实测结构表征图示；
39.图5是本发明实施例一的声波激励磁电天线实测得到的s11、s12和s21参数曲线图；
40.图6是本发明实施例一的声波激励磁电天线的实测s11与阻抗z11曲线与mbvd模型的拟合参数图示。
41.图7是本发明实施例二的声波激励磁电天线结构示意图。
42.图8是本发明实施例三的声波激励磁电天线结构示意图。
43.图9是本发明实施例四的声波激励磁电天线结构示意图。
具体实施方式
44.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
45.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
46.如背景技术所言，现有的磁电天线虽然相比电小天线具有尺寸更小的优点，但是其仍然存在增异低，带宽小的问题。为了解决上述技术问题，本技术创造性提出了一种声波激励磁电天线的制备方法及其结构，能够满足当前物联网和通讯对天线提出的高增益、大带宽的需求。
47.如图1所示，本发明一实施方式提供了一种声波激励磁电天线的制备方法，包括：在衬底上依次沉积第一支撑层、底电极层、压电薄膜层以及磁致伸缩薄膜层s1；依次对磁致伸缩薄膜层和压电薄膜层进行相同的图形化刻蚀s2，其中，对磁致伸缩薄膜层和压电薄膜层刻蚀后暴露出底电极层；对底电极层进行图形化刻蚀s3，并暴露第一支撑层；在第一支撑层上沉积绝缘层并进行图形化刻蚀s4，以形成隔离磁致伸缩薄膜层和底电极层的绝缘环；形成与磁致伸缩薄膜层电性连接的第一导电层，以及形成与底电极层电性连接的第二导电层s5。
48.本发明的声波激励磁电天线的制备方法还包括：在衬底上形成声波反射结构的步骤，声波反射结构可以为空气隙式如空气腔。其中，可以是在上述各步骤(s1-s5)完成后在衬底上形成声波反射结构，例如：对衬底远离第一支撑层的一侧进行图形化刻蚀并暴露出第一支撑层，形成空气腔(声波反射结构)。还可以是在衬底上沉积第一支撑层之前在衬底上形成声波反射结构，例如：对衬底进行图形化刻蚀，形成凹槽并对凹槽进行填充，再按照上述步骤(s1-s5)进行制备，后对凹槽内的填充进行腐蚀或刻蚀，释放凹槽以形成空气腔(声波反射结构)；或，在衬底上形成第二支撑层，对第二支撑层图形化刻蚀并暴露出衬底，形成空气腔并对空气腔进行填充，再按照上述步骤(s1-s5)进行制备，后对空气腔内的填充进行刻蚀，释放空气腔(声波反射结构)等等。
49.其中，声波反射结构除了上述的空气腔结构之外，还可以为固体装配式的布拉格反射层。在衬底上形成声波反射结构包括：在衬底上沉积第一支撑层的步骤之前，先对衬底进行图形化刻蚀，形成凹槽；在凹槽内依次交替沉积高声阻抗声波反射薄膜层和低声阻抗声波反射薄膜层以形成布拉格反射层，再按照上述步骤(s1-s5)进行制备。
50.在本发明的声波激励磁电天线的制备方法中，第一导电层和第二导电层包括au/
ti、au/cr、au/ni薄膜中的一种或多种组合；磁致伸缩薄膜层包括fega、fegab、fegab/al2o3、fega/nife、fegac、fegan薄膜中的一种或多种组合；压电薄膜层包括aln/alscn、zno、锆钛酸铅、钛酸铅、铌酸钾、铌酸锂和钽酸锂薄膜中的一种或多种组合；底电极层包括mo、pt、al、w、ta薄膜中的一种或多种组合；第一支撑层和所述第二支撑层包括aln、sic、si3n4、sio2薄膜中的一种或多种组合；衬底包括si衬底、sic衬底、sapphire衬底或soi衬底，衬底的厚度为200～800μm；填充材料包括psg或多晶硅。
51.下面结合具体实施例以及附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
52.实施例1：
53.图2a至图2f为本发明实施例一中的声波激励磁电天线的制备过程的结构示意图；图3是本发明实施例一的声波激励磁电天线结构示意图。下面结合图2a至图3，对本发明的声波激励磁电天线的制备过程进行详细阐述。
54.首先，参考图2a所示，在500μm厚的si(100)取向的高阻硅衬底12上利用磁控溅射设备依次沉积50nm的aln种子层(第一支撑层20)，200nm的mo薄膜层(底电极层30)，1μm的aln薄膜层(压电薄膜层41)以及298nm的(fegab/al2o3)薄膜层(磁致伸缩薄膜层42)。其中，aln种子层(第一支撑层20)既作为种子层诱导底电极mo薄膜层(底电极层30)高的(110)择优取向，又作为支撑层；(fegab/al2o3)薄膜层(磁致伸缩薄膜层42)其实是(fegab/al2o3)5fegab，即在fegab薄膜中插入了5层5nm的al2o3薄膜。
55.参考图2b所示，通过ibe对顶部的磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜进行图形化刻蚀，接着通过icp对压电薄膜层41-aln薄膜进行同样的图形化刻蚀，并暴露出底电极层30-mo薄膜。
56.参考图2c所示，通过icp设备对底电极层30-mo薄膜进行图形化刻蚀，并暴露出第一支撑层20-aln种子层；通过pecvd设备，在350℃下，在器件的正面沉积400nm的绝缘层-sio2薄膜，并随后通过nld或rie对其进行图形化刻蚀，以形成隔离磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜和底电极层30-mo薄膜的绝缘环50。其中，绝缘环50包括自磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜表面延伸至第一支撑层20-aln种子层表面第一绝缘部和自磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜表面延伸至底电极层30-mo薄膜表面的第二绝缘部，第一绝缘部与第二绝缘部围合形成绝缘环50。
57.参考图2d所示，通过lift-off工艺，利用磁控溅射或者电子束蒸发设备在器件正面依次沉积30nm ti和150nmau薄膜做导电层60；导电层60包括与磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜电性连接的第一导电层，以及与底电极层30-mo薄膜电性连接的第二导电层。第一导电层自磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜表面延伸至第一支撑层20-aln种子层表面，第二导电层自底电极层30-mo薄膜表面延伸至第一支撑层20-aln种子层表面。
58.参考图2e所示，通过减薄设备将器件背面的高阻硅衬底12减薄至150μm厚。
59.参考图2f所示，通过pecvd设备，在350℃下，在减薄之后的高阻硅衬底12背面沉积800nm的sio2薄膜作为后续深硅刻蚀的硬掩膜层13。
60.参考图3所示，通过sts hrm深硅刻蚀工艺，在器件背面进行图形化刻蚀，暴露出第一支撑层20-aln种子层，最终形成直径为192μm的空气腔11，用于将声波的能量限制在谐振区域内。
61.本实施例还提供了一种由上述方法所制备的声波激励磁电天线结构，如图3所示，
该结构包括：衬底组件10、第一支撑层20、底电极层30、磁电异质结构40、绝缘环50以及导电层60。
62.衬底组件10上形成有声波反射结构11。衬底组件10包括衬底12以及形成于衬底12表面的硬掩膜层13。衬底12为si(100)取向的高阻硅衬底；硬掩膜层13为sio2薄膜；声波反射结构11为在厚度方向贯穿衬底12和硬掩膜层13的空气腔。
63.第一支撑层20形成于衬底组件10表面，具体的，形成于衬底12远离硬掩膜层13一侧的表面，并覆盖声波反射结构11。第一支撑层20为aln种子层。
64.底电极层30形成于第一支撑层20表面，并暴露第一支撑层20。底电极层为mo薄膜。
65.磁电异质结构40包括形成于底电极层30上的压电薄膜层41以及形成于压电薄膜层41上的磁致伸缩薄膜层42。磁电异质结构40暴露底电极层30。压电薄膜层41为aln薄膜；磁致伸缩薄膜层42为(fegab/al2o3)薄膜层。磁致伸缩薄膜层42-(fegab/al2o3)薄膜层既可以向外辐射电磁波以及接收来自环境中电磁波的磁场分量，同时也直接作为上电极。压电薄膜层41-aln薄膜在上下电极(磁致伸缩薄膜层和底电极层)的正弦电压激励下，产生应力并将其传递至上层的磁致伸缩薄膜层。研究表明，在磁电耦合的多种模式中，纵向极化的铁电材料和横向磁化的铁磁材料具有最强的耦合效果，本实施例采用的就是由具有大纵向压磁的fegab/al2o3薄膜和纵向压电系数aln薄膜组成具有纵向极化横向磁化的磁电异质结构，这也是本实施例的天线结构取得高增益的关键所在。
66.绝缘环50形成于磁致伸缩薄膜层42和压电薄膜层41的侧面并部分沿底电极层30的侧面延伸至第一支撑层20上。绝缘环50为sio2薄膜，可以防止上下电极层(磁致伸缩薄膜层和底电极层)接触。
67.导电层包括与磁致伸缩薄膜层电性连接的第一导电层以及与底电极层电性连接的第二导电层，第一导电层自磁致伸缩薄膜层表面延伸至第一支撑层表面，第二导电层自底电极层表面延伸至第一支撑层表面。导电层为ti/au薄膜。
68.参考图4所示，图4显示了aln/mo/aln/(fegab/al2o3)薄膜的θ-2θ扫描x射线衍射曲线(a)；aln薄膜的(0002)峰值x射线摇摆曲线(b)以及mo薄膜的(110)峰值x射线摇摆曲线(c)。当在si(100)高阻硅衬底上利用磁控溅射生长完aln/mo/aln/(fegab/al2o3)多层薄膜之后，便对其进行了结构表征。结果如图4所示，通过(a)的aln/mo/aln/(fegab/al2o3)薄膜的θ-2θ扫描x射线衍射曲线发现aln(0002)和mo(110)有明显的衍射峰，表明aln和mo具有良好的择优取向。接着对aln和mo进行了高分辨的xrd测试，测试发现aln(0002)和mo(110)的半峰全宽分别为1.4
°
和2.3
°
，表明薄膜晶体质量良好。
69.对由上述方法制备的声波激励磁电天线结构进行天线增益测试，获得的结果如图5所示。其中，天线增益ga由增益比较法计算，其表达式如式所示。
70.ga＝gr log
10
(pa/pr)＝gr s
21,a-s
21,r
71.其中gr为参考喇叭天线的增益，pa和pr分别是待测磁电天线和参考喇叭天线的辐射功率，s21,a和s21,r分别代表待测磁电天线和参考喇叭天线测试的s21峰值。
72.参考图5所示，采用标准的喇叭天线、矢量网络分析仪和探针台对通过本发明的声波激励磁电天线的制备方法所制备的声波激励磁电天线结构的s11、s12和s21参数进行了测量。由天线的反射系数曲线可知，天线的谐振频率为2421mhz，该频率点的回波损耗(s11)为-26db，6db带宽为12mhz，上述结果表明天线具有良好的谐振特性，在电压的激励下有更
多的能量进入到器件中而不是被反射回去。同时发现测试得到的天线接收和发射行为的s12和s21曲线基本重合，表明声波激励磁电天线在小信号外磁场作用下具有良好的互易性。进一步的，通过增益比较法得出该天线在2446mhz处取得-15.77dbi的最大增益。
73.通过本发明的声波激励磁电天线的制备方法所制备的声波激励磁电天线结构，由实际测试值得到器件的s11和阻抗z11曲线与mbvd模型吻合较好，具体参数值如图6所示。此外，同时计算得到该器件的有效机电耦合系数和相位品质因子分别为1.3％和172。再者，后续实验发现，通过本发明的声波激励磁电天线的制备方法所制备的声波激励磁电天线结构，其最大增益和6db带宽已经超过了孙年祥课题组在2017年首次制备出超小型声波激励磁电天线时所达到的-18dbi的世界纪录。
74.实施例2：
75.参考图7所示，图7是本发明实施例二的声波激励磁电天线结构示意图。其与实施例1的区别在于，声波反射结构的形成方式和结构不同。
76.在本实施例中，首先在500μm厚的si(100)高阻硅衬底12上，通过sts hrm深硅刻蚀工艺在衬底上图形化出深度为1.8μm的凹槽，通过pecvd设备沉积2μm厚的psg(掺杂p元素的sio2)，随后在cmp设备中进行抛光，将表面多余的psg去除，最终的粗糙度达到纳米量级；
77.随后，在500μm厚的si(100)取向的高阻硅衬底12上于填充psg一侧表面利用磁控溅射设备依次沉积50nm的aln种子层(第一支撑层20)，200nm的mo薄膜层(底电极层30)，1μm的aln薄膜层(压电薄膜层41)以及298nm的(fegab/al2o3)薄膜层(磁致伸缩薄膜层42)。其中，aln种子层(第一支撑层20)既作为种子层诱导底电极mo薄膜层(底电极层30)高的(110)择优取向，又作为支撑层；(fegab/al2o3)薄膜层(磁致伸缩薄膜层42)其实是(fegab/al2o3)5fegab，即在fegab薄膜中插入了5层5nm的al2o3薄膜。
78.通过ibe对顶部的磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜进行图形化刻蚀，接着通过icp对压电薄膜层41-aln薄膜进行同样的图形化刻蚀，并暴露出底电极层30-mo薄膜。
79.通过icp设备对底电极层30-mo薄膜进行图形化刻蚀，并暴露出第一支撑层20-aln种子层；通过pecvd设备，在350℃下，在器件的正面沉积400nm的绝缘层-sio2薄膜，并随后通过nld或rie对其进行图形化刻蚀，以形成隔离磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜和底电极层30-mo薄膜的绝缘环50。其中，绝缘环50包括自磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜表面延伸至第一支撑层20-aln种子层表面第一绝缘部和自磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜表面延伸至底电极层30-mo薄膜表面的第二绝缘部，第一绝缘部与第二绝缘部围合形成绝缘环50。
80.通过lift-off工艺，利用磁控溅射或者电子束蒸发设备在器件正面依次沉积30nm ti和150nmau薄膜做导电层60；导电层60包括与磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜电性连接的第一导电层，以及与底电极层30-mo薄膜电性连接的第二导电层。第一导电层自磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜表面延伸至第一支撑层20-aln种子层表面，第二导电层自底电极层30-mo薄膜表面延伸至第一支撑层20-aln种子层表面。
81.最后，器件正面通孔刻蚀，暴露出衬底中psg层。具体的，光刻刻蚀通孔图形，然后刻蚀第一支撑层20露出刻蚀通孔，暴露出衬底12上凹槽中的psg层。然后用boe(7:1)溶液对psg层进行湿法腐蚀或者用氢氟酸蒸汽(vhf)对psg层进行干法刻蚀最终在衬底中释放空气腔11，形成声波激励磁电天线结构。
82.实施例3：
83.参考图8所示，图8是本发明实施例三的声波激励磁电天线结构示意图。其与实施例1的区别在于，声波反射结构的形成方式和结构不同。
84.首先，在500μm厚的si(100)高阻硅衬底12上沉积第二支撑层14-sio2薄膜，然后垂直干法刻蚀第二支撑层14-sio2薄膜，暴露衬底形成空气腔11，接着在空气腔内沉积多晶硅15并随后进行化学机械抛光(cmp)；
85.在第二支撑层14-sio2薄膜表面利用磁控溅射设备依次沉积50nm的aln种子层(第一支撑层20)，200nm的mo薄膜层(底电极层30)，1μm的aln薄膜层(压电薄膜层41)以及298nm的(fegab/al2o3)薄膜层(磁致伸缩薄膜层42)。其中，aln种子层(第一支撑层20)既作为种子层诱导底电极mo薄膜层(底电极层30)高的(110)择优取向，又作为支撑层；(fegab/al2o3)薄膜层(磁致伸缩薄膜层42)其实是(fegab/al2o3)5fegab，即在fegab薄膜中插入了5层5nm的al2o3薄膜。
86.通过ibe对顶部的磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜进行图形化刻蚀，接着通过icp对压电薄膜层41-aln薄膜进行同样的图形化刻蚀，并暴露出底电极层30-mo薄膜。
87.通过icp设备对底电极层30-mo薄膜进行图形化刻蚀，并暴露出第一支撑层20-aln种子层；通过pecvd设备，在350℃下，在器件的正面沉积400nm的绝缘层-sio2薄膜，并随后通过nld或rie对其进行图形化刻蚀，以形成隔离磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜和底电极层30-mo薄膜的绝缘环50。其中，绝缘环50包括自磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜表面延伸至第一支撑层20-aln种子层表面第一绝缘部和自磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜表面延伸至底电极层30-mo薄膜表面的第二绝缘部，第一绝缘部与第二绝缘部围合形成绝缘环50。
88.通过lift-off工艺，利用磁控溅射或者电子束蒸发设备在器件正面依次沉积30nm ti和150nmau薄膜做导电层60；导电层60包括与磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜电性连接的第一导电层，以及与底电极层30-mo薄膜电性连接的第二导电层。第一导电层自磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜表面延伸至第一支撑层20-aln种子层表面，第二导电层自底电极层30-mo薄膜表面延伸至第一支撑层20-aln种子层表面。
89.最后，器件正面通孔刻蚀，暴露出第二支撑层14-sio2薄膜中的多晶硅层15，用氢氟酸蒸汽(vhf)对多晶硅层进行干法刻蚀最终在第二支撑层14-sio2薄膜中释放空气腔11，形成声波激励磁电天线结构。
90.实施例4：
91.参考图9所示，图9是本发明实施例四的声波激励磁电天线结构示意图。其与实施例1的区别在于，声波反射结构的形成方式和结构不同。
92.首先，在500μm厚的si(100)高阻硅衬底12上，通过sts hrm深硅刻蚀工艺在衬底上图形化出深度为10μm的凹槽，通过磁控溅射分别依次沉积6层λ/4厚的w高声阻抗层和λ/4厚的sio2低声阻抗层，分别做为高声阻抗声波反射薄膜162与低声阻抗声波反射薄膜161，以形成布拉格反射层结构16。随后通过cmp设备对表面进行抛光，抛光后的粗糙度达到纳米量级。
93.随后，在500μm厚的si(100)取向的高阻硅衬底上于设置布拉格反射层结构16的一侧表面利用磁控溅射设备依次沉积50nm的aln种子层(第一支撑层20)，200nm的mo薄膜层
(底电极层30)，1μm的aln薄膜层(压电薄膜层41)以及298nm的(fegab/al2o3)薄膜层(磁致伸缩薄膜层42)。其中，aln种子层(第一支撑层20)既作为种子层诱导底电极mo薄膜层(底电极层30)高的(110)择优取向，又作为支撑层；(fegab/al2o3)薄膜层(磁致伸缩薄膜层42)其实是(fegab/al2o3)5fegab，即在fegab薄膜中插入了5层5nm的al2o3薄膜。
94.通过ibe对顶部的磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜进行图形化刻蚀，接着通过icp对压电薄膜层41-aln薄膜进行同样的图形化刻蚀，并暴露出底电极层30-mo薄膜。
95.通过icp设备对底电极层30-mo薄膜进行图形化刻蚀，并暴露出第一支撑层20-aln种子层；通过pecvd设备，在350℃下，在器件的正面沉积400nm的绝缘层-sio2薄膜，并随后通过nld或rie对其进行图形化刻蚀，以形成隔离磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜和底电极层30-mo薄膜的绝缘环50。其中，绝缘环50包括自磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜表面延伸至第一支撑层20-aln种子层表面第一绝缘部和自磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜表面延伸至底电极层30-mo薄膜表面的第二绝缘部，第一绝缘部与第二绝缘部围合形成绝缘环50。
96.通过lift-off工艺，利用磁控溅射或者电子束蒸发设备在器件正面依次沉积30nm ti和150nmau薄膜做导电层60；导电层60包括与磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜电性连接的第一导电层，以及与底电极层30-mo薄膜电性连接的第二导电层。第一导电层自磁致伸缩薄膜层42-fegab/al2o3薄膜表面延伸至第一支撑层20-aln种子层表面，第二导电层自底电极层30-mo薄膜表面延伸至第一支撑层20-aln种子层表面。
97.在本实施例中，布拉格反射层包括从下向上交替层叠设置的高声阻抗声波反射薄膜层和低声阻抗声波反射薄膜层，其中，所述高声阻抗声波反射薄膜层的特征声学阻抗z0与低声阻抗声波反射薄膜层的特征声学阻抗z1之比为5～10，所述高阻抗声波反射薄膜层和低阻抗声波反射薄膜层的厚度均为λ/4，λ为薄膜中传播的声波波长。
98.与现有技术相比，通过本发明实施方式的声波激励磁电天线的制备方法-先生长各层薄膜结构然后逐步(逐层)刻蚀的加工工艺，制备出的声波激励磁电天线具有高增益以及较大宽带的特点。
99.本发明实施方式的声波激励磁电天线结构，通过磁致伸缩薄膜层和压电薄膜层组成了磁电异质结构，两者之间强的磁电耦合效果可以使得声波激励磁电天线能够取得高的增益。
100.本发明实施方式的声波激励磁电天线结构，在底电极层与衬底之间设置有第一支撑层，第一支撑层既作为种子层诱导底电极层高的(110)择优取向又进一步诱导压电薄膜层(0002)择优取向，还具有一定的支撑作用。
101.本发明实施方式的声波激励磁电天线结构，为了防止上下电极层(磁致伸缩薄膜层和底电极层)接触设置了绝缘环；同时为了后续方便器件采用探针台进行测试，又设置了导电层。
102.需要说明的是，为了便于对本发明的理解，以下对与本发明相关的一些名词进行概念性解释。
103.磁电效应：具有压电效应的铁电薄膜与磁致伸缩效应的铁磁薄膜复合成的磁电异质结构通过应力/应变作为媒介会产生很强的磁电效应。
104.正磁电效应：当磁电复合材料受到外磁场的作用时，铁磁材料由于磁致伸缩效应
而产生应变，通过两相材料的界面传递给铁电材料，在正压电效应的作用下，铁电材料会产生电荷，即在磁场的作用下产生电极化。
105.逆磁电效应：当磁电复合的压电材料在外电场的作用下，由于逆压电效应产生应变，通过两相的界面传递给铁磁材料，铁磁材料在压磁效应的作用下产生磁化状态的改变，即在电场的作用下产生磁极化。
106.磁电耦合系数详见式1：
[0107][0108]
其中：α
me
为磁电耦合系数；d
33,m
和d
33,p
分别为纵向压磁和纵向压电系数；k
33
为压电层的机电耦合系数；和分别为压电层和磁致伸缩层的弹性柔量；为磁致伸缩层的厚度分数。通过式1我们发可知，由具有大纵向压磁d
33,m
和纵向压电系数d
33,p
薄膜组成的磁电异质结，具有很强的磁电耦合系数。
[0109]
电磁波的发射过程：在谐振区域的压电薄膜上下两侧施加电压激励，由于压电材料的逆压电效应，在压电材料内部激发起沿着垂直方向的体声波，通过压电/磁致伸缩材料界面的应变传递，在压磁效应的作用下，磁致伸缩薄膜的磁化会发生动态变化，产生辐射磁流，实现电磁波的辐射。(声波激励磁电天线利用逆磁电效应实现电磁波的发射。)
[0110]
接收过程中：磁电天线的磁致伸缩薄膜探测到环境中电磁场的磁场分量，由于磁致伸缩效应会产生声波，当声波传递到压电薄膜时，由于正压电效应会在压电薄膜上产生电压输出。(声波激励磁电天线利用正磁电效应实现电磁波的接收。)
[0111]
体声波谐振器的谐振频率f0由磁电异质结的等效杨氏模量所决定，具体请见式2：
[0112][0113]
式中，t0表示体声波谐振器的厚度，等式e
eq
和ρ
eq
为谐振器的等效杨氏模量和等效密度。故可以通过调整器件中薄膜的厚度以达到实际的应用需求所需的频率。
[0114]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。