CN100530956C

CN100530956C - 表面声波器件

Info

Publication number: CN100530956C
Application number: CNB2005101005569A
Authority: CN
Inventors: 陈杰良
Original assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2025-10-19
Also published as: US7446452B2; US20070085446A1; CN1953324A

Abstract

本发明涉及一种表面声波器件，其包括：一类金刚石碳膜，其具有纳米级厚度；一位于该类金刚石碳膜上的锌氧化物层，其具有纳米级厚度；及至少一位于该锌氧化物层上的指叉换能器。该类金刚石碳膜的厚度Z(f)满足条件式：Z(f)＝M×Z₀/(f/f₀)，Z(f)≥1nm；其中，Z₀为表面声波器件的工作频率为f₀时的类金刚石碳膜的厚度，f为表面声波器件的工作频率，其取值范围为20～1000GHz，M的取值范围为1～15。该锌氧化物层的厚度Y(f)满足条件式：Y(f)＝N×Y₀/(f/f₀)；其中，Y₀为表面声波器件的工作频率为f₀时的锌氧化物层的厚度，N的取值范围为1～1.5。本发明利用纳米级厚度的锌氧化物的压电效应及类金刚石碳膜的高表面声波传播速率的特性，可使该表面声波器件的工作频率高达1000GHz。

Description

表面声波器件

【技术领域】

本发明涉及一种表面声波器件，尤其是一种在压电薄膜上制作有指叉换能器的表面声波器件。

【背景技术】

表面声波(Surface Acoustic Wave，简称SAW)器件是在压电基底或压电薄膜上制作指叉换能器(Inter-digital Transducers，简称IDTs)梳状电极，当在指叉换能器的输入端施加交流信号后，在相邻两电极之间会产生交变电场，电场下方的压电体因逆压电效应而产生应变(Strain)，进而激发出表面声波，经由压电材料表面传递，再由输出端指叉换能器的正压电效应将声波信号转为电信号输出。

目前，表面声波器件已被广泛使用，小到滤波器、共振器以及移动电话；大到电视视讯、卫星传播等无线通讯器材及雷达***上。一般而言，表面声波器件的工作频率可由公式f＝υ/λ计算获得。其中，f为表面声波器件的工作频率；υ为表面声波的传播速率；λ为表面声波器件的工作波长，其取决于指叉换能器梳状电极的电极条宽度，电极条宽度越窄，其工作频率越高。由上述公式可知，提升表面声波器件的工作频率通常可以采用如下方法：(a)提升表面声波的传播速率，然该方法受限于表面声波传播材料本身特性；(b)减小指叉换能器梳状电极的电极条宽度，然该方法受限于当前的工艺技术。

现有技术中为将表面声波器件的工作频率提升至千兆赫兹(GHz)频段，将氧化锌(ZnO)压电薄膜沉积在一金刚石层表面；其利用金刚石的高表面声波传播速率，一般大于10000米/秒(m/s)，可使表面声波器件的工作频率提升至10GHz左右。

然而，随着无线电通讯技术的发展，更高工作频率的需求成为可能。因此有必要提供一种具有超高工作频率的表面声波器件。

【发明内容】

下面将以实施例说明一种表面声波器件，其具有超高工作频率。

一种表面声波器件，其包括：

一类金刚石碳(Diamond-like Carbon)膜，其具有纳米级厚度，该类金刚石碳膜的厚度Z(f)满足条件式(1)：

Z(f)＝M×Z₀/(f/f₀)，Z(f)≥1纳米............(1)

其中，Z₀为表面声波器件的工作频率为f₀时的类金刚石碳膜的厚度，f为表面声波器件的工作频率，其取值范围为20～1000GHz，M的取值范围为1～15；

一位于该类金刚石碳膜上的锌氧化物层，其具有纳米级厚度，该锌氧化物层的厚度Y(f)满足条件式(2)：

Y(f)＝N×Y₀/(f/f₀) ............(2)

其中，Y₀为表面声波器件的工作频率为f₀时的锌氧化物层的厚度，N的取值范围为1～1.5；及

至少一位于该锌氧化物层上的指叉换能器。

相较于现有技术，所述表面声波器件，其通过设置具有纳米级厚度的锌氧化物层及类金刚石碳膜，利用纳米级厚度的锌氧化物的压电效应及类金刚石碳膜的高表面声波传播速率的特性，使该表面声波器件的工作频率可高达1000GHz。

【附图说明】

图1是本发明实施例表面声波器件的立体图。

图2是本发明实施例表面声波器件制作过程中在基底上依次形成类金刚石碳膜与锌氧化物层的剖面示意图。

图3是本发明实施例表面声波器件制作过程中在锌氧化物层表面形成一具有预定图案的光阻层的剖面示意图。

图4是本发明实施例表面声波器件制作过程中在光阻层上沉积一金属层的剖面示意图。

图5是本发明实施例表面声波器件制作过程中去除光阻层而形成的表面声波器件沿图1剖线V-V的剖示图。

【具体实施方式】

下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。

参见图1，本实施例中的表面声波器件10，其包括类金刚石碳膜14，锌氧化物层16及指叉换能器18。

其中，类金刚石碳膜14可单独形成，也可形成在一非压电材料基底12上。该非压电材料基底12的材质可选用硅、玻璃、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化镁(MgO)及氮化镓(GaN)等非压电材料。该类金刚石碳膜14的表面声波传播速率大于10000米/秒。该类金刚石碳膜14的厚度为纳米(nm)级，其小于1微米；且其厚度的取值随该表面声波器件10的工作频率f增大而适当地减小。该类金刚石碳膜14的厚度Z(f)满足条件式(1)：

Z(f)＝M×Z₀/(f/f₀)，Z(f)≥1nm............(1)

其中，Z(f)为表面声波器件10的工作频率为f时类金刚石碳膜14的厚度，Z₀为表面声波器件10的工作频率为f₀时类金刚石碳膜14的厚度，f为表面声波器件的工作频率10，其取值范围为20～1000GHz，M的取值范围为1～15。对于工作频率为20～1000GHz的表面声波器件10，其类金刚石碳膜14的厚度范围可设置为1～20nm，优选的，其为5～20nm。参见表1-1，其列举出对应表面声波器件10部分工作频率的类金刚石碳膜14厚度取值范围，条件式(1)中的Z₀及f₀可选用表1-1中的数值，或选用经由条件式(1)计算出来的类金刚石碳膜14厚度值及对应的表面声波器件10工作频率值。

锌氧化物层16位于类金刚石碳膜14上，其化学式为ZnO_X，x为氧原子与锌原子的原子个数比，其取值范围为0.8～2.5，优选为1～2。该x值可在锌氧化物层16的形成过程，通过设置氧气的流量来控制。该锌氧化物层16的厚度为纳米级；且其厚度的取值随表面声波器件10的工作频率f增大而减小。该锌氧化物层16的厚度Y(f)满足条件式(2)：

Y(f)＝N×Y₀/(f/f₀) ............(2)

其中，Y(f)为表面声波器件10的工作频率为f时锌氧化物层16的厚度，Y₀为表面声波器件10的工作频率为f₀时锌氧化物层16的厚度，N的取值范围为1～1.5。对于工作频率为20～1000GHz的表面声波器件10，其锌氧化物层16的厚度范围设置为1～60nm为佳。参见表1-1，其列举出对应表面声波器件10部分工作频率的锌氧化物层16厚度取值范围。条件式(2)中的Y₀及f₀可选用表1-1中的数值，或选用经由条件式(2)计算出来的锌氧化物层16厚度值及对应的表面声波器件10工作频率值。

指叉换能器18位于锌氧化物层16上，其包括一对梳状电极182及184，该梳状电极182及184可分别电连接至信号输入端及输出端。该梳状电极182及184中指叉结构的周期决定该表面声波器件10的工作波长λ，进而决定表面声波器件10的工作频率。通常的，表面声波器件的工作波长λ设置为等于梳状电极182或梳状电极184的指叉结构周期，如图1所示。本实施例中，表面声波器件10具有单个指叉换能器18，其也可设置两个或多个指叉换能器，该两个或多个指叉换能器沿表面声波传播方向平行排列。

表1-1类金刚石碳膜及锌氧化物层厚度与表面声波器件工作频率f关系列表

参见图2至图5，下面将具体描述一种制作表面声波器件10的方法，其包括以下步骤：

(1)参见图2，提供一非压电材料基底12，在该非压电材料基底12上依次形成一预定厚度的类金刚石碳膜14与锌氧化物层16。具体步骤可为：首先提供一硅基底，以氩气与甲烷(CH₄)的混合气体，或氩气与氢气的混合气体，或氩气与乙烷(C₂H₆)的混合气体为等离子体产生用气体，以石墨或碳为靶材，开启射频电压在硅基底上溅镀一预定厚度的类金刚石碳膜14。然后，无须破真空，以氩气与氧气的混合气体作为反应气体，以金属锌作为靶材，采用直流磁控反应溅射法在类金刚石碳膜14表面溅镀一预定厚度的锌氧化物层。该类金刚石碳膜14与锌氧化物层16的厚度由所需表面声波器件10的工作频率确定。

(2)参见图3至图5，在锌氧化物层16的表面形成至少一指叉换能器18。具体步骤可为：首先在锌氧化物层16表面形成一光阻层，并搭配一具有预定梳状电极图案的掩模对光阻层进行紫外线或深紫外线曝光以在光阻层20上形成一对应的图案结构(如图3所示)。然后，在光阻层20上溅射沉积一金属层30(如图4所示)，用以形成金属电极，该金属层30的材质可选用金、铝、铜及银等金属；该步骤可采用当前的90nm或65nm半导体工艺实施。最后，蚀刻去除光阻层20及其表面上的金属层，而位于锌氧化物层16表面上的金属层则保留，进而在锌氧化物层16表面形成一指叉换能器18(如图5所示)。

另，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，如变更指叉换能器的数量，梳状电极的材质，表面声波器件的制作方法以用于本发明等设计；只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims

1.一种表面声波器件，其包括至少一指叉换能器，其特征在于该表面声波器件还进一步包括：一类金刚石碳膜，其具有纳米级厚度，该类金刚石碳膜的厚度Z(f)满足条件式：Z(f)＝M×Z₀/(f/f₀)，Z(f)≥1纳米，其中，Z₀为表面声波器件的工作频率为f₀时的类金刚石碳膜的厚度，f为表面声波器件的工作频率，其取值范围为20～1000千兆赫兹，M的取值范围为1～15；及一位于该类金刚石碳膜上的锌氧化物层，其具有纳米级厚度，该锌氧化物层的厚度Y(f)满足条件式：Y(f)＝N×Y₀/(f/f₀)，其中，Y₀为表面声波器件的工作频率为f₀时的锌氧化物层的厚度，N的取值范围为1～1.5，其中，所述Z₀、Y₀及f₀的数值取自下表：

所述指叉换能器位于该锌氧化物层上。

2.如权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于所述类金刚石碳膜的厚度范围为1～20纳米。

3.如权利要求2所述的表面声波器件，其特征在于所述类金刚石碳膜的厚度范围为5～20纳米。

4.如权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于所述锌氧化物的厚度范围为1～60纳米。

5.如权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于所述表面声波器件还包括一非压电材料基底，该类金刚石碳膜位于该非压电材料基底上。

6.如权利要求5所述的表面声波器件，其特征在于所述非压电材料基底的材质选自硅、玻璃、碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化镁及氮化镓。

7.如权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于所述锌氧化物层中氧原子与锌原子的原子个数比为0.8～2.5。

8.如权利要求7所述的表面声波器件，其特征在于所述锌氧化物层中氧原子与锌原子的原子个数比为1～2。