CN116233709A - 一种基于纵声表面波的高性能声学器件 - Google Patents
一种基于纵声表面波的高性能声学器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116233709A CN116233709A CN202211591699.4A CN202211591699A CN116233709A CN 116233709 A CN116233709 A CN 116233709A CN 202211591699 A CN202211591699 A CN 202211591699A CN 116233709 A CN116233709 A CN 116233709A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- acoustic
- piezoelectric film
- device based
- longitudinal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/25—Constructional features of resonators using surface acoustic waves
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02559—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of lithium niobate or lithium-tantalate substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02614—Treatment of substrates, e.g. curved, spherical, cylindrical substrates ensuring closed round-about circuits for the acoustical waves
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/05—Holders; Supports
- H03H9/08—Holders with means for regulating temperature
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于纵声表面波的高性能声学器件，属于声学器件技术领域。所述声学器件包括依次叠加的衬底、温度补偿层、压电薄膜和叉指换能器，其中，所述衬底采用碳化硅单晶衬底或金刚石衬底，所述压电薄膜采用X‑Y切铌酸锂单晶压电薄膜，且所述X‑Y切铌酸锂单晶压电薄膜的旋切角为φ，传播角为ψ，‑25°≤φ≤+18°，+19°≤ψ≤+52°。所述声学器件具有高声速、高机电耦合系数和稳定的温度频率特性的特点，使所述声学器件能够满足5G通信***的应用环境。
Description
技术领域
本发明属于声学器件技术领域，具体涉及一种基于纵声表面波的高性能声学器件。
背景技术
声表面波器件是利用声-电换能器的特征对压电材料基片表面上传播的声信号进行各种处理，并完成各种功能的固体器件，包括声表面波滤波器和声表面波谐振器等。声表面波器件主要由具有压电特性的基底材料和在该材料的抛光面上制作的由金属薄膜组成的相互交错的叉指状换能器组成。如果在叉指发射换能器两端加入高频电信号，压电材料的表面就会产生机械振动并同时激发出与外加电信号频率相同的声表面波(SAW)，这种表面声波会沿基板材料表面传播。如果在SAW传播途径上再制作接收叉指换能器，则可将SAW检测并使其转换成电信号。在这电-声-电转换传递过程中进行处理加工，从而得到对输入电信号模拟处理的输出电信号。但目前的声表面波器件存在以下问题。
第一，目前声表面波器件无法做到高频。声表面波器件的工作原理是在压电薄膜上刻蚀叉指电极，通过对叉指电极施加交变电流信号在压电基片中激励出不同模式的声表面波。声表面波谐振器谐振频率为相速度与叉指周期的比值，故可以通过减小电极线宽来提高谐振频率。然而过小的电极线宽限制了器件制作的工艺和电极使用寿命。因此提高基片材料中各声学模式的相速度成为关键之一。传统声学器件使用的压电单晶基片材料为钽酸锂和铌酸锂，其瑞利波模式声速约为3300m/s和3900m/s，同时也使其难以做到高频。
第二，5G频段大带宽的需求给目前的射频声表面波滤波器设计技术带来了很大的挑战。目前声表面波滤波器由声表面波谐振器通过串联和并联的方式组成谐振器。滤波器的工作频率决定于谐振器的谐振频率，滤波器的最大相对带宽决定于谐振器的机电耦合系数。要想设计出相对带宽为4％的梯形滤波器，就需要使谐振器的机电耦合系数达到10％以上。然而目前钽酸锂和铌酸锂瑞利波模式的机电耦合系数分别约为0.7％和5.4％，都无法满足滤波器的设计要求。
第三，温度性能差。温度稳定性决定于声表面波谐振器的频率温度系数TCF，并要求谐振器的TCF尽可能小。一般情况下，当机电耦合系数较高时，此时基片材料对外界干扰较为敏感，基片材料的频率温度系数TCF会很差，从而造成温度漂移，并使滤波器的带宽比实际设计要小。
因此，为了使声表面波器件能够适应高频通信***和设备的微型化、高频化、大带宽和低温稳定性等要求，优化压电材料和结构并设计出一种高性能声表面波器件是非常有必要的。
村田利用其“IHP-SAW”技术制作的谐振器最高频率为3.5GHz[1-2]，受限于SAW声速低的缺陷，因此，想要开发5GHz频段的谐振器和滤波器，研究者们开始转向研究纵漏表面波(LLSAW)模式。
2013年，日本山梨大学的S.Kakio研究组通过理论和实验研究发现，在IDT/LiNbO3基片表面覆盖适当厚度的高声速介质薄膜(如非晶AlN膜)能够减小LLSAW的体波损耗，同时其频率温度系数TCF也有所改善，但器件的机电耦合系数却随着AlN膜厚的增大而减小[3]。2018年，S.Kakio研究组又通过理论和实验研究了掺钪(Sc)AlN薄膜对LLSAW传播特性的影响，发现虽然这种薄膜本身具有较大的机电耦合系数，但在改善LiNbO3基片的LLSAW特性方面却与之前研究的非晶AlN膜相似，即只能适当降低LLSAW的体波损耗，但其机电耦合系数仍会随着膜厚的增大而显著减小[4-5]。因此，这种方法对改善LiNbO3基片中LLSAW传播特性的作用较为有限。
此外，近年来S.Kakio研究组还研究了将LiTaO3和LiNbO3单晶薄膜键合到高声速的AT切或X切石英和蓝宝石(Al2O3)衬底上，以改善这两种基片中的LLSAW传播特性[6-9]。但从其研究结果来看，虽然LLSAW的体波损耗有所下降，但谐振器的Q值仍然不高。例如他们目前所研究的最好结果是，LLSAW谐振器(X31°-YLiTaO3/X32°-Y石英基片)在200MHz时的谐振Q值和反谐振Q值分别为282和404，有效机电耦合系数为5.6％。本领域技术人员认为，这是因为石英(5100m/s)和蓝宝石(5700m/s)这两种基片的慢剪切体波声速都比LiTaO3和LiNbO3基片中LLSAW声速(6300m/s)低，因此利用这两种基片作为键合衬底是不可能完全消除由体波辐射所引起的损耗，这也就制约了其Q值的进一步提高。
2018年，日本的村田(Murata)公司利用在LiNbO3单晶薄膜与Si衬底间添加反射层的技术，大幅提高了LLSAW谐振器的性能。其原理是利用由低声阻抗材料(SiO2)和高声阻抗材料(Pt)交替构成的声反射层(SiO2/Pt)，将LLSAW在传播过程中所辐射的体波能量反射回LiNbO3压电薄膜，从而减小其在Si衬底中的能量泄露[10-11]。利用该方法，通过在LiNbO3单晶薄膜与Si衬底间添加五层由SiO2/Pt构成的声反射层，他们所制作的LLSAW谐振器在3.5GHz和5GHz时的Q值分别达到了664和565，得益于SiO2膜的温度补偿特性，器件的频率温度系数TCF也降到了21ppm/℃。但这种技术的工艺较为复杂，对于声反射层SiO2和Pt各层膜厚的精度要求非常严格，因此要量产性能一致的器件比较困难。此外，本领域技术人员认为一定层数的声反射层虽能将大部分的体波能量反射回LiNbO3压电层中，但由于Si衬底的慢剪切体波声速(5800m/s)仍小于LLSAW声速，所以还是会存在部分声能量的泄露问题。
可见，以上相关技术中报道的纵漏表面波器件存在LLSAW能量泄露，传播损耗较大的问题，将会导致纵漏表面波器件的Q值较低，从而影响纵漏表面波器件的性能，例如机电耦合系数小，温度稳定性不足。
[1]Ruppel,Clemens.Acoustic Wave Filter Technology-A Review[J].IEEETransactions on Ultrasonics,Ferroelectrics,and Frequency Control,2017:1390-1400.
[2]Amelie Hagelauer,Gernot Fattinger,Clemens C.W.Ruppel,etal.Microwave Acoustic Wave Devices:Recent Advances on Architectures,Modeling,Materials,and Packaging[J].IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques,2018,66(10):4548-4562.
[3]Matsukura F,Kakio S.Loss Reduction of Longitudinal-type LeakySurface Acoustic Wave by Loading with High-velocity Thin Film[J].JapaneseJournal of Applied Physics,2014,53(7S):07KD04.
[4]Suzuki M,Gomi M,Kakio S.Propagation Characteristics ofLongitudinal-type Leaky Surface Acoustic Wave on Layered Structure Consistingof Scx Al1-x N film/LiNbO3 substrate[J].Japanese Journal of Applied Physics,2018,57(7S1):07LD06.
[5]Suzuki M,Kakio S.Theoretical Analysis and Design of LongitudinalLeaky SAW Device Consisting of ScA1N Film/Piezoelectric Single CrystalSubstrate[C].Proc.2018IEEE International Ultrasonics Symposium(IUS),2018:1-9.
[6]Hayashi J,Gomi M,Suzuki M,et al.High-coupling leaky SAWs on LiTaO3thin plate bonded to quartz substrate[C].2017IEEE International UltrasonicsSymposium(IUS),2017:1-4.
[7]Gomi M,Kataoka T,Hayashi J,et al.High-coupling Leaky SurfaceAcoustic Waves on Li Nb O3 or Li TaO3 Thin Plate bonded to High-velocitySubstrate[J].Japanese Journal of Applied Physics,2017,56(7S1):07JD13.
[8]Hayashi J,Yamaya K,Suzuki M,et al.High Coupling and Highly StableLeaky Surface Acoustic Waves on LiTaO3 Thin Plate bonded to Quartz Substrate[J].Japanese Journal of Applied Physics,2018,57(7S1):07LD21.
[9]Hayashi J,Suzuki M,Yonai T,et al.Longitudinal Leaky SurfaceAcoustic Wave with Low Attenuation on LiTaO3 Thin Plate Bonded to QuartzSubstrate[C].Proc.2018IEEE International Ultrasonics Symposium(IUS),2018:1-4.
[10]Kimura Tetsuya,Omura Masashi,Kishimoto Yutaka,et al.ComparativeStudy of Acoustic Wave Devices Using Thin Piezoelectric Plates in the 3–5-GHzRange[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2019,67(3):915-921.
[11]Kimura T,Kishimoto Y,Omura M,et al.3.5GHz longitudinal leakysurface acoustic wave resonator using a multilayered waveguide structure forhigh acoustic energy confinement[J].Japanese Journal of Applied Physics,2018,57(7S1):07LD15.
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：针对目前声表面波器件在高频段应用时存在的LLSAW能量泄露，传播损耗较大，导致Q值小、机电耦合系数小、温度稳定性不足的问题，需要进一步研究，提供一种基于纵声表面波的高性能声学器件，使其具有高声速、高机电耦合系数和稳定的温度频率特性的特点，满足5G通信***的应用环境。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种基于纵声表面波的高性能声学器件，具有高声速、高的机电耦合系数和稳定的温度频率特性的特点，因此，所述声学器件能够满足5G通信***的应用环境。
本发明实施例的高频纵声表面波声学器件，包括依次叠加的衬底、温度补偿层、压电薄膜和叉指换能器，其特征在于，所述衬底采用碳化硅单晶衬底或金刚石衬底，所述压电薄膜采用X-Y切铌酸锂单晶压电薄膜，且所述X-Y切铌酸锂单晶压电薄膜的旋切角为
传播角为ψ，/>
+19°≤ψ≤+52°。
本发明实施例的高频纵声表面波声学器件带来的优点和技术效果为：
(1)在所述铌酸锂单晶压电薄膜当中纵声表面波声速高达6300m/s，利用纵声表面波模式制作的声学器件的频率上限比一般的SAW声学器件的提高1.5倍，适合用于高频通讯***；
(2)所述碳化硅单晶衬底的慢剪切体波声速约为7200m/s，所述金刚石单晶衬底的慢剪切体波声速约为10000m/s，所述铌酸锂单晶压电薄膜当中纵漏表面波声速高达6300m/s，将所述铌酸锂单晶压电薄膜键合在所述碳化硅单晶衬底或所述金刚石衬底上，可以引导声波在低声速区域(压电表面区域)传播，可以将纵漏表面波模式转化为非漏的导波模式，即纵声表面波(LSAW)，从而减小声能量损失，获得高Q值，提高声学器件的性能；
(3)通过调整所述铌酸锂单晶压电薄膜的切角和膜厚，使得纵漏波短路栅和开路栅声速都小于所述衬底中的慢剪切体波声速，则可将声波引导于低声速区域(压电表面区域)中传播，进一步减小声能量损失，获得高Q值，提高声学器件的性能；同时，使得在所述铌酸锂单晶压电薄膜当中，纵声表面波模式的机电耦合系数不小于13.5％，适合5G通信***的应用环境；
(4)在所述碳化硅单晶衬底或所述金刚石衬底上，设置所述温度补偿层，可以减小所述声学器件的频率温度系数TCF，从而达到较高的温度稳定性，避免所述声学器件产生温度漂移，并使所述声学器件的带宽较大，更能满足5G通信***的应用环境。
在一些实施例中，
ψ＝+37°。
在一些实施例中，所述压电薄膜的厚度为0.16λ-2λ。
在一些实施例中，所述压电薄膜的厚度为0.18λ。
在一些实施例中，所述碳化硅单晶衬底采用SiC-6H或SiC-4H。
在一些实施例中，所述多晶二氧化硅薄膜采用等离子体增强化学气相沉积法生长得到。
在一些实施例中，所述温度补偿层的厚度为0.16λ-2λ。
在一些实施例中，所述温度补偿层的厚度为0.18λ。
在一些实施例中，所述温度补偿层的厚度与所述压电薄膜的厚度相等。
在一些实施例中，所述叉指电极采用铝电极。
在一些实施例中，所述器件的机电耦合系数不小于13.5％。
附图说明
图1是本发明实施例1的高频纵声表面波声学器件的结构示意图；
图2是本发明实施例1的高频纵声表面波声学器件的机电耦合系数、声速随旋切角
和传播角ψ变化的二维图；
图3是本发明实施例1的高频纵声表面波声学器件的导纳曲线；
附图标记说明：
1-衬底；2-温度补偿层；3-压电薄膜；4-叉指换能器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提供了一种基于纵声表面波的高性能声学器件，如图1所示，包括依次叠加的衬底1、温度补偿层2、压电薄膜3和叉指换能器4，其中，衬底1采用碳化硅单晶衬底或金刚石衬底，压电薄膜3采用X-Y切铌酸锂单晶压电薄膜，且X-Y切铌酸锂单晶压电薄膜的旋切角为
传播角为ψ，/>
+19°≤ψ≤+52°。
工作原理：铌酸锂作为压电材料，具有各向异性，其声学特性受不同的切向和传播方向的影响。铌酸锂纵漏表面波模式的机电耦合系数较大，本发明通过优化切向和膜厚使能量尽可能集中于压电薄膜3中，可以增强其机电耦合系数。在以上所述特定的铌酸锂切角和一定的膜厚范围内，纵漏表面波(LLSAW)小于衬底1中的慢剪切体波声速时，纵漏表面波(LLSAW)模式会转变为纵声表面波(LSAW)模式，降低了能量损耗，提高了Q值，机电耦合系数达到13.5％以上，降低了频率温度系数TCF，使纵声表面波器件适用于5G通信***的应用环境。
具体地，碳化硅衬底的慢剪切体波声速(约7200m/s)大于铌酸锂单晶压电薄膜中纵漏波模式的声速(约6300m/s)，因此，声波在低声速区域与高声速区域间边界附近传播时，本发明实施例通过精确设计，调整铌酸锂单晶压电薄膜的切角和膜厚，使得纵漏波短路栅和开路栅声速都小于碳化硅单晶衬底中的慢剪切体波声速，则可将声波引导于低声速区域(压电表面区域)中传播，高频压电基片中激励出非漏的导波模式的声表面波，本发明将这种非漏的导波模式定义为纵声表面波(LSAW)，从而可减小声能量损失，提高Q值，最终提高了纵声表面波器件的性能，表现在机电耦合系数增大，频率温度系数TCF减小。
需要说明的是，纵声表面波(LSAW)是纵漏表面波(LLSAW)的特殊情况，纵声表面波(LSAW)和纵漏表面波(LLSAW)的区别在于：相较于纵漏表面波(LLSAW)，纵声表面波(LSAW)的传播主要集中在压电表面，因此纵声表面波(LSAW)的能量不会像纵漏表面波(LLSAW)那样有一部分泄漏到衬底1中，纵声表面波器件的Q值更高。
另外，碳化硅基片的热膨胀系数(约4.7ppm/℃)也比铌酸锂基片(约15.4ppm/℃)的小，这也有助于减小纵声表面波器件的频率温度系数TCF。碳化硅基片的热导率是传统铌酸锂基片的近100倍，这种卓越的散热性能也有利于其未来应用于移动端的高功率用户设备(HPUE)中。
同样的，金刚石衬底也具有超高声速(约10000m/s)，也能代替碳化硅单晶衬底。但由于金刚石制备工艺复杂度和过高的成本，使金刚石难以实现大规模生产，因此，本发明优选使用碳化硅单晶作为衬底1。
图2(a)描述的是机电耦合系数K2与旋转角
和传播角ψ之间的关系；图2(b)描述的是声速Vp与旋转角/>
和传播角ψ之间的关系；图2(b)与图2(a)是对应关系。结合图2(a)和(b)可以看出：机电耦合系数和声速是反比关系，机电耦合系数越大，声速越低，所以在实际应用当中，可以根据实际情况对机电耦合系数和声速进行取舍，进一步优选出综合性能更好的声学器件。在一些实施例中，当/>
ψ＝+37°时，机电耦合系数为18.95％、声速高达5626.41m/s，该条件下获得的声学器件是本发明的最优方案。
在一些实施例中，压电薄膜3的厚度为0.16λ-2λ，在以上优化的膜厚条件下，可以使能量尽可能集中于压电薄膜3中，进一步增强其机电耦合系数。λ为叉指换能器周期，λ根据器件中心频率而定，为纵声表面波声速与中心频率的比值。优选地，在一些实施例中，压电薄膜3的厚度为0.18λ。
在一些实施例中，碳化硅单晶衬底可以为SiC-3C衬底、SiC-4H衬底或SiC-6H衬底等。优选地，在一些实施例中，碳化硅单晶衬底为SiC-6H衬底或SiC-4H衬底。
此外，为了进一步减小纵声表面波器件的频率温度系数TCF，增加纵声表面波器件的的温度稳定性，本发明实施例在碳化硅单晶衬底上设置多晶二氧化硅作为温度补偿层2。这是因为多晶二氧化硅薄膜具有与铌酸锂相反的弹性温度系数，这有助于减小纵声表面波器件的频率温度系数TCF，从而达到较高的温度稳定性，避免纵声表面波器件产生温度漂移，并使纵声表面波器件的带宽较大，更能满足5G通信***的应用环境。
在一些实施例中，温度补偿层2采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)生长的多晶二氧化硅薄膜，PECVD采用的是低温工艺，可进行大面积沉积，获得的多晶二氧化硅薄膜更均匀。
多晶二氧化硅薄膜的纵体波声速(约5700m/s)小于碳化硅单晶衬底的慢剪切体波声速(约7200m/s)，所以多晶二氧化硅薄膜与铌酸锂单晶压电薄膜一起构成波导层，通过调控铌酸锂单晶压电薄膜与多晶二氧化硅薄膜的厚度，可实现对高声速导波模式的声速、机电耦合系数和频率温度系数TCF等传播特性参数的优化。
在一些实施例中，温度补偿层2的厚度为0.16λ-2λ。在以上膜厚的优化条件下，温度补偿层2的温度补偿效果比较明显。优选地，温度补偿层2的厚度为0.18λ。
压电薄膜3的厚度为0.16λ-2λ，温度补偿层2的厚度为0.16λ-2λ。当压电薄膜3和温度补偿层2的厚度过高时，即导波层总厚度过高，会导致声速下降，带宽变小。当压电薄膜3和温度补偿层2的厚度过低时，即导波层总厚度过低，会导致LSAW转化为其他模式，带宽变小。
在一些实施例中，压电薄膜3和温度补偿层2的厚度基本相当。当压电薄膜3和温度补偿层2的厚度之比过高时，会导致模式的转变，此外由于温度补偿层2较薄，导致温度补偿效果不明显。当压电薄膜3和温度补偿层2的厚度之比过低时，会导致模式的转变，声速下降，带宽变小。
在一些实施例中，叉指电极4为铝电极。Al电极厚度范围为0.06λ-0.09λ，优选为0.08λ。铝电极宽度为0.25λ。
下面结合实施例和附图详细描述本发明。
实施例1
一种5G SAW滤波器，结构如图1所示，包括依次叠加的衬底1、温度补偿层2、压电薄膜3和叉指换能器4，衬底1采用SiC-6H单晶衬底，温度补偿层2采用PECVD法生长的非晶态二氧化硅薄膜，压电薄膜3采用X-Y切铌酸锂单晶压电薄膜，叉指换能器4采用铝电极。铝电极宽度为0.25λ(也就是金属化率为0.5，λ为叉指换能器周期)。
在XY-LN多层结构中，机电耦合系数、声速随旋切角
和传播角ψ变化的二维图如图2所示，在仿真不同切向LN在多层膜结构中的声学特性时，为使XY-LN在以SiC为衬底的SAW中的一般通用性，未添加铌酸锂单晶压电薄膜下方的温度补偿层2，因为温度补偿层2并不会影响机电耦合系数与切向角之间的变化趋势。/>
由图2分析得知：X切铌酸锂切割角为Y平面旋转应不小于-25°，不大于+18°，其声表面波传播方向沿Y轴方向，并且传播角的范围为应不大于+52°，不小于+19°，在此范围内使得机电耦合系数K2为：13.5％<K2<18％。
具体案例：在XY-LN中，通过有限元FEM分析，得到铌酸锂最优切向为X37°Y-LN，即旋转角
旋转0°，传播角为37°。当波长λ为1.12um、叉指换能器4的厚度为0.08λ、压电薄膜3的厚度为0.18λ、温度补偿层2的厚度为0.18λ时，得到导纳曲线如图3所示，此时声波模式为：纵声表面波(LSAW)。结果：机电耦合系数为18.95％、声速高达5626.41m/s，频率温度系数为-45.04ppm/℃；此外由导纳图可看出LSAW的谐振频率达到了5GHz，且通过仿真优化可使得多层结构中的LSAW谐振频率与反谐振频率之间的横向高阶模式得到很好抑制。从而能够应用在高频大带宽SAW滤波器应用设计当中。
针对实施例1的5G SAW滤波器的有益效果：
(1)使用了SiC高声速基板，从而使得LSAW模式声速达到了5000m/s以上，在合理的控制波长的情况下，可以使SAW滤波器突破低频缺陷，达到5GHz以上的频段。
(2)在本实施例提出的新切型下，合理的设计材料结构，能够得到大机电耦合系数、高Q值、低频率温度系数的LSAW谐振器，对应着大带宽、高温度稳定性，高功率耐受性的SAW滤波器。
实施例2
本实施例中，采用金刚石基板作为衬底1，其他条件与实施例1的相同。金刚石代替碳化硅，由于金刚石的超高声速，从而获得更高频率的SAW滤波器。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于纵声表面波的高性能声学器件，包括依次叠加的衬底、温度补偿层、压电薄膜和叉指换能器，其特征在于，所述衬底采用碳化硅单晶衬底或金刚石衬底，所述压电薄膜采用X-Y切铌酸锂单晶压电薄膜，且所述X-Y切铌酸锂单晶压电薄膜的旋切角为
传播角为ψ，/>
+19°≤ψ≤+52°。
2.根据权利要求1所述的基于纵声表面波的高性能声学器件，其特征在于，
ψ＝+37°。
3.根据权利要求1所述的基于纵声表面波的高性能声学器件，其特征在于，所述压电薄膜的厚度为0.16λ-2λ。
4.根据权利要求3所述的基于纵声表面波的高性能声学器件，其特征在于，所述压电薄膜的厚度为0.18λ。
5.根据权利要求1所述的基于纵声表面波的高性能声学器件，其特征在于，所述碳化硅单晶衬底采用SiC-6H或SiC-4H。
6.根据权利要求1所述的基于纵声表面波的高性能声学器件，其特征在于，所述温度补偿层采用多晶二氧化硅。
7.根据权利要求6所述的基于纵声表面波的高性能声学器件，其特征在于，所述多晶二氧化硅薄膜采用等离子体增强化学气相沉积法生长得到。
8.根据权利要求1或6所述的基于纵声表面波的高性能声学器件，其特征在于，所述温度补偿层的厚度为0.16λ-2λ。
9.根据权利要求1所述的基于纵声表面波的高性能声学器件，其特征在于，所述温度补偿层的厚度与所述压电薄膜的厚度相等。
10.根据权利要求1所述的基于纵声表面波的高性能声学器件，其特征在于，所述叉指电极采用铝电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211591699.4A CN116233709A (zh) | 2022-12-12 | 2022-12-12 | 一种基于纵声表面波的高性能声学器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211591699.4A CN116233709A (zh) | 2022-12-12 | 2022-12-12 | 一种基于纵声表面波的高性能声学器件 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116233709A true CN116233709A (zh) | 2023-06-06 |
Family
ID=86570468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211591699.4A Pending CN116233709A (zh) | 2022-12-12 | 2022-12-12 | 一种基于纵声表面波的高性能声学器件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116233709A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117013984A (zh) * | 2023-08-21 | 2023-11-07 | 天通瑞宏科技有限公司 | 一种键合晶圆及薄膜声表面波器件 |
-
2022
- 2022-12-12 CN CN202211591699.4A patent/CN116233709A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117013984A (zh) * | 2023-08-21 | 2023-11-07 | 天通瑞宏科技有限公司 | 一种键合晶圆及薄膜声表面波器件 |
| CN117013984B (zh) * | 2023-08-21 | 2024-05-28 | 天通瑞宏科技有限公司 | 一种键合晶圆及薄膜声表面波器件 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11309861B2 (en) | Guided surface acoustic wave device providing spurious mode rejection | |
| US20240088863A1 (en) | Elastic wave device and method for manufacturing the same | |
| EP2773040B1 (en) | Surface acoustic wave device | |
| US20210099158A1 (en) | Guided acoustic wave device | |
| US7323803B2 (en) | Boundary acoustic wave device | |
| WO2006114930A1 (ja) | 弾性境界波装置 | |
| JP7292327B2 (ja) | 弾性表面波素子、弾性表面波素子デバイスおよび接合基板の製造方法 | |
| JPWO2004070946A1 (ja) | 弾性境界波装置 | |
| EP1239588A2 (en) | Surface acoustic wave substrate and surface acoustic wave functional element | |
| CN115001438B (zh) | 一种纵向泄漏声表面波谐振器的结构及滤波器 | |
| CN112929004B (zh) | 声波谐振器、滤波器、多路复用器和晶片 | |
| TW202044757A (zh) | 高次模式彈性表面波裝置 | |
| KR20200121282A (ko) | 접합 기판, 탄성 표면파 소자, 탄성 표면파 소자 디바이스 및 접합 기판의 제조 방법 | |
| CN115276594A (zh) | 一种纵向泄漏声表面波谐振器及滤波器 | |
| CN116233709A (zh) | 一种基于纵声表面波的高性能声学器件 | |
| JP2013168864A (ja) | 弾性表面波素子及び電子部品 | |
| CN112468109A (zh) | 一种适用于高频、宽带声表面波器件的异质层状压电基底 | |
| US20230109106A1 (en) | Multilayer piezoelectric substrate surface acoustic wave device with spurious shifting | |
| CN219087112U (zh) | 一种基于纵声表面波的高性能声学器件 | |
| CN114070257A (zh) | 声波装置、滤波器及多路复用器 | |
| CN114641932A (zh) | 使用瑞利模式的薄膜表面声波器件 | |
| Jun et al. | Theorectical Investigation Of Longitudinal Surface Acoustic Waves In Rotated Y-Cut Linbo3/Sic Heterostructures | |
| Liu et al. | Theorectical Optimazation of Surface Acoustic Waves Resonator based on 37° Y-47° X LINBO3/SIO2/SIC Multilayered Structure | |
| CN117833862A (zh) | 一种高频高q值的声表面波谐振器及其制备方法 | |
| JP2023124332A (ja) | 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |