CN116964933A - 一种多层saw器件中的杂散模态抑制 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及表面声波(Surface Acoustic Wave，SAW)器件。本发明具体提出了一种具有多层结构的SAW器件，其中，杂散模态在所述SAW器件中受到抑制。所述SAW器件(100)包括(111)硅层(101)和设置在所述硅层上的一组交错层(102)。此外，所述SAW器件包括设置在所述一组交错层上的经旋转的YX切型钽酸锂(lithium tantalate，LT)层(103)以及设置在所述LT层上的两个或两个以上电极。所述电极用于将电信号转换为在所述LT层中传播的SAW。
Description
技术领域
本发明涉及声波器件，具体地，涉及表面声波(Surface Acoustic Wave，SAW)器件。本发明的目的是改善基于SAW的射频(Radio Frequency，RF)滤波器的带外杂散模态响应。为此，本发明提出了一种具有多层结构的SAW器件，其中，带外杂散模态在SAW器件中受到抑制。此外，本发明还提供了一种用于制造SAW器件的方法。
背景技术
声波器件是现代电子电路中使用的关键组件。在保持低电子***损耗的同时，此类电路所需的高频选择性需要耦合在滤波器拓扑中的高品质因数机械谐振器。SAW器件可以设计满足这些要求的基于SAW的RF滤波器。
SAW器件用于将将随时间变化的电信号耦合到在压电材料(例如，压电层)表面上传播的机械波。为此，在压电层的表面上设置交替电极，例如，金属叉指式换能器(interdigital transducer，IDT)电极。虽然激发波会触发所需的振动模态，但传统的SAW器件也会产生杂散模态。这些杂散模态会影响SAW器件的质量和性能，从而影响基于SAW的RF滤波器的质量和性能。
多层声学器件可用于改善压电层中的能量限制，这可以降低到压电层下方的支撑衬底中的声学损耗，并且可以改善基于声学器件设计的滤波器(例如，基于SAW的滤波器)的整体响应。然而，这种附加层可以同时增加允许传播的声波和机械模态的数量。这些波可以在远离基于SAW的滤波器的正常工作频率(即，带外)的频率下积累。在现代无线通信标准中，这通常是不允许的，因为前端电路依赖于严格的带外信道衰减水平，以防止不同通信信道和/或通信标准之间的交互。
因此，开发一种技术上可靠的方法来降低基于SAW的滤波器的带外杂散模态含量非常重要。为此，需要彻底了解杂散模态的积累源。
迄今为止，其中一些问题已通过以下方式得到解决。具体地，带外衰减规范通常使用片外无源组件(例如，电容器、电感器、变压器等的组合)来解决，以便在整个RF滤波器的传输特性中产生所需的极点或零点。然而，缺点是需要一种兼容的技术来生产片外无源组件。此外，与SAW器件的高Q相比，RF无源组件面临电损耗，这增加了RF滤波器的总损耗并降低了其性能。此外，集成这些无源组件需要一定的尺寸和复杂的封装。非理想的无源组件，还存在影响带内滤波器响应的风险。
发明内容
鉴于上述问题和缺点，本发明的实施例旨在改进现有方案。目的是减少SAW器件中的带外杂散模态。具体地，本发明旨在针对杂散模态以及直接在SAW器件的谐振器级上的波传播和积累的主要来源。本发明的目的还在于降低基于SAW器件的基于SAW的滤波器的带外杂散模态含量。具体目标是创建宽带无杂散响应。此外，不需要外部组件来实现所需的带外衰减规范。
该目标通过所附独立权利要求中描述的本发明的实施例来实现。从属权利要求中进一步定义了本发明的实施例的有利实现方式。
本发明的实施例依赖于在SAW器件的多层材料堆叠中使用特定的各向异性衬底取向。特定的衬底取向确保有效引导所需模态，同时在宽频率范围内降低其它杂散模态的能量引导。
本发明的第一方面提供了一种SAW器件，包括：(111)硅层；设置在所述硅层上的一组交错层；设置在所述一组交错层上的经旋转的YX切型钽酸锂(lithium tantalate，LT)层；设置在所述LT层上的两个或两个以上电极，所述电极用于将电信号转换为在所述LT层中传播的SAW。
YX切型LT(LiTaO3)层可以垂直于围绕晶体X轴旋转一定旋转角的Y轴切型，并且SAW可以沿着X轴方向传播。LT层用作SAW器件的代表性压电层，电极可用于将随时间变化的电信号耦合到在LT层表面上传播的SAW。提供LT层的(111)硅层的表面是沿着硅(111)平面的。使用由(111)硅层为LT层提供的这种特定衬底晶体取向，能够减少不同材料界面处存在的可用传播波的数量，从而打破了杂散模态的模态引导/生长所需的边界条件。因此，杂散模态和波传播/积累的主要来源直接针对SAW器件的谐振器级。因此，SAW器件中的带外杂散模态显著降低。基于第一方面的SAW器件，可以设计具有低带外杂散模态含量的基于SAW的滤波器。
在第一方面的实现方式中，LT层的旋转角在18°至55°的范围内。
也就是说，LT层是θ°YX切型LT层，其中，θ°＝18°–55°。具体地，这说明X传播的Y切型LT层在18°至55°范围内。LT层可以垂直于围绕晶体X轴旋转θ°＝18°–55°的旋转角的Y轴切型。
在第一方面的实现方式中，所述LT层是26°YX切型LT层或36°YX切型LT层或42°YX切型LT层。
因此，设想了θ°＝26°、36°或42°的三个特定的LT层。26°LT层提供最高的压电耦合系数，而36°和42°可以使用广泛可用的压电材料。
在第一方面的实现方式中，所述硅层的【110】方向与所述LT层的X方向之间的角度在0°至30°的范围内或在90°至120°的范围内。
在这些范围内，SAW器件中的杂散模态的抑制是最强的。
在第一方面的实现方式中，所述两个或两个以上电极沿着所述LT层的所述X方向以间距周期性地设置在所述LT层上，其中，每个电极垂直于所述X方向延伸。
这种电极设置定义了LT层中的SAW的传播方向，可实现最佳的杂散模态抑制。
在第一方面的实现方式中，所述LT层由第一组欧拉角(λ1、μ1、θ1)定义，其中，λ1在–3°至+3°的范围内，μ1在–72°至–35°的范围内，θ1在–3°至+3°的范围内。
在第一方面的实现方式中，所述硅层由第二组欧拉角(λ2、μ2、θ2)定义，其中，λ＝45°，μ＝54.735°，θ2在0°至30°的范围内或在90°至120°的范围内。
在第一方面的实现方式中，所述LT层的厚度范围为所述SAW器件的工作频率下的所述SAW的波长的0.1至0.4倍。
具体地，所述LT层的厚度范围为所述SAW器件的工作频率下的所述SAW的波长的0.2至0.3倍。
在第一方面的实现方式中，所述一组交错层的厚度范围为所述SAW器件的工作频率下的所述SAW的波长的0.0至0.4倍。
具体地，所述一组交错层的厚度范围为所述SAW器件的工作频率下的所述SAW的波长的0.1至0.2倍。
在第一方面的实现方式中，所述两个或两个以上电极包括铝电极或由铝铜合金制成的电极。
在第一方面的实现方式中，所述两个或两个以上电极的厚度范围为所述SAW器件的工作频率下的所述SAW的波长的0.02至0.12倍。
上述实现方式中，LT厚度、交错层厚度和电极厚度能够优化具有铝基电极的SAW器件的多层堆叠，用于带外杂散模态抑制。
在第一方面的实现方式中，所述LT层的厚度范围为所述SAW器件的工作频率下的所述SAW的波长的0.1至0.4倍。
具体地，所述LT层的厚度范围为所述SAW器件的工作频率下的所述SAW的波长的0.2至0.3倍。
在第一方面的实现方式中，所述一组交错层的厚度范围为所述SAW器件的工作频率下的所述SAW的波长的0.0至0.4倍。
具体地，一组交错层的厚度范围为波长的0.1至0.3倍。
在第一方面的实现方式中，所述两个或两个以上电极包括铜电极或由铜铝合金制成的电极。
在第一方面的实现方式中，所述两个或两个以上电极的厚度范围为所述SAW器件的工作频率下的所述SAW的波长的0.02至0.08倍。
上述实现方式中，LT厚度、交错层厚度和电极厚度能够优化具有铜基电极的SAW器件的多层堆叠，用于带外杂散模态抑制。
在第一方面的实现方式中，所述一组交错层包括设置在所述硅层上的氧化硅层，所述LT层设置在所述氧化硅层上。
氧化硅可以用作RF隔离，和/或用作LT层和硅层之间的晶圆键合层。
在第一方面的实现方式中，所述一组交错层包括设置在所述硅层上的多晶硅层和设置在所述多晶硅层上的氧化硅层，所述LT层设置在所述氧化硅层上。
多晶硅层还可以支持杂散模态抑制。在第一方面的实现方式中，所述多晶硅层掺杂有稀土元素。
在第一方面的实现方式中，所述SAW器件具有包括所述硅层的第一部分和包括所述LT层的第二部分，其中，所述第一部分通过设置在所述硅层与所述LT层之间的所述一组交错层键合到所述第二部分。
因此，可以通过分别产生第一部分和第二部分，然后将这些部分键合在一起，来制造SAW器件。
本发明的第二方面提供了一种用于制造SAW器件的方法，包括：提供(111)硅层；提供经旋转的YX切型钽酸锂(lithium tantalate，LT)层；将所述硅层和所述LT层键合，其中，在所述硅层与所述LT层之间设置一组交错层；在所述LT层上形成两个或两个以上电极，其中，所述电极用于将电信号转换为在所述LT层中传播的SAW。
第二方面的方法也可以用于根据第一方面的实现方式制造SAW器件。第二方面的方法提供了与上述第一方面的SAW器件相同的优点。
第一方面的SAW器件和第二方面的方法分别提供的益处包括：
·带外杂散模态抑制和横模抑制的无源方法；
·不需要外部无源组件；
·稳健的方法，不易出现封装或滤波器架构问题；
·可以在各种(RF)滤波器产品和频段中实现；
·通过减少振荡器可以锁定的可用杂散模态的数量，在其它基于MEMS的PLL定时电路中非常有用。
附图说明
结合所附附图，下面具体实施例的描述将阐述上述各个方面及其实现方式，在附图中：
图1示出了根据本发明的实施例的SAW器件；
图2示出了经旋转的晶体轴的欧拉角约定；
图3示出了硅晶体的对称性；
图4示出了(111)硅晶圆；
图5示出了42°LT/SiO2/多晶硅/Si多层堆叠中针对硅层的不同取向的典型导纳响应；
图6示出了硅层矢状面中的慢度表面对42°LT/Si多层堆叠中杂散模态的影响；
图7示出了示例性地在26°LT/Si(111)多层堆叠中的杂散模态的频率与LT层和硅层的慢度表面之间的关系；
图8示出了用于获得更高压电耦合系数的LT层取向的优化；
图9示出了硅层的(111)平面上的传播方向的优化，以改善杂散模态的抑制；
图10示出了(111)-Si平面中的传播方向对LT/SiO2/多晶硅/Si多层堆叠中的杂散模态的影响；
图11示出了具有26°YX切型LT层的多层堆叠的优化，以获得主模的最大耦合系数；
图12示出了具有26°YX切型LT层的多层堆叠的优化，用于带外杂散模态抑制；
图13示出了具有26°YX切型LT层的多层堆叠的优化，用于带外杂散模态抑制；
图14示出了具有36°YX切型LT层的多层堆叠的优化，以获得主模的最大耦合系数；
图15示出了具有36°YX切型LT层的多层堆叠的优化，用于带外杂散模态抑制；
图16示出了具有36°YX切型LT层的多层堆叠的优化，用于带外杂散模态抑制；
图17示出了具有42°YX切型LT层的多层堆叠的优化，以获得主模的最大耦合系数；
图18示出了具有42°YX切型LT层的多层堆叠的优化，用于带外杂散模态抑制；
图19示出了具有42°YX切型LT层的多层堆叠的优化，用于带外杂散模态抑制；
图20示出了多晶硅层对杂散模态抑制的影响；
图21示出了铝电极厚度对杂散模态抑制的影响；
图22示出了铜电极厚度对杂散模态抑制的影响；
图23示出了铜电极厚度对杂散模态抑制的影响；
图24示出了根据本发明的实施例的制造SAW器件的方法。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的SAW器件100。具体地，图1示出了SAW器件100的单元100u，其中，所示的单元100u可以包括在SAW器件100中一次或多次，即，可以重复多次。单元100u包括至少三种材料：压电层103，该压电层包括经旋转的YX切型钽酸锂(lithiumtantalate，LT)，因此被称为LT层103；(111)取向的硅(衬底)层101；一组交错层102(例如，该组交错层包括至少氧化硅层)，该氧化硅层可以用作RF隔离和/或压电LT层103与(111)硅层101之间的晶圆键合层。
换句话说，SAW器件100包括：(111)硅层101；设置在硅层101上的一组交错层102；设置在一组交错层102上的经旋转的YX切型LT层103。一组交错层102可以仅包括一个交错层(例如，氧化硅层)，或者可以包括两个交错层(如示例性所示，例如，衬底上的多晶硅层102a和多晶硅层102a上的氧化硅层102b)，或者可以包括甚至两个以上交错层。
YX切型LT层103的旋转角可以在θ＝18°至55°的范围内，即LT层103可以是(18°至55°)YX切型LT层。例如，LT层103可以是26°YX切型LT层或36°YX切型LT层或42°YX切型LT层。
此外，SAW器件100包括两个或两个以上电极104(例如，每个电极104由铝或铜制成)，这些电极设置在LT层103上。两个或两个以上电极104用于将电信号转换为在LT层103中传播的SAW。两个或两个以上电极104可以以间距p周期性地设置在LT层103上，例如，这些电极可以沿着LT层103的X方向设置。因此，每个电极104可以垂直于LT层103的X方向延伸。两个或两个以上电极104可以可选地被钝化层105包围和/或可以被钝化层覆盖。两个或两个以上电极104可以是两个或两个以上IDT电极。
经旋转的YX切型LT层103和硅层101可以分别由一组欧拉角定义。在这种情况下，图2示出了经旋转的晶体轴的欧拉角约定。具体地，图2示出了可用于定义特定层的晶体切型取向的一组标准欧拉角(λ、μ、θ)。可以选择晶体切型取向，使得层的正交基矢量(见图2(b))与所需的晶体取向对准，如基矢量的三次连续旋转(见图2(a))所定义的。然后，层的厚度在z(3)方向上定义。
具体地，在SAW器件100的当前情况下，LT层103可以由第一组欧拉角(λ1、μ1、θ1)定义，其中，λ1在–3°至+3°的范围内，μ1在–72°至–35°的范围内，θ1在–3°至+3°的范围内。硅层101可以由第二组欧拉角(λ2、μ2、θ2)定义，其中，λ＝45°，μ＝54.735°，θ2在0°至30°的范围内或在90°至120°的范围内。
图3示出了硅晶体的众所周知的对称性。具体地，图3示出了硅晶体的对称元件的立体投影(点对称类m3m)。在SAW器件100的当前情况下，硅晶体的(111)平面定义了硅层101的取向，该平面垂直于3重对称轴。
图4示出了可用于形成SAW器件100的(111)硅层101的(111)取向硅晶圆的图示。也就是说，(111)硅层101可以是(111)取向的硅晶圆，并且一组交错层102可以设置在该晶圆上。(111)硅层也可以是基于所述晶圆形成的，例如，通过对晶圆分离或划线。如图4所示的硅晶圆的(111)平面上的平面明显垂直于【1-10】方向。
图5示出了(111)硅层101的取向对杂散模态的影响，特别是对杂散模态的抑制的影响。图5具体示出了多层堆叠中的典型导纳响应，该多层堆叠包括硅层101、一组交错层102(包括设置在硅层上的多晶硅层102a和设置在多晶硅层102a上的氧化硅层102b)和设置在氧化硅层102b上的42°YX切型LT层103。值得注意的是，在本发明中，这样的多层堆叠可以缩写为“42°LT/SiO2/多晶硅/Si”，并且其它类似的多层堆叠可以以类似的方式缩写)。图5(a)和图5(b)所示的导纳分别包括虚部(Im(Y)；也称为电纳)和实部(Re(Y)；也称为电导)。对于图5(a)和图5(b)，硅层101分别具有不同的取向。具体地，对于图5(a)，硅层101是(001)硅层，对于图5(b)，硅层101是根据上述本发明的实施例的用于SAW器件100中的(111)硅层。
如图5所示，对于硅层101的不同取向，可以根据矢状面(垂直于用于生成SAW的IDT的电极的平面)中的BAW慢度表面来估计硅层101中的慢剪切(BAW1)、快剪切(BAW2)和纵向(BAW3)体波的截止速度。可以推导出，在图5(b)中，即针对(111)取向硅层101，抑制杂散模态，即在图5(a)中，在约2.4至2.6GHz之间的导纳响应中作为谐振可见。
图6示出了硅层101的矢状面中的慢度表面对42°LT/SiO2/多晶硅/Si多层堆叠中的杂散模态的影响。杂散模态主要分别由LT层103和硅层101的取向确定，而一组交错层102(例如，SiO2和多晶硅)对杂散模态的影响很小。在图6(b)中，使用(111)硅层101，而在图6(a)中，使用(001)硅层101。如图5所示，(111)取向硅层101的杂散模态抑制是可推导出的。
值得注意的是，在硅的ZX切型中，由于硅的对称性，传播方向(X)是平行于4重对称轴的声轴。任何声轴都是慢度表面上的奇点。BAW(偏振、坡印亭矢量)的特性围绕声轴迅速变化，这些BAW中的一些BAW与LT层103中的波运动强耦合。此外，在硅层101的X轴周围存在的慢度表面的凹度说明附加模态可以以低衰减传播，并降低谐振器性能。在42LT/ZX-Si中的2.4至2.7GHz频率下观察到的杂散模态证实了这一点。该频率间隔可以转换为(在慢度表面上的垂直线之间的)切向慢度间隔。对于(111)硅层101，沿着传播方向没有凹度，也没有声轴。因此，频率响应在宽范围内是无杂散的。因此，与例如使用(001)取向的硅层101相比，使用(111)取向硅层101抑制杂散模态。
图7示出了示例性地在26°LT/(111)Si多层堆叠中的杂散模态的频率与LT层103和硅层101的慢度表面之间的关系。具体地，图7示意性地示出了LT层101和硅层101中分别以固定频率(切向慢度)在SAW器件100中涉及的部分模态。
图8示出了在θ°LT/SiO2/多晶硅/Si(111)多层堆叠中，压电耦合系数k2随YX切型LT层103的旋转角而变化。因此，LT层103可以针对高k2优化。具体地，图8中示出了θ＝18–42°的旋转角变化范围。然而，LT层101的旋转角θ可以在18°至55°范围内，即，LT层103可以是θ＝18°至55°YX切型LT层，如上所述。从图8中可以推导出，当旋转角在约θ＝26°至30°之间时，在LT层103中发生最大耦合(最高k2)，其中，最大耦合的精确位置可以取决于LT层厚度。在本实施例中，该厚度为SAW器件100的工作频率下的SAW的波长的0.2倍。因此，例如，可以为SAW器件100选择26°YX切型LT层103。此外，SAW器件的LT层103也可以是36°YX切型LT层，或者可以是42°YX切型LT层，如市售且广泛使用的。
图9示出了LT层103中的SAW相对于硅层101的(111)平面的传播方向的优化，以最佳地抑制杂散模态。具体地，可以在硅层101的【110】方向与LT层103的X方向之间定义角度β，并且可以选择该角度，以获得最佳的杂散模态抑制。从图9中可以推导出，在SAW器件100中，角度β具体可以被选择为在0°至30°的范围内或在90°至120°的范围内。图9示出了示例性用于36°YX切型LT层103和(111)硅层101的0至120°之间的角度β的变化，并且示出了在这些范围内，杂散模态受到的抑制最大，而在30°和90°之间，指示杂散模态的导纳曲线的虚部中的波纹更为明显。
图10示出了示例性地在26°LT/SiO2/多晶硅/Si(111)多层堆叠中的LT层103中的SAW相对于(111)硅平面的传播方向对杂散模态的影响。具体地，图10(a)示出了角度β＝0的导纳响应，图10(b)示出了角度β＝180°的导纳响应，其中，所示的导纳响应均包括导纳的幅度(上曲线)和导纳的实部(下曲线)。可以看出，与图10(b)相比，在图10(a)中抑制在2.4至2.7GHz频率下观察到的杂散模态。
图11示出了具有26°YX切型LT层103的多层堆叠的优化，用于最大限度地提高在LT层103中传播的SAW的主模的耦合系数k2。具体地，图11示出了耦合系数k2对LT层103的厚度(此处称为“LT厚度”)和对一组交错层102的厚度(此处称为“氧化物厚度”)的依赖性。LT厚度和氧化物厚度的范围都显示为SAW器件100的工作频率下的SAW的波长的约0.1至0.5倍。
图12和图13示出了具有26°YX切型LT层的多层堆叠的优化，用于带外杂散模态抑制。具体地，表明一组交错层102(hox)的厚度可以选择为工作频率下的SAW的波长的0.1(图12)或0.25(图13)倍，而LT层103(hLT)的厚度可以在工作频率下的SAW的波长的0.1至0.45倍之间变化。对于每种组合，都会指示所得的耦合系数，并且可以从相应的导纳响应中导出杂散模态抑制量。所示的导纳响应均包括导纳的幅度(上曲线)和导纳的实部(下曲线)。
图14示出了具有36°YX切型LT层103的多层堆叠的优化，用于最大限度地提高在LT层103中传播的SAW的主模的耦合系数k2。具体地，图11示出了耦合系数k2对LT层103的厚度(此处称为“LT厚度”)和对一组交错层102的厚度(此处称为“氧化物厚度”)的依赖性。LT厚度和氧化物厚度的范围都显示为SAW器件100的工作频率下的SAW的波长的约0.1至0.5倍。
图15和图16示出了具有36°YX切型LT层的多层堆叠的优化，用于带外杂散模态抑制。具体地，表明一组交错层102(hox)的厚度可以选择为工作频率下的SAW的波长的0.1(图15)或0.25(图16)倍，而LT层103(hLT)的厚度可以在工作频率下的SAW的波长的0.1至0.45倍之间变化。对于每种组合，都会指示耦合系数，并且可以从相应的导纳响应中导出杂散模态抑制量。所示的导纳响应均包括导纳的幅度(上曲线)和导纳的实部(下曲线)。
图17示出了具有42°YX切型LT层103的多层堆叠的优化，用于最大限度地提高在LT层103中传播的SAW的主模的耦合系数k2。具体地，图11示出了耦合系数k2对LT层103的厚度(此处称为“LT厚度”)和对一组交错层102的厚度(此处称为“氧化物厚度”)的依赖性。LT厚度和氧化物厚度的范围都显示为SAW器件100的工作频率下的SAW的波长的约0.1至0.5倍。
图18和图19示出了具有42°YX切型LT层的多层堆叠的优化，用于带外杂散模态抑制。具体地，表明一组交错层102(hox)的厚度选择为工作频率下的SAW的波长的0.1(图18)或0.25(图19)倍，而LT层103(hLT)的厚度可以在工作频率下的SAW的波长的0.1至0.45倍之间变化。对于每种组合，都会指示耦合系数，并且可以从相应的导纳响应中导出杂散模态抑制量。所示的导纳响应均包括导纳的幅度(上曲线)和导纳的实部(下曲线)。
图20示出了多晶硅层102a(简称为“多晶硅”)是否存在于交错层102中的影响。图20(a)、(b)和(c)所示的相应导纳响应均包括导纳的幅度(上曲线)和导纳的实部(下曲线)。在图20(a)中，一组交错层102包括设置在硅层101上的氧化硅层102b，LT层103设置在氧化硅层102b上。在图20(b)和(c)中，一组交错层102包括设置在硅层101上的多晶硅层102a和设置在多晶硅层102a上的氧化硅层102b，LT层103设置在氧化硅层102b上。在图20(b)中，多晶硅层102a的厚度为1000nm，在图20(c)中，假设该厚度为无限。值得注意的是，多晶硅层102a可以掺杂稀土元素。可以推导出，与没有多晶硅层102a(图20(a)相比，一定厚度(例如，在1μm的范围内)的多晶硅层102a可以进一步改善杂散模态抑制(见图20(b))。然而，多晶硅层102a不应太厚，因为这会再次增加杂散模态(针对无限多晶硅层102a模拟的图20(c))。
图21示出了设置在LT层103上的铝电极104的厚度对杂散模态抑制的影响。例如，使用包括42°YX切型LT层103的多层堆叠(具体地，42°LT/SiO2/多晶硅/Si)。LT层103(hLT)的厚度为工作频率下的SAW的波长的0.3倍。在本实施例中，氧化硅层102b(hox)的厚度为工作频率下的SAW的波长的0.2倍。铝电极104(hAl)的厚度在工作频率下的SAW的波长的0.002至0.12倍之间变化。指示耦合系数k2，可以从图21中所示的相应导纳响应中导出杂散模态抑制量。所示的导纳响应均包括导纳的幅度(上曲线)和导纳的实部(下曲线)。
通常，如果两个或两个以上电极104包括铝电极或由铝铜合金制成的电极，则LT层103的厚度范围为SAW器件100的工作频率下的SAW的波长的0.1至0.4倍。此外，一组交错层102的厚度范围为SAW器件100的工作频率下的SAW的波长的0.0至0.4倍。在这种情况下，两个或两个以上电极104的厚度范围为工作频率下的SAW的波长的0.02至0.12倍。
图22示出了设置在LT层103上的铜电极104的厚度对杂散模态抑制的影响。例如，使用包括42°YX切型LT层103的多层堆叠(具体地，42°LT/SiO2/多晶硅/Si)。在本示例中，LT层103(hLT)的厚度为工作频率下的SAW的波长的0.1倍。氧化硅层102b(hox)的厚度为工作频率下的SAW的波长的0.1倍。铜电极104(hCu)的厚度在工作频率下的SAW的波长的0.02至0.12倍之间变化。指示耦合系数k2，可以从图22中所示的相应导纳响应中导出杂散模态抑制量。所示的导纳响应均包括导纳的幅度(上曲线)和导纳的实部(下曲线)。
图23示出了设置在LT层103上的铜电极104的厚度对杂散模态抑制的影响。例如，使用包括42°YX切型LT层103的多层堆叠(具体地，42°LT/SiO2/多晶硅/Si)。在本示例中，LT层103(hLT)的厚度为工作频率下的SAW的波长的0.3倍。氧化硅层102b(hox)的厚度为工作频率下的SAW的波长的0.1倍。铜电极104(hCu)的厚度在工作频率下的SAW的波长的0.02至0.12倍之间变化。指示耦合系数k2，可以从图23中所示的相应导纳响应中导出杂散模态抑制量。所示的导纳响应均包括导纳的幅度(上曲线)和导纳的实部(下曲线)。
如果两个或两个以上电极104包括铜电极或由铜铝合金制成的电极，则LT层103的厚度范围为SAW器件100的工作频率下的SAW的波长的0.1至0.4倍。此外，一组交错层102的厚度范围为SAW器件100的工作频率下的SAW的波长的0.0至0.4倍。这种情况下，两个或两个以上电极104的厚度范围为工作频率下的SAW的波长的0.02至0.08倍。
图24示出了根据本发明的实施例的制造SAW器件的方法200。方法200可以产生图1所示的SAW器件100。该方法200包括以下步骤：步骤201：提供(111)硅层101；步骤202：提供经旋转的YX切型LT层103；步骤203：将硅层101和LT层103键合，其中，在硅层101与LT层103之间设置一组交错层102；步骤204：在LT层103上形成两个或两个以上电极104，电极104用于将电信号转换为在LT层103中传播的SAW。
SAW器件100可以包括具有硅层101的第一部分和包括LT层103的第二部分，其中，第一部分可以通过设置在硅层101与LT层103之间的一组交错层102键合到第二部分。因此，方法200可以包括使用一组交错层102将包括硅层101的第一部分和包括LT层103的第二部分键合的步骤。方法200还可以包括在第一部分和第二部分中的至少一个上设置一组交错层102，然后，将第一部分键合到第二部分。例如，可以使用晶圆到晶圆的键合。
本发明已结合各种实施例作为示例以及实现方式进行描述。但是，根据对附图、本发明和独立权利要求的研究，本领域技术人员在实施所要求保护的主题时，能够理解和实现其它变型。在权利要求书以及说明书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足权利要求书中描述的若干实体或项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施并不表示这些措施的组合不能被有效地使用。
Claims (20)
1.一种表面声波(surface acoustic wave，SAW)器件(100)，其特征在于，包括：
(111)硅层(101)；
设置在所述硅层(101)上的一组交错层(102)；
设置在所述一组交错层(102)上的经旋转的YX切型钽酸锂(lithium tantalate，LT)层(103)；
设置在所述LT层(102)上的两个或两个以上电极(104)，所述电极(104)用于将电信号转换为在所述LT层(103)中传播的SAW。
2.根据权利要求1所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述LT层(103)的旋转角在18°至55°的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述LT层(103)是26°YX切型LT层或36°YX切型LT层或42°YX切型LT层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述硅层(101)的【110】方向与所述LT层(103)的X方向之间的角度在0°至30°的范围内或在90°至120°的范围内。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述两个或两个以上电极(104)沿着所述LT层(103)的所述X方向以间距(p)周期性地设置在所述LT层(103)上，其中，每个电极(104)垂直于所述X方向延伸。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述LT层(103)由第一组欧拉角(λ1、μ1、θ1)定义，其中，λ1在–3°至+3°的范围内，μ1在–72°至–35°的范围内，θ1在–3°至+3°的范围内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述硅层(101)由第二组欧拉角(λ2、μ2、θ2)定义，其中，λ＝45°，μ＝54.735°，θ2在0°至30°的范围内或在90°至120°的范围内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述LT层(103)的厚度范围为所述SAW器件(100)的工作频率下的所述SAW的波长的0.1至0.4倍。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述一组交错层(102)的厚度范围为所述SAW器件(100)的工作频率下的所述SAW的波长的0.0至0.4倍。
10.根据权利要求8或9所述的SAW器件，其特征在于，
所述两个或两个以上电极(104)包括铝电极或由铝铜合金制成的电极。
11.根据权利要求10所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述两个或两个以上电极(104)的厚度范围为所述SAW器件(100)的工作频率下的所述SAW的波长的0.02至0.12倍。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述LT层(103)的厚度范围为所述SAW器件(100)的工作频率下的所述SAW的波长的0.1至0.4倍。
13.根据权利要求1至7或12中任一项所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述一组交错层(102)的厚度范围为所述SAW器件(100)的工作频率下的所述SAW的波长的0.0至0.4倍。
14.根据权利要求12或13所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述两个或两个以上电极(104)包括铜电极或由铜铝合金制成的电极。
15.根据权利要求14所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述两个或两个以上电极(104)的厚度范围为所述SAW器件(100)的工作频率下的所述SAW的波长的0.02至0.08倍。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述一组交错层(102)包括设置在所述硅层(101)上的氧化硅层(102b)，所述LT层(103)设置在所述氧化硅层(102b)上。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的SAW器件，其特征在于，
所述一组交错层(102)包括设置在所述硅层(101)上的多晶硅层(102a)和设置在所述多晶硅层(102a)上的氧化硅层(102b)，所述LT层(103)设置在所述氧化硅层(102b)上。
18.根据权利要求17所述的SAW器件(100)，其特征在于，
所述多晶硅层(102a)掺杂稀土元素。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的SAW器件(100)，其特征在于，包括：
包括所述硅层(101)的第一部分和包括所述LT层(103)的第二部分，其中，所述第一部分通过设置在所述硅层(101)与所述LT层(103)之间的所述一组交错层(102)键合到所述第二部分。
20.一种用于制造表面声波(surface acoustic wave，SAW)器件(100)的方法(200)，其特征在于，包括：
提供(201)(111)硅层(101)；
提供(202)经旋转的YX切型钽酸锂(lithium tantalate，LT)层(103)；
将所述硅层(101)和所述LT层(103)键合(203)，其中，在所述硅层(101)与所述LT层(103)之间设置一组交错层(102)；
在所述LT层(103)上形成(204)两个或两个以上电极(104)，其中，所述电极(104)用于将电信号转换为在所述LT层(103)中传播的SAW。
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