一種高功率耐受性溫補型聲表面波濾波器結構及制備方法技術

本發明專利技術公開了一種高功率耐受性溫補型聲表面波濾波器結構及制備方法，涉及信息電子材料技術領域，該結構由下至上依次包括壓電襯底、復合電極層、溫度補償層和導熱層；復合電極層由下至上依次包括第一電極打底層、第一電極主體層、第二電極打底層、第二電極主體層和電極抗氧化層，本申請的復合電極層擁有較好的抗應力遷移和低電阻的性能，提升了TCSAW濾波器的功率耐受性能，使TCSAW濾波器具有較小的插入損耗、矩形系數更佳、品質因數更高，復合電極層經過退火處理能有效減少電極中的晶體缺陷，提高復合電極層的導電率，本申請公開的制作方法容易實現，易于大規模推廣，對于提高TCSAW濾波器的功率耐受性具有重大的實踐意義。

Structure and preparation of a high power temperature compensated SAW filter

【技術實現步驟摘要】
一種高功率耐受性溫補型聲表面波濾波器結構及制備方法
本專利技術涉及信息電子材料
，尤其是一種高功率耐受性溫補型聲表面波濾波器結構及制備方法。
技術介紹
聲表面波(SurfaceAcousticWave，SAW)濾波器具有體積小、成本低、極佳的通帶選擇性、一致性好等優點，在移動通信系統中起著信號收發的作用，廣泛應用于移動通訊設備中。隨著4G向5G網絡的不斷演進以及人們對高數據傳輸速率的迫切需求，SAW濾波器技術正在朝著高頻率、高功率耐受性、高溫度穩定性、小體積等幾個方向發展。與此同時，SAW濾波器也面臨著新的挑戰。常用的壓電基片材料比如LiTaO3或LiNbO3的溫度穩定性較差，制備出SAW濾波器的頻率隨溫度變化漂移大。溫補型聲表面波(TemperatureCompensationSurfaceAcousticWave，TCSAW)濾波器是為了增強器件溫度穩定性發展起來的新型濾波器，目前被廣泛的應用于通信領域。其基本結構是在SAW器件上生長一層非晶SiO2薄膜，通過正溫度系數的SiO2薄膜補償負溫度系數的壓電基片，從而提高SAW器件的溫度穩定性。TCSAW濾波器的電極層一般為Cu，電極寬度在納米或微米級別。TCSAW濾波器工作時，在大功率狀態下，Cu電極的重復應力會引起原子在晶界處遷移，會造成金屬薄膜凸起或孔洞，引起電極短路或斷路。各種合金已經被用來提高器件的抗電遷移性能和功率耐受性，但是合金膜工藝復雜，合金元素含量不易控制使得電極導電性變差、插損變大。另外，TCSAW濾波器在高功率條件下，由于覆蓋的溫補層SiO2熱導率低，導致TCSAW濾波器芯片散熱不足，表面通常處于高溫狀態容易導致器件失效。為保證TCSAW濾波器在實際使用中具有長的使用壽命和穩定性，需要增強器件的功率耐受性。
技術實現思路
本專利技術人針對上述問題及技術需求，提出了一種高功率耐受性溫補型聲表面波濾波器結構及制備方法，利用復合電極層和導熱層使TCSAW濾波器同時擁有較好的抗應力遷移和低電阻的性能，提升了TCSAW濾波器的功率耐受性能，同時具有較小的插入損耗、矩形系數更佳、品質因數更高。本專利技術的技術方案如下：一種高功率耐受性溫補型聲表面波濾波器結構，該結構由下至上依次包括壓電襯底、復合電極層、溫度補償層和導熱層；復合電極層設置在壓電襯底上，復合電極層由下至上依次包括第一電極打底層、第一電極主體層、第二電極打底層和第二電極主體層；溫度補償層設置在壓電襯底上并覆蓋復合電極層的相鄰電極間隙，溫度補償層的厚度大于復合電極層的厚度；導熱層設置在溫度補償層上，導熱層的材料為Si或SiC。其進一步的技術方案為，復合電極層還包括電極抗氧化層，電極抗氧化層設置在第二電極主體層上。其進一步的技術方案為，第一電極主體層的材料和第二電極主體層的材料為Cu，第一電極主體層的厚度為5-20nm，第二電極主體層的厚度范圍為0.05λ≤he≤0.15λ，其中λ為復合電極層的電極周期波長，he為第二電極主體層的厚度。其進一步的技術方案為，第一電極打底層和第二電極打底層的材料為Ti、Ni、Zr或Co，第一電極打底層和第二電極打底層的厚度為5-10nm。其進一步的技術方案為，電極抗氧化層的材料為Ti或Cr，電極抗氧化層的厚度為5-15nm。其進一步的技術方案為，溫度補償層的材料為SiO2，溫度補償層的厚度范圍為其中λ為復合電極層的電極周期波長，為溫度補償層的厚度。其進一步的技術方案為，壓電襯底的材料為LiTaO3或LiNbO3，壓電襯底的切向任意，包括但不限于128°YX-LiNbO3、5°YX-LiNbO3和42°YX-LiTaO3。一種高功率耐受性溫補型聲表面波濾波器的制備方法，該方法包括如下步驟：步驟1：獲取壓電襯底并清洗表面；步驟2：利用光刻技術和電子束蒸鍍方法，在壓電襯底上制備復合電極層；復合電極層由下至上依次包括第一電極打底層、第一電極主體層、第二電極打底層和第二電極主體層；步驟3：利用退火爐對壓電襯底和設置在壓電襯底上的復合電極層進行退火處理；步驟4：利用磁控濺射方法，在壓電襯底上制備溫度補償薄膜；溫度補償薄膜覆蓋復合電極層的相鄰電極間隙，溫度補償薄膜的材料為SiO2，溫度補償薄膜的厚度大于復合電極層的厚度；步驟5：利用化學機械拋光方法對溫度補償薄膜的表面進行處理得到溫度補償層；溫度補償層的厚度范圍為其中λ為復合電極層的電極周期波長，為溫度補償層的厚度；步驟6：利用磁控濺射方法，在溫度補償層上制備導熱層；導熱層的材料為Si或SiC。其進一步的技術方案為，在壓電襯底上制備復合電極層，還包括，復合電極層還包括電極抗氧化層，電極抗氧化層設置在第二電極主體層上。其進一步的技術方案為，步驟3包括，利用退火爐，通過在氮氣保護下對壓電襯底和設置在壓電襯底上的復合電極層進行退火處理，退火溫度在300-400℃，退火時間為5-10h。本專利技術的有益技術效果是：1、本申請公開的復合電極層包括至少一個電極結構和電極抗氧化層，第一電極打底層能提高復合電極與壓電襯底之間的粘附力，第一電極打底層和第二電極打底層共同提升了第一電極主體層Cu的晶體質量，使其晶粒結構變細，從而提升了第一電極主體層的強度，使其具有強韌性和高力學強度，對于聲表面波產生的重復應力有更強的功率承受力和機械承受力。第二電極打底層還能提高第二電極主體層Cu的晶體質量，使其晶粒結構變粗，從而獲得很好的導電性；電極抗氧化層防止第二電極主體層被溫度補償層氧化。通過這樣的設計，使復合電極層同時擁有較好的抗應力遷移和低電阻的性能，提升了TCSAW濾波器的功率耐受性能，使TCSAW濾波器具有較小的插入損耗、矩形系數更佳、品質因數更高。2、本申請引入的導熱層具有良好的導熱性能，能夠使聲表面波器件在高功率條件運行時產生的熱量及時散發，從而保證了器件的工作穩定性，與傳統的TCSAW濾波器相比，本申請的結構不容易積累熱量、能夠承受高功率。3、復合電極層經過退火處理能有效減少電極中晶體缺陷，提高復合電極層的導電率，減小器件插入插損。同時復合電極層在退火處理過程中在晶界處形成金屬間化合物增強電極強度，有利于提高器件功率耐受性。本申請公開的制作方法，所使用的制備工藝容易實現，易于大規模推廣，對于提高TCSAW濾波器功率耐受性、增強SAW器件的溫度性等方面具有重大的實踐意義。附圖說明圖1是本申請一實施例提供的高功率耐受性TCSAW濾波器的結構示意圖。圖2是本申請一實施例提供的高功率耐受性TCSAW濾波器的透射電子顯微鏡照片。圖3是本申請一實施例提供的復合電極層的電極結構和壓電襯底部分的高分辨透射電子顯微鏡照片。圖4是本申請一實施例提供的高功率耐受性TCSAW濾波器的X射線衍射譜。圖5是本申請公開的高功率耐受性TCSAW濾波器的制備方法流程圖。圖6是本申請一實施例提供的高功率耐受性TCSAW濾波器和常規濾波本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種高功率耐受性溫補型聲表面波濾波器結構，其特征在于，所述結構由下至上依次包括壓電襯底、復合電極層、溫度補償層和導熱層；/n所述復合電極層設置在所述壓電襯底上，所述復合電極層由下至上依次包括第一電極打底層、第一電極主體層、第二電極打底層和第二電極主體層；/n所述溫度補償層設置在所述壓電襯底上并覆蓋所述復合電極層的相鄰電極間隙，所述溫度補償層的厚度大于所述復合電極層的厚度；/n所述導熱層設置在所述溫度補償層上，所述導熱層的材料為Si或SiC。/n

【技術特征摘要】
1.一種高功率耐受性溫補型聲表面波濾波器結構，其特征在于，所述結構由下至上依次包括壓電襯底、復合電極層、溫度補償層和導熱層；
所述復合電極層設置在所述壓電襯底上，所述復合電極層由下至上依次包括第一電極打底層、第一電極主體層、第二電極打底層和第二電極主體層；
所述溫度補償層設置在所述壓電襯底上并覆蓋所述復合電極層的相鄰電極間隙，所述溫度補償層的厚度大于所述復合電極層的厚度；
所述導熱層設置在所述溫度補償層上，所述導熱層的材料為Si或SiC。


2.根據權利要求1所述的結構，其特征在于，所述復合電極層還包括電極抗氧化層，所述電極抗氧化層設置在所述第二電極主體層上。


3.根據權利要求1或2所述的結構，其特征在于，所述第一電極主體層的材料和所述第二電極主體層的材料為Cu，所述第一電極主體層的厚度為5-20nm，所述第二電極主體層的厚度范圍為0.05λ≤he≤0.15λ，其中λ為復合電極層的電極周期波長，he為第二電極主體層的厚度。


4.根據權利要求1所述的結構，其特征在于，所述第一電極打底層和所述第二電極打底層的材料為Ti、Ni、Zr或Co，所述第一電極打底層和所述第二電極打底層的厚度為5-10nm。


5.根據權利要求2所述的結構，其特征在于，所述電極抗氧化層的材料為Ti或Cr，所述電極抗氧化層的厚度為5-15nm。


6.根據權利要求1所述的結構，其特征在于，所述溫度補償層的材料為SiO2，所述溫度補償層的厚度范圍為其中λ為復合電極層的電極周期波長，為溫度補償層的厚度。


7.根據權利要求1所述的結構，其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陸增天，傅肅磊，王為標，沈君堯，蘇榮宣，潘峰，
申請(專利權)人：無錫市好達電子有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32