專利名稱：具有疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)的聲表面波器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲表面波器件裝置，尤其涉及一種疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)的聲表面波器件，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從半導體理論可知，介電性能不同的周期結(jié)構(gòu)，能形成能帶結(jié)構(gòu)，生成帶隙，已成為半導體器件物理的基本概念。由此推廣于光學，有了光子晶體的快速進展。近來，開始研究的聲子晶體，也有一些可喜進展。聲表面波器件是現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)元件，它基于壓電材料的(逆)壓電效應(yīng)， 采用叉指換能器、反射柵陣和多條耦合器等金屬和介質(zhì)電極結(jié)構(gòu)(有源電極)，實施電-機械-電能量轉(zhuǎn)換、生成和處理聲表面波等功能，完成電信號諧振、濾波、延時和實時處理等。常規(guī)器件芯片布局大體可分為四個部分叉指換能器、反射柵陣和多條耦合器等確定器件主要電性能的有源部分，匯流電極、屏蔽電極等無源部分，集成在芯片上的電阻電容等元件部分和外圍無金屬膜的空白部分。有源部分基本結(jié)構(gòu)是垂直于聲表面波傳播方向周期排列的叉指、開路或短路柵陣狀金屬電極，電極延伸方向基本垂直于聲表面波傳播方向；元件部分電極圖形與有源部分近似，但排列方向可以任意；無源部分多是大面積金屬塊，如需要，包含有規(guī)定的引出電極壓焊區(qū)。壓電基片上傳播的聲表面波，會逐漸擴展其波束，使器件性能變壞。借鑒聲子晶體的概念，約束聲表面波的傳播方向，是一個可探索的方法。美國專利US7939987(Marc Solar等)2008年首先提出一種二維點陣反射器結(jié)構(gòu) (圖1)，疊加在聲表面波諧振器芯片的叉指換能器和反射柵陣的電極上。實驗應(yīng)用于漏波模式傳播的聲表面波諧振器中，發(fā)現(xiàn)能使窄孔徑器件的性能較大改進，但它的主要缺點是沒有涉及器件的匯流電極和外圍；二維點陣反射器要求準確套刻在器件的有源電極上，工藝要求高，且極易造成電極短路。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為表面疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)的聲表面波器件，包括有源部分、無源部分、元件部分和空白部分，其特征在于器件芯片表面疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)，所述條陣結(jié)構(gòu)疊加在器件電極結(jié)構(gòu)上方，器件有源部分垂直于聲表面波傳播方向，疊加在器件有源電極部分變?yōu)槎S點陣，在器件其余部分仍為一維條陣。上述聲表面波器件，其進一步特征在于所述條陣結(jié)構(gòu)的條方向近似沿聲表面波傳播方向延伸，條或平行或傾斜或發(fā)散會聚或其組合，由于聲表面波器件設(shè)計的聲表面波聲道一般是沿聲表面波傳播方向設(shè)置的，即要求有用的聲表面波不要偏離，所以疊加條陣結(jié)構(gòu)大都是平行于聲表面波傳播方向延伸的平行條陣；對于具有非零度能流角的壓電材料，采用傾斜(與器件有源電極非正交)的條陣結(jié)構(gòu)有助于改進器件性能，在利用小角度反射的Z徑結(jié)構(gòu)，傾斜條狀是必要的；對于聲表面波諧振器，采用發(fā)散會聚狀條狀結(jié)構(gòu)，可以抑制高次橫向模的產(chǎn)生。所述條陣結(jié)構(gòu)的條間距是有一定規(guī)律的準周期值；在一般情況下，設(shè)計條陣的條間距是定值，約等于器件中心頻率對應(yīng)聲表面波半波長，也就是器件有源電極的標稱周期 (單指器件有源電極周期)。在采用錐形換能器的器件中，條陣條間距應(yīng)與換能器標稱周期同步，所以是單調(diào)變化不等距的。當然，對非平行條陣來說，中心對稱的條間距應(yīng)是較好的選擇。條陣結(jié)構(gòu)是由微電子工藝常用材料構(gòu)成的，是金屬或者介質(zhì)，本發(fā)明主要是利用疊加條狀結(jié)構(gòu)的質(zhì)量負載對下方聲表面波傳播產(chǎn)生周期干擾，達到約束聲表面波束的目的，所以結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量加載特性，較大影響其功能。常用的金屬，如金、鎢、鉬等是較好的選擇，即使用鋁，相對膜厚(以器件中心頻率對應(yīng)的聲表面波波長度量的薄膜厚度)大些，也有一定效果。同時，由于主要是質(zhì)量負載效應(yīng)，采用介質(zhì)膜也是可以的。加入疊加結(jié)構(gòu)會導致聲表面波傳輸特性發(fā)生微量變化，必要時，應(yīng)修正器件設(shè)計參數(shù)。器件外圍可設(shè)置條陣，器件引出焊點部分不疊加條陣。在器件外圍空白區(qū)條陣設(shè)置辦法有兩種一是在器件掩膜上預先設(shè)置塊狀電極圖形，二次套刻工藝后，得到同無源部分相同的結(jié)構(gòu)金屬塊上方條陣；另一個辦法是在器件掩膜上就制作條陣，在二次套刻時不參與腐蝕，此時的結(jié)構(gòu)不但有質(zhì)量負載，也有電負載， 功能更有效。同時，器件引出焊點部分不疊加條陣的原因是，對金屬條陣，可能使焊接可靠性降低，而介質(zhì)條陣沒法采用。其實，在采用金屬條陣結(jié)構(gòu)時，上層的金屬等同于電極加厚， 還會提高焊接可靠性。具有表面疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)的聲表面波器件套刻工藝為
(1)采用雙層膜淀積工藝，依次在壓電基片上淀積聲表面波器件用金屬膜和疊加結(jié)構(gòu)用金屬(或介質(zhì))膜。(2)在此雙層膜上制作常規(guī)聲表面波器件。(3)采用條陣掩膜，腐蝕去除上層金屬或介質(zhì)膜，完成疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)。由于聲表面波器件有源電極與本發(fā)明疊加條陣是近似垂直的，在聲表面波器件有源電極部分就形成疊加二維點陣，有源電極部分點陣條陣條間距周期在有源電極處可以不同于其他部分，通過掩膜設(shè)計和腐蝕工藝可以微調(diào)器件有源電極上的點陣參數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明是在表面波器件芯片表面疊加一與聲表面波傳播方向近似平行排列的準周期條陣結(jié)構(gòu)，來約束聲表面波傳播，有助于減小器件性能下降；工藝簡單，設(shè)計自由，可以應(yīng)用于所有聲表面波器件，改進其性能。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的Marc Solar等報道的具有二維反射器的聲表面波諧振器。圖2A為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)聲表面波器件芯片(中頻濾波器)。圖2B本發(fā)明實施例的采用本發(fā)明后的器件芯片(中頻濾波器)。圖3本發(fā)明實施例的疊加會聚發(fā)散狀條陣結(jié)構(gòu)的聲表面波諧振器。圖4本發(fā)明實施例的疊加變化間距條陣結(jié)構(gòu)的錐形聲表面波濾波器。圖5本發(fā)明實施例的采用本發(fā)明的聲表面波器件制作工藝流程。
圖6本發(fā)明實施例的器件外圍采用條陣結(jié)構(gòu)的聲表面波標簽。
具體實施例方式結(jié)合附圖與具體實施例進一步作以下說明。本實施例是在常規(guī)聲表面波器件芯片表面疊加一準周期條陣結(jié)構(gòu)。條陣的條方向近似沿聲表面波傳播方向延伸。在器件的有源電極(叉指換能器和反射柵陣等)部分變?yōu)槎S點陣，而在其余部分仍為一維條陣。二是采用雙層膜淀積工藝和條陣掩膜腐蝕去除上層膜，不需精確套刻即可制作出本發(fā)明的疊加條陣結(jié)構(gòu)。常規(guī)聲表面波器件芯片是由壓電基片和在其上采用微電子技術(shù)制作的單層金屬膜電極圖形構(gòu)成的?，F(xiàn)今先進的聲表面波器件還會采用鈍化或預淀積介質(zhì)膜的壓電基片、 介質(zhì)膜加載、表面鈍化層、引出電極壓焊層加厚等芯片工藝，提高器件性能，但芯片技術(shù)實質(zhì)未變。采用新的芯片工藝時，對于專業(yè)人士實施本發(fā)明不會帶來任何困難，所以下面以常規(guī)器件芯片來說明本發(fā)明。一、聲表面器件芯片表面疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)。圖2A為沒有采用本發(fā)明的常規(guī)聲表面波器件芯片(以中頻濾波器為例)，圖2B為采用本發(fā)明后的器件芯片(中頻濾波器)。1)條陣結(jié)構(gòu)疊加在器件電極結(jié)構(gòu)上方。由于器件有源部分是垂直于聲表面波傳播方向周期排列的叉指、開路或短路柵陣狀金屬電極，電極延伸方向基本垂直于聲表面波傳播方向，所以疊加在器件有源電極部分變?yōu)槎S點陣，而在器件其余部分仍為一維條陣。2)條陣的條方向近似沿聲表面波傳播方向延伸，條可以是平行、傾斜、發(fā)散會聚和其組合。由于聲表面波器件設(shè)計的聲表面波聲道一般是沿聲表面波傳播方向設(shè)置的，即要求有用的聲表面波不要偏離，所以疊加條陣結(jié)構(gòu)大都是平行于聲表面波傳播方向延伸的平行條陣。對于具有非零度能流角的壓電材料，采用傾斜(與混器件有源電極非正交)的條陣結(jié)構(gòu)有助于改進器件性能。在利用小角度反射的Z徑結(jié)構(gòu)，傾斜條狀是必要的。對于聲表面波諧振器，采用發(fā)散會聚狀條狀結(jié)構(gòu)(圖3)，可以抑制高次橫向模的產(chǎn)生。3)條陣的條間距是有一定規(guī)律的準周期值。在一般情況下，設(shè)計條陣的條間距是定值，約等于器件中心頻率對應(yīng)聲表面波半波長，也就是器件有源電極的標稱周期(單指器件有源電極周期)。在采用錐形換能器的器件中，條陣條間距應(yīng)與換能器標稱周期同步，所以是單調(diào)變化不等距的(圖4)。當然，對非平行條陣來說，中心對稱的條間距應(yīng)是較好的選擇。4)條陣結(jié)構(gòu)是由微電子工藝常用材料構(gòu)成的，可以是金屬，也可以是介質(zhì)。本實施例主要是利用疊加條狀結(jié)構(gòu)的質(zhì)量負載對下方聲表面波傳播產(chǎn)生周期干擾，達到約束聲表面波束的目的，所以結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量加載特性，較大影響其功能。常用的金屬，如金、鎢、鉬等是較好的選擇，即使用鋁，相對膜厚(以器件中心頻率對應(yīng)的聲表面波波長度量的薄膜厚度)大些，也有一定效果。由于主要是質(zhì)量負載效應(yīng)，采用介質(zhì)膜也是可以的。加入疊加結(jié)構(gòu)會導致聲表面波傳輸特性發(fā)生微量變化，必要時，應(yīng)修正器件設(shè)計參數(shù)。5)器件外圍可設(shè)置條陣，器件引出焊點部分不疊加條陣。在器件外圍空白區(qū)設(shè)置條陣，可以更有效的發(fā)揮條陣功能。設(shè)置辦法有兩種一是在器件掩膜上預先設(shè)置塊狀電極圖形，二次套刻工藝后，得到同無源部分相同的結(jié)構(gòu)金屬塊上方條陣。另一個辦法是在器件掩膜上就制作條陣，在二次套刻時不參與腐蝕，此時的結(jié)構(gòu)不但有質(zhì)量負載，也有電負載，功能更有效。器件引出焊點部分不疊加條陣的原因是，對金屬條陣，可能使焊接可靠性降低，而介質(zhì)條陣沒法采用。其實，在采用金屬條陣結(jié)構(gòu)時，上層的金屬等同于電極加厚，還會提高焊接可靠性。二、實現(xiàn)本發(fā)明不需要精確套刻工藝，即可形成疊加條陣結(jié)構(gòu)。制作本實施例疊加條陣結(jié)構(gòu)的工藝流程見圖5。首先采用雙層膜淀積工藝，依次在壓電基片上淀積聲表面波器件用金屬膜和疊加結(jié)構(gòu)用金屬(或介質(zhì))膜(圖5A)。在此雙層膜上制作常規(guī)聲表面波器件(圖5B)。最后采用條陣掩膜，腐蝕去除上層金屬(或介質(zhì))膜， 完成疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)(圖5C)。三、有源電極部分點陣。 由于聲表面波器件有源電極與本實施例疊加條陣是近似垂直的，自然在聲表面波器件有源電極部分就形成疊加二維點陣。此二維點陣在沿聲表面波傳播方向的周期是聲表面波器件的周期，而在垂直于聲表面波傳播方向的周期，則由疊加條陣設(shè)計確定。條陣條間距周期在有源電極處可以不同于其他部分。在一些特別設(shè)計中，有源電極區(qū)域可以不疊加條陣結(jié)構(gòu)。通過掩膜設(shè)計和腐蝕工藝可以微調(diào)器件有源電極上的點陣參數(shù)。四、實施例。1、采用本發(fā)明的聲表面波諧振器。聲表面波諧振器，單獨就是一種廣泛應(yīng)用的聲表面波器件，而且又是諧振型聲表面波濾波器的基本單元，通過采用本發(fā)明，有望減小諧振器聲道孔徑和反射柵陣長度，有明顯的實用意義。一種采用本發(fā)明的聲表面波諧振器如圖3，由于設(shè)計了會聚發(fā)散狀條陣結(jié)構(gòu)，可以抑制高次橫向模的產(chǎn)生。2、采用本發(fā)明的中頻濾波器。中頻濾波器，是視聽和通信設(shè)備的必用元件。由于其工作頻率較低，所以器件芯片面積較大，所以窄孔徑成為提高中頻濾波器性價比的首選手段。孔徑窄，就要求聲表面波波束在傳播過程中不能擴散，采用本發(fā)明是一個好辦法。圖2B為采用本發(fā)明的中頻濾波器，在回流電極和屏蔽電極均疊加有條狀結(jié)構(gòu)，當然保留了引出焊接區(qū)。3、采用本發(fā)明的錐形濾波器。錐形濾波器以其較低插入衰耗和自由設(shè)計大帶寬等優(yōu)點，已成為現(xiàn)今通信用中頻濾波器的主流產(chǎn)品。由于芯片上叉指換能器呈等腰梯形狀，其激發(fā)的聲表面波波前不垂直于設(shè)定的聲波傳播聲道，致使器件高頻端損耗和帶外抑制要比低頻端差許多。采用本發(fā)明會改變這種不對稱。圖4為采用本發(fā)明的錐形濾波器，其條狀的條間距應(yīng)與換能器標稱周期同步，所以是單調(diào)變化不等距的。4、采用本發(fā)明的聲表面波標簽。聲表面波標簽和傳感器，是目前聲表面波器件的發(fā)展方向。目前研究最為廣泛的是延遲反射型標簽，由于利用了延時來避免發(fā)射脈沖對接收的干擾，以及加大標簽識別碼數(shù)目，所以聲表面波芯片的長度長，保證芯片上聲表面波的準直傳播更為重要。圖6為采用本發(fā)明的延遲反射型聲表面波標簽，僅在聲道上下外部設(shè)置了條狀結(jié)構(gòu)。此條陣結(jié)構(gòu)是在器件掩膜上設(shè)計的，有更好的約束效果。雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但實施例和附圖并不是用來限定本發(fā)明創(chuàng)造，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當可作各種變化或潤飾，同樣在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以本申請的權(quán)利要求保護范圍所界定的為準。
權(quán)利要求
1.一種具有疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)的聲表面波器件，包括有源部分、無源部分、元件部分和空白部分，其特征在于器件芯片表面疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)，所述條陣結(jié)構(gòu)疊加在器件電極結(jié)構(gòu)上方，器件有源部分垂直于聲表面波傳播方向，疊加在器件有源電極部分變?yōu)槎S點陣，在器件其余部分為一維條陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲表面波器件，其特征在于所述條陣結(jié)構(gòu)的條方向沿聲表面波傳播方向延伸，條可以是平行、傾斜、發(fā)散會聚和其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲表面波器件，其特征在于所述條陣結(jié)構(gòu)的條間距是有一定規(guī)律的準周期值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲表面波器件，其特征在于所述條陣結(jié)構(gòu)是由微電子工藝常用材料構(gòu)成的，可以是金屬，也可以是介質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的聲表面波器件，其特征在于所述器件外圍設(shè)置條陣，器件引出焊點部分不疊加條陣。
6.一種應(yīng)用于具有疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)的聲表面波器件的方法，其特征在于所述套刻工藝步驟為(1)采用雙層膜淀積工藝，依次在壓電基片上淀積聲表面波器件用金屬膜和疊加結(jié)構(gòu)用金屬膜或介質(zhì)膜；(2)在此雙層膜上制作常規(guī)聲表面波器件；(3)采用條陣掩膜，腐蝕去除上層金屬膜或介質(zhì)膜，完成疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述應(yīng)用于具有疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)的聲表面波器件的方法，其特征在于條陣條間距周期在有源電極處不同于其他部分，通過掩膜設(shè)計和腐蝕工藝微調(diào)器件有源電極上的點陣參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)的聲表面波器件，是在常規(guī)的聲表面波器件芯片表面疊加準周期條陣結(jié)構(gòu)，條陣結(jié)構(gòu)的條方向沿聲表面波傳播方向延伸，條陣結(jié)構(gòu)的條間距是有一定規(guī)律的準周期值，于是在器件的有源電極部分變?yōu)槎S點陣，而在其余部分仍為一維條陣；采用雙層膜淀積工藝和條陣掩膜腐蝕去除上層膜，不需精確套刻即可制作出本發(fā)明的疊加條陣結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點在于工藝簡單，設(shè)計自由，可以應(yīng)用于所有聲表面波器件，改進其性能。
文檔編號H03H9/25GK102324908SQ201110188728
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者孫娟, 徐海林, 肖功亞, 陳培杕, 高寧 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所