一種復合基底的聲表面波器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及高性能聲表面波器件技術領域。更具體地，涉及一種采用以形成有C軸擇優取向的單晶氮化鋁薄膜的單晶藍寶石襯底作為復合基底的聲表面波器件。
【背景技術】
[0002]聲表面波器件是基于壓電材料的壓電和逆壓電效應，通過叉指電極實現電信號和聲波互相轉換的器件。聲表面波器件具有體積小、質量輕、可靠性高以及能在苛刻的環境下穩定工作等特點，在現代化通訊系統中具有廣泛的應用。隨著信息和通訊技術的高速發展，很多應用領域對聲表面波器件的工作頻率不斷提出更高的要求。聲表面波器件的工作頻率主要取決于聲表面波在壓電介質表面的傳播速度以及制作在該壓電介質表面、用于激發和接收聲表面波的叉指電極的寬度等因素。眾所周知，聲波在不同介質中的傳播速度是不同的，同樣，聲表面波在不同介質表面的傳播速度也是不一樣的。為了獲得更高的工作頻率，人們嘗試使用聲速更高的材料作為傳播媒介，例如金剛石。天然金剛石是已知的聲速最高的材料，目前，人們多采用壓電薄膜/金剛石薄膜/硅襯底復合結構作基底，來制作高頻聲表面波器件。
[0003]現有技術中，金剛石薄膜多采用化學氣相淀積法制得。作為高頻聲表面波器件的基底材料必須要求有非常好的表面平整性，這樣可以盡量減小表面缺陷等因素對聲波傳輸的影響。然而，對金剛石進行研磨拋光處理以得到納米粗糙度的表面需要花費大量的時間和材料。并且，人工合成金剛石成本很高，聲速也遠沒有天然金剛石那么理想。
[0004]氮化鋁是已知聲速最高的壓電材料，是制作高頻聲表面波器件的首選材料。薄膜材料的致密程度和表面粗糙程度均會對聲波的傳播損耗產生較大的影響，這種損耗隨頻率的增加會變得更加嚴重。然而文獻中常用于聲表面波器件制作的氮化鋁薄膜多為通過射頻或者直流濺射等方法得到的多晶薄膜。雖然通過優化濺射條件，可以控制得到盡可能高的C軸擇優取向性，但是仍然不能得到近似垂直于薄膜表面的C軸。C軸的傾斜一方面導致寄生雜波的存在，從而使得聲表面波器件的頻率響應難以控制。另一方面，多晶氮化鋁在聲速和壓電性能等方面都不如單晶氮化鋁。因此，獲得致密的、表面光滑的、擇優取向一致的壓電薄膜是獲得性能良好的高頻聲表面波器件的關鍵。因此，為便于大規模制作高性能的聲表面波器件，本領域技術人員希望能找到一種新型的復合襯底，提出一種基于新型復合基底的聲表面波器件，它不僅具有較高的聲速，而且具有較低的成本和簡便的制作工藝。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的一個目的在于提供一種復合基底的聲表面波器件。本實用新型的聲表面波器件可以是聲表面波諧振器，聲表面波濾波器或者基于聲表面波的傳感器等。本實用新型的聲表面波器件是以形成有c軸擇優取向的單晶氮化鋁薄膜的單晶藍寶石襯底作為復合基底，具有加工方便，節約成本的特點。同時高質量的C軸擇優取向的單晶氮化鋁薄膜的晶格缺陷率很低，壓電性能更好，更利于得到高性能的聲表面波器件。
[0006]為達到上述目的，本實用新型采用下述技術方案:
[0007]一種復合基底的聲表面波器件，包括單晶藍寶石襯底，
[0008]形成在單晶藍寶石襯底上的c軸擇優取向的單晶氮化鋁薄膜，以及
[0009]形成在c軸擇優取向的單晶氮化鋁薄膜上的至少一組金屬叉指電極和一對反射柵。
[0010]優選地，所述聲表面波的波長為λ，所述金屬叉指電極和所述反射柵的線寬均為a，所述金屬叉指電極和所述反射柵間隙均為b，則A、a和b的關系滿足λ =2(a+b)o由于器件工作頻率f和聲表面波的速度V以及聲表面波的波長λ存在如下關系= V/ λ，因此，所述金屬叉指電極和反射柵的寬度a，間隙b的大小取決于所需器件的頻率和壓電材料的聲表面波傳播速度。由于工藝精度原因，實際制作出來的器件a和b可能存在誤差，該誤差不顯著影響器件性能。
[0011]優選地，所述單晶藍寶石襯底的厚度為0.1?1_。
[0012]優選地，由于聲表面波主要集中在壓電薄膜表面一個波長內傳播，因此c軸擇優取向的單晶氮化鋁薄膜的厚度不小于聲表面波波長λ。
[0013]優選地，所述金屬叉指電極和反射柵的材料為鋁、金或鉻。金屬材料的選擇依據所需器件的用途和性能要求而定。一般地，鋁的電阻率低，制作聲表面波器件的損耗小。金用于聲表面波生物傳感器中。鉻粒徑小便于制作高頻聲表面波器件。其他金屬也可應用于聲表面波器件中。
[0014]優選地，所述聲表面波器件為聲表面波生物傳感器，所述金屬叉指電極材料為金。
[0015]優選地，所述聲表面波器件為高頻聲表面波器件，所述金屬叉指電極材料為鉻。
[0016]優選地，所述聲表面波器件為聲表面波諧振器，聲表面波濾波器或聲表面波傳感器。
[0017]優選地，所述反射柵對稱地位于所述叉指電極兩外側。
[0018]優選地，所述金屬叉指電極和反射柵的厚度視具體的器件和工藝參數而定。一般地，叉指越細，電子束光刻膠越薄，金屬越薄。為便于剝離，金屬的厚度約為光刻膠厚度的1/4 到 1/3。
[0019]本實用新型的有益效果如下:
[0020]本實用新型中，單晶藍寶石襯底的聲速緊次于金剛石，且具有化學性質穩定，與氮化鋁單晶薄膜之間的晶格常數失配率小，生產工藝成熟等優點，非常適合用作高頻聲表面波器件的襯底材料。基于單晶藍寶石襯底用MOCVD或HVPE方法沉積高質量的c軸擇優取向的單晶氮化鋁薄膜的工藝在工業生產中易實現。這樣得到的c軸擇優取向的單晶氮化鋁薄膜較之在金剛石薄膜表面通過濺射等方法得到的多晶氮化鋁薄膜，具有更低的晶格缺陷，更好的壓電性能，從而減小聲波的傳播損耗，得到更高機電耦合系數的高頻聲表面波器件。因此，本實用新型的復合基底具有加工方便，節約成本的特點。同時高質量的c軸擇優取向的單晶氮化鋁薄膜的晶格缺陷率很低，壓電性能更好，更利于得到高性能的聲表面波器件。
【附圖說明】
[0021]圖1示出本實用新型的復合基底聲表面波器件的頂視示意圖。
[0022]圖2示出本實用新型的復合基底聲表面波器件的前視示意圖。
[0023]圖3示出本實用新型聲表面波器件中復合基底的XRD曲線。
[0024]圖4示出本實用新型的復合基底聲表面波器件S參數曲線。
【具體實施方式】
[0025]為了更清楚地說明本實用新型，下面結合優選實施例和附圖對本實用新型