一种Lamb波声学器件结构的制作方法

一种lamb波声学器件结构
技术领域
1.本发明涉及声学器件技术领域，具体涉及一种lamb波声学器件结构。


背景技术：

2.基于lamb波的声学器件具有频率高、带宽大、体积小、一致性好、可靠性高、损耗低、滤波性能佳等特点，lamb波声学器件已经成为雷达、卫星通信电子和移动终端等最主流的射频前端器件。随着5g时代高速移动通讯对高频段、大带宽lamb波声学器件的需求越来越高，激发高声速、大机电耦合系数声波模式实现高频段、大带宽的lamb波声学器件研制也显得非常的重要。
3.lamb波声学器件的高频段、大带宽设计主要取决于其压电材料及其切向、电极材料及尺寸、膜层拓扑结构。传统的lamb波声学器件都是在钽酸锂(litao3)、铌酸锂(linbo3)等单晶体材料上制作完成，一般声速温在3800m/s左右，相对带宽一般4%左右，限制了其在高频段、大带宽等方面的应用。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能够实现高频段、大带宽，从而更好的满足高速移动通讯需求的lamb波声学器件结构。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种lamb波声学器件结构，包括电极指条层、压电薄膜层、功能薄膜层和支撑衬底层；所述电极指条层位于所述压电薄膜层表面，所述电极指条层包括沿轴向设置的多个指条；所述压电薄膜层位于所述功能薄膜层表面，所述压电薄膜层包括沿轴向设置的多个压电薄膜组件，所述压电薄膜组件与所述指条一一对应，且所述指条位于对应所述压电薄膜组件的表面；所述功能薄膜层位于所述支撑衬底层表面，且所述压电薄膜层和所述功能薄膜层之间形成压电复合薄膜结构。
6.优选的，所述压电薄膜组件的轴向宽度大于等于对应位置所述指条的轴向宽度。
7.优选的，所述压电薄膜组件的轴向宽度等于对应位置所述指条的轴向宽度。
8.优选的，多个压电薄膜组件沿轴向均匀设置，且位于两侧所述压电薄膜组件的外端面到对应侧所述功能薄膜层外端面的距离大于0。
9.优选的，所述压电薄膜组件可以为单层或多层结构。
10.优选的，所述功能薄膜层可以为单层或多层结构。
11.优选的，所述支撑衬底层包括沿轴向设置的两个支撑衬底，且两个所述支撑衬底分别设置在所述功能薄膜层的轴向两侧，且两个所述支撑衬底之间具有间隙，以使得所述功能薄膜层的对应位置呈悬空设计。
12.优选的，所述支撑衬底层沿轴向方向的尺寸与所述功能薄膜层沿轴向方向的尺寸相适应。
13.优选的，所述压电薄膜层采用以下材料中的至少一种材料制成：铌酸锂、钽酸锂、石英、四硼酸锂、硅酸镓镧、铌酸镓镧。
14.优选的，所述功能薄膜层采用以下材料中的至少一种材料制成：铌酸锂、钽酸锂、石英、四硼酸锂、硅酸镓镧、铌酸镓镧、硅、蓝宝石、碳化硅、金刚石、尖晶石。
15.与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、声波在压电薄膜层中传播时，声波在压电薄膜层的边界处不停地发生反射、透射现象，同时存在声波模式的相互转化，从而形成传播模式非常复杂的lamb波；本方案通过设置功能薄膜层，使得功能薄膜层和压电薄膜层形成压电复合薄膜结构，这样可综合利用功能薄膜层和压电薄膜层中各材料的物理特性，突破单一材料的物理特性，使得由于声波能量束缚于压电复合薄膜结构中，无法向外辐射，因此往往具有较大的q值（品质因数）；另外，lamb波在压电复合薄膜结构中存在各阶次模式，高次谐波具有更高的声速，因此更适合用于研制高频/超高频声学滤波器。通过刻槽工艺，压电复合薄膜结构中lamb波的声学条件和电学条件均发生较大差异，通过对刻槽尺寸进行合理设计，可更有效地激发主模声波，抑制各高次谐波等寄生现象，有助于实现大带宽/超大带宽声学滤波器。因此，本方案的lamb波声学器件能够实现高频带(3ghz~80ghz)、大带宽(相对带宽8%~50%)，从而更好的满足高速移动通讯的需求，且该结构使用的制备工艺容易实现，易于大规模推广。
16.2、本发明中压电薄膜层、功能薄膜层和支撑衬底层可以根据需要设计为单层或多层结构形式，单层结构形式只能利用单一材料的物理特性，对频率、机电耦合系数及温度敏感性等指标设计主要是通过压电薄膜单一材料的设计实现。而多层结构形式则可以突破单一材料物理特性限制，充分利用各种不同材料的物理性能灵活地实现对频率、机电耦合系数及温度敏感性等指标设计。
附图说明
17.图1为本发明实施例一中lamb波声学器件结构的结构示意图（压电薄膜层为单层、功能薄膜层为双层；图2为本发明实施例一中lamb波声学器件结构的结构示意图（压电薄膜层和功能薄膜层均为双层；图3为本发明实施例一中lamb波声学器件结构的结构示意图（压电薄膜层和功能薄膜层均为多层）；图4为本发明实施例二中lamb波声学器件结构的结构示意图（压电薄膜层和功能薄膜层均为多层）。
18.附图标记说明：指条1、压电薄膜层2、功能薄膜层3、支撑衬底层4。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术
人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
20.本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
21.实施例一：如附图1所示，本实施例提供一种lamb波声学器件结构，包括电极指条层、压电薄膜层2、功能薄膜层3和支撑衬底层4；电极指条层位于压电薄膜层2表面，电极指条层包括沿轴向设置的多个指条1；压电薄膜层2位于功能薄膜层3表面，压电薄膜层2包括沿轴向设置的多个压电薄膜组件，压电薄膜组件与指条1一一对应，且指条1位于对应压电薄膜组件的表面；功能薄膜层3位于支撑衬底层4表面，且压电薄膜层2和功能薄膜层3之间形成压电复合薄膜结构。
22.在本实施例中，压电薄膜组件的轴向宽度大于等于对应位置指条1的轴向宽度。
23.在本实施例中，压电薄膜组件的轴向宽度等于对应位置指条1的轴向宽度。
24.在本实施例中，多个压电薄膜组件沿轴向均匀设置，且位于两侧压电薄膜组件的外端面到对应侧功能薄膜层3外端面的距离大于0。
25.在本实施例中，压电薄膜组件可以为单层（如附图1所示）或多层结构（如附图2和附图3所示）。
26.在本实施例中，功能薄膜层3可以为单层或多层结构（如附图2和附图3所示）。
27.在本实施例中，支撑衬底层4包括沿轴向设置的两个支撑衬底，且两个支撑衬底分别设置在功能薄膜层3的轴向两侧，且两个支撑衬底之间具有间隙，以使得功能薄膜层3的对应位置呈悬空设计。
28.在本实施例中，压电薄膜层2采用以下材料中的至少一种材料制成：铌酸锂linbo3、钽酸锂litao3、石英quartz、四硼酸锂、硅酸镓镧、铌酸镓镧。
29.在本实施例中，功能薄膜层3采用以下材料中的至少一种材料制成：铌酸锂linbo3、钽酸锂litao3、石英quartz、四硼酸锂、硅酸镓镧、铌酸镓镧、硅si、蓝宝石sapphire、碳化硅sic、金刚石diamond、尖晶石。
30.在本实施例中，电极指条层位于压电薄膜层2表面为叉指电极，采用以下材料中的至少一种材料制成：铝al、铜cu、金au、铂pt、钛ti、铬cr及铜铝合金。
31.在本实施例中，支撑衬底层4采用以下材料中的至少一种材料制成：硅si、蓝宝石sapphire、碳化硅sic、金刚石diamond、尖晶石。
32.实施例二：
与实施例一的区别之处在于，如附图4所示，在本实施例中，支撑衬底层4沿轴向方向的尺寸与功能薄膜层3沿轴向方向的尺寸相适应。
33.声波在压电薄膜层2中传播时，声波在压电薄膜层2的边界处不停地发生反射、透射现象，同时存在声波模式的相互转化，从而形成传播模式非常复杂的lamb波；本方案通过设置功能薄膜层3，使得功能薄膜层3和压电薄膜层2形成压电复合薄膜结构，这样可综合利用功能薄膜层3和压电薄膜层2中各材料的物理特性，突破单一材料的物理特性，使得由于声波能量束缚于压电复合薄膜结构中，无法向外辐射，因此往往具有较大的q值（品质因数）；另外，lamb波在压电复合薄膜结构中存在各阶次模式，高次谐波具有更高的声速，因此更适合用于研制高频/超高频声学滤波器，压电复合薄膜结构中的lamb波，激发的主模因数较大的机电耦合系数，可以实现大带宽/超大带宽声学滤波器，因此，本方案的lamb波声学器件能够实现高频带、大带宽，从而更好的满足高速移动通讯的需求，且该结构使用的制备工艺容易实现，易于大规模推广。本发明中压电薄膜层2、功能薄膜层3和支撑衬底层4可以根据需要设计为单层或多层结构形式。
34.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种lamb波声学器件结构，其特征在于，包括电极指条层、压电薄膜层、功能薄膜层和支撑衬底层；所述电极指条层位于所述压电薄膜层表面，所述电极指条层包括沿轴向设置的多个指条；所述压电薄膜层位于所述功能薄膜层表面，所述压电薄膜层包括沿轴向设置的多个压电薄膜组件，所述压电薄膜组件与所述指条一一对应，且所述指条位于对应所述压电薄膜组件的表面；所述功能薄膜层位于所述支撑衬底层表面，且所述压电薄膜层和所述功能薄膜层之间形成压电复合薄膜结构。2.根据权利要求1所述的lamb波声学器件结构，其特征在于，所述压电薄膜组件的轴向宽度大于等于对应位置所述指条的轴向宽度。3.根据权利要求2所述的lamb波声学器件结构，其特征在于，所述压电薄膜组件的轴向宽度等于对应位置所述指条的轴向宽度。4.根据权利要求1所述的lamb波声学器件结构，其特征在于，多个压电薄膜组件沿轴向均匀设置，且位于两侧所述压电薄膜组件的外端面到对应侧所述功能薄膜层外端面的距离大于0。5.根据权利要求1所述的lamb波声学器件结构，其特征在于，所述压电薄膜组件为单层或多层结构。6.根据权利要求1所述的lamb波声学器件结构，其特征在于，所述功能薄膜层为单层或多层结构。7.根据权利要求1所述的lamb波声学器件结构，其特征在于，所述支撑衬底层包括沿轴向设置的两个支撑衬底，且两个所述支撑衬底分别设置在所述功能薄膜层的轴向两侧，且两个所述支撑衬底之间具有间隙，以使得所述功能薄膜层的对应位置呈悬空设计。8.根据权利要求1所述的lamb波声学器件结构，其特征在于，所述支撑衬底层沿轴向方向的尺寸与所述功能薄膜层沿轴向方向的尺寸相适应。9.根据权利要求1所述的lamb波声学器件结构，其特征在于，所述压电薄膜层采用以下材料中的至少一种材料制成：铌酸锂、钽酸锂、石英、四硼酸锂、硅酸镓镧、铌酸镓镧。10.根据权利要求1所述的lamb波声学器件结构，其特征在于，所述功能薄膜层采用以下材料中的至少一种材料制成：铌酸锂、钽酸锂、石英、四硼酸锂、硅酸镓镧、铌酸镓镧、硅、蓝宝石、碳化硅、金刚石、尖晶石。

技术总结
本发明公开了一种Lamb波声学器件结构，包括电极指条层、压电薄膜层、功能薄膜层和支撑衬底层；所述电极指条层位于所述压电薄膜层表面，所述电极指条层包括沿轴向设置的多个指条；所述压电薄膜层位于所述功能薄膜层表面，所述压电薄膜层包括沿轴向设置的多个压电薄膜组件，所述压电薄膜组件与所述指条一一对应，且所述指条位于对应所述压电薄膜组件的表面；所述功能薄膜层位于所述支撑衬底层表面，且所述压电薄膜层和所述功能薄膜层之间形成压电复合薄膜结构。本方案的Lamb波声学器件能够实现高频带、大带宽，从而更好的满足高速移动通讯的需求，且该结构使用的制备工艺容易实现，易于大规模推广。易于大规模推广。易于大规模推广。


技术研发人员：陈正林 杜雪松 李桦林 马晋毅 肖强 贺艺 徐瑞豪 潘虹芝 陆川 董加和 梁柳洪
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十六研究所
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/8/13