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1、10申请公布号CN101997512A43申请公布日20110330CN101997512ACN101997512A21申请号201010522828522申请日20101028H03H9/25200601H03H3/0220060171申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号72发明人朱嘉琦刘罡王赛陆晓欣刘远鹏74专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人张果瑞54发明名称固贴式薄膜体声波谐振器及其全绝缘布拉格反射栅制备方法57摘要固贴式薄膜体声波谐振器及其全绝缘布拉格反射栅制备方法，涉及一种固贴式薄膜体声波谐振器及其反射栅制备方法。解决了现有固。
2、贴式薄膜体声波谐振器应用中存在寄生电容，进而导致器件电声性能的大幅下降与不稳定的问题，所述谐振器为上下电极和压电薄膜组成的压电振荡堆三明治结构直接生长到全绝缘布拉格反射栅上面，全绝缘布拉格反射栅由37组高声阻抗膜层和低声阻抗膜层交替组成，所述制备方法，具体为一、体系设计；二、基片清洗；三、沉积首层低声阻抗SIO2薄膜；四、沉积硅作为粘结层；五、沉积首层高声阻抗非晶金刚石薄膜；六、沉积硅薄膜作为粘结层；七、沉积第二层低声阻抗SIO2薄膜。本发明适用于电声性能要求稳定的应用领域。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图1页CN101997517A1。
3、/2页21固贴式薄膜体声波谐振器，其特征在于它包括上电极1、下电极2、压电薄膜3、全绝缘布拉格反射栅4和SI基底5，上电极1、下电极2和压电薄膜3组成以压电薄膜3为中心的压电振荡堆三明治结构，压电振荡堆直接生长到全绝缘布拉格反射栅4上面，全绝缘布拉格反射栅4生长在SI基底5上。2根据权利要求1所述的固贴式薄膜体声波谐振器，其特征在于全绝缘布拉格反射栅4为1层低声阻抗膜层42，所述低声阻抗膜层42为SIO2薄膜。3根据权利要求2所述的固贴式薄膜体声波谐振器，其特征在于低声阻抗膜层42的膜层厚度为3002000NM。4根据权利要求1所述的固贴式薄膜体声波谐振器，其特征在于全绝缘布拉格反射栅4由N层。
4、高声阻抗膜层41和M层低声阻抗膜层42交替叠加组成，高声阻抗膜层41和低声阻抗膜层42之间利用粘结层43站粘结在一起，低声阻抗膜层42直接生长在SI基底5上，高声阻抗膜层41为非晶金刚石薄膜，低声阻抗膜层42为SIO2薄膜，粘结层43为硅膜，其中N，M均为正整数，并且MN或者MN1。5根据权利要求4所述的固贴式薄膜体声波谐振器，其特征在于高声阻抗膜层41的膜层厚度为100500NM，低声阻抗膜层42的膜层厚度为3002000NM，粘结层43的厚度为550NM。6根据权利要求4所述的固贴式薄膜体声波谐振器，其特征在于高声阻抗膜层41为利用过滤阴极真空电弧系统沉积的富SP3杂化的非晶金刚石薄膜；低。
5、声阻抗膜层42为利用射频磁控溅射系统沉积SIO2薄膜；粘结层43为采用射频磁控溅射系统制备的硅膜。7权利要求4所述的固贴式薄膜体声波谐振器的全绝缘布拉格反射栅的制备方法，其特征在于具体过程如下步骤一、体系设计依据声学传输原理和固贴式薄膜体声波谐振器的工作机制，按照固贴式薄膜体声波谐振器工作频率的具体要求，获得高声阻抗材料非晶金刚石薄膜与低声阻抗材料SIO2薄膜的厚度，每层厚度应为声波波长的1/4；步骤二、基片清洗用丙酮、酒精将需制备固贴式薄膜体声波谐振器全绝缘布拉格反射栅的基片在超声波清洗机中依次清洗，超声波清洗机清洗的时间为1030MIN，取出后用电吹风吹干；步骤三、沉积首层低声阻抗SIO2。
6、薄膜将清洗后的基片放入沉积系统中，在基片上沉积低声阻抗SIO2薄膜，所述沉积系统采用射频磁控溅射系统；步骤四、沉积硅作为粘结层在沉积低声阻抗SIO2薄膜之后，推上基底与硅靶之间的挡板，关闭O2阀门，待O2气流流量为零后移开挡板，开始沉积硅，根据沉积时间来控制膜厚；步骤五、沉积首层高声阻抗非晶金刚石薄膜将沉积完成粘结层之后的基片放入过滤阴极真空电弧沉积系统中，在粘结层之上沉积高声阻抗非晶金刚石薄膜；步骤六、采用射频磁控溅射系统，在高声阻抗非晶金刚石薄膜之上沉积硅薄膜作为粘结层；步骤七、在粘结层上沉积第二层低声阻抗SIO2薄膜在步骤六完成之后，推上基底与硅靶之间的挡板，开启O2阀门，O2气体流量控。
7、制在4SCCM100SCCM，待气流稳定后移开挡板，开始沉积SIO2，根据沉积时间来控制膜厚；权利要求书CN101997512ACN101997517A2/2页3步骤八、重复步骤四至步骤七13次，得到不同层数的全绝缘结构布拉格反射栅。8根据权利要求7所述的全绝缘布拉格反射栅的制备方法，其特征在于步骤三所述的沉积首层低声阻抗SIO2薄膜的具体过程为步骤三一、将步骤二获得的基片置于磁控溅射真空仓内的加热台上，通过真空获得系统将真空仓内抽成真空，当真空仓内真空度达到1010499104PA时，启动加热装置，加热至251000，并且保温30MIN120MIN；步骤三二、通入AR气，当真空仓内压强为35。
8、PA时，对基片表面进行反溅清洗1020MIN；步骤三三、反溅清洗完毕后，施加溅射功率起辉，溅射功率为60500W，开启O2阀门，气体流量控制在4SCCM100SCCM，对硅靶表面预溅射1030MIN后，控制真空仓内气体压强为012PA，移开基底与硅靶之间的挡板，开始向衬底表面镀膜，根据沉积时间来控制膜厚。9根据权利要求7所述的全绝缘布拉格反射栅的制备方法，其特征在于步骤五所述的沉积首层高声阻抗非晶金刚石薄膜的具体过程为步骤五一、在本底真空度为1540106TORR时，注入纯度为9999的氩气，使真空度上升至1020104TORR，用考夫曼离子枪刻蚀非晶金刚石沉积面47MIN，刻蚀12次，工作氩。
9、气流量为8ML/MIN，刻蚀亚粒子能量为8001300EV，刻蚀后应间歇515MIN刻蚀后将卡盘转至沉积工作区；步骤五二、沉积采用不同梯度负偏压沉积碳离子，逐渐形成非晶金刚石薄膜的高声阻抗膜层，根据沉积时间来控制膜厚，沉积时衬底负偏压采用直流脉冲形式，梯度变化的范围为3600V至80V的任意变化区间，脉冲频率为1001500HZ，脉冲宽度为525S，对应的电弧电流为5070A；当所需沉积厚度在200NM以下时，采用100V80V的负偏压，当所需沉积厚度在200NM以上时，先采用3600V2000V的负偏压，获得低应力的亚膜层，再在其上逐渐过渡至100V80V的负偏压获得SP3杂化含量高的亚膜层。
10、。10根据权利要求7所述的全绝缘布拉格反射栅的制备方法，其特征在于步骤六所述的沉积硅薄膜作为粘结层的具体过程为步骤六一、将步骤五获得的基片置于磁控溅射真空仓内的加热台上，通过真空获得系统将真空仓内抽成真空，当真空仓内真空度达到1010499104PA时，启动加热装置，加热至251000，并且保温30MIN120MIN；步骤六二、通入AR气，当真空仓内压强为35PA时，对基片表面进行反溅清洗1020MIN；步骤六三、反溅清洗完毕后，施加溅射功率起辉，溅射功率为60500W，对硅靶表面预溅射1030MIN后，控制真空仓内气体压强为012PA，移开基底与硅靶之间的挡板，开始向衬底表面镀膜，根据沉积时。
11、间来控制膜厚。权利要求书CN101997512ACN101997517A1/5页4固贴式薄膜体声波谐振器及其全绝缘布拉格反射栅制备方法技术领域0001本发明涉及一种固贴式薄膜体声波谐振器及其反射栅制备方法。背景技术0002近年来，固贴式薄膜体声波谐振器SMRFBAR技术取得了突破性进展，已在第三代无线通信系统中得到广泛应用，例如作为基本单元用来制作滤波器、双工器和振荡器等频率选择器件。SMRFBAR是将上、下电极和压电薄膜构成的压电振荡堆，并将该三明治结构的压电震荡堆直接生长到由37组高/低声阻抗膜层分别交替而成的布拉格反射栅之上。图1是SMRFBAR的结构示意图。SMRFBAR的工作原理可简。
12、述为利用压电薄膜将电能转化为声能，声波在布拉格反射栅的作用下被限制在压电振荡堆内，在压电振荡堆内形成谐振，谐振频率上的声波损耗最小，再由逆压电效应转化为电能。谐振器只能通过特定频率的声波，并通过级联实现带通滤波器的效果。37组高/低声阻抗膜层分别交替而成布拉格反射栅，其主要作用是利用相邻膜层声阻抗的差别反射声波，实现声波能量最大利用。目前，高声阻抗材料主要采用钨、钼等重金属，低声阻抗材料主要采用SIO2。然而，采用金属作为高声阻抗材料存在着严重的寄生电容问题。这是因为金属为导电材料，金属/电介质SIO2/金属构成一个设计中不希望存在的电容器，进而导致器件电声性能的大幅下降与不稳定。发明内容00。
13、03本发明为了解决现有固贴式薄膜体声波谐振器应用中存在寄生电容，进而导致器件电声性能的大幅下降与不稳定的问题，提出固贴式薄膜体声波谐振器及其全绝缘布拉格反射栅制备方法。0004固贴式薄膜体声波谐振器，它包括上电极、下电极、压电薄膜、全绝缘布拉格反射栅和SI基底，上电极、下电极和压电薄膜组成以压电薄膜为中心的压电振荡堆三明治结构，压电振荡堆直接生长到全绝缘布拉格反射栅上面，全绝缘布拉格反射栅生长在SI基底上面。0005全绝缘布拉格反射栅的制备方法，具体过程如下0006步骤一、体系设计依据声学传输原理和固贴式薄膜体声波谐振器的工作机制，按照固贴式薄膜体声波谐振器工作频率的具体要求，获得高声阻抗材料。
14、非晶金刚石薄膜与低声阻抗材料SIO2薄膜的厚度，每层厚度应为声波波长的1/4；0007步骤二、基片清洗用丙酮、酒精将需制备固贴式薄膜体声波谐振器全绝缘布拉格反射栅的基片在超声波清洗机中依次清洗，超声波清洗机清洗的时间为1030MIN，取出后用电吹风吹干；0008步骤三、沉积首层低声阻抗SIO2薄膜将清洗后的基片放入沉积系统中，在基片上沉积低声阻抗SIO2薄膜，所述沉积系统采用射频磁控溅射系统；说明书CN101997512ACN101997517A2/5页50009步骤四、沉积硅作为粘结层在沉积低声阻抗SIO2薄膜之后，推上基底与硅靶之间的挡板，关闭O2阀门，待O2气流流量为零后移开挡板，开始沉。
15、积硅，根据沉积时间来控制膜厚；0010步骤五、沉积首层高声阻抗非晶金刚石薄膜将沉积完成粘结层之后的基片放入过滤阴极真空电弧沉积系统中，在粘结层之上沉积高声阻抗非晶金刚石薄膜；0011步骤六、采用射频磁控溅射系统，在高声阻抗非晶金刚石薄膜之上沉积硅薄膜作为粘结层；0012步骤七、在粘结层上沉积第二层低声阻抗SIO2薄膜在步骤六完成之后，推上基底与硅靶之间的挡板，开启O2阀门，O2气体流量控制在4SCCM100SCCM，待气流稳定后移开挡板，开始沉积SIO2，根据沉积时间来控制膜厚；0013步骤八、重复步骤四至步骤七13次，得到不同层数的全绝缘结构布拉格反射栅。0014发明效果00151与现有技术。
16、相比，本发明构建了一种全新的布拉格反射栅结构，其材料体系的全绝缘特性杜绝了产生寄生电容的可能。00162与现有技术相比，本发明在保证绝缘特性基础上其声波反射效果也非常优良。研究证明由于非晶金刚石的声阻抗ZA与SIO2的声阻抗ZB比值为301431，仅需23组叠层即可将负载阻抗降至很低的水平，从而实现良好的声波反射效果。0017本发明的固贴式薄膜体声波谐振器适用于电声性能要求稳定的应用领域。附图说明0018图1为固贴式薄膜体声波谐振器的结构示意图。图2为非晶金刚石和SIO2构成的膜系结构的理论负载阻抗随叠层数的关系曲线图。具体实施方式0019具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，固贴式薄膜体声。
17、波谐振器，它包括上电极1、下电极2、压电薄膜3、全绝缘布拉格反射栅4和SI基底5，上电极1、下电极2和压电薄膜3组成以压电薄膜3为中心的压电振荡堆三明治结构，压电振荡堆直接生长到全绝缘布拉格反射栅4上面，全绝缘布拉格反射栅4生长在SI基底5上。0020具体实施方式二、本实施方式与具体实施方式一所述的固贴式薄膜体声波谐振器的区别在于，所述全绝缘布拉格反射栅4为1层低声阻抗膜层42，所述低声阻抗膜层42为SIO2薄膜。0021本实施方式所述的全绝缘布拉格反射栅4为1层低声阻抗膜层42，结构简单。该低声阻抗膜层42可以是利用射频磁控溅射系统沉积SIO2薄膜。0022具体实施方式三、本实施方式是对具体。
18、实施方式二所述的固贴式薄膜体声波谐振器的进一步限定，所述低声阻抗膜层42的膜层厚度为3002000NM。0023具体实施方式四、本实施方式与具体实施方式一所述的固贴式薄膜体声波谐振器的区别在于，全绝缘布拉格反射栅4由N层高声阻抗膜层41和M层低声阻抗膜层42交替叠加组成，高声阻抗膜层41和低声阻抗膜层42之间利用粘结层43站粘结在一起，低说明书CN101997512ACN101997517A3/5页6声阻抗膜层42直接生长在SI基底5上，高声阻抗膜层41为非晶金刚石薄膜，低声阻抗膜层42为SIO2薄膜，粘结层43为硅膜，其中N，M均为正整数，并且MN或者MN1。0024本实施方式所述的全绝缘布。
19、拉格反射栅4有多层膜层组成，结构比具体实施方式二或三复杂，全绝缘布拉格反射栅4只能使特定频率的波通过，本实施方式的这种高/低声阻抗膜层分别交替而成的结构，能够利用相邻膜层声阻抗的差别反射声波，实现声波能量最大利用，通过级联实现带通滤波器的效果，器件的电声性能的大幅提高并且稳定性好。0025具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式四所述的固贴式薄膜体声波谐振器的进一步限定，高声阻抗膜层41的膜层厚度为100500NM，低声阻抗膜层42的膜层厚度为3002000NM，粘结层43的厚度为550NM。0026具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式四或五所述的固贴式薄膜体声波谐振器的进一步限定，高。
20、声阻抗膜层41为利用过滤阴极真空电弧系统沉积的富SP3杂化的非晶金刚石薄膜；低声阻抗膜层42为利用射频磁控溅射系统沉积SIO2薄膜；粘结层43为采用射频磁控溅射系统制备的硅膜。0027本发明所述的固贴式薄膜体声波谐振器的结构不局限于上述六种实施方式所述的结构，还可以是上述各实施方式所记载的技术特征的合理组合。0028具体实施方式七、本实施方式是对具体实施方式四的进一步说明，1N3，1M4。0029具体实施方式八、全绝缘布拉格反射栅的制备方法，具体过程如下0030步骤一、体系设计依据声学传输原理和固贴式薄膜体声波谐振器的工作机制，按照固贴式薄膜体声波谐振器工作频率的具体要求，获得高声阻抗材料非晶。
21、金刚石薄膜与低声阻抗材料SIO2薄膜的厚度，每层厚度应为声波波长的1/4；0031步骤二、基片清洗用丙酮、酒精将需制备固贴式薄膜体声波谐振器全绝缘布拉格反射栅的基片在超声波清洗机中依次清洗，超声波清洗机清洗的时间为1030MIN，取出后用电吹风吹干；0032步骤三、沉积首层低声阻抗SIO2薄膜将清洗后的基片放入沉积系统中，在基片上沉积低声阻抗SIO2薄膜，所述沉积系统采用射频磁控溅射系统；0033步骤四、沉积硅作为粘结层在沉积低声阻抗SIO2薄膜之后，推上基底与硅靶之间的挡板，关闭O2阀门，待O2气流流量为零后移开挡板，开始沉积硅，根据沉积时间来控制膜厚；0034步骤五、沉积首层高声阻抗非晶金。
22、刚石薄膜将沉积完成粘结层之后的基片放入过滤阴极真空电弧沉积系统中，在粘结层之上沉积高声阻抗非晶金刚石薄膜；0035步骤六、采用射频磁控溅射系统，在高声阻抗非晶金刚石薄膜之上沉积硅薄膜作为粘结层；0036步骤七、在粘结层上沉积第二层低声阻抗SIO2薄膜在步骤六完成之后，推上基底与硅靶之间的挡板，开启O2阀门，O2气体流量控制在4SCCM100SCCM，待气流稳定后移开挡板，开始沉积SIO2，根据沉积时间来控制膜厚；0037步骤八、重复步骤四至步骤七13次，得到不同层数的全绝缘结构布拉格反射栅。0038步骤一中高声阻抗材料非晶金刚石薄膜与低声阻抗材料SIO2薄膜的厚度均为声说明书CN1019975。
23、12ACN101997517A4/5页7波波长的1/4，以保证最佳的声波反射效果，用公式表示为0039DVF/40040其中，D为膜层厚度，V为纵声波在材料中传播的速度，F为要求的谐振工作频率。0041具体实施方式九、本实施方式是对具体实施方式八的进一步说明，具体实施方式七中步骤三具体为0042步骤三一、将步骤二获得的基片置于磁控溅射真空仓内的加热台上，通过真空获得系统将真空仓内抽成真空，当真空仓内真空度达到1010499104PA时，启动加热装置，加热至251000，并且保温30MIN120MIN；0043步骤三二、通入AR气，当真空仓内压强为35PA时，对基片表面进行反溅清洗1020MIN。
24、；0044步骤三三、反溅清洗完毕后，施加溅射功率起辉，溅射功率为60500W，开启O2阀门，气体流量控制在4SCCM100SCCM，对硅靶表面预溅射1030MIN后，控制真空仓内气体压强为012PA，移开基底与硅靶之间的挡板，开始向衬底表面镀膜，根据沉积时间来控制膜厚。0045具体实施方式十、本实施方式是对具体实施方式八的进一步说明，具体实施方式七中步骤五具体为0046步骤五一、在步骤五获得的本底真空度为1540106TORR时，注入纯度为9999的氩气，使真空度上升至1020104TORR，用考夫曼离子枪刻蚀非晶金刚石沉积面47MIN，刻蚀12次，工作氩气流量为8ML/MIN，刻蚀亚粒子能量。
25、为8001300EV，刻蚀后应间歇515MIN刻蚀后将卡盘转至沉积工作区；0047步骤五二、沉积采用不同梯度负偏压沉积碳离子，逐渐形成非晶金刚石薄膜的高声阻抗膜层，根据沉积时间来控制膜厚，沉积时衬底负偏压采用直流脉冲形式，梯度变化的范围为3600V至80V的任意变化区间，脉冲频率为1001500HZ，脉冲宽度为525S，对应的电弧电流为5070A。0048当所需沉积厚度在200NM以下时，可直接采用100V80V的负偏压，当所需沉积厚度在200NM以上时，可先采用较高衬底偏压3600V2000V以获得低应力的亚膜层，再在其上逐渐过渡至100V80V的负偏压获得SP3杂化含量高的亚膜层。0049。
26、具体实施方式十一、本实施方式是对具体实施方式八的进一步说明，具体实施方式七中步骤六具体为0050步骤六一、将步骤五获得的基片置于磁控溅射真空仓内的加热台上，通过真空获得系统将真空仓内抽成真空，当真空仓内真空度达到1010499104PA时，启动加热装置，加热至251000，并且保温30MIN120MIN；0051步骤六二、通入AR气，当真空仓内压强为35PA时，对基片表面进行反溅清洗1020MIN；0052步骤六三、反溅清洗完毕后，施加溅射功率起辉，溅射功率为60500W，对硅靶表面预溅射1030MIN后，控制真空仓内气体压强为012PA，移开基底与硅靶之间的挡板，开始向衬底表面镀膜，根据沉积时间来控制膜厚。0053图2中为多层膜的层数N与负载阻抗ZLOAD之间的关系，当NNM为奇数时，即MN1时，负载阻抗ZLOADZL/ZHN1Z2/ZS，当NNM为偶数时，即MN时，负载阻抗说明书CN101997512ACN101997517A5/5页8ZLOADZL/ZHNZS，其中ZL为低声阻抗膜层42的材料声阻抗，ZH为高声阻抗膜层41的材料声阻抗，ZS为SI基底5的材料声阻抗，图2中第一个点，即N0的点表示SI基底5的材料声阻抗。说明书CN101997512ACN101997517A1/1页9图1图2说明书附图CN101997512A。