專利名稱：一種具有大機電耦合系數和低插入損耗的聲表面波濾波器及其專用壓電薄膜的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有大機電耦合系數和低插入損耗的聲表面波濾波器及其專用壓電薄膜，屬于新材料和信息技術領域。
背景技術：
聲表面波器件是一種重要的固體電子器件，具有體積小、重量輕，信號處理能力強等優點，廣泛應用于移動通訊，電視廣播以及各類軍用雷達、通信系統中，具有巨大的市場需求和廣闊的發展前景。隨著第三代移動通訊技術的發展，聲表面波器件的使用頻率不斷提高，這就要求聲表面波器件的插入損耗不斷降低。薄膜聲表面波器件具有應用頻率范圍廣、制作簡單、成本低廉，能與半導體工藝集成，符合壓電器件微型化和集成化的發展趨勢。ZnO薄膜具有安全無毒，性質穩定，成本低，與硅匹配性好，而且其研制技術最為成熟，目前ZnO薄膜聲表面波器件已經能夠實現工業化生產，廣泛應用于軍事和民用的各個領域。然而目前ZnO壓電薄膜聲表面波器件的插入損耗一般都比較大，而且隨著聲表面波器件的使用頻率不斷提高，其插入損耗的問題越來越明顯。究其原因是因為ZnO薄膜的壓電響應較小，其壓電常數C^3 —般只有12pC/N左右，而且電阻率也不是很高，一般只有107Ω ·_。若能夠采用具有大壓電響應和高電阻率的ZnO薄膜材料來制備聲表面波濾波器，那么其插入損耗就可以顯著降低。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有大機電耦合系數和低插入損耗的聲表面波濾波器及其專用壓電薄膜。本發明提供的一種壓電薄膜為摻雜V、Cr和狗中任一種的ZnO壓電薄膜。上述的壓電薄膜中，V的原子百分數可為0.5% -3. 5%，如2. 1%。上述的壓電薄膜中，Cr的原子百分數可為1.9% -9%，如1.9%。上述的壓電薄膜中，Fe的原子百分數可為0.5% _1.7%，如1.7%。上述的壓電薄膜中，所述壓電薄膜的厚度可為IOOnm 500nm，具體可為150nm或250nm ；所述壓電薄膜的壓電常數可為110pC/N 200pC/N，具體可為110pC/N、120pC/N或200pC/N ；電阻率可為 IO7 Ω · cm IO14 Ω · cm,具體可為 101° Ω · cm 或 IO11 Ω · cm。本發明提供的具有大機電耦合系數和低插入損耗的聲表面波濾波器包括襯底、沉積于所述襯底上的所述壓電薄膜和設于所述壓電薄膜上的輸入叉指換能器與輸出叉指換能器。上述的聲表面波濾波器中，所述襯底的材質可為金剛石、藍寶石、類金剛石、碳化硅以及相應的薄膜材料。上述的聲表面波濾波器中，所述新型ZnO壓電薄膜可通過物理氣相沉積、化學氣相沉積、溶膠-凝膠或電化學的方法進行沉積；所述輸入叉指換能器與輸出叉指換能器可通過電子束直寫工藝進行制備。本發明提供的聲表面波濾波器的頻率可高達4GHz以上，且同時具有大機電耦合系數和低插入損耗的特點。本發明具有以下有益效果為采用高聲表面波速度的襯底材料和電子束直寫工藝制備的薄膜聲表面波濾波器頻率高達4GHz以上，制備的新型ZnO薄膜具有大的壓電響應和高的電阻率，因此叉指換能器能夠進行高效的能量轉換，所以聲表面波濾波器具有大機電耦合系數和低插入損耗。
圖1為本發明實施例制作的高頻聲表面波濾波器的結構示意圖。圖中各標記如下1金剛石、2V摻雜的ZnO壓電薄膜、3輸入叉指換能器、4輸出叉指換能器。
具體實施例方式下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。實施例1、聲表面波濾波器的制作采用物理氣相沉積法在金剛石1襯底材料上制備V摻雜的ZnO新型壓電薄膜2，V的原子百分數為2. 1 %，制得的新型V摻雜的ZnO壓電薄膜的壓電常數d33為110pC/N，電阻率P為1(ΓΩ ^m,厚度為250nm;在上述制得的新型V摻雜的ZnO壓電薄膜上采用電子束直寫工藝制作寬度為600nm的輸入叉指換能器3和輸出叉指換能器4，得到聲表面波濾波器，如圖1所示。上述制備的聲表面波濾波器的頻率為4. 2GHz，且機電耦合系數高達2. 9%和插入損耗為20dB。實施例2、聲表面波濾波器的制作采用化學氣相沉積法在類金剛石襯底材料上制備Cr摻雜的新型ZnO壓電薄膜，Cr的原子百分數為1. 9%，制得的新型ZnO壓電薄膜的壓電常數為d33為120pC/N，電阻率為P為IO11 Ω ^m,厚度為250nm;在上述制得的Cr摻雜的ZnO壓電薄膜上采用電子束直寫工藝制作寬度為500nm的輸入叉指換能器和輸出叉指換能器，得到聲表面波濾波器。上述制備的聲表面波濾波器的頻率為5GHz，且機電耦合系數高達3%和插入損耗為 15dB。實施例3、聲表面波濾波器的制作采用溶膠-凝膠法在藍寶石襯底材料上制備狗摻雜的ZnO新型壓電薄膜，狗的原子百分數為1.7%，制得的新型!^e摻雜的ZnO壓電薄膜的壓電常數為d33為130pC/N，電阻率為P為101° Ω · cm，厚度為150nm ；在上述制得的!^e摻雜的ZnO壓電薄膜上采用電子束直寫工藝制作寬度為300nm的輸入叉指換能器和輸出叉指換能器，得到聲表面波濾波器。上述制備的聲表面波濾波器的頻率為8GHz，且機電耦合系數高達3%和插入損耗為 IOdB0
權利要求
1.一種壓電薄膜，其特征在于所述壓電薄膜為摻雜V、&和狗中任一種的ZnO壓電薄膜。
2.根據權利要求1所述的壓電薄膜，其特征在于所述壓電薄膜中，V的原子百分數為0.5% -3. 5%。
3.根據權利要求1所述的壓電薄膜，其特征在于所述壓電薄膜中，Cr的原子百分數為1.9% -9%。
4.根據權利要求1所述的壓電薄膜，其特征在于所述壓電薄膜中，狗的原子百分數為0. 5% -1. 7%。
5.根據權利要求1-4中任一所述的壓電薄膜，其特征在于所述壓電薄膜的厚度為100nm-500nm ；所述壓電薄膜的壓電常數為110pC/N_200pC/N ；電阻率為IO7 Ω · Cm-IO14Q · cm。
6.一種聲表面波濾波器，其特征在于所述聲表面波濾波器包括襯底、沉積于權利要求1-5中任一所述的壓電薄膜和設于所述壓電薄膜上的輸入叉指換能器與輸出叉指換能器。
7.根據權利要求6所述的濾波器，其特征在于所述襯底的材質為金剛石、藍寶石、類金剛石或碳化硅。
全文摘要
本發明公開了一種具有大機電耦合系數和低插入損耗的聲表面波濾波器及其專用壓電薄膜。所述壓電薄膜為摻雜V、Cr和Fe中任一種的ZnO壓電薄膜。本發明提供的聲表面波濾波器包括襯底、沉積于所述襯底上的所述壓電薄膜和設于所述ZnO壓電薄膜上的輸入叉指換能器與輸出叉指換能器；所述壓電薄膜為摻雜V、Cr和Fe中任一種的ZnO壓電薄膜。通過采用具有高聲表面波速度的材料作為襯底，在其上沉積ZnO薄膜，通過電子束直寫工藝制備亞微米的叉指換能器，可以制備頻率高達4GHz以上的高頻薄膜聲表面波濾波器。
文檔編號H03H9/64GK102386885SQ20111016651
公開日2012年3月21日 申請日期2011年6月20日 優先權日2011年6月20日
發明者曾飛, 潘峰, 羅景庭, 陳超 申請人:清華大學