CN103607178A - 薄膜体波谐振器及提高其品质因数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜体波谐振器及提高其品质因数的方法，其中，该薄膜体波谐振器包括：第一电极；压电层，位于第一电极上方；第二电极，位于压电层上方；其中，第二电极与第一电极之间具有至少一间隙，间隙的至少部分覆盖薄膜体波谐振器的有效区域，其中，有效区域为第一电极、第二电极和压电层在厚度方向上彼此重叠的区域。本发明通过在薄膜体波谐振器的第二电极与第一电极之间具有至少一间隙，减小横向模式的声波泄露和电极材料造成的能量损耗，提高薄膜体波谐振器的Q值，使Q值大于2000。

Description

薄膜体波谐振器及提高其品质因数的方法

技术领域

本发明涉及谐振器领域，并且特别地，涉及一种薄膜体波谐振器及提高其品质因数的方法。

背景技术

目前，利用压电薄膜在厚度方向的谐振（即纵向谐振）制成的薄膜体波谐振器（FBAR，Film Bulk Acoustic Resonator，以下可以简称为谐振器）已广泛应用。在通讯领域，薄膜体波谐振器替代声表面波谐振器和石英晶体谐振器已成为可行方案，由薄膜体波谐振器组成的滤波器、双工器可以提供更优越的滤波特性，例如，更低的插入损耗，较大的功率容量等，由于这些优势，薄膜体波谐振器被广泛地应用在手机和其他无线终端设备中。并且，由于薄膜体波谐振器可以满足振荡电路稳定、低功耗、低相位噪声的要求，所以还可以在振荡器电路中应用薄膜体波谐振器。另外，薄膜体波谐振器具有质量吸附敏感效应，以薄膜体波谐振器为敏感元件的薄膜体波传感器可用于生物、化学、医学诊断、环境检测等领域。

图1所示为现有技术的薄膜体波谐振器，包括：基底1、声反射镜5、第一电极2、第二电极4以及位于第一、二电极之间的压电层3。第一电极2和第二电极4也可以称为激励电极，它们的作用是引起谐振器各层的机械振荡。声反射镜5为嵌入在基底中的空气腔，在第一电极和基底之间形成声学隔离。

Q值是谐振器的一项重要参数，Q值为系统储存的总能量与每周期内谐振器通过各种途径损耗的能量的比值，计算方法如公式（1）所示：

$Q=\frac{{\mathrm{\ωE}}_{\mathrm{tot}}}{\mathrm{\ΔE}}---\left(1\right)$

其中，ω是角频率，E_tot是系统储存的总能量，ΔE是每周期内谐振器通过各种途径损耗的能量。另外，薄膜体波谐振器工作在串联谐振频率时的Q值记为Q_s，工作在并联谐振频率时的Q值记为Q_p。高Q值表明谐振器能量损耗低，由高Q值谐振器构成的滤波器插入损耗低，滚降陡峭，滤波效果良好；由高Q值谐振器构成的振荡器工作稳定，频率波动微小，相位噪声低；由高Q值谐振器构成的传感器具有更高的探测精度。因此，提高谐振器Q值（尤其是使得Q_s值和Q_p值均大于2000）是谐振器设计的重要目标。

由Q值定义可知，能量损耗决定Q值的大小，不同途径的能量损耗共同影响Q值，如公式（2）所示：

$\frac{1}{Q_{\mathrm{tot}}}=\mathrm{\Σ}\frac{1}{Q_i}---\left(2\right)$

其中，Q_i表示第i种损耗途径决定的Q值。薄膜体波谐振器的主要能量损耗途径可以分为三大类：电学损耗、声学材料损耗和声波泄露。其中，电学损耗主要由谐振器结构中的电极、导线、测试盘等电阻造成，电学损耗主要影响谐振器的Q_s。声学材料损耗是由于声波在介质中传播时，材料阻尼导致部分机械能转化成热能而造成。声波泄露是指部分声波不能被局限于谐振器内，造成能量泄露，部分声波包括纵向声波、横向声波和表面声波泄露。

当薄膜体波谐振器工作在纵向模式（主模）时，会存在横向模式（寄生模式）。横向模式造成的声波泄露是并联谐振时能量损耗的主要因素，即横向模式的声波泄露越小，Q_p值越高。通常将第一电极、第二电极以及压电层在厚度方向上重叠的区域定义为谐振器的有效区域，如图1所示，d表示谐振器的有效区域。定义有效区域d的声阻抗为Z_s，非有效区域的声阻抗为Z_L，则可以由公式（3）得到有效区域和非有效区域边界处的反射系数γ：

$\mathrm{\γ}=\frac{Z_L-Z_S}{Z_L+Z_S}---\left(3\right)$

横向模式的声波从谐振器的一个边缘向另一边缘传播。为使谐振器的Q_p值达到最大，横向模式的能量绝大部分应反射回谐振器的有效区域，即γ的绝对值应尽量达到最大。由公式（3）可知，谐振器有效区域声阻抗Z_S和非有效区域声阻抗Z_L不匹配程度越高，反射系数γ越大。

图1中的数字标识6表示在有效区域和非有效区域的边界处反射回有效区域的部分横向模式的声波。现有技术由于有效区域声阻抗Z_S和非有效区域声阻抗Z_L不匹配程度低，部分横向模式的声波在谐振器有效区域边界泄露至非有效区域并进入基底，导致Q_p下降。图1中数字标识7表示向谐振器边界泄露并进入基底的部分能量。

另外，如图1所示，现有技术中薄膜体波谐振器的上、下电极与压电层接触，声波会在电极内传播，电极材料损耗也会导致谐振器的Q值降低。

针对相关技术中由于薄膜体波谐振器中横向模式的声波泄露和电极材料造成的能量损耗而导致谐振器的Q值降低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中由于薄膜体波谐振器中横向模式的声波泄露和电极材料造成的能量损耗而导致谐振器的Q值降低的问题，本发明提出一种薄膜体波谐振器及提高其品质因数的方法，能够减小声波泄露和电极材料造成的能量损耗，提高薄膜体波谐振器的Q值。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种薄膜体波谐振器。

该薄膜体波谐振器包括：

第一电极；

压电层，位于第一电极上方；

第二电极，位于压电层上方；

其中，第二电极与第一电极之间具有至少一间隙，间隙的至少部分覆盖薄膜体波谐振器的有效区域，其中，有效区域为第一电极、第二电极和压电层在厚度方向上彼此重叠的区域。

可选地，上述间隙包括：

第一间隙，位于第一电极和压电层之间；和/或

第二间隙，位于第二电极和压电层之间。

其中，在水平方向上，第二电极超出第二间隙的长度小于等于20μm，大于等于0.1μm。

进一步地，在水平方向上，第二电极超出第二间隙的长度小于等于5μm，大于等于1μm。

此外，该薄膜体波谐振器进一步包括：

声反射结构，位于第一电极下方；

至少一间隙与有效区域的重叠区域的至少部分覆盖声反射结构。

并且，至少一间隙的厚度在1nm至500nm之间。

优选地，至少一间隙的厚度在10nm至300nm之间。

而且，第一电极的厚度在1μm至10μm之间。

并且，第二电极的厚度在1μm至10μm之间。

可选地，至少一间隙的边缘形状包括以下至少之一：

倾斜或垂直的直线形、阶梯状、弧状。

进一步地，至少一间隙内的填充物为空气。

根据本发明的一个方面，提供一种用于提高薄膜体波谐振器的品质因数的方法。

该方法包括：

提供第一电极；

在第一电极上方形成压电层；

在压电层上方形成第二电极；

在形成压电层和第二电极的时候，在第二电极与第一电极之间留有至少一间隙，并且间隙的至少部分覆盖薄膜体波谐振器的有效区域，其中，有效区域为第一电极、第二电极和压电层在厚度方向上彼此重叠的区域。

可选地，在第二电极与第一电极之间留有至少一间隙包括：

在形成压电层的时候，在第一电极和压电层之间留有第一间隙；和/或

在形成压电层和第二电极的时候，在第二电极和压电层之间留有第二间隙。

其中，在形成第二电极的时候，调整第二电极，使在水平方向上第二电极超出第二间隙的长度小于等于20μm，大于等于0.1μm。

进一步地，在形成第二电极的时候，调整第二电极，使在水平方向上，第二电极超出第二间隙的长度小于等于5μm，大于等于1μm。

并且，在提供第一电极以及形成压电层和第二电极的时候，调整第一电极、压电层和/或第二电极，使在第一电极和第二电极之间留有至少一间隙的厚度在1nm至500nm之间。

进一步地，在提供第一电极以及形成压电层和第二电极的时候，调整第一电极、压电层和/或第二电极，使在第一电极和第二电极之间留有至少一间隙的厚度在10nm至300nm之间。

而且，在提供第一电极的时候，调整第一电极的厚度，使第一电极的厚度在1μm至10μm之间。

优选地，在形成第二电极的时候，调整第二电极的厚度，使第二电极的厚度在1μm至10μm之间。

此外，薄膜体波谐振器的Q值大于2000。

本发明通过在薄膜体波谐振器的第二电极与第一电极之间具有至少一间隙，减小声波泄露和电极材料造成的能量损耗，提高薄膜体波谐振器的Q值，使Q值大于2000。

附图说明

图1是现有技术中薄膜体波谐振器的结构的示意图；

图2至图6是根据本发明的多个实施例的薄膜体波谐振器的示意图；

图7A至图7I是根据本发明的一个实施例的制造薄膜体波谐振器的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种薄膜体波谐振器。

根据本发明实施例的薄膜体波谐振器可以包括：

第一电极；

压电层，位于第一电极上方；

第二电极，位于压电层上方；

其中，第二电极与第一电极之间具有至少一间隙，间隙的至少部分覆盖薄膜体波谐振器的有效区域，间隙内的填充物为空气，其中，有效区域为第一电极、第二电极和压电层在厚度方向上彼此重叠的区域，本发明的实施例引入间隙来调整有效区域的声阻抗，提高有效区域声阻抗和非有效区域声阻抗的不匹配程度，使谐振器横向传播的能量绝大部分反射回有效区域，减小横向模式声波泄露引起的能量损耗，这样，谐振器的Q_p值将得到很大提高。

同时，间隙的存在一定程度上避免了声波在电极内传播，能够减少薄膜体波谐振器中的电极的材料损耗，提高薄膜体波谐振器的Q值。

可选地，上述间隙可以包括：第一间隙，位于第一电极和压电层之间；和/或第二间隙，位于第二电极和压电层之间。间隙的引入使上电极和/或下电极与压电层形成部分隔离，能够减小从压电层传播到电极中的能量，使能量集中在压电层内，电极的材料损耗基本不影响谐振器的Q值，因此，可以提高薄膜体波谐振器在所有频率处的Q值。此外，本发明的技术方案还可以避免现有技术中薄膜体波谐振器的上、下电极与压电层接触而导致的问题，由于现有技术中薄膜体波谐振器的压电层直接生长在第一电极上，第一电极的材料和表面形貌对压电层的薄膜质量影响很大。因此，为了得到高质量的压电薄膜，第一电极的沉积方式、材料选择等都受到了限制。而在第一电极和压电层中引入间隙使电极的大部分与压电层隔离，使得压电层的生长不再受到电极的影响，扩大了压电层以及第一电极的薄膜沉积方式和材料选择范围。

此外，当第一间隙和/或第二间隙中的填充物为空气时，且间隙的厚度大于声波在间隙中传播波长的四分之一时，可以将能量主要集中在压电层内，并且减小耦合至第一电极和第二电极中的能量，从而电极的材料损耗基本不影响谐振器的Q值，因此，谐振器在整个工作频段中的Q值都可以得到提高。

其中，在水平方向上，第二电极超出第二间隙的长度可以小于等于20μm，大于等于0.1μm。优选地，在水平方向上，第二电极超出第二间隙的长度可以小于等于5μm，大于等于1μm。

此外，根据本发明实施例的薄膜体波谐振器可以进一步包括：声反射结构，位于第一电极下方；至少一间隙与有效区域的重叠区域的至少部分覆盖声反射结构。

并且，至少一间隙的厚度在1nm至500nm之间。优选地，至少一间隙的厚度在10nm至300nm之间。

而且，第一电极的厚度在1μm至10μm之间，和/或第二电极的厚度在1μm至10μm之间。由于电极更厚，间隙结构的稳定性更强，可以避免间隙厚度不均匀甚至电极和压电层接触等现象。

薄膜体波谐振器包括有效区域和非有效区域。有效区域具有第一声阻抗，非有效区域具有第二声阻抗。薄膜体波谐振器中第一电极和第二电极的厚度、第一间隙和第二间隙的厚度以及有效区域的长度等结构参数的合理设置可以影响谐振器的有效区域的声阻抗。从而通过合理设置结构参数来增加第一声阻抗和第二声阻抗的不匹配程度，使谐振器横向传播的能量绝大部分反射回有效区域，减小声波泄露引起的能量损耗，提高谐振器的Q_p值。

可选地，至少一间隙的边缘形状可以包括以下至少之一：倾斜或垂直的直线形、阶梯状、弧状。

在实际应用中，可以根据本发明的技术方案提供多种实施例。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，提供了一种薄膜体波谐振器。

其中，图2所示的薄膜体波谐振器包括：基底1、介电层2、声反射镜3、第一电极5、第一间隙6、压电层7、第二间隙8和第二电极9。

基底1所使用的材料包括硅（Si）、砷化镓（GaAs）、玻璃、PDMS等常用的基底材料。声反射镜3为在基底1的上表面的介电层2中形成的空腔结构（在未示出的实施例中，声反射镜3还可以是嵌入基底1内部的空腔结构，此外，任何其他的声反射镜结构也可适用于本发明，例如布拉格反射层）。图2中的数字标识4为声反射镜3与介电层2的边界。第一电极5位于介电层2和声反射镜3上方。第一电极5包括第一末端部、第二末端部以及位于第一末端部与第二末端部之间的主体部分。虽然本实施例中第一末端部和第二末端部均延伸到介电层2上，但是，在未示出的实施例中，第一电极5可以至少有一个末端部延伸到介电层2上。此外，可以将第一末端部与第二末端部的端面制成斜面状、阶梯状、垂直状或者其他本领域技术人员公知的其他形状。

压电层7位于第一电极5上方，压电层7包括主体部分、第一末端部和第二末端部，其中，第一末端部与第二末端部反向延伸至介电层2上方。制成压电层7的材料可以包括氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、石英(Quartz)、铌酸锂(LiNbO₃)、铌酸钾(KNbO₃)和钽酸锂(LiTaO₃)和/或本领域公知的其它材料。

第二电极9位于压电层7上方，第二电极9包括第一末端部、第二末端部以及位于第一末端部与第二末端部之间的主体部分。第二电极9在竖直方向上的投影位于声反射镜3之内。第二电极9的第一末端部、第二末端部与压电层7上表面接触，第一末端部的长度标为L1，第二末端部的长度标为L2，L1和L2为在水平方向上，第二电极超出第二间隙的长度。第一末端部的长度L1、第二末端部的长度L2比主体部分的长度小，其中，L1和L2分别可以小于等于20μm，大于等于0.1μm。优选地，L1和L2分别可以小于等于5μm，大于等于1μm。L1可以与L2相同，也可以与L2不同。组成电极5、9的材料可以包括金（Au）、铂（Pt）、铝（Al）、铜（Cu）、钼（Mo）、钨（W）等金属。

压电层7的主体部分与第一电极5形成第一间隙6，第二电极9的主体部分与压电层7形成第二间隙8。第一、第二间隙6和8均包括第一末端部、第二末端部以及位于第一、二末端部之间的主体部分。如图2所示，第一间隙6在竖直方向上的投影位于声反射镜3之内。第二间隙8在竖直方向上的投影位于第一间隙6之内。第一间隙6的厚度为d1，第二间隙8的厚度为d2。第一间隙6和第二间隙8的填充物可以为空气。

第一电极5和压电层7通过第一间隙6形成第一电容C1，第二电极9和压电层7通过第二间隙8形成第二电容C2。第一电容C1和第二电容C2与谐振器为串联关系。调节间隙6和8的厚度可以改变电容C1和C2的大小，进而改变谐振器性能参数。间隙的厚度d1和d2越大，第一电容C1和第二电容C2越小，谐振器有效区域的谐振频率越低，有效机电耦合系数

越小，且耦合到电极的声波能量越小。当d1和d2大于500nm时，有效机电耦合系数

将大幅降低（例如，小于1%），Q值会大幅下降，严重影响谐振器使用。反之，如果间隙厚度d1小于声波在第一间隙6、和/或间隙厚度d2小于声波在第二间隙8中传播波长的四分之一，则压电层7中的部分声波能量会通过第一间隙6和第二间隙8耦合到第一电极5和第二电极9中。谐振频率的改变以及声波能量耦合到电极的程度与谐振器有效区域声阻抗大小相关。因此，通过调整间隙厚度d1和d2能够改变谐振器有效区域的声阻抗以及有效机电耦合系数

根据以上考虑，间隙厚度d1和d2一般在1nm至500nm范围之间；考虑到加工难度和良率等因素，优选地，间隙厚度d1与d2在10nm至300nm范围之间。间隙厚度d2与d1的大小可以相同，也可以不同。

如图3所示，根据本发明的又一个实施例，提供了一种薄膜体波谐振器，该薄膜体波谐振器结构组成与图2所示实施例相同。如图3所示的实施例与图2所示实施例不同之处在于：第二间隙8在竖直方向上的投影位于声反射镜3之内，并且第一间隙6在竖直方向上的投影位于第二间隙8之内。

如图4所示，根据本发明的又一个实施例，提供了一种薄膜体波谐振器，该薄膜体波谐振器结构组成与图2所示实施例相同。如图4所示的实施例与图2所示实施例不同之处在于：第一电极5的厚度D1和第二电极9的厚度D2均较大。D1和D2可以相同，也可以不同。电极厚度D1和D2的值位于1μm至10μm范围内。电极材料可以包括铜、钨、铝、钛、金等金属或者他们的合金。可以采用电镀、溅射、蒸发、化学气相沉积等方法生长电极。由于电极较厚，第一、第二间隙结构稳定性更强，不易出现间隙厚度不均匀甚至电极和压电层接触等现象，电极的厚度方案可以应用于本发明中的其他实施例中。

如图5所示，根据本发明的又一个实施例，提供了一种薄膜体波谐振器，该薄膜体波谐振器结构组成与图2所示实施例相同。如图5所示的实施例与图2所示实施例不同之处在于：图5所示的薄膜体波谐振器的第一、二间隙6和8为非轴对称结构。第一电极5的第一末端部与介电层2上表面接触，且在竖直方向上的投影在第一间隙6之内。第一电极5的第二末端部在竖直方向上的投影在声反射镜3之内。第二电极9的第一末端部在竖直方向上的投影在声反射镜3之内，第二电极9的第二末端部在竖直方向上的投影在声反射镜3之外。第一间隙6的第一末端部在竖直方向上的投影在声反射镜3之外，位于介电层2上，第一间隙6的第二末端部在竖直方向上的投影在声反射镜3之内。第二间隙8的第一末端部在竖直方向上的投影位于声反射镜3之内，第二间隙8的第二末端部在竖直方向上的投影位于声反射镜3之外。

如图6所示，根据本发明的又一个实施例，提供了一种薄膜体波谐振器，该薄膜体波谐振器结构组成与图2所示实施例相同。如图6所示的实施例与图2所示实施例不同之处在于：第一电极5的第一末端部在介电层2之上，第一电极5的第二末端部与边界4（边界4为声反射镜3与介电层2的边界）基本重合。第二电极9的第一末端部、第二末端部在竖直方向上的投影与边界4基本重合。第一间隙6的第一、二末端部分别延伸至介电层2之上。第二间隙8在竖直方向上的投影在声反射镜3之内。

如图2-图6所示的薄膜体波谐振器包括有效区域A和非有效区域B。有效区域A具有第一声阻抗，非有效区域B具有第二声阻抗。调整有效区域A的声阻抗可以增加第一声阻抗和第二声阻抗的不匹配程度，使谐振器横向传播的能量绝大部分反射回有效区域A，减小声波泄露引起的能量损耗，提高谐振器的Q_p值，使Q_p值大于2000。可以通过调整谐振器中压电层的厚度、第一电极的厚度、第二电极的厚度、第一间隙的厚度、第二间隙的厚度以及有效区域的长度等结构参数来改变谐振器的有效区域的声阻抗。

此外，当第一间隙和第二间隙中的填充物为空气且其厚度大于声波在间隙中传播波长的四分之一时，可以将能量主要集中在压电层内，并且减小耦合至第一电极和第二电极中的能量，而电极的材料损耗基本不影响谐振器的Q值，因此，谐振器在整个工作频段中的Q值都可以得到提高。

此外，第一电极和压电层之间存在第一间隙，使压电薄膜质量（如晶向和表面粗糙度等）不受第一电极的材料和表面形貌的影响，从而大大降低了工艺难度，扩大了压电层以及第一电极的薄膜沉积方式和材料选择范围。

根据本发明的实施例，提供一种用于提高薄膜体波谐振器的品质因数的方法。

根据本发明实施例的方法可以包括：

提供第一电极；

在第一电极上方形成压电层；

在压电层上方形成第二电极；

在形成压电层和第二电极的时候，在第二电极与第一电极之间留有至少一间隙，并且间隙的至少部分覆盖薄膜体波谐振器的有效区域，其中，有效区域为第一电极、第二电极和压电层在厚度方向上彼此重叠的区域。

可选地，在第二电极与第一电极之间留有至少一间隙可以包括：

在形成压电层的时候，在第一电极和压电层之间留有第一间隙；和/或

在形成压电层和第二电极的时候，在第二电极和压电层之间留有第二间隙。

其中，在形成第二电极的时候，调整第二电极，使在水平方向上第二电极超出第二间隙的长度小于等于20μm，大于等于0.1μm。

进一步地，在形成第二电极的时候，调整第二电极，使在水平方向上，第二电极超出第二间隙的长度小于等于5μm，大于等于1μm。

并且，在提供第一电极以及形成压电层和第二电极的时候，可以调整第一电极、压电层和/或第二电极，使在第一电极和第二电极之间留有至少一间隙的厚度在1nm至500nm之间。

进一步地，在提供第一电极以及形成压电层和第二电极的时候，可以调整第一电极、压电层和/或第二电极，使在第一电极和第二电极之间留有至少一间隙的厚度在10nm至300nm之间。

而且，在提供第一电极的时候，可以调整第一电极的厚度，使第一电极的厚度在1μm至10μm之间。

优选地，在形成第二电极的时候，可以调整第二电极的厚度，使第二电极的厚度在1μm至10μm之间。

此外，薄膜体波谐振器的Q值大于2000。

根据本发明的一个实施例，提供了一种制造薄膜体波谐振器的工艺方法。如图7A-7I所示，为用于提高薄膜体波谐振器的品质因数的方法的具体工艺流程的示意图。

在图7A所示的步骤中，利用溅射工艺、化学气相沉积工艺（CVD）、物理气相沉积工艺（PVD）、旋涂工艺或者其他合适的工艺在基底1上沉积牺牲层，牺牲层的材料可以为二氧化硅（Silicon Oxide）、磷硅玻璃(PSG)、多晶硅（Polysilicon）、锗（Germanium）、金属（如镁（Magnesium）、铝（Aluminum）等）、聚合物（Polymer）等或者他们的组合物。利用适当的工艺（例如，光刻），将牺牲层的轮廓做成预定的声反射镜的形状，从而形成声反射镜牺牲层10，其中，数字标识4为声反射镜牺牲层10的边界。

在图7B所示步骤中，利用溅射工艺、化学气相沉积工艺（CVD）、物理气相沉积工艺（PVD）或者其他合适的工艺，在声反射镜牺牲层10和基底1上沉积介电层2。

在图7C所示的步骤中，可以利用化学机械抛光（CMP）的工艺去除介电层2在声反射镜牺牲层10上方的部分，从而形成平整光滑的表面以利于后续步骤中在声反射镜牺牲层10和介电层2上沉积第一电极5。

在图7D所示的步骤中，利用溅射工艺、化学气相沉积工艺（CVD）、物理气相沉积工艺（PVD）或者其他合适工艺，在牺牲层10和介电层2上沉积第一电极5，第一电极材料可以包括：钨（W）、钼（Mo）、铂（Pt）、钌（Ru）、铱（Ir）、钛钨（TiW）、铝（Al）或其他类似的金属材料或者他们的合金。需要利用光刻和刻蚀技术来形成第一电极5。例如，可以利用等离子干法刻蚀或者化学湿法刻蚀工艺来加工第一电极5，从而形成为具有斜端面的末端部。

在图7E所示的步骤中，利用溅射工艺、化学气相沉积工艺（CVD）、物理气相沉积工艺（PVD）、旋涂工艺或者其他合适的工艺在第一电极5上沉积牺牲层材料，牺牲层材料可以包括二氧化硅（Silicon Oxide）、磷硅玻璃(PSG)、多晶硅（Polysilicon）、锗（Germanium）、金属（如镁（Magnesium）、铝（Aluminum）等）、聚合物（Polymer）等或他们的组合。利用适当的方法（例如，光刻），将牺牲层的轮廓做成预定的第一间隙的形状，从而形成第一牺牲层11。另外，可以利用化学机械抛光（CMP）的方法处理第一牺牲层11，使其上表面获得良好的表面粗糙度，为后续的压电层沉积提供良好的表面。

在图7F所示步骤中，利用射频磁控溅射等工艺在牺牲层11、第一电极5和介电层2上方沉积压电层7。

在图7G所示步骤中，利用溅射工艺、化学气相沉积工艺（CVD）、物理气相沉积工艺（PVD）、旋涂工艺或者其他合适的工艺在压电层7上沉积牺牲层材料，牺牲层材料可以包括二氧化硅（Silicon Oxide）、磷硅玻璃(PSG)、多晶硅（Polysilicon）、锗（Germanium）、金属（如镁（Magnesium）、铝（Aluminum）等）、聚合物（Polymer）等。利用适当的方法（例如，光刻），将牺牲层的轮廓做成预定的第二间隙的形状，从而形成第二牺牲层12。

在图7H所示步骤中，利用利用溅射工艺、化学气相沉积工艺（CVD）、物理气相沉积工艺（PVD）或者其他合适工艺，在第二牺牲层12和压电层7上方沉积第二电极9，第二电极9的材料可以包括：钨（W）、钼（Mo）、铂（Pt）、钌（Ru）、铱（Ir）、钛钨（TiW）、铝（Al）或其他类似的金属材料或者他们的组合。需要利用光刻和刻蚀技术来形成第二电极9。

在图7I所示步骤中，利用刻蚀溶液或者刻蚀气体去除各牺牲层从而形成空气间隙，即形成声反射镜3、第一间隙6和第二间隙8。第一牺牲层、第二牺牲层以及声反射镜牺牲层可以使用相同的或者不同的牺牲层材料，从而利用不同的刻蚀溶液或者刻蚀气体分步去除牺牲层。

第一间隙和第二间隙还可采用牺牲层之外的方法形成。例如当谐振器受到外界激励（辐射、加热等）时，结构11和第一电极5发生化学反应，导致结构11体积缩小，形成第一间隙6。第二间隙8也可采用相同的方法实现。这种工艺能够满足间隙厚度为100nm以下的要求。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明通过在薄膜体波谐振器的第二电极与第一电极之间留有至少一间隙，一定程度上避免声波在电极内传播，能够减小横向模式的声波泄露和电极材料造成的能量损耗，提高薄膜体波谐振器的Q值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种薄膜体波谐振器，其特征在于，包括：

第一电极；

压电层，位于所述第一电极上方；

第二电极，位于所述压电层上方；

其中，所述第二电极与所述第一电极之间具有至少一间隙，所述间隙的至少部分覆盖所述薄膜体波谐振器的有效区域，其中，所述有效区域为所述第一电极、所述第二电极和所述压电层在厚度方向上彼此重叠的区域。

2.根据权利要求1所述的薄膜体波谐振器，其特征在于，所述间隙包括：

第一间隙，位于所述第一电极和所述压电层之间；和/或

第二间隙，位于所述第二电极和所述压电层之间。

3.根据权利要求2所述的薄膜体波谐振器，其特征在于，在水平方向上，所述第二电极超出所述第二间隙的长度小于等于20μm，大于等于0.1μm。

4.根据权利要求2所述的薄膜体波谐振器，其特征在于，在水平方向上，所述第二电极超出所述第二间隙的长度小于等于5μm，大于等于1μm。

5.根据权利要求1所述的薄膜体波谐振器，其特征在于，进一步包括：

声反射结构，位于所述第一电极下方；

所述至少一间隙与所述有效区域的重叠区域的至少部分覆盖所述声反射结构。

6.根据权利要求1-5中任一所述的薄膜体波谐振器，其特征在于，所述至少一间隙的厚度在1nm至500nm之间。

7.根据权利要求1-5中任一所述的薄膜体波谐振器，其特征在于，所述至少一间隙的厚度在10nm至300nm之间。

8.根据权利要求1、2或5所述的薄膜体波谐振器，其特征在于，所述第一电极的厚度在1μm至10μm之间。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的薄膜体波谐振器，其特征在于，所述第二电极的厚度在1μm至10μm之间。

10.根据权利要求1-5中任一所述的薄膜体波谐振器，其特征在于，所述至少一间隙的边缘形状包括以下至少之一：

倾斜或垂直的直线形、阶梯状、弧状。

11.根据权利要求1-5中任一所述的薄膜体波谐振器，其特征在于，所述至少一间隙内的填充物为空气。

12.一种提高薄膜体波谐振器的品质因数的方法，其特征在于，包括：

提供第一电极；

在所述第一电极上方形成压电层；

在所述压电层上方形成第二电极；

在形成所述压电层和所述第二电极的时候，在所述第二电极与所述第一电极之间留有至少一间隙，并且所述间隙的至少部分覆盖所述薄膜体波谐振器的有效区域，其中，所述有效区域为所述第一电极、所述第二电极和所述压电层在厚度方向上彼此重叠的区域。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述第二电极与所述第一电极之间留有至少一间隙包括：

在形成所述压电层的时候，在所述第一电极和所述压电层之间留有第一间隙；和/或

在形成所述压电层和所述第二电极的时候，在所述第二电极和所述压电层之间留有第二间隙。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在形成所述第二电极的时候，调整所述第二电极，使在水平方向上所述第二电极超出所述第二间隙的长度小于等于20μm，大于等于0.1μm。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在形成所述第二电极的时候，调整所述第二电极，使在水平方向上，所述第二电极超出所述第二间隙的长度小于等于5μm，大于等于1μm。

16.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，在提供所述第一电极以及形成所述压电层和所述第二电极的时候，调整所述第一电极、所述压电层和/或所述第二电极，使在所述第一电极和所述第二电极之间留有所述至少一间隙的厚度在1nm至500nm之间。

17.根据权利要求12或13所述的方法薄膜体波谐振器，其特征在于，在提供所述第一电极以及形成所述压电层和所述第二电极的时候，调整所述第一电极、所述压电层和/或所述第二电极，使在所述第一电极和所述第二电极之间留有所述至少一间隙的厚度在10nm至300nm之间。

18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在提供所述第一电极的时候，调整所述第一电极的厚度，使所述第一电极的厚度在1μm至10μm之间。

19.根据权利要求12-15所述的方法，其特征在于，在形成所述第二电极的时候，调整所述第二电极的厚度，使所述第二电极的厚度在1μm至10μm之间。

20.根据权利要求12-18中任一项所述的方法，其特征在于，所述薄膜体波谐振器的Q值大于2000。

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