Page 272 - 《应用声学》2025年第2期
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较大。为了提高回波幅度一致性，公式(2)给出反射 一组均匀双层电极，共设计 5 组双层结构，在上层电
栅反射率的计算公式 [16] ： 极发生团聚时，也可有效保护下层电极结构稳定。
在高温工艺条件下，Ti金属薄膜会发生扩散与氧化，
R i
R i+1 = 2 , (2)
T × 10 (−∆d×L p /10) 与 Al 薄膜电极结合，从而形成 Ti/Al 合金，提高金
i
其中，R i 和T i 分别是反射栅的反射率和透射率；∆d 属耐高温性能 [17] 。但在器件的实际应用中，合金
是相邻回波脉冲的时延差，单位 µs；L p 是基片表面 化过程需要退火温度达到一定要求，且对温度保持
声表面波的能量传播损耗，单位dB/µs。 时间及设备工艺均有很高要求，工业制备中器件的
上述计算公式充分考虑了反射栅的反射率和 性能很难统一。为避免合金化的复杂流程，本文仅
透射率，若已知起始反射栅反射率，则可依次根据 采用 Ti/Al 多层结构作为高温电极结构，用以替代
声波传播方向计算后续反射栅的反射率，也可根 Ti/Al合金电极，实现高温电极的制备。
据设定的终止栅的反射率由声波的反射方向反向
计算前一根栅的反射率。根据第一个槽位的反射 Al 10 nm
Ti 10 nm
栅散射参数依次计算后续反射栅的反射率，通过
该公式结合精准的反射栅反射率和透射率仿真结
果，可实现回波幅度一致性的优化。同时考虑反射 Al 80 nm
率的大小影响器件的插入损耗，又应尽量选择高的
反射率，因此本方案确定了器件设计参数，换能器
采用周期 λ = 3.97 µm 的均匀换能器，其总周期数 Ti 1 nm
(੪अԒए)
为20，器件孔径选用 24.25 mm，反射栅的电极厚度
(a) Ti/Alԥࡏႃౝፇᝠ
h Ref = 0.025λ，金属化比 MetRatio=0.5。以5 组反
射栅为例，其设计反射栅指条数分别为 4、4、6、7、 Al 10 nm
8，各组反射栅的特定反射率保证了回波幅度的一 Ti 10 nm
致性。 Al 10 nm/Ti 10 nm
基于上述耐高温机理及结构参数设计，设计 ˞ʷጸԥࡏႃౝ С̋ጸ
了两种结构的层状微声标识芯片，基底材料为 ႃౝԒए˞100 nm
128 YX-LiNbO 3 ，电极采用 Al 和 Ti 作为层状结构
◦
的金属薄膜材料，其结构设计如图 3 所示。电极材 Al 10 nm
Ti 10 nm
料采用单层 Al 电极薄膜的情况下，其耐受温度及
(b) Ti/Alܳࡏႃౝፇᝠ
工作温度均为300 C，由于Ti的熔点为 1660 C，远
◦
◦
图 3 Ti/Al 层状电极结构设计
高于 Al 的熔点，通过合适的 Ti/Al 层状结构设计
Fig. 3 Ti/Al hierarchical electrode structure
可以实现器件耐高温性能的提升。如图 3(a) 所示，
本文设计了以低电阻率 Al 为主体的 Al(80 nm)/Ti 3 芯片制备及表征
(10 nm)/Al(10 nm) 的 Ti/Al 双层电极结构，当标
识器所处的环境温度高于 Al 的塔曼 (Tammann)温 3.1 芯片制备工艺
度时，若上层的 Al 发生结块和空洞，中间Ti层对下 微声标识芯片通过微纳加工工艺制备，基片经
层的Al产生压应力，平衡了界面能，抑制下层Al 的 过预处理后，采用光刻工艺制备出 IDT 图形，然后
团聚，进而增加了电极整体的高温耐受程度。同时 采用划片、粘片、点焊、封装等工艺得到最后的器
在工作状态下，表面一层的Al薄膜会被迅速氧化成 件。光学曝光是常用的图形制作技术，在清洁和干
一层致密的Al 2 O 3 薄膜，进而保护下方金属电极。 燥晶圆表面，采用旋转涂胶法在其表面涂覆一层薄
如图 3(b)所示，将主体 Al 以多个 Ti/Al双层结 的、均匀的且没有缺陷的光刻胶膜，蒸发掉光刻胶
构替代。为避免质量加载对反射栅的反射特性的影 中的部分溶剂。采用定制的掩模板，使涂覆在衬底
响，电极总厚度保持 100 nm 一致，以 10 nm 厚度为 材料表面的光刻胶在光照条件下发生化学反应，固
