CN101291142B - 表面声波器件和双工器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种表面声波器件和双工器。该表面声波器件包括支撑基板；结合在所述支撑基板上的LiTaO3压电基板，该LiTaO3压电基板主表面上的法线方向为绕X轴从Y轴向Z轴旋转43°到53°的方向；以及形成在所述压电基板上的电极图案。

Description

表面声波器件和双工器
技术领域
本发明大体上涉及表面声波器件和双工器，更具体地涉及在支撑基板上结合有压电基板的表面声波器件和双工器。
背景技术
近来，蜂窝式电话、个人数字接入等已经随着移动通信系统的发展而迅速普及。例如，对于蜂窝式电话使用诸如从800MHz到1.0GHz和1.5GHz到2.0GHz频带的高频带。在该区域使用了诸如表面声波滤波器和双工器的表面声波器件。
用于表面声波器件的压电基板(例如，LiTaO3(钽酸锂)、LiNbO3(铌酸锂)基板)具有可获得大的机电耦合系数的优点，但具有其谐振(或反谐振)频率主要取决于温度的缺点。与此相对的是，晶体的谐振(或反谐振)频率不主要取决于温度，但是却具有小的机电耦合系数。
日本专利申请公开2004-186868、2005-252550和2004-343359(下文分别称为文献1、文献2和文献3)公开了一种表面声波器件，在该表面声波器件中LiTaO3压电基板被结合在蓝宝石基板上并且在该压电基板上设置有诸如IDT(叉指换能器)的电极图案。
在文献1和文献2中，LiTaO3压电基板(LT基板)表面上的法线方向为绕X轴从Y轴向Z轴方向旋转42°的方向(这被称为42°切角基板)，其中表面声波沿该X轴方向传播。因为42°切角基板的传播损耗小，所以其主要用于包括LT基板的表面声波器件。然而，在文献1到文献3中所述的表面声波器件中，在谐振器的谐振特性或滤波器的通带中产生波动。
发明内容
鉴于上述情形做出本发明，并且本发明提供了将钽酸锂压电基板结合在支撑基板上的表面声波器件，该表面声波器件抑制了波动。
根据本发明的一方面，提供了一种表面声波器件，该表面声波器件包括：支撑基板；结合在所述支撑基板上的LiTaO3压电基板，该LiTaO3压电基板主表面上的法线方向为绕X轴从Y轴向Z轴方向旋转43°到53°的方向；以及形成在所述压电基板上的电极图案。
根据本发明的一方面，提供了一种双工器，该双工器包括：公共端子；以及连接到该公共端子的第一滤波器和第二滤波器，其中第一滤波器和第二滤波器中的至少一个以如上所述方式构造。
附图说明
图1是根据第一对比例和第一实施方式的谐振器的立体图；
图2A和图2B是当根据第一对比例的谐振器是串联谐振器时的带通特性的曲线图；
图3A和图3B是当根据第一对比例的谐振器是并联谐振器时的带通特性的曲线图；
图4示意性地示出了在第一对比例中导致不必要响应的体波；
图5示意性地示出了在第一对比例中串联谐振器和并联谐振器的导纳特性；
图6是作为LT切角的函数的标准化不必要响应的曲线图；
图7是作为标准化位移的函数的深度的曲线图；
图8是根据第二和第三对比例以及第二和第三实施方式的滤波器的立体图；
图9A和图9B是根据第二对比例和第二实施方式的滤波器的带通特性的曲线图；
图10A和图10B是根据第三对比例和第三实施方式的滤波器的带通特性的曲线图；
图11是根据第四实施方式的双工器的框图。
具体实施方式
现在，参照附图对本发明的实施方式进行描述。
[第一实施方式]
图1是通过在蓝宝石基板10(支撑基板)上结合LiTaO3压电基板(在下文中称为LT基板)20而形成的表面声波谐振器的立体图。膜厚度为40μm的LT基板20被结合在膜厚度为250μm的蓝宝石基板10上，从而形成LT/蓝宝石基板15。本实施方式采用了与文献2和文献3中所述的形成LT/蓝宝石基板15的方法一样的方法。如在文献2中所提到的，在蓝宝石基板10和LT基板20之间的结合界面处设置有厚度为0.3nm～2.5nm的非晶结合区12。尽管由于形成非晶结合区12而产生了轻微的粗糙，但是蓝宝石基板10和LT基板20之间的界面是大体上光滑的。
在LT基板20上设置有作为Al(铝)制电极图案22的电极IDT和反射器RO。表面声波的传播方向是沿X轴，并且在X轴方向上分别在IDT的两侧设置了反射器RO。该IDT具有输入端子In和输出端子Out以充当谐振器25。表面声波的波长约为4μm。LT基板20的主表面21的法线方向为N方向。根据文献1到文献3的示例，N方向为绕X轴(即，表面声波的传播方向)从Y轴向Z轴旋转42°的方向。通过这种方式，在本发明的表面声波器件中使用42°Y切角LT/蓝宝石基板。
图2A是将利用第一对比例的42°Y切角LT/蓝宝石基板的谐振器25用作串联谐振器的带通特性的曲线图，而图2B是包括谐振点的区域的放大曲线图。参照图2A，在约935MHz的频率处观察到略高于反谐振点的波动。参照图2B，在约905MHz的频率处观察到略低于谐振点的另一波动。
图3A是将利用第一对比例的42°Y切角LT/蓝宝石基板的谐振器25用作并联谐振器的带通特性的曲线图，而图3B是包括反谐振点的区域的放大曲线图。参照图3B，在约880MHz的频率处观察到略低于反谐振点的波动，而在约910MHz的频率处观察到略高于反谐振频率的波动。
在图2A到3B中观察到的波动是由LT基板20中的体波导致的。图4是图1所示的谐振器25的截面图。为了确保LT基板20和蓝宝石基板10的结合强度，结合界面应该是大体上光滑的。如果结合界面粗糙，则会降低结合强度。然而，如果该结合界面是光滑的，则由于LT基板20为10λ那么薄(λ为表面声波的波长)，从而在LT基板20和蓝宝石基板10之间的界面处反射的体波如图4所示那样传播。由这些体波导致的不必要响应被观测为图2A到图3B中的波动。
图5示意性地示出了并联谐振器和串联谐振器(它们根据图2A到图3B所示的第一对比例的谐振器25的带通特性来构成梯形滤波器)的导纳特性。在滤波器的通带中产生了第一不必要响应和第二不必要响应。如果LT基板20和蓝宝石基板10之间的界面是不平坦的，则在界面处反射的体波被散射。从而，可能抑制图5中的不必要响应。但是，为了使所述界面反射的体波不会发生散射并且确保LT基板20和蓝宝石基板10之间的结合强度，界面最好是平坦的。
根据本发明的一方面，为了解决上述问题，改变LT切角以模拟图5中的第二不必要响应的大小。该LT切角是LT基板20的主表面的法线方向绕X轴(即，表面声波的传播方向)从Y轴向Z轴旋转的角度。图6是示出在38°～54°LT切角处观察到的、根据42°LT切角处观察到的不必要响应进行了标准化的不必要响应的曲线图。在该模拟中将LT基板的厚度设为7λ、10λ、15λ和20λ(λ为表面声波的波长)。电极图案22由铝制成并具有0.1λ的膜厚。
当LT切角为43°～52°时，对于LT基板20的各膜厚，标准化不必要响应小于或等于1。即，与利用42°的LT切角的通常情况相比，减少了不必要响应。对于43°～53°范围的LT切角，当LT基板20的膜厚度为7λ或10λ时，该标准化不必要响应小于或等于1。此外，对于46°～50°的LT切角，标准化不必要响应小于或等于0.2并且基本恒定。如上所述，该LT切角应该为43°～53°，优选为43°～52°，更优选地应该为46°～50°。
由于表面声波主要在表面上传播，所以电极图案22的膜厚度影响了利用表面声波的谐振器的带通特性。另一方面，由图4所示的体波导致的不必要响应不受电极图案22的膜厚度的影响。下面将对以上情况进行详细的描述。当电极图案22设置在LT基板20的表面上时，谐振器的阻抗非常小。相反，当电极图案22没有设置在LT基板20的表面上时，谐振器的阻抗非常大。在LT基板20的表面上具有大阻抗差的电极图案22的边界处，在LT基板20中发射体波。接着在LT基板20和蓝宝石基板10之间的边界处反射该体波。被反射的体波被吸收到位于LT基板20的表面上的电极图案22中，从而变成不必要响应。如上所述，体波仅在LT基板20中传播，电极图案22的膜厚度几乎不会影响到不必要响应的大小。
图6示出了不必要响应的大小取决于LT基板20的膜厚度的情况。然而，LT基板20的膜厚度几乎不会影响到不必要响应对LT切角的依赖性。LT切角的优选范围几乎与LT基板20的膜厚度无关。
图7是示出了在LT基板20的表面上传播的漏表面声波在深度方向上的位移分布的曲线图。漏表面声波在深度上的位移基本上等于或小于1λ(λ为表面声波的波长)。因此，优选的是，LT基板20的膜厚度大于或等于1λ。此外，因为当LT基板20的厚度大于100λ时设置支撑基板没有任何意义，所以优选的是，LT基板20的厚度小于或等于100λ。
[第二实施方式]
第二实施方式是具有处于900MHz频率的通带的梯形滤波器。
参照图8，梯形滤波器28由串联谐振器S1到S3和并联谐振器P1和P2构成。在LT/蓝宝石基板15上，串联谐振器S1到S3串联连接在输入端子In和输出端子Out之间。并联谐振器P1连接在节点和地之间，该节点处于串联谐振器S1和S2之间。并联谐振器P2连接在另一节点和地之间，该另一节点处于串联谐振器S2和S3之间。
图9A是具有处于880MHz到915MHz范围内的通带并且分别包括LT切角为42°(第二对比例)和48°(第二实施方式)的LT/蓝宝石基板15的两个梯形滤波器的带通特性的曲线图。图9B是这两个梯形滤波器的通带的曲线图。参照图9B，第二对比例分别在883MHz和915MHz的频率处观察到第一波动和第二波动。第二波动非常大，并且通带高频侧的肩部下降。这里认为该第一波动是受并联谐振器上生成的波动的影响，而第二波动是受在串联谐振器和并联谐振器上生成的波动的影响。相反，在第二实施方式上未观察到第一波动和第二波动。如上所述，独特的LT切角抑制了在梯形滤波器28的通带中出现的波动。
[第三实施方式]
第三实施方式是具有处于1900MHz频率的通带的梯形滤波器。图10A是具有处于约1900MHz的频率的通带并且分别包括LT切角为42°(第三对比例)和46°(第三实施方式)的LT/蓝宝石基板15的两个梯形滤波器的带通特性的曲线图。图10B是这两个梯形滤波器的通带的放大曲线图。参照图10B，在第三对比例中的1915MHz频率处观察到第三波动。在第三对比例中由并联谐振器导致的波动产生于通带范围之外。因此，在该通带中观察到的是由串联谐振器导致的波动。相反，在第三实施方式中抑制了第三波动。
根据第二实施方式和第三实施方式，可以通过将LT基板20的LT切角设置为等于43°～53°，从而可以抑制在滤波器的通带中产生的波动。以上是通过抑制在构成梯形滤波器28的谐振器中由体波导致的不必要响应、由此减少谐振特性中的波动来实现的。本发明不限于第二实施方式和第三实施方式中的梯形滤波器，而是包括诸如多模滤波器的其他类型的滤波器，其中可以抑制由体波的不必要响应导致的波动。
[第四实施方式]
图11所示的第四实施方式是利用第二实施方式或第三实施方式中的至少一个梯形滤波器28的示例性双工器。作为发射滤波器的第一滤波器30连接在公共端子Ant和第一端子T1之间，而作为接收滤波器的第二滤波器40连接在公共端子Ant和第二端子T2之间。第一滤波器30和第二滤波器40中的至少一个可以是第二实施方式或第三实施方式中的梯形滤波器28。从而，可以在双工器50的通带中抑制波动。
第一滤波器30和第二滤波器40不限于梯形滤波器，而可以是多模滤波器。例如，发射侧的第一滤波器30可以是梯形滤波器，而接收侧的第二滤波器40可以是DMS(双模SAW)滤波器。此外，第一滤波器30和第二滤波器40可以由具有不同LT切角的相应基板制成。
支撑压电基板的支撑基板不限于在第一到第四实施方式中使用的蓝宝石基板。该支撑基板可以由抑制频率-温度特性的材料(即，具有比LiTaO3更小的线膨胀系数的材料)制成。例如，可以使用玻璃或硅。图4所示的体波在支撑基板的任意材料中都具有类似的表现，因此图6所示的结果可应用于其他支撑基板。然而，因为蓝宝石具有大的杨氏模量，所以优选地使用蓝宝石作为支撑基板。
本发明不限于具体公开的实施方式，而是在不脱离本发明的范围的情况下可以进行其他实施方式和变形。
本申请基于2007年4月16日提交的日本专利申请2007-107329，在此通过参引并入其全部内容。

Claims (7)

1.一种表面声波器件，该表面声波器件包括：
支撑基板；
LiTaO3压电基板，其结合在所述支撑基板上，该LiTaO3压电基板主表面上的法线方向为绕X轴从Y轴向Z轴方向旋转43°到53°的方向；以及
形成在所述压电基板上的电极图案，
其中，所述支撑基板包括蓝宝石基板，以及
所述支撑基板和所述压电基板之间的结合界面的平坦度使得由所述结合界面反射的体波不会发生散射。
2.根据权利要求1所述的表面声波器件，其中，所述主表面上的所述法线方向为绕X轴从Y轴向Z轴方向旋转43°到52°的方向。
3.根据权利要求1所述的表面声波器件，其中，所述主表面上的所述法线方向为绕X轴从Y轴向Z轴方向旋转46°到50°的方向。
4.根据权利要求1所述的表面声波器件，其中，所述主表面上的法线方向为绕X轴从Y轴向Z轴方向旋转46°到53°的方向。
5.根据权利要求1所述的表面声波器件，其中，在所述支撑基板和所述压电基板之间夹有非晶结合区。
6.根据权利要求1所述的表面声波器件，其中，所述表面声波器件是包括具有所述电极图案的谐振器的滤波器。
7.一种双工器，该双工器包括：
公共端子；以及
连接到该公共端子的第一滤波器和第二滤波器，
所述第一滤波器和第二滤波器中的至少一个包括：
支撑基板；
LiTaO3压电基板，其结合在所述支撑基板上，该LiTaO3压电基板主表面上的法线方向为绕X轴从Y轴向Z轴旋转43°到53°的方向；以及
形成在所述压电基板上的电极图案，
其中，所述支撑基板包括蓝宝石基板，以及
所述支撑基板和所述压电基板之间的结合界面的平坦度使得由所述结合界面反射的体波不会发生散射。
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