CN101820266A

CN101820266A - 一种适合高频的高温度稳定性声表面波滤波器

Info

Publication number: CN101820266A
Application number: CN200910311425A
Authority: CN
Inventors: 李红浪
Original assignee: YIWU CITY HUAKAI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: YIWU CITY HUAKAI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2010-09-01

Abstract

本发明公开了一种能够同时实现高温度稳定性和高频的声表面波滤波器，结构包括压电基片、制作在压电基片表面的输入叉指换能器和输出叉指换能器，以及覆盖在压电基片、输入叉指换能器和输出叉指换能器上的波导层，压电基片为适合高频、正温度稳定性的晶体材料四硼酸锂(切向为(0、47.3、90))，波导层为既有高压电耦合系数又具有负温度系数的ZnO。输入叉指换能器利用压电效应，在压电基片中激发声波完成电声转换。输出叉指换能器利用逆压电效应，接收声波，完成声电转换。通过本发明从滤波器结构方面的改进，通过控制ZnO的厚度改善乐甫波滤波器的温度稳定性，结合LBO的传播速度高的特点，实现高频滤波器。

Description

一种适合高频的高温度稳定性声表面波滤波器

技术领域

本发明涉及带通滤波器领域，更具体地说是一种适合高频的高温度稳定性声表面波滤波器。

背景技术

声表面波是指声波在弹性体表面的传播，这个波被称为弹性声表面波。声表面波的传播速度比电磁波的速度约小10万倍。声表面波滤波器普遍采用石英晶体、压电陶瓷等压电材料，利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而制成的一种滤波专用器件。所谓压电效应，即是当晶体受到机械作用时，将产生与压力成正比的电场的现象。具有压电效应的晶体，在受到电信号的作用时，也会产生弹性形变而发出机械波(声波)，即可把电信号转为声信号。由于这种声波只在晶体表面传播，故称为声表面波。

声表面波滤波器的英文缩写为SAWF，声表面波滤波器具有体积小，重量轻、性能可靠、不需要复杂调整。在有线电视系统中实现邻频传输的关键器件。声表面波滤波器的特点是：(1)频率响应平坦，不平坦度仅为±0.3-±0.5dB，群时延±30-±50ns。(2)SAWF矩形系数好，带外抑制可达40dB以上。(3)插入损耗虽高达25-30dB，但可以用放大器补偿电平损失。声表面波滤波器包括声表面波电视图像中频滤波器、电视伴音滤波器、电视频道残留边带滤波器。广泛应用于电视机及录像机中频电路中，以取代LC中频滤波器，使图像、声音的质量大大提高。

近年来，通信的高速发展需要受到目前可用频率资源不足的制约，使得实际通信向更高频率发展。作为移动通信中常用的频率控制元件声表面波滤波器(SAW filter)，其发展趋势也必然是高频滤波器。由于滤波器的工作频率是声波速度和叉指(IDT)周期的商，因此提高滤波器的工作频率的途径通常有两种。第一：改进工艺，减小叉指周期。现有微电子工艺尽管有大幅度提高，可是设备投入代价很高。第二：提高声波的工作速度，高声速模式可以在不改变现有工艺的情况下，实现更高的工作频率。发明专利专利号为02124359.X名称为声表面波滤波器，正是利用前者，改进了工艺，使得温度稳定性更佳，然而其投入代价很高，而且没有实现高频，没有解决高声速模式和高温度稳定性的矛盾。

发明内容

本发明的目的在于克服目前声表面波滤波器中无法同时解决高声速模式和高温度稳定性的矛盾，提供一种既能够实现更高的工作频率，又能具有高温度稳定性的声表面波滤波器。

为了达到以上目的，本发明是通过以下技术方案实现：一种适合高频的高温度稳定性声表面波滤波器，包括压电基片、制作在压电基片表面的输入叉指换能器和输出叉指换能器，以及覆盖在压电基片、输入叉指换能器和输出叉指换能器上的波导层，其特征在于，所述压电基片材料为适合高频、正温度稳定性的四硼酸锂，波导层材料为与压电基片温度互补的材料。

压电基片材料为适合高频、正温度稳定性的晶体材料四硼酸锂，从而在加工工艺不变的情况下，实现更高的频率。目前常用的36°-YXLiTaO₃，和64°-YX LiNbO₃材料的速度约4000m/s以上，但是和常用的128°-YX LiNbO₃材料速度3980m/s相比较，提高并不显著。切向为(0、47.3、90)的四硼酸锂LBO(LLSW：longitudinal-leaky-surface wave)，作为一种高速声波材料，可以达到6700m/s，比常用的36LT和64LN，其速度提高0.6倍。因此该高速模式是一种理想的适合高频器件的工作模式。

波导层材料为具有负温度系数的材料，能够和基片温度系数进行补偿，从而实现高的温度稳定性。ZnO薄膜材料具有负温度系数，与正温度系数的石英基片相结合，可以得到机电耦合系数为1.1％，温度系数(TCF)基本为0的声表面波器件。通过调整ZnO材料厚度，可以实现针对不同基片材料的高温度稳定性的理论结果。当ZnO厚度超过1.34微米，声波不再是单一模式而是多个模式，即滤波器频率响应将出现多个通带；单ZnO膜厚超过0.5微米时，速度低于3500m/s，器件不再具有高速模式。因此，ZnO的膜厚低于0.5微米，通常选择0.05~0.5微米之间。

输入叉指换能器在利用压电效应，在压电基片中激发声波完成电声转换，激发声波传播到输出换能器。输出叉指换能器利用逆压电效，接收声波，完成声电转换。本发明从滤波器结构方面的改进，通过控制ZnO的厚度改善乐甫波滤波器的温度稳定性，利用LBO的传播速度高的特点，实现高频滤波器。

作为优选，所述压电基片材料四硼酸锂的切向是(0、47.3、90)。切向为(0、47.3、90)的四硼酸锂LBO(LLSW：longitudinal-leaky-surface wave)，作为一种高速声波材料，可以达到6700m/s，比常用的36LT和64LN，其速度提高0.6倍。因此该高速模式是一种理想的适合高频器件的工作模式。

作为优选，所述波导层材料为既有高压电耦合系数又具有负温度系数的ZnO。ZnO薄膜材料具有负温度系数，与正温度系数的石英基片相结合，可以得到机电耦合系数为1.1％，温度系数(TCF)基本为0的声表面波器件。通过调整ZnO材料厚度，可以实现针对不同基片材料的高温度稳定性的理论结果。

作为优选，ZnO膜的厚度除以换能器的周期长度称为相对膜厚，其厚度为0.05~0.5微米。当ZnO厚度超过1.34微米，声波不再是单一模式而是多个模式，即滤波器频率响应将出现多个通带；单ZnO膜厚超过0.5微米时，速度低于3500m/s，器件不再具有高速模式。因此，ZnO的膜厚低于0.5微米，通常选择0.05~0.5微米之间。

作为优选，叉指电极材料为铝、金、铜或铜铝合金材料。输入叉指换能器在利用压电效应，在压电基片中激发声波完成电声转换，激发声波传播到输出换能器。输出叉指换能器利用逆压电效，接收声波，完成声电转换。

有益效果：本发明的新型的适合高频、高温度稳定性的表面声波滤波器，分析了现有的以石英、铌酸锂、钽酸锂等作为基片材料的声表面波(SAW)滤波器在现有工艺条件下难以实现高工作频率的情况，压电基片采用了四硼酸锂(Lithium-Tetraborate，LBO)作为基片材料，波导层采用负温度系数的ZnO材料，从结构方面改善滤波器性能，能同时实现适合高频声波模式和高温度稳定性双优的声表面波滤波器。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明的输入叉指换能器的结构示意图；

图4为本发明的输出叉指换能器的结构示意图；

图5为ZnO膜厚与速度的关系图。

图中：1-压电基片，2-波导层，3-输入叉指换能器，4-输出叉指换能器，6-第一信号端口，7-第二信号端口。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明的适合高频的高温度稳定性表面声波滤波器进行详细的说明。

实施例1：如图1和图2所示，一种适合高频的高温度稳定性声表面波滤波器，包括压电基片1、制作在压电基片1表面的输入叉指换能器3和输出叉指换能器4，以及覆盖在压电基片1、输入叉指换能器3和输出叉指换能器4上的波导层2，输入叉指换能器3在压电基片1中激发声波并在压电基片1中传播，输出叉指换能器4用于接收声波，当加载的被测物与波导层2发生反应后会导致声波的特性发生变化，通过检测这些变化而可以得到关于被测物的特性结论。

压电基片1材料为适合高频、正温度稳定性的四硼酸锂，切向是(0、47.3、90)。切向为(0、47.3、90)的四硼酸锂LBO(LLSW：longitudinal-leaky-surface wave)，作为一种高速声波材料，可以达到6700m/s，比常用的36LT和64LN，其速度提高0.6倍。因此该高速模式是一种理想的适合高频器件的工作模式。

如图5所示，波导层2材料为既有高压电耦合系数又具有负温度系数的ZnO，波导层材料为具有负温度系数的材料，能够和基片温度系数进行补偿，从而实现高的温度稳定性。ZnO膜的厚度除以换能器的周期长度称为相对膜厚，其厚度为0.05微米。如图3所示的输入叉指换能器和如图4所示的输出叉指换能器，其叉指电极材料为铝。

实施例2：如图5所示，ZnO膜的厚度除以换能器的周期长度称为相对膜厚，其厚度为0.5微米。如图3所示的输入叉指换能器和如图4所示的输出叉指换能器，其叉指电极材料为铜铝合金。其余同实施例1。

使用中：输入叉指换能器在利用压电效应，在压电基片中激发声波完成电声转换，激发声波传播到输出换能器。输出叉指换能器利用逆压电效，接收声波，完成声电转换。本发明从滤波器结构方面的改进，通过控制ZnO的厚度改善乐甫波滤波器的温度稳定性，利用LBO的传播速度高的特点，实现高频滤波器。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种适合高频的高温度稳定性声表面波滤波器，包括压电基片、制作在压电基片表面的输入叉指换能器和输出叉指换能器，以及覆盖在压电基片、输入叉指换能器和输出叉指换能器上的波导层，其特征在于，所述压电基片材料为适合高频、正温度稳定性的四硼酸锂，波导层材料为与压电基片温度互补的材料。

2.根据权利要求1所述的一种适合高频的高温度稳定性声表面波滤波器，其特征在于，所述压电基片材料四硼酸锂的切向是(0、47.3、90)。

3.根据权利要求1所述的一种适合高频的高温度稳定性声表面波滤波器，其特征在于，所述波导层材料为既有高压电耦合系数又具有负温度系数的ZnO。

4.根据权利要求3所述的一种适合高频的高温度稳定性声表面波滤波器，其特征在于，ZnO膜的厚度除以换能器的周期长度称为相对膜厚，其厚度为0.05~0.5微米。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种适合高频的高温度稳定性声表面波滤波器，其特征在于，叉指换能器电极材料为铝、金、铜或铜铝合金。