CN102684639A

CN102684639A - 使微调影响和活塞波型不稳定性最小化的声波导器件和方法

Info

Publication number: CN102684639A
Application number: CN2012100574882A
Authority: CN
Inventors: 本·阿博特; 艾伦·陈; 特霍·科克; 库尔特·斯坦纳; 罗伯特·艾格纳; 朱利恩·格拉捷
Original assignee: Triquint Semiconductor Inc
Current assignee: Qorvo US Inc
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: CN102684639B; JP2012186808A; JP5936393B2

Abstract

一种可操作为活塞波型波导的声波器件，其包括在压电基板的表面上形成叉指式换能器的电极，其中多个电极中的每一个均限定为具有横向延伸中央区域和横向相反边缘区域，用于引导声波沿纵向穿过换能器。氧化硅覆盖层覆盖换能器，并且氮化硅层仅在中央和边缘区域覆盖氧化硅覆盖层。氮化硅层的厚度足以为中央区域内的声波提供频率修改并且针对钛条在相反边缘区域中的每一个中的定位进行优化。钛条降低边缘区域内的声波速度，所述边缘区域内的速度低于换能器中央区域内的波速。

Description

使微调影响和活塞波型不稳定性最小化的声波导器件和方法

技术领域

本发明一般涉及声波器件及相关方法，更具体而言，涉及用于在换能器孔内提供一般平坦传播波型(flat propagation mode)的声波器件内换能器电极改进方案。

背景技术

如本文所述的，术语表面声波(SAW)以及SAW装置的提及和使用意图用于利用弹性波在材料表面上或几种材料界面处的传播的任意装置。应当理解，本文所述的公开内容可以应用于任意类型弹性波，只要它们可以利用叉指式换能器(IDT)产生或检测即可。例如，所谓的漏声表面波(Leaky SAW)、假声表面波(Pseudo SAW)、边界波(Boundary Wave)、表面横波(Surface Transverse Wave)、界面波(Interface Wave)或勒夫波(Love Wave)在本文也被认为是SAW。

如本领域中已知的，SAW器件使用IDT来将电能转换成声能，或者相反地将声能转换成电能。例如，参考图1示出的IDT使用压电基板和处于两个不同电位的两个相对母线(busbar)以及与两个母线连接的两组电极。由于压电效应，处于不同电位的两个连续电极之间的电场提供了声源。

相反地，如果换能器接收入射波，则由于压电效应而在电极中产生电荷。如参考图2所示出的，通过将换能器置于两个反射栅之间来获得谐振器。如本领域中已知的，可以通过连接几个谐振器或通过具有一个或几个产生声能的发射IDT，设计滤波器或双工器，其中声能由一个或几个IDT接收。

在设计表面声波(SAW)器件时的一个典型问题是在换能器区域中的弹性波速度低于母线区域中的速度。换能器用作防止声能从换能器中泄露的波导并且帮助降低损耗。然而，当该波导支持多于一个的声波传播引导波型时，器件转移函数(transfer function)产生不期望的纹波或杂散(spurii)。这一般用几种方式解决。

一种方法包括选择足够小以具有仅一个引导波型的声孔。对器件而言，这可能导致过载或不期望的源阻抗。另一种方法包括使用换能器的变迹(apodization)以试图匹配波型的横向轮廓。这也导致不期望的大阻抗、降低的电-机耦接、以及损耗。使用二维周期性障碍物也是减少横向波型的另一方法，但是其需要更为复杂的制造工艺。

为了在换能器孔中具有为基本平坦形状的一个传播波型，活塞波型法依赖于换能器中的速度分布的变化。该方法描述于美国专利号7576471中(其公开内容通过引用并入本文)，在该情况下，换能器中的速度低于母线中的速度。

对于高耦合基板如铌酸锂，在表面处的电条件对于速度有大的影响，并且电极末端间隙中的速度通常比换能器孔中的速度大得多并且大于母线中的速度。间隙的长度通常与电极宽度为同一量级，且通常为声波波长的几分之一。在该情况下，导致由边缘间隙上的反射引起的横向波型和能量泄露到换能器外。换能器区域和间隙区域之间的速度差大至足以在边缘上产生全反射。

为了抑制不想要的横向波型，一种通常的方法包括使用变迹，如参考图3示出的。在该情况下，边缘间隙的位置延伸到换能器孔区域中。由于间隙的位置对波型具有大的影响，所以波型形状沿换能器长度变化。结果，出现在不同频率处的不期望的横向波型，并且其期望作用降低。

类似地，Ken Hashimoto在[T.Omori，

Matsuda，Y.Sugama，

Tanaka，K.Hashimoto和M.Yamaguchi，″Suppression of SpuriousResponses for Ultra-Wideband and Low-Loss SAW Ladder Filter on aCu-grating/15.YX-LiNbO3 Structure″，2006 IEEE Ultrasonics symp.，pp1874-1877]中提出一种换能器，其中间隙位置恒定而孔在换能器中改变，如参考图4所示出的。这可以被称为使用假电极变迹。该换能器通过沿换能器改变横向波型频率来工作。

又如，Murata的专利申请[US2007/0296528A1]描述了一种SAW换能器，其在边缘间隙前具有较宽的电极以试图降低边缘间隙区域和换能器孔区域之间的速度差，如参考图5示出的。Murata的另一专利申请[US2008/0309192A1]公开了一种修改方案的变迹，如参考图6所示出的。对于该换能器，包括相位和阻抗在内的性能特性参考图6a的曲线示出。

SAW换能器也经常使用所谓的“假电极(dummy electrode)”，如再次参考图3所进一步示出的。这些假电极用于抑制换能器的有源区域和换能器的无源区域之间的速度差，尤其是在使用变迹时。

通常，将假电极与有源电极分开的电极末端间隙选择为处于电极宽度(其为波长的几分之一)的量级，目的是尽可能降低其影响。当选择高耦合材料时，间隙中的速度远高于换能器中的速度。在该情况下，即使间隙长度小，也发现间隙位置对横向波型具有非常大的影响。

所有这些教导都试图降低换能器的边缘间隙的不期望影响。即使表现出良好的品质因子，变迹也会导致不期望的等效耦合系数降低。此外，波速为使得对换能器而言波导明显变小，否则有用的能量会不期望地泄露到换能器之外。

为了重申问题，例如，对于其中使用高耦合基板的情况下，在设计SAW谐振器或SAW换能器时的一个难题在于存在其速度比换能器孔区域的速度大得多的电极边缘间隙区域。这在使用瑞利波或勒夫波时尤其成为问题。具体而言，这种难题一般在取向为约Y+128度或约Y+15度的铌酸锂基板的情况下出现。这些取向通常与氧化硅介电层或覆盖层结合使用，以降低温度敏感性。经常使用重电极金属如Cu以增加声反射率。

在该情况下，波型形状和频率大大地取决于换能器区域中的间隙位置。在使用变迹时，由于间隙的位置改变，所以这些波型形状和速度沿换能器改变。这在具有不同间隙位置的区域之间产生波型变换以及损耗。而且，变迹降低器件的等效压电耦合。在对于高耦合基板的通常情况下，当母线中的速度低于换能器中的速度时，在换能器区域中没有波导并且能量外泄，导致损耗以及品质因子变差。

例如，本文描述的本发明实施方案提供在高耦合基板上制造SAW换能器或SAW谐振器且同时在换能器区域中引导能量而无需变迹的方法。获得更高的等效耦合因子以及更低的损耗。作为变迹的一个替代方案，期望的是确保换能器区域中的波导。

附图说明

为了更充分地理解本发明，将结合附图参考一下详细说明，附图示出本发明的多个实施方案，其中：

图1是叉指式换能器(IDT)的概要图示；

图2是SAW谐振器的概要图示；

图3是具有三角形变迹元件的SAW谐振器的概要图示；

图4是包括假电极变迹的SAW谐振器的概要图示；

图5是用于降低间隙区域中的速度的IDT配置的概要图示；

图6是具有双三角形变迹的换能器的概要图示；

图6a：双三角形变迹的所导致的阻抗和相位特性；

图7是具有长间隙及其元件内的对应速度分布的换能器的概要图示；

图8是根据本发明教导的换能器的概要图示，所述换能器具有长间隙边缘区域，该边缘区域与中央区域在物理上不同，所述间隙长边缘区域具有比中央区域低的速度分布以及比间隙区域低的速度分布；

图9是具有长边缘间隙和修改的边缘区域的换能器的一个实例，其中所述间隙区域中的电极宽度与所述换能器区域中的相同；

图10示出具有长边缘间隙和修改的边缘区域的换能器的一个实例，其中所述间隙区域中的电极宽度与所述边缘区域中的相同；

图11概要示出具有降低横向波型和改善的Q的谐振器，其中两个栅具有与换能器相同的声学结构，只是它们被短路，并且其中所述短路通过在其外侧上的栅中添加连接来实现；

图11a.1、11a.2、和11a.3示出图11的谐振器的特征数据，其中所述谐振器的周期为2μm，并且边缘长度为3μm；

图12是没有假电极的换能器的概要图示，所述换能器在顶部具有介电层或金属层以降低边缘区域中的速度；

图13是没有假电极的换能器的概要图示，所述换能器在顶部上具有介电层或金属层以增加中央区域中的速度；

图14是没有假电极的谐振器的概要图示，所述谐振器在顶部上具有介电层以增加中央区域中的速度；

图15是SAW器件的示意性截面视图，所述SAW器件具有包埋在介电材料(例如，SiO_x)中的电极；

图16示出沿包埋在氧化硅中的电极的横截面视图中的本发明一个实施方案，其中快介电材料层叠在换能器中央区域的顶部上；

图16a是在沿包埋在氧化硅中的电极的横截面视图观察的一个实施方案的概要图示，使用快介电材料来获得期望的速度配置，其中为了使频率微调(trimming)过程容易，该快介电材料添加在整个换能器表面上(间隙/边缘/换能器)，而更多的材料添加在中心部，并且其中如果移除一些快介电材料，快介电材料的厚度差将保持恒定，并且速度差将保持在期望的水平；

图16b示出沿包埋在氧化硅中的改进器件的一个电极实例视图的横截面视图中根据本发明教导的一个实施方案，其中使用慢介电材料来获得正确的速度配置，并且其中为了使频率微调过程容易，该慢介电材料添加在整个换能器表面上(间隙/边缘/换能器)，而更多的慢介电材料添加在中央区域的顶上或者可以包埋在中央区域中；

图16c和16d示出在沿包埋在氧化硅层中IDT的电极视图的横截面中根据本发明教导的实施方案，其中使用氮化硅层进行频率微调，对于图16c的实施方案，所述氮化硅层添加到中央和边缘区域，而对于图16d的实施方案，优选延伸到间隙区域中，并且其中“慢”材料如钛条定位在仅在边缘区域内的氧化硅覆盖层内；

图17示出具有长边缘间隙和较慢边缘区域的换能器的一个实例，其中所述间隙区域内的电极宽度与换能器区域内的相同，并且其中存在假电极；

图18示出具有长边缘间隙和较慢边缘区域的根据本发明教导的换能器的一个实例，其中边缘区域中的速度通过增加占空因子而降低，并且中央区域中的速度通过在顶部上添加介电层而增加；

图19示出具有长边缘间隙和较慢边缘区域的换能器的一个实例，所述换能器还具有一些变迹以进一步降低横向波型的水平，但是在该情况下非常轻微的变迹就足够了；

图20示出其中慢边缘区域宽度不恒定的换能器的一个实例；

图21是具有长边缘间隙和较慢边缘区域的一种换能器的一个实例，其中所述较慢区域不具有恒定的速度；

图22示出两个换能器耦合的谐振器滤波器(具有波型抑制)的一个实例；

图23是标准器件和利用根据本发明教导的活塞波型(piston mode)换能器的器件的转移函数的比较；

图24示出根据本发明教导的三个换能器耦合的谐振器滤波器(具有波型抑制)的一个实例；

图25a-25h示出本发明的活塞波型谐振器获得的结果，其中示出多个间隙边缘长度，并且其中所示的曲线为阻抗相位，谐振下的Q以及反谐振下的Q，谐振器的周期为2μm(对应于4μm的波长)，对于1λ的间隙长度，下侧上的波型消失，并且对于3λ的间隙长度品质因子合乎期望并且对于更大的间隙长度仍然合乎期望；

图26a-26k是对于电极边缘区域内的包埋钛条而言在边缘区域内速度偏移的厚度曲线，其作为对于包埋在覆盖介电层(此处为氧化硅)内钛条不同位置而言的从电极上方至边缘区域中介电层中的0％至100％(增量为10％)的氮化硅微调材料厚度的函数；

图27是作为电极边缘区域中介电层内钛条的位置的函数的标称波速偏移的曲线；和

图28是作为对于氮化硅顶层的不同厚度而言边缘区域中介电层内钛条的位置的函数的速度偏移变化的曲线。

具体实施方式

下文将参考附图更充分地描述本发明，附图中显示了本发明的替代实施方案。然而，本发明可以以许多不同的方式实施，因此不应被解读为限于本文列出的实施方案。相反，提供这些实施方案的目的是使本公开透彻且完整，并且将本发明的范围充分传达给本领域的普通技术人员。

期望地，当修改边缘区域内的换能器电极的物理特性以使得纵向延伸边缘区域内的声波的波速小于换能器中央区域内的波速并且相对间隙区域中波速大于换能器中央区域中的速度时，在换能器中央区域中产生平坦传播波型。另外，当边缘区域中换能器的物理特性修改为使得纵向延伸边缘区域内声波的波速小于换能器中央区域内的波速并且相对间隙区域中波速大于换能器中央区域中的速度时，在换能器的孔内产生基本上平坦的传播波型。由于该波型内的振幅与电-声源的振幅匹配，所以优选将其激发。因此，在高耦合基板上的SAW换能器或SAW谐振器将在换能器区域内导能而无需变迹。获得更高的等效耦合因子以及更低的损耗。边缘区域的物理特性可以通过改变电极尺寸或在边缘区域处添加介电层或金属层或两者的组合来修改。也可以向中央区域添加一个或多个介电层。介电层在本文中以举例的方式描述，但是应当理解，所述层可以是介电层、多重介电层、一个或多个金属层、或其组合中之一。结果，在相对间隙区域内声波的速度大于间隙区域之间的换能器中央区域中的速度，边缘区域中的速度小于中央区域中的速度，因此在换能器的孔(中央区域)内产生期望的、基本上平坦的传播波型。

现在参考图7和8，作为包括压电基板12(其具有用于支持声波的表面14)的声波器件10，以举例的方式在本文描述了本发明的一个实施方案。第一细长母线16和相对的第二细长母线18通常沿声波的纵向20延伸。多个第一电极22与第一母线16电连接并通常从第一母线16横向延伸，并且多个第二电极24与第二母线18电连接并从第二母线18延伸。相对母线16、18和多个电极22、24形成载于用于支持声波传播的压电基板12的表面14上的叉指式换能器26(IDT)。

继续参考图7和8，多个电极22和24各自具有与第一和第二母线16和18之一电连接的第一端28和相反的第二端30，所述第二端30具有与相对的母线16、18隔开的边缘32以在每个电极22、24的边缘和相对母线16、18之间形成间隙34、36。靠近相对母线16、18的间隙34、36形成沿换能器26的纵向延伸且大致相互平行的间隙区域38、40。

对于本发明的实施方案，如将在下文进一步描述的，间隙34、36的长度尺寸42大于在IDT26内传播的声波的一个波长。大于一个和大于三个波长已证明为合乎期望地有效。进一步地，继续参考图8，由第一横向延伸电极部50和第二横向延伸电极部52限定多个电极22、24中的每一个，第一横向延伸电极部50靠近相关的电连接母线16、18并且通常容纳在间隙区域38、40中，并且第二横向延伸电极部52靠近边缘32并且限定沿换能器26的纵向延伸的边缘区域54、56。电极22、24的第三横向延伸电极部58在第一和第二横向延伸电极部50、52之间延伸。第三横向延伸电极部58整个都在换能器中央区域46内。

如再次参考图8进一步示出的，边缘区域54、56的物理特性不同于中央区域46中的电极部58的物理特性，结果是边缘区域波速(Ve)小于中央区域波速(Vc)，而相对间隙区域38、40内声波的速度44大于相对间隙区域之间的换能器中央区域46中的速度。

例如，参考图9，在相反边缘区域54、56内的第二横向延伸电极部52的宽度尺寸60可以大于分别在间隙区域38、40和换能器中央区域46内的第一和第三横向延伸电极部50、58的宽度尺寸62、64，以提供增加的占空因子(duty factor)以及因此提供比换能器中央区域46内的波速小的边缘区域54、56内的波速44。关于换能器26的占空因子，边缘区域的物理特性不同于中央换能器区域。在换能器26的孔48内产生基本平坦的传播波型。此处参考图9描述的本发明实施方案包括至少为由IDT传播的波长三倍的间隙长度尺寸。

对于以举例方式在此处描述的本发明实施方案，边缘间隙长度可以充分增加以降低或甚至消除穿过间隙的隧穿效应。此处公开了长端间隙34、36。“长”在此处用于指间隙的长度尺寸，其至少为用于传播波的波长的长度且大于SAW器件中通常使用的长度。边缘间隙长度大于或至少为一个波长，导致期望的波导。边缘间隙长度大于三个波长允许进一步改善的波导。在该情况下，获得非常强的横向波型。尽管这些强的横向波型，但是能量被约束在换能器内，由此导致低损耗。再次参考图8，例如，为了减少横向波型，边缘中较低的速度提供在换能器区域中基本平坦的波型。这可以通过例如增加电极边缘处的占空因子来完成。获得平坦波型，即所谓的活塞波型。其它波型几乎不被激发，原因是源特征几乎与波型形状完全匹配。

参考图10，器件10的一个实施方案进一步包括多个电极22、24，各电极22、24由靠近相关电连接母线16、18且一般容纳在间隙区域38、40内的第一横向延伸电极部50以及靠近边缘32并且限定沿换能器26纵向延伸的边缘区域54、56的第二横向延伸电极部52所限定。电极22、24的第三横向延伸电极部58在第一和第二横向延伸电极部50、52之间延伸。第三横向延伸电极部58整个都在换能器中央区域46内。

对于此处继续参考图10描述的实施方案，在间隙区域38、40和边缘区域54、56内的第一和第二横向延伸电极部50、52分别具有大于在换能器中央区域46内的第三横向延伸电极部58的宽度尺寸64的宽度尺寸60，62，以提供增加的占空因子且由此提供比换能器中央区域内的波速小的纵向延伸边缘区域内的波速44。

图10示出本发明的另一实施方案，其中长端间隙34、36用于允许在换能器内进行波导。为了减少横向波型，通过增加边缘区域38、40内指状元件部的占空因子来降低换能器边缘中的速度。对于图9的情况，间隙中的占空因子与边缘区域中的占空因子相同，而对于间隙的占空比与图10实施方案的中央区域中的相同。

当间隙区域38、40中的平均速度44大于换能器孔中央区域46中的速度且边缘区域中的速度小于中央区域中的速度时，图9和10的实施方案的配置与其它配置一样工作。调整边缘区域中的长度及其速度以获得在换能器中央区域中基本上平坦的波型，以优先激发该波型。重要的是，应当理解，对本发明工作而言重要的参数是在不同区域中的平均速度。这意味着，即使连续的电极区域在物理上不相同(例如，不同的宽度)，只要在边缘区域中的平均速度低于在中央区域中且在间隙区域中高于在中央区域中，也将可能产生类似的结果。此外，还应理解，相对的母线不必严格平行。如果间隙区域足够大，则可忽略母线中的声能，并且其精确布置对器件性能仅具有细微的影响。

如参考图11所示出的，器件10可以进一步包括载于叉指式换能器26的相反纵向端70、72上的基板12的表面14上的第一和第二栅66、68。还进一步地，相对栅66、68中的预选电极74、76和从换能器26移除的大多数经连接条78电连接以发生短路。如继续参考图11所示出的，第一和第二栅66、68可以具有构建作为换能器26内的电极22、24的电极80、82，但不限于这种结构。

为了免波在栅66、68和换能器26之间分离时任意避型转换，栅与换能器类似，只是栅被短路以避免产生声能。短路可以通过利用添加电极的金属连接件或在外部完成。期望的是将额外的连接件置于反射器的外部上，在该处声能最低且因此影响最低。

图11a1、11a2和11a3示出利用如参考图9的实施方案描述的本发明谐振器所获得的阻抗曲线。基板是Y切割128°铌酸锂。电极由铜金属组成且包埋在氧化硅层内。金属厚度为2500A，而氧化物厚度为1μm。换能器和反射器的周期是2μm。换能器中的占空因子为50％，而在边缘中和在间隙中的占空因子为75％。谐振器包括200个有源电极。有源孔为80μm，间隙区域在20μm至40μm之间变化。如图所示，对于2μm至5μm的边缘长度(0.75至1.2倍的波长)获得期望的结果。所得品质因子(qualityfactor)在谐振处为1252，在反谐振处为1424。波型减弱。通过比较，对于相同的金属和氧化物，当使用三角形变迹时，品质因子低于850。这显示所提出的实施方案具有优越性。

现在参考图12，上文描述的声波器件10可包括具有沿换能器26纵向延伸的介电层或金属层84、86的换能器，其中所述介电层或金属层84、86只覆盖边缘区域54、56内的电极部52而不在换能器中央区域46中。旨在降低边缘区域54、56中速度的该替代方案包括在边缘区域中添加介电或金属层84、86。金属层可以添加在电极上方或下方的边缘中。

如在该部分中随后更详细描述的，金属层可以与介电层结合，其中所述金属包括位于介电层内最佳深度处的钛(Ti)。

具有快声速的层例如氮化铝或氮化硅可以添加在中央区域中，如参考图13示出的。获得类似的声速配置，在边缘处具有最低速度，在间隙中具有高速度，并且在中央中的速度高于在边缘的速度。可以合适地选择层厚度和/或边缘宽度以获得平坦传播波型。因此，通过在边缘区域或换能器中央区域上方添加合适的介电层，可以使边缘区域的物理特性不同于中央区域。

如参考图13和18所示出的，换能器26可以包括沿换能器纵向延伸的介电层88，所述介电层88覆盖换能器中央区域46内的电极部58。如参考图14进一步示出的，其包括谐振器90的概要图示，对于换能器26和相邻栅66、68两者，所述谐振器90具有在中央区域46内的电极顶部上的介电层88以增加中央区域46内的声波速度。如参考图18进一步示出的，介电层88可延伸到换能器边界之外，如参考介电部88a所示出的。

充分覆盖换能器的氧化硅层或覆盖层将降低其温度敏感性，其中边缘区域的长度小于声波波长的1.5倍。

又如，图14示出利用图13的配置的一个谐振器。同样，小心地选择具有与换能器配置类似的声学配置的反射器。

图15示出一个包埋的IDT配置。在该情况下，可以在顶部上沉积实现速度偏移的额外层，如参考图16进一步示出的。在一个实施方案中，第一介电层92覆盖换能器26并且第二介电层94沿换能器纵向延伸并且只覆盖换能器中央区域46内的电极部。如在本公开中下文将详细描述以及如前文描述的，边缘区域内的介电层之一可以用金属替换。在一个实施方案中，只在边缘区域内添加钛。

任选地，并且参考图16a和16b，器件10还可以包括覆盖换能器26的第一介电层92和沿换能器纵向延伸且覆盖间隙区域38、40、边缘区域54、56和中央区域46内的电极部的第二介电层94。此外，如继续参考图16a所示出的，可以包括进一步覆盖中央区域46内的电极部的第三介电层96。还进一步地，并且如继续参考图16b所示出的，可以包括第三介电层96以使其覆盖边缘区域54、56内的电极。

所述层也可以直接沉积在电极上，其取决于期望的技术选择。期望的是具有在边缘区域54、56中具有较低声波速度的速度分布以及选择用于获得基本上平坦的波型形状的边缘长度和速度差别。

经常有必要微调滤波器的频率。通常，这通过在滤波器的顶部上蚀刻或添加一些量的材料来完成。在滤波器结构顶部上添加层以获得期望的速度偏移的情况下，可有利地使用与参考图16a和16b所示出的类似的配置。这允许不关联器件的中心频率并且减少副振荡波型(spurious mode)的水平。

在一个替代实施方案中，并且继续参考图12、16、16a和16b，边缘区域54、56内的层84、86将包括钛层(也称为条或膜)84t、86t，其中期望地减少边缘区域内的速度(Ve)(如前文参考图12描述的)。如本公开中下文将描述的，钛层的位置、金属电极的厚度、介电层的厚度将针对器件的期望性能进行优化。

如参考图17示出的，根据本发明教导的一个换能器26可以如参考图7和9描述的，其中包含从相对母线16、18延伸的假电极98以形成靠近母线的假电极区域100、102，从而减少间隙区域38、40的长度。由于端间隙足够长，所以这些假电极98的存在或不存在对器件性能没有影响。

图18示出本发明的另一实施方式。在该情况下，换能器孔中央区域46和慢边缘区域54、56之间的速度差通过选择慢区域中的高占空因子和在中央区域中添加介电层(例如，氮化硅层)两者来获得。这允许在利用较小边缘宽度的同时增加区域之间的速度差。其也可以用于其中光刻分辨率限制可能的占空因子的较高频率。然而，在添加这类氮化物层时必须小心。氮化硅微调可导致不均匀的速度偏移，后者可使活塞式波型不稳定。上述参考图12、16、16a和16b描述的钛层84t、86t的使用避免这类担心。

如参考图19示出的，间隙、边缘和中央区域内的电极部可构建为形成变迹换能器26a。此外，如参考图20示出的，中央区域内的电极部可包括与边缘区域相等的横向长度尺寸，该边缘区域包括不相等的横向长度尺寸从而导致变迹边缘区域结构54a、56a。还进一步地，边缘区域内的每个电极部都可以具有如参考图21示出的渐缩式宽度尺寸。所述渐缩式电极部52t可以从等于中央区域内电极部的宽度尺寸的第一宽度尺寸逐渐减小到等于间隙区域内电极部的宽度尺寸的第二宽度尺寸。

例如，图19示出具有较宽指状元件部的慢边缘区域和变迹两者的换能器。大多数波型因使用慢区域而受到抑制，但是非常小的变迹将有助于抑制剩余的寄生。在该情况下，所需的变迹比不使用慢区域或边缘区域时小得多，因此，耦合因子较大。此外，慢速边缘区域的宽度可以沿换能器调节，如图20所示出的。

图21示出换能器的一个实例，其中在慢速边缘区域中的速度不是恒定的。在该情况下，占空因子因为边缘区域中的指状元件部的渐缩而在边缘区域中变化。在其中速度恒定的情况下也可以获得类似的行为，只要边缘区域中的速度比中央区域中的速度和间隙边缘区域中的速度慢即可。慢边缘区域宽度可以调节，以获得平坦的横向波型。同样，中央区域以及间隙边缘区域也可以具有非恒定的速度。

图22示出根据本发明教导的耦合谐振器滤波器104的一个实施方式。在该情况下，使用两个换能器106、108。图23示出对具有和不具有(标准器件)活塞波型换能器的耦合谐振器滤波器104获得的结果。非常清楚，对于以举例方式在此处描述的本发明实施方案，波纹和插入损耗期望地减少。利用本发明教导的益处，本领域的普通技术人员可以开发更多的换能器以用于获得期望的频率特性。例如，图24示出利用三个换能器的配置。同样，可以使用五个或更多换能器。还要注意，几个CRF部可以串联或者几个CRF部可以与谐振器元件串联。此外，虽然此处仅描述了两个规则的电极/波长SAW换能器，但是本发明适用于任意种类的换能器如SPUDT。

图25a-25h示出本发明的活塞式波型谐振器获得的结果，其中间隙横向长度改变，并且其中所示的曲线为阻抗的相位，还示出了谐振下的Q和反谐振下的Q，谐振器的周期为2μm(对应于4μm的波长)，对于1λ的间隙长度在下侧上的波型消失，并且对于2λ的间隙长度品质因子合乎期望并且对于更大的间隙长度仍然合乎期望。

如上文参考附图12、16、16a和16b针对替代实施方案所描述的，边缘区域54、56内的层84、86可以包括钛层(在下文称为膜或条84t、86t)，其中边缘区域54、56内的速度(Ve)期望地被降低。再次参考图16，例如，为了使器件10具有期望的性能，对每个钛条84t、86t的位置、金属电极22、24的厚度22t、24t以及边缘区域54、56内的介电层92的厚度92t进行优化。

继续参考图16，厚度选择可以优选基于：选择为提供期望的耦合系数和温度系数的电极厚度22t、24t和覆盖层92厚度92t；选择为提供构建活塞波型波导器件10所需的速度偏移的边缘区域54、56中钛条的Ti条84t、86t厚度85t、87t；和用于微调以校正频率变化时层92或任选所添加的层94的Si₃N₄厚度92t或94t的范围。

微调可以产生如上所述的多个实施方案，同时参考用于建立此处提出的期望厚度的实施方案的图16c和16d。如图所示，并且根据本发明的教导，包括其电极22、24的IDT26包埋在第一介电层92中，例如此处为氧化硅层。第二介电层94为用于频率微调的氮化硅层。如图所示，对于图16c的实施方案，氮化硅层94覆盖波导中央区域46和慢速或边缘区域54、56。作为替代方案，氮化硅微调层还可覆盖间隙区域38、40，如参考图16d示出的。钛条84t、86t位于仅在边缘区域54、56内的氧化硅覆盖层94内，如上文所述的。

用于本发明实施方案的典型厚度例如在下表1中示出：

表1

本发明的一个实施方案将钛条放置在仅边缘区域内和形成覆盖层的介电层内。钛条的垂直放置选择为使活塞波型不稳定性最小化，所述垂直放置是在电极顶部和形成覆盖层的介电层的顶表面之间的介电材料内，包括在介电层的顶表面上。通过Ti条或膜的恰当垂直放置，波导或中央区域和慢速边缘区域之间的速度偏移可相对于用于微调的Si₃N₄层厚度变化而稳定化。

所述放置通过Ti条或膜层下方的介电层的分数部分来量化。在用于选择优选实施方案的策略中，标称值包括例如Ti厚度：h_Ti/p≈0.08±0.003；Si₃N₄厚度：0.005≤h_Si3N4/p≤0.015；和覆盖层中的Ti位置为从电极顶部到介电层(覆盖层)92顶表面的距离的0％至100％范围.

例如，对于以举例方式描述的结构，用于选择结构几何形状的标准包括选择Ti条厚度以提供期望的速度偏移，改变Si₃N₄微调材料厚度以调节谐振频率，并且选择介电覆盖层中的Ti条位置以使因为频率调节引起的速度偏移变化最小化，如参考图利用Y切割128°铌酸锂基板12的图16d实施方案以举例方式示出的。

已经表明，将钛条放置在介电层内从电极的表面朝介电层表面的约80％处，在中央区域和边缘区域之间产生稳定的速度偏移。

图26a-26k示出，对于位于边缘区域中介电层内的钛条，仅对例如此处在中央区域上方使用的氮化硅层的不同厚度(用于微调和提供频率调节)的速度偏移。作为Si₃N₄和Ti厚度函数的这种速度偏移轮廓曲线因此用于比较覆盖层内不同位置处的Ti的放置。放置钛条使速度偏移稳定化并且导致在从电极顶部到介电层顶部的距离的约80％处的Ti条期望位置，如图27和28所示的。该过程允许滤波器制造商识别使微调对活塞波型波导的影响最小化且因此使活塞波型的不稳定性最小化的期望实施方案。如上所述，在氮化硅有效用于微调时，可导致中央区域中不期望的不均匀速度偏移。这些不均匀偏移使活塞波型不稳定化。因此，期望的是知道钛条应位于介电层(覆盖层)内何处以及对微调或用于覆盖中央区域的氮化硅的量的相关性。

又如，下表II是关于速度偏移对介电覆盖层内的Ti条放置的稳定性容差。

表II

更一般地，边缘和中央区域之间的速度偏移对频率微调的敏感性可以通过包埋特性与介电层92不同的层并优化其深度来降低。本领域的普通技术人员将会理解，现在了解本发明的教导的益处，可以使用除Ti之外的金属以及介电材料，只要结果是边缘区域中的较小速度即可。将这些层包埋在介电层92中并且优化其深度将降低对微调的敏感性。如上所述，最佳深度将取决于基板材料、基板的取向、覆盖换能器的介电层的性质和厚度以及金属电极的性质和厚度。同样，可以将导致速度增加的层以最佳深度包埋在介电层内。

利用上述说明和附图中提出的教导的益处，本领域的普通技术人员将想到本发明的修改方案和其它实施方案。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施方案，修改方案和实施方案也涵盖在所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种声波器件，包括：

压电基板，其具有用于支持声波的表面；

叉指式换能器，其载于所述压电基板的所述表面上，

其中所述换能器的多个电极中的每一个都具有与第一和第二母线中的至少之一电连接的第一端以及相反的第二端，所述第二端具有与相对的母线隔开的边缘从而在每个电极的所述边缘和相对的母线之间形成间隙，所述间隙形成沿所述换能器纵向延伸的间隙区域，

其中每个电极进一步由第一横向延伸部、第二横向延伸部以及第三横向延伸部所限定，所述第一横向延伸部靠近所述母线且通常容纳在所述间隙区域内，所述第二横向延伸部靠近所述边缘且限定沿所述换能器纵向延伸的边缘区域，所述第三横向延伸部位于所述第一和第二横向延伸部之间并且限定换能器中央区域，以及

第一介电层，其覆盖所述换能器以将其包埋；

第二介电层，其覆盖至少在所述中央区域和边缘区域内的所述多个电极，所述第二介电层足以为所述中央区域内的声波提供频率修改；和

第三层，其在两个边缘区域和中央区域中仅之一内延伸，所述第三层足以修改所述中央区域和所述边缘区域中至少之一内的所述声波的速度，其中所述边缘区域内的速度小于所述中央区域内的速度。

2.根据权利要求1所述的器件，其中所述第三层包括介电层和金属层中至少之一。

3.根据权利要求2所述的器件，其中所述金属层包括钛条。

4.根据权利要求1所述的器件，其中所述压电基板包括铌酸锂。

5.根据权利要求1所述的器件，其中所述电极由密度比铝高的材料形成。

6.根据权利要求1所述的器件，其中所述第一介电层包括形成覆盖层的氧化硅材料，所述覆盖层充分地覆盖所述换能器以降低其温度敏感性。

7.根据权利要求1所述的器件，其中所述第二介电层包括氮化硅。

8.根据权利要求1所述的器件，其中所述第三层位于所述第一介电层内。

9.根据权利要求8所述的器件，其中所述第三层位于相比所述电极的顶表面而言更靠近所述第一介电层的顶表面的位置处。

10.根据权利要求1所述的器件，其中所述间隙的横向长度尺寸为一个声波长度和大于三个声波长度中的至少之一。

11.根据权利要求1所述的器件，其中所述电极包括具有通常为0.10至0.20的h/p厚度的铜，所述第一介电层包括具有大约为0.5h/p厚度的氧化硅材料，所述第三层包括具有通常为0.06至0.10的h/p厚度的钛条，并且所述第二介电层包括具有通常为0.005至0.015的h/p厚度的氮化硅材料，其中所述钛条在所述第一介电层内。

12.根据权利要求11所述的器件，其中所述基板包括具有Y+120度至Y+140度的切割角度的铌酸锂。

13.一种声波器件，包括：

压电基板；

多个电极，其在所述压电基板的表面上形成叉指式换能器，其中所述多个电极中的每一个包括用于引导声波沿纵向穿过所述换能器的横向延伸中央区域和横向相反边缘区域；

第一介电层，其覆盖所述叉指式换能器；

第二介电层，其覆盖至少在所述电极的所述中央区域和边缘区域内的所述第一介电层，所述第二介电层足以为所述中央区域内的声波提供频率修改；和

金属层，其仅在所述相反边缘区域的每一个内延伸，所述金属层足以降低所述边缘区域内声波的速度，其中所述边缘区域内的速度小于所述换能器中央区域内的波速。

14.根据权利要求13所述的器件，其中所述第一介电层包括形成覆盖层的氧化硅材料，所述覆盖层充分地覆盖所述换能器以降低其温度敏感性。

15.根据权利要求14所述的器件，其中所述第三层位于所述第一介电层内。

16.根据权利要求13所述的器件，其中所述第二介电层包括氮化硅。

17.根据权利要求13所述的器件，其中所述金属层位于所述第一介电层内。

18.根据权利要求17所述的器件，其中所述金属层位于相比所述电极的顶表面而言更靠近所述第一介电层的顶表面的位置处。

19.根据权利要求13所述的器件，其中所述压电基板包括铌酸锂，所述电极基本上包括铜并具有通常为0.10至0.20的h/p厚度，所述第一介电层包括具有大约为0.5h/p厚度的氧化硅材料，所述金属层包括具有通常为0.06至0.10的h/p厚度的钛条，并且所述第二介电层包括具有通常为0.005至0.015的h/p厚度的氮化硅材料，其中所述钛条在所述第一介电层内。

20.根据权利要求19所述的器件，其中所述基板包括具有Y+120度至Y+140度的切割角度的铌酸锂。

21.一种制造操作为活塞波型波导的表面声波器件的方法，所述方法包括：

在压电基板表面上将多个电极形成为叉指式换能器，其中所述多个电极中的每一个包括用于引导声波沿纵向穿过所述换能器的横向延伸中央区域和横向相反边缘区域；

利用第一介电层覆盖所述叉指式换能器以形成覆盖层；

将第三层设置在仅仅所述相反边缘区域中的每一个中，所述第三层足以降低所述边缘区域内声波的速度，其中所述边缘区域中的速度低于所述换能器中央区域内的波速；以及

至少在所述电极的所述中央区域和边缘区域上利用第二介电层覆盖所述第一介电层，所述第二介电层足以为所述中央区域内的声波提供频率修改。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括：

由氧化硅材料形成所述第一介电层；

使所述第三层形成为金属条；

选择所述金属条的厚度，以提供足以提供活塞波型波导的速度偏移；

将所述金属条置于所述覆盖层内；和

调节在所述电极的顶表面和所述第一介电层的顶表面之间的所述金属条的垂直布置，以使活塞波型不稳定性最小化。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述金属条包括钛。

24.根据权利要求22所述的方法，还包括：

由氮化硅材料形成所述第二介电层；

选择所述第二介电层的厚度以修改谐振频率，以足以提供所述波导的期望的活塞波型操作和频率微调范围。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述金属条的布置包括将所述金属条设置在相比所述电极的顶表面而言更靠近所述第一介电层的顶表面的位置处。

26.根据权利要求21所述的方法，还包括：

由铌酸锂形成所述压电基板；

由具有通常为0.10至0.20的h/p厚度的铜材料形成所述电极；

由具有大约0.5h/p厚度的氧化硅材料形成所述第一介电层；

由具有通常为0.06至0.10的h/p厚度的钛条形成所述第三层；和

由具有通常为0.005至0.015的h/p厚度的氮化硅材料形成所述第二介电层。