CN104092446B - 一种声表面波谐振器及其制作方法 - Google Patents
一种声表面波谐振器及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104092446B CN104092446B CN201410364106.XA CN201410364106A CN104092446B CN 104092446 B CN104092446 B CN 104092446B CN 201410364106 A CN201410364106 A CN 201410364106A CN 104092446 B CN104092446 B CN 104092446B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- saw resonator
- idt
- interdigital transducer
- resonance
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 45
- 230000004044 response Effects 0.000 description 9
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000002463 transducing effect Effects 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种声表面波谐振器及其制作方法，包括一个叉指换能器、设置于叉指换能器两侧的反射栅以及谐振空腔；所述谐振空腔位于叉指换能器与反射栅之间，或者位于叉指换能器的中部。本发明的双模SAW谐振器的结构在根本上有异于传统的双模，即两个单模设计放在一个芯片上的SAW谐振器的设计，本发明是一个设计，而不是在一个芯片上的两个独立的设计，因此，本发明的谐振器不容易受到制造过程中差异的影响，同时芯片尺寸是传统的两个单模谐振器设计的50％左右，因此芯片成本更低。本发明的单端口双模SAW谐振器作为差分测量方式的无线无源传感器有广泛的应用，如温度传感器，压力传感器，加速度/振动传感器，应变传感器等等。
Description
技术领域
本发明涉及一种声表面波谐振器，特别涉及一种声表面波谐振器及其制作方法。
背景技术
无线传感器技术在对移动物体的检测、以及在危险环境，如高温，高电磁辐射等场景中的测量应用中具有很大的应用前景。基于声表面波(SAW)的传感器是完全无源的(无电池)，在许多应用中具有很高的可靠性。当声表面波传感器与无线回波读写器配合时，无线信息传输范围可以达到5米。
通过测量单端口SAW谐振器谐振频率的变化，延迟线滤波器中心频率的变化，差分延迟线或反射延迟线时间延迟的变化，我们即能够测量出的温度变化。例如，对温度测量的精度要求一般的情况下，一个SAW温度传感器通常采用一个单端口单模谐振器。这种方式简单，成本低，对于单个射频读写器同时进行多点监控比较适合。现有技术中，有两种不同的单端口单模SAW谐振器的设计：同步和反同步。在同步的SAW谐振器的设计中，反射栅电极形成了中央的IDT电极的周期性的扩展，即，ΛREF等于ΛIDT，腔体长度Lc是(2n+1)ΛIDT/2，其中n是一个整数。比如说明书附图1是一个同步模式的单端口单模的SAW谐振器的S11频率响应的一个例子。虽然非同步模式是存在的(位于439.1MHz)，但与同步模式(435.6MHz)相比是非常弱的。然而，在反同步单端口SAW谐振器的设计中，中心腔不再是(2n+1)ΛIDT/2，并且换能器电极的周期和反射栅的周期一般来讲是不同的，即ΛREF≠ΛIDT。说明书附图2是一个单端口单模反同步的SAW谐振器S11的频率响应的一个例子。虽然同步模式是存在的(位于430.1MHz)，但与非同步模式(434.2MHz)相比是非常弱的。
使用单端口单模谐振器进行温度或其它物理量的测量有下列缺点：(1)由于制造过程中的差异，每个传感器都需要进行校准；(2)由于器件老化和环境的变化，测量前需要对每个传感器进行校准；(3)测量易受传感器器件老化的影响；(4)测量易受传感器和RF读取器之间的距离的影响；(5)测量易受该环境中传感器头和射频读写器之间的电磁波干扰。
由于上述问题，使用单个单端口单模SAW谐振器从事温度测量或任何其他物理量测量的运营成本是比较高的。当对测量的精度有更高的要求时，要采用差分测量方式，即在一个设计上有两个单模谐振器。它通常是将物理上的两个单模SAW谐振器放在单个芯片上，电气上并行地连接，并气密地封装在一个单一的金属或陶瓷封装内。在现有技术中，差分温度测量的SAW传感器都是使用两个单端口单模谐振器：(1)两个谐振器位于在同一压电衬底表面，二者传播方向相同但谐振频率不同；或者(2)两个谐振器位于在同一压电衬底表面，二者传播方向不同(两个不平行的声波轨道)，它们的谐振频率可以相同也可以不同。由于这两种方式都是一个芯片上的两个独立的设计，因此，它容易受到制造过程中差异的影响，同时芯片尺寸较大，成本高。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种测量稳定准确，芯片尺寸小，成本低的声表面波谐振器的制作方法，根据该方法可以得到单端口却能同时支持两个强度相等的谐振模式的声表面波谐振器。
实现本发明目的的技术方案是一种声表面波谐振器的制作方法，包括一个叉指换能器、设置于叉指换能器两侧的反射栅以及谐振空腔；所述谐振空腔位于叉指换能器与反射栅之间，或者位于叉指换能器的中部；
步骤为：步骤一：以单端口非同步模式声表面波谐振器为制作基础，叉指换能器电极的周期ΛIDT与反射栅电极的周期ΛREF之间的关系为ΛIDT≠ΛREF；
步骤二：增加叉指换能器的电极数量NIDT，直至出现同步共振高峰；
步骤三：调整谐振空腔的宽度d，直至出现非同步共振高峰；
步骤四：微调叉指换能器(1)的电极数量NIDT，反射栅(2)的电极数量NREF,以及叉指换能器(1)电极的周期ΛIDT与反射栅(2)电极的周期ΛREF之比ΛIDT/ΛREF，直至同步共振高峰的强度与非同步共振高峰强度相等。
所述步骤二中：0.5<NIDT|Γ|<0.6，|Γ|为叉指换能器每个电极的反射系数。
下面详细阐述本发明的设计思路：在前述背景技术中已经介绍了在谐振器中一般只有一个主导模式，即同步或非同步模式。其相反的模式是不需要的同时还会降低谐振器的性能。本发明的这两个模式(包括同步和反同步)是相配对和共存的，并存有相同的强度，以形成一个单端口双模的SAW谐振器，它的关键是使用外部腔并使IDT与反射栅电极的周期不同(ΛREF≠ΛIDT)来支持非同步模式，使用中央的IDT来支持同步模式，为了使用中央的IDT来支持同步模式，则采用增加IDT电极的数目的方式。
采用上述技术方案后，本发明具有以下的有益的效果：本发明的双模SAW谐振器的结构在根本上有异于传统的双模，即两个单模设计放在一个芯片上的SAW谐振器的设计，本发明是一个设计，而不是在一个芯片上的两个独立的设计，因此，本发明的谐振器不容易受到制造过程中差异的影响，同时芯片尺寸是传统的两个单模谐振器设计的50％左右，因此芯片成本更低。本发明的单端口双模SAW谐振器作为差分测量方式的无线无源传感器有广泛的应用，如温度传感器，压力传感器，加速度/振动传感器，应变传感器等等。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为单端口同步模式的SAW谐振器的S11频率响应图。
图2为单端口非同步模式的SAW谐振器的S11频率响应图。
图3为IDT具有119个电极的单端口SAW谐振器的S11模拟结果，由图可见它仅显示了非同步模式。
图4为带外部腔的单端口双模SAW谐振器。
图5为带中心腔的单端口双模SAW谐振器。
图6为IDT具有219个电极的单端口双模SAW谐振器的S11模拟结果，它显示出同步与反同步双模式。
图7为基于128°Y-X铌酸锂的单端口双模SAW谐振器的S11实测结果。
图8为基于128°Y-X铌酸锂的单端口双模SAW谐振器的差分温度测量结果。
具体实施方式
(实施例1)
本实施例的单端口双模SAW谐振器的设计在本质上是非同步的，通过设计IDT中的谐振器，实现了双模(同步和反同步)SAW谐振器，而不是传统的单模(同步或反同步)谐振器，由于IDT的电极数量比普通IDT电极数量多，因此在IDT上激励产生声表波并形成同步共振；同时，IDT的电极周期≠反射栅的电极周期，在IDT上形成非同步共振，于是就产生了两个模。
见图4和图5，本实施例的声表面波谐振器包括一个叉指换能器1、设置于叉指换能器1两侧的反射栅2以及谐振空腔3；如图4所示，为带外部腔的单端口双模声表面波谐振器，两个谐振空腔3分别位于叉指换能器1与反射栅2之间；如图5所示，为带内部腔的单端口双模声表面波谐振器，谐振空腔3位于叉指换能器1的中部。叉指换能器1电极的周期ΛIDT与反射栅2电极的周期ΛREF之间的关系为ΛIDT≠ΛREF，声表面波谐振器产生的同步共振高峰的强度与非同步共振高峰强度相等。
如图3和图6所示，在本发明中通常单端口双模SAW谐振器的IDT电极数量比单端口单模的SAW谐振器的IDT电极数量更多。图3是单端口单模反同步SAW谐振器S11频率响应的仿真结果。该单模SAW谐振器的外部腔长度是1.5ΛIDT，ΛREF/ΛIDT是1.0027，IDT拥有119条电极，基片为ST向切割的石英。图6是一个单端双模SAW谐振器的S11的频率响应的仿真结果。从图6中可以明显看到，它的S11频率响应有两个谐振模式。这个双模SAW谐振器的外部腔长是1.5ΛIDT，ΛREF/ΛIDT为1.0027，但是IDT电极的数量增加至219，该压电基片仍然是ST-切割的石英。
图7示出了基于128°YX铌酸锂衬底的一个单端口双模SAW谐振器所测得的S11的频率响应。虽然尚未被优化，但它清楚地显示了S11响应的两个模式。图8则示出了使用基于128°YX铌酸锂的一个单端口双模SAW谐振器实测的温度结果。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种声表面波谐振器的制作方法，其特征在于：包括一个叉指换能器(1)、设置于叉指换能器(1)两侧的反射栅(2)以及谐振空腔(3)；所述谐振空腔(3)位于叉指换能器(1)与反射栅(2)之间，或者位于叉指换能器(1)的中部；
步骤为：步骤一：以单端口非同步模式声表面波谐振器为制作基础，叉指换能器(1)电极的周期ΛIDT与反射栅(2)电极的周期ΛREF之间的关系为ΛIDT≠ΛREF；
步骤二：增加叉指换能器(1)的电极数量NIDT，直至出现同步共振高峰；
步骤三：调整谐振空腔(3)的宽度d，直至出现非同步共振高峰；
步骤四：微调叉指换能器(1)的电极数量NIDT，反射栅(2)的电极数量NREF,以及叉指换能器(1)电极的周期ΛIDT与反射栅(2)电极的周期ΛREF之比ΛIDT/ΛREF，直至同步共振高峰的强度与非同步共振高峰强度相等。
2.根据权利要求1所述的一种声表面波谐振器的制作方法，其特征在于：所述步骤二中：0.5<NIDT|Γ|<0.6，|Γ|为叉指换能器(1)每个电极的反射系数。
3.一种声表面波谐振器，其特征在于：由权利要求1或2所述的方法得到。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410364106.XA CN104092446B (zh) | 2014-07-28 | 2014-07-28 | 一种声表面波谐振器及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410364106.XA CN104092446B (zh) | 2014-07-28 | 2014-07-28 | 一种声表面波谐振器及其制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104092446A CN104092446A (zh) | 2014-10-08 |
| CN104092446B true CN104092446B (zh) | 2016-09-28 |
Family
ID=51640133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410364106.XA Expired - Fee Related CN104092446B (zh) | 2014-07-28 | 2014-07-28 | 一种声表面波谐振器及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104092446B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104833410A (zh) * | 2015-05-11 | 2015-08-12 | 天津理工大学 | 一种对压电材料声表面波速度进行测量的方法 |
| CN104990638B (zh) * | 2015-06-30 | 2018-06-22 | 深圳华远微电科技有限公司 | 一种基于无线温度传感器的芯片 |
| CN105427570A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-03-23 | 中电科技德清华莹电子有限公司 | 一种通用电抗型传感元件用无源无线遥测接口芯片 |
| CN106253874A (zh) * | 2016-09-22 | 2016-12-21 | 深圳华远微电科技有限公司 | 一种基于声表面波谐振器的rfid芯片及其封装结构 |
| CN107462192B (zh) * | 2017-09-11 | 2023-06-23 | 重庆大学 | 一种基于soi和压电薄膜的声表面波高温应变传感器芯片及其制备方法 |
| CN109586679B (zh) * | 2018-11-21 | 2021-11-16 | 电子科技大学 | 一种压电谐振器等效电参数及谐振频率的测量方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1160308A (zh) * | 1995-12-28 | 1997-09-24 | 株式会社村田制作所 | 纵向耦合型表面声波谐波滤波器 |
| CN1398049A (zh) * | 2001-07-13 | 2003-02-19 | 松下电器产业株式会社 | 表面声波滤波器和使用该滤波器的通信设备 |
| WO2004102797A1 (ja) * | 1997-07-17 | 2004-11-25 | Michiaki Takagi | ２ポートsaw共振子 |
-
2014
- 2014-07-28 CN CN201410364106.XA patent/CN104092446B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1160308A (zh) * | 1995-12-28 | 1997-09-24 | 株式会社村田制作所 | 纵向耦合型表面声波谐波滤波器 |
| WO2004102797A1 (ja) * | 1997-07-17 | 2004-11-25 | Michiaki Takagi | ２ポートsaw共振子 |
| CN1398049A (zh) * | 2001-07-13 | 2003-02-19 | 松下电器产业株式会社 | 表面声波滤波器和使用该滤波器的通信设备 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 双模声表面波谐振型滤波器的研究;李炜 等;《微计算机信息》;20070831;第23卷(第8-2期);第286-287页 * |
| 基于同步谐振器的COM参数提取;聂广琳，汤劲松;《压电与声光》;20070831;第29卷(第4期);第376-378页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104092446A (zh) | 2014-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104092446B (zh) | 一种声表面波谐振器及其制作方法 | |
| Borrero et al. | Design and fabrication of SAW pressure, temperature and impedance sensors using novel multiphysics simulation models | |
| Müller et al. | GaN/Si based single SAW resonator temperature sensor operating in the GHz frequency range | |
| CN103134606B (zh) | 差分式声表面波温度传感器 | |
| Liang et al. | Design and fabrication of aluminum nitride Lamb wave resonators towards high figure of merit for intermediate frequency filter applications | |
| KR20170049451A (ko) | 플레이트 모드를 가지는 표면 탄성파 필터의 설계 및 제작 | |
| CN106840056A (zh) | 一种双声表面波应变传感器及其设计方法 | |
| Kang et al. | A high-sensitivity pressure sensor based on surface transverse wave | |
| Cheng et al. | Design and fabrication of a resonant pressure sensor by combination of DETF quartz resonator and silicon diaphragm | |
| CN107543570B (zh) | 一种基于x型声子晶体的无线无源mems传感器 | |
| CN104101451B (zh) | 双敏感源声表面波传感器 | |
| AU2020403258A1 (en) | System and method for an acoustically driven ferromagnetic resonance sensor device | |
| CN104061987A (zh) | 一种声场和磁场耦合式高灵敏度的质量称重传感器 | |
| CN203132736U (zh) | 差分式声表面波温度传感器 | |
| CN204013438U (zh) | 一种声表面波谐振器 | |
| CN203606038U (zh) | 一种声表面波温度传感应答器 | |
| US8207649B2 (en) | Surface wave resonator having reduced parasitic resonance | |
| Ramli et al. | Design and modeling of MEMS SAW resonator on Lithium Niobate | |
| CN107941391B (zh) | 一种用于薄膜体声波压力传感器的无线无源温度补偿方法 | |
| Shvetsov et al. | Deformation sensitive cuts of quartz for torque sensor | |
| US8922095B2 (en) | Transponder having coupled resonant modes and including a variable load | |
| CN105333972A (zh) | 一种双声路声表面波温度传感器 | |
| CN102117354A (zh) | 一种压电晶体仿真引擎 | |
| CN108933579A (zh) | 一种声表面波单端对谐振器 | |
| CN103926017A (zh) | 一种基于特殊石英材料的声表面波温度传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160928 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |