CN105245199B - 应用于无线温度传感器的高q值单端对声表面波谐振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于无线温度传感器的高Q值单端对声表面波谐振器，包括一个叉指换能器、分别分布于所述叉指换能器两侧的两个反射器以及压电基底，所述叉指换能器采用余弦函数切指加权的形式设置于所述压电基底上，两个所述反射器采用沟槽形式设置于所述压电基底上。所述压电基底为采用绕Y轴向旋转0°～30°切割且沿X方向传播的石英晶体。所述叉指换能器采用占空比为1.3～1.5的铝电极。本发明可以实现小体积、高Q值、低损耗以及低寄生等性能，提高了Q值，降低了器件的损耗，实用性强。

Description

应用于无线温度传感器的高Q值单端对声表面波谐振器

技术领域

本发明涉及一种声表面波谐振器，尤其涉及一种应用于无线温度传感器的高Q值声表面波单端对谐振器，属于半导体平面制作技术领域。

背景技术

声表面波谐振器(surface-acoustic- wave)，SAW声表面波元件主要作用原理是利用压电材料的压电特性，利用输入与输出换能器(Transducer)将电波的输入讯号转换成机械能，经过处理后，再把机械能转换成电的讯号，以达到过滤不必要的讯号及杂讯，提升收讯品质的目标；被广泛应用在各种无线通讯系统、电视机、录放影机及全球卫星定位系统接收器上。

其主要功用在于把杂讯滤掉，比传统的 LC 滤波器安装更简单、体积更小。 SAW声表面波元件的制作可分为晶圆清洗、镀金属膜、上光阻、显影、蚀刻、去光阻、切割、封装、等相关步骤，具有可大量生产、损耗低及选择性高，适用于各型手机等特点；有性能稳定、尺寸小的特点，主要应用于无线设备。声表滤波器中的FL系列主要应用于蜂窝如移动通讯、接收器等。FM系列有低损耗性、高强度的排他性以及对外部阻抗的低匹配性。它可应用于汽车TPMS、远程无键进入(RKE)、安全系统和有源RFID标签。

近年来，以单端对谐振器为核心传感元件的声表面波温度传感器以其无线无源的特点获得人们的青睐，获得了飞速发展，并在电力设备关键节点在线监测领域获得了广泛应用。在传感器应用中，声表面波谐振器的性能特别是品质因子及损耗直接影响到温度传感器的无线信号传输。传统的单端对声表面波谐振器一般采用无加权、电极占空比为1的换能器与反射器电极设计，导致Q值较低；部分采用了单或者双加权的设计，体现为叉指换能器的切指加权和反射器的变迹加权，虽然有部分加权效果，但是同时也增加了器件的插入损耗；为改善Q值，市场上现在有部分设计采用增加反射器长度来提高反射率，但由此也增加了器件尺寸同时增加了寄生效应。

有鉴于此，如何提供一种小体积、高Q值、低损耗以及低寄生等性能的应用于无线温度传感器的声表面波谐振器，成为了业界亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有应用于无线温度传感器的单端对声表面波谐振器性能上所存在的一些问题，为了实现小体积、高Q值、低损耗以及低寄生等性能，本发明的目的在于提供一种对叉指换能器进行余弦函数切指加权、采用沟槽结构反射器、采用绕Y轴0°～35°切割沿X方向传播的石英基底的应用于无线温度传感器的单端对声表面波谐振器。

为了实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案包括：

一种应用于无线温度传感器的高Q值单端对声表面波谐振器，包括一个叉指换能器、分别分布于所述叉指换能器两侧的两个反射器以及压电基底，所述叉指换能器采用余弦函数切指加权的形式设置于所述压电基底上，两个所述反射器采用沟槽形式设置于所述压电基底上。

作为本发明的优选方案之一，所述压电基底为采用绕Y轴向旋转0°～30°切割且沿X方向传播的石英晶体。

进一步的，所述石英晶体材料具有线性频率温度系数，且频率温度系数在10～22ppm/℃。

更优选的，所述叉指换能器采用占空比为1.3～1.5的铝电极。

本发明的有益效果在于：

本发明可以解决现有应用于无线温度传感器的单端对声表面波谐振器性能上所存在的一些问题，实现小体积、高Q值、低损耗以及低寄生等性能，实用性强。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地减少，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图进行扩展。

图1是本发明的具体实施方式提供的应用于无线温度传感器的高Q值单端对声表面波谐振器的结构示意图；

图2是本发明的具体实施方式提供的应用于无线温度传感器的高Q值单端对声表面波谐振器的剖面图；

图3是本发明的具体实施方式提供的应用于无线温度传感器的高Q值单端对声表面波谐振器的叉指换能器的余弦函数切指加权结构图。

附图标记说明：1-压电基底，2、3-反射器，4-叉指换能器，41-假指，42-叉指电极。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员根据本实施例中所涉及的方法和技术参数，在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范畴。

本发明的具体实施方式提供了一种应用于无线温度传感器的高Q值单端对声表面波谐振器，如图1所示，包括一个制作于压电基底1上的叉指换能器4、两个分布于叉值换能器4两侧的反射器2和3。

具体的，如图2所示，所述反射器2和3采用沟槽式结构，以提高反射电极反射率，缩短反射器长度，提高器件Q值。

具体的，如图3所示，所述叉指换能器4采用余弦函数切指加权，图中42为叉指电极，41为切指后填充的假指，以保持声传播速度的均匀性。

优选的，为改善器件Q值，叉指换能器4的电极占空比为1.3～1.5，更优选1.3～1.4，并采用膜厚为1.2～1.5%λ的铝电极，其中λ为对应工作频率的声波波长。

优选的，由于各向异性石英晶体的内部各个方向声传播速度、机电耦合系数以及温度系数均不一样，考虑到无线温度传感器应用中传感器的应用要求，本具体实施方式采用绕Y向旋转0°～30°切割且沿X方向传播的石英晶体作为单端对声表面波谐振器的压电基底，在该切型的石英晶体材料具有线性频率温度系数，且频率温度系数在10～22ppm/℃。

如图1所示的实施例，采用半导体光刻工艺制备了SAW谐振器的样品，谐振器工作频率为434MHz，压电基底1采用Y向切割且沿X方向传播的石英晶体。叉指换能器4长度为50λ，采用膜厚为100nm的铝电极，且采用余弦函数切指加权；反射器2和3采用沟槽式结构，其长度均为120λ；器件声孔径为100λ。这样，SAW谐振器即可获得良好的频响特性，特别是获得较小的寄生效应、较低的器件损耗（<1dB）和较高的空载品质因子（>10000）。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种应用于无线温度传感器的高 Q 值单端对声表面波谐振器，其特征在于，它包括一个叉指换能器、分别分布于所述叉指换能器两侧的两个反射器以及压电基底，所述叉指换能器采用余弦函数切指加权的形式设置于所述压电基底上，两个所述反射器采用沟槽形式设置于所述压电基底上；所述压电基底为采用绕 Y 轴向旋转 0°～ 30°切割且沿 X 方向传播的石英晶体；所述叉指换能器采用占空比为 1.3 ～ 1.5 的铝电极；所述石英晶体材料具有线性频率温度系数，且频率温度系数在 10 ～ 22ppm/℃。