CN105612693A - 声波元件、以及使用该声波元件的双工器和电子设备 - Google Patents

Abstract

一种声波元件，包括压电体、设置在所述压电体上的氧化铝层、设置在所述氧化铝层上的电极、和设置在所述氧化铝层上以覆盖所述电极的保护膜。所述压电体由具有欧拉角(φ，θ，ψ)的基于铌酸锂的压电材料形成。所述氧化铝层由Al₂O₃形成。所述电极被配置用以激励具有波长λ的主声波。所述保护膜的膜厚大于0.27λ。所述欧拉角满足ψ≤-2φ-3°和-2φ+3°≤ψ中之一、以及-100°≤θ≤-60°和2φ-2°≤ψ≤2φ+2°中的两者。该声波元件能够抑制产生不必要的寄生信号。

Description

声波元件、以及使用该声波元件的双工器和电子设备

技术领域

本发明涉及一种声波元件、以及使用该声波元件的双工器和电子设备。

背景技术

图7是传统的声波元件1的横截面示意图。声波元件1包括压电体2、设置在压电体2上的氧化物层130、设置在氧化物层130上的电极3、和设置在氧化物层130上以覆盖电极3的保护膜4。

例如，对比文件1公开了与声波元件1相类似的传统的声波元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2005/034347号

发明内容

声波元件包括压电体、设置在所述压电体上的氧化铝层、设置在所述氧化铝层上的电极、和设置在所述氧化铝层上以覆盖所述电极的保护膜。所述压电体由具有欧拉角(φ，θ，ψ)的基于铌酸锂的压电材料形成。所述氧化铝层由Al₂O₃形成。所述电极被配置用以激励具有波长λ的主声波。所述保护膜的膜厚大于0.27λ。所述欧拉角满足ψ≤-2φ-3°和-2φ+3°≤ψ中之一、以及-100°≤θ≤-60°和2φ-2°≤ψ≤2φ+2°中的两者。

所述声波元件能够抑制产生不必要的寄生信号。

附图说明

图1是根据一实施例的声波元件的横截面示意图。

图2是声波元件的比较样品(comparativesample)的特性图。

图3是根据实施例的声波元件的特性图。

图4是示出了根据实施例的声波元件的压电体的欧拉角(Eulerangle)的图。

图5是根据实施例的装备有声波元件的双工器的框图。

图6是根据实施例的装备有声波元件的电子设备的框图。

图7是传统的声波元件的横截面示意图。

具体实施方式

图1是根据一实施例的声波元件5的横截面示意图。声波元件5包括压电体6、设置在压电体6的表面6A上的氧化铝层30、设置在氧化铝层30的表面30A上的电极7、和设置在氧化铝层30的表面30A上以覆盖电极7的保护膜8。氧化铝层30的表面30A的相反侧的表面30B与压电体6的表面6A相抵接(abut)。保护膜8具有与压电体6的表面6A相抵接的表面8B、以及表面8B的相反侧的表面8A。

压电体6是由基于铌酸锂(LiNbO₃)的压电材料形成的压电衬底，且压电体6的欧拉角(φ，θ，ψ)可满足ψ≤-2φ-3°和-2φ+3°≤ψ中之一、以及-100°≤θ≤-60°和2φ-2°≤ψ≤2φ+2°中的两者。

氧化铝层30由Al₂O₃形成，具体是由蓝宝石(sapphire)形成。氧化铝层30的膜厚为0.001λ以上且0.02λ以下。

电极7包括诸如铝、铜、银、金、钛、钨、钼、铂或铬等的元素金属、或以这些为主要成分的合金、或者这些金属的层压结构。电极构成用于激励主声波的IDT(Inter-DigitalTransducer，叉指式换能器)电极，所述主声波由具有波长λ的SH(水平剪切)波构成，且根据实施例，该电极为梳状。虽然电极7的总膜厚也取决于电极的密度，但是其通常可以为0.01λ到0.15λ。

保护膜8由例如氧化硅(SiO₂)膜形成。在这种情况下，保护膜8具有与压电体6相反的温度特性，通过使膜厚T8增大为高于0.27λ，可以改善声波元件5的频率温度特性。保护膜8还可以由氧化硅膜之外的材料形成，并且可以优选地保护电极7免受外部环境的影响。保护膜8的膜厚T8是未形成电极7的部分的膜厚，并且对应于从将压电体6与保护膜8相接的压电体6的表面6A到保护膜8的表面8A的距离。主声波的波长λ为具有梳状的电极7的电极指的平均间距(pitch)的两倍。

根据实施例，制成了用于声波元件5的示例样品和比较样品。比较样品具有与图7所示的传统的声波元件1同样的结构。在比较样品中，压电体2由具有欧拉角(0°，-90°，0°)的基于铌酸锂的压电材料形成。氧化物层130由Al₂O₃形成。电极3由诸如铜等的金属形成，并激励波长为λ的主声波。保护膜4由氧化硅(SiO₂)形成。

具体地说，氧化物层130由膜厚为0.006λ的蓝宝石形成。电极3的膜厚为0.062λ。保护膜4的膜厚为0.35λ。

图2是声波元件的比较样品的特性图。在图2中，纵轴表示相对于匹配值的规范化的导纳(normalizedadmittance)，而横轴表示频率。在声波元件的比较样品中，当为了改善声波元件的温度特性而将由氧化硅形成的保护膜4的膜厚设定为例如0.35λ时，如图2所示，在谐振频率的大约1.3倍附近的频率中产生不必要的寄生信号S1。在声波元件的比较样品中产生各种声速的横波。可以认为不必要的寄生信号S1可归因于在声波元件中产生的横波中的最快的横波。

上述快的横波会劣化应用了比较样品的声波元件的滤波器或双工器的特性质量。为了抑制不必要的寄生信号S1，可改变压电体2的欧拉角(φ，θ，ψ)中的角度φ和ψ。无论改变角度φ、还是改变角度ψ，都可以抑制快的横波造成的不必要的寄生信号S1，但是，这又将相反地在比谐振频率略低的频率带中产生与上述寄生信号不同的不必要的寄生信号S1。可以认为该不必要的寄生信号S1是由瑞利波(Rayleighwave)引起的。

在为了改善根据实施例的声波元件5的频率温度特性而将保护膜8的膜厚设定为大于0.27λ时，通过将压电体6的欧拉角(φ，θ，ψ)中的角度φ和ψ设定为大于一预定角度，并将角度φ从0°改变为在一定程度上遵循ψ＝2φ，可以抑制由瑞利波引起的不必要的寄生信号S1，同时可以抑制由快的横波在该频率带附近产生的另一不必要的寄生信号S1。

图3是声波元件5的特性图。在图3中，纵轴表示规范化的导纳(dB)，该规范化的导纳(dB)为导纳值相对于谐振期间匹配的值的比率，而横轴表示频率(MHz)。在声波元件5的样品中，压电体6由具有欧拉角(-3°，-90°，-3°)的铌酸锂形成。氧化铝层30由膜厚为0.006λ的蓝宝石形成。电极7由膜厚为0.062λ的铜形成。保护膜8由膜厚为0.35λ的氧化硅(SiO₂)形成。如图3所示，根据实施例的声波元件5能够抑制如图2所示的比较样品中由瑞利波引起的不必要的寄生信号S1，同时抑制由快的横波在频率带附近产生的另一不必要的寄生信号S1。

图4中，用阴影线示出了由基于铌酸锂的压电材料形成的压电体6的欧拉角(φ，θ，ψ)中的角度φ和ψ可以选取的范围R1和R2。可以理解，角度θ满足-100°≤θ≤-60°，保护膜8的膜厚T8大于0.27λ，并且电极7具有规范化的膜厚0.062λ且由铜形成。图4中所示的表示ψ＝2φ的关系的线L1可被解释为表示特别是当由瑞利波造成的寄生信号S1(图2)被抑制时的角度φ和ψ之间的关系。如图2所示，在ψ≤-2φ-3°和-2φ+3°≤ψ中之一的范围内，并在以线L1为中心的角度ψ的±2°的范围内，即2φ-2°≤ψ≤2φ+2°的范围内，由瑞利波造成的寄生信号S1被抑制。

图5是根据实施例的装备有声波元件5的双工器33的框图。双工器33包括滤波器31、具有比滤波器31的通带更高的通带的滤波器32、连接到滤波器31的端子36、连接到滤波器32的端子35、和连接在滤波器31与滤波器32之间的滤波器34。优选地在滤波器31中使用根据实施例的声波元件5。可能的是，由滤波器31中的快的横波引起的寄生信号可能会劣化滤波器32的高通带的特性。因此，通过根据实施例的声波元件5来配置滤波器31可以防止滤波器32的特性劣化。当滤波器31为发射滤波器且滤波器32为接收滤波器时，端子36将为连接到发射机的输入端子，端子35将为连接到接收机的输出端子，而端子34将为连接到天线的天线端子。

根据实施例的声波元件5也可以被应用到谐振器(resonator)中，并且还可以被应用到诸如梯型滤波器或DMS滤波器等的滤波器中。

图6是根据实施例的装备有声波元件5的电子设备40的框图。电子设备40包括滤波器37、连接到滤波器37的半导体集成电路元件38、以及连接到所述半导体集成电路元件38的再现装置39。滤波器37通过根据实施例的声波元件5来配置。通过声波元件5可以改善在上述谐振器、滤波器、及电子设备40中的通信质量。

工业实用性

本发明所涉及的声波元件能够抑制不必要的寄生信号的产生，并可适用于诸如移动电话等的电子设备。

附图说明

5声波元件

6压电体

7电极

8保护膜

30氧化铝层

Claims (4)

1.一种声波元件，包括：

压电体，由具有欧拉角(φ，θ，ψ)的基于铌酸锂的压电材料形成；

氧化铝层，设置在所述压电体上由Al₂O₃形成；

电极，设置在所述氧化铝层上；以及

保护膜，设置在所述氧化铝层上以覆盖所述电极，

所述电极被配置用以激励具有波长λ的主声波，

所述保护膜的膜厚大于0.27λ，

所述欧拉角满足ψ≤-2φ-3°和-2φ+3°≤ψ中之一、以及-100°≤θ≤-60°和2φ-2°≤ψ≤2φ+2°中的两者。

2.如权利要求1所述的声波元件，其中，所述保护膜由氧化硅膜形成。

3.一种双工器，包括：

第一滤波器，具有如权利要求1所述的声波元件；以及

第二滤波器，具有比所述第一滤波器的通带更高的通带。

4.一种电子设备，包括：

如权利要求1所述的声波元件；以及

连接到所述声波元件的电路元件。