CN107017862B - 可调谐表面声波谐振器和过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了可调谐表面声波谐振器（SAW）和过滤器，其半导体压电层具有嵌入型或抬高型的电极掺杂区。该可调谐SAW器件通过金属化比率和质量负荷随着DC偏压改变而变化的特性来调整其谐振频率。使用本发明提供的可调谐RF过滤器的移动电话和无线系统能够覆盖多个通讯频率带或频率范围，减少对过滤器的数量的需求，并降低RF过滤器的尺寸和价钱。

Description

可调谐表面声波谐振器和过滤器

技术领域

本发明与用于通信系统的具有可调谐性的频率过滤以及产生可调谐射频信号频率有关。更加具体地，它与用于SAW谐振器和过滤器的可调谐表面声波IDTs有关。

背景技术

电子系统特别是那些操作在射频（RF）用于通讯应用的系统需要小尺寸带通滤波器和振荡器。振荡器用于产生射频信号而带通滤波器用于选择传送或接收在某一带宽（BW）之内的特定频率信号。一些例子包括全球性定位系统（GPS），流动电信系统：移动式通信全局系统（GSM），个人通信服务（PCS），万能流动电信系统（UMTS），长期演进技术（LTE）和数据传送单位：蓝牙、无线区域网（WLAN），卫星广播和未来交通控制通信。它们也包括用于空中和航天器的其它高频率系统。

有使用不同技术制造的用于RF信号的带通滤波器：(a）基于电介质谐振器的陶瓷过滤器，（b）基于表面声波谐振器（SAW）的过滤器，（c）基于薄膜体声波谐振器（FBAR）的过滤器。当系统尺寸大小有限时，SAW和FBAR都可以使用。通常，SAW设备大量用于2 GHz以下的频率，而FBARs则在2和4 GHz之间的系统中占优势。由于需求量大，手机中 SAW 或 FBAR的RF过滤器通常用微电子制造方法制造在压电材料上，例如，用SAWs 的于LiNbO₃和用于FBARs的AlN。

表面声波（SAW）过滤器：

SAW器件的发展始于1965年，当第一个SAW器件制成时。早期SAW器件的研究工作主要是履行雷达信号处理的需要。在80年代和90年代，主要开发尝试集中在用于移动电话的低损耗过滤器上。SAW器件的基本原理可以通过一个基本SAW结构来了解。图1显示现有技术在一个压电基体110上的表面声波过滤器100的一张概要图，输入叉指换能器IDT1 120连接到一个电信号源130来激发声波140，其毗邻电极之间的中心对中心距离控制到“叉指间距”。声波140具有速度v 和频率f_o=v/（2x叉指间距），输出叉指换能器IDT2 150用来接收声波140和转换成输出电信号160，其毗邻电极之间的中心对中心距离也控制到“叉指间距”。信号源130中除f_o之外频率的电信号在输出终端不可能激发有充足强度的共振声波到达输出叉指换能器IDT2 150，并在输出终端产生一个输出信号。过滤器100仅允许频率在以f_o为中心的带宽BW之内的电信号从输入叉指换能器到达输出叉指换能器。

用于过滤器的压电材料主要特性是声音波传播速度，电极叉指间距和耦合系数，以声波速度和电极叉指间距决定谐振频率，耦合系数影响带宽。几个压电基体速度值为：LiNbO₃ ～4,000m/s，ZnO ～6,300m/s, AlN ～10,400m/s和GaN ～7,900m/s。例如，为了得到具有中央频率f_o=2GHz的制造在LiNbO₃上的过滤器，声波波长是λ=(4000m/sec)/(2x10⁹/sec)=2x10^-4cm。假设电极宽度和毗邻电极之间的距离相等，电极宽度为0.5µm，因此，图1中的电极叉指间距值等于(1/2)λ或1µm。

可调谐过滤器：

每条通信带有二个频率：一为传送，另一为接收。移动电话通信大约有40个频带。更多频带期望作为下一代长期引伸技术。表1列出几条用于不同地区或国家的移动式通信频带。每条频带有一条传送频带或Tx，其频带中心频率为f_oTR，传送带宽为BW_TR。也有一条发送频带或有关联的接收Rx频带中心频率为f_oRE，有接收带宽BW_RE。传送频带和接受频带之间的差别给出：f_oRE-f_oTR。

表1频率和带宽分配给某些移动手机和基地

Band f_oTR (MHz) BW_TR (MHz) f_oRE (MHz) BW_RE (MHz) f_oRE–f_oTR (MHz) [f_oRE-f_oTR]/f_oTR 地区

1 1920–1980 60 2110–2170 60 190 9.8% 亚洲，欧洲中东非洲，日本

2 1850–1910 60 1930-1990 60 80 4.3% 北美，拉美

3 1710–1785 75 1805–1880 75 95 5.4% 亚洲,，欧洲中东非洲

4 1710-1755 45 2110-2155 45 400 23% 北美，拉美

5 824–849 25 869–894 25 45 5.4% 北美，拉美

7 2500–2570 70 2620–2690 70 120 4.7% 亚洲,，欧洲中东非洲

8 880–915 35 925–960 35 45 5.0% 欧洲中东非洲，拉美12 699–716 17 729–746 17 30 4.2% 北美

由于用于不同地区和国家的移动手机频带的数量较大，即使在同一个国家，一个实用的手机也需要有覆盖几个频带的RF前端。一个真正的覆盖世界范围的电话将需要有大约40条频带，其中每一条都有传送频带和接受频带。因为每个RF过滤器只有一个固定的中央共振频率，因此，这样一个真正的世界电话将需要80个前端过滤器。由于资源局限，有些设计师为选择的地区或国家设计的移动电话手机覆盖5条到10条频带。即使是这个减少了的频带数目，RF过滤器的需求数量还是大（10个～20个）。所以，有强烈需求减少RF过滤器的尺寸/成本，并使用每个覆盖至少二个频带的可调谐RF过滤器来减少同一数量操作频带所需过滤器的数量。如果成功，移动手机和许多其他微波和无线系统过滤器数量可以减少。因此，开发RF过滤器尽可能用于多个频带或频率范围的RF过滤器将是理想的，以便减少移动电话手机和微波系统RF前端的尺寸大小和电力消费。在表1中列出了(f_oRE–f_oTR)/f_oTR的值。可以看出多数值为10%或更少，多数～5%。所以，调谐范围为10%或更大的可调谐过滤器对通信是很有价值的。

为了满足对尽可能多个频带或频率范围的RF过滤器的需求，本专利发明者发明了可调谐SAW叉指换能器和反射器并发表在美国专利申请14/756,554中。这个发明提供运用半导体的压电层具有嵌入型或抬高型电极掺杂区的可调谐表面声波谐振器。该器件通过变化DC偏压改变金属化比率和质量负荷来改变其谐振频率。多个可调谐的SAW器件可以连接成可调谐和可选择的微波过滤器或可调谐的振荡器，通过变化DC偏压来选择和调整带通频率。

可调谐SAW IDTs和过滤器：

图2展示可调谐表面声波（SAW）过滤器200a的一张概要顶视图，由本专利发明者发表在美国专利申请14/756,554中。SAW过滤器200a有输入叉指换能器IDT1 220和输出叉指换能器IDT2 250。第一压电层210沉积在支持基体210S上做成IDT1和IDT2。SAW结构的第一压电层210从一组压电材料中挑选包括：LiNbO₃,LiTaO₃,ZnO,AlN,GaN,AlGaN,LiTaO₃,GaAs,AlGaAs等。

IDT1 220包括输入正电极垫220PM在输入正电极垫掺杂区220DP上；输入负电极垫220NM在输入负电极垫掺杂区220DN上；输入正电极手指（220P-1，220P-2，220P-3）中的每一个在各自对应的输入正电极掺杂区（DP-1，DP-2，DP-3）上；输入负电极手指（220N-1，220N-2，220N-3）中的每一个在各自对应的输入负电极掺杂区（DN-1，DN-2，DN-3）上。输入正电极掺杂区（DP-1，DP-2，DP-3）和输入负电极掺杂区（DN-1，DN-2，DN-3）是掺杂压电半导体。毗邻输入正电极手指和输入负电极手指之间中心对中心距离（或毗邻输入正电极手指掺杂区和输入负电极手指掺杂区）被控制为“叉指间距或b”。输入电极手指连接到一个电信号来源230来激发频率为f～v/(2xb)的表面声波240，v是表面声波速度。

同样，输出叉指换能器IDT2 250包括输出正电极垫250PM在输出正电极垫掺杂区（250DP）上；输出负电极垫250NM在输出负电极垫掺杂区250DN上；输出正电极手指（250P-1，250P-2，250P-3）中的每一个在各自对应的输入正电极掺杂地（DP-1'，DP-2'，DP-3'）上；输出负电极手指（250N-1，250N-2，250N-3）中的每一个在各自对应的输出负电极掺杂区（DN-1'，DN-2'，DN-3'）上。输出正电极掺杂区（DP-1'，DP-2'，DP-3'）和输出负电极掺杂区（DN-1'，DN-2'，DN-3'）是掺杂压电半导体。毗邻输出正电极手指和输出负电极手指之间中心对中心距离（或毗邻输出正电极手指掺杂区和输出负电极手指掺杂区之间距）被控制为“叉指间距或b’”，优选和b相同来接收表面声波240和转换成横跨输出电阻器R260上的输出电信号V_out。

输入叉指换能器220和输出叉指换能器250由IDT的中心对中心距离200D分开。输入电极掺杂区宽度“a”被保持为基本上与叉指间距“b”的一半相等，以便毗邻输入电极掺杂区之间的间距（c）与叉指间距（b）的一半也相等。同样，输出电极掺杂区宽度（a’=a）被保持为基本上与叉指间距（b'=b）的一半相等，因此毗邻输出电极掺杂区的间距“c’”也与叉指间距（b’=b）的一半基本上相等。输入电极手指宽度（m）被选择与输出电极手指宽度（m’）相同，并且手指宽度（m，m’）不比电极掺杂区宽度（a，a’）大。

输入DC偏压V_DC通过阻拦电感器（LN-1）和（LP-1）连接到输入叉指换能器IDT1来调谐和调整IDT1所激发的表面声波频率，而输出DC偏压V’_DC通过阻拦电感器（LN-1’）和（LP-1’）连接到输出叉指换能器来调谐和调整IDT2所接收或探测的表面声波频率。输入DC偏压V_DC的值优选同输出DC偏压V'_DC一样来同步调谐和调整的频率。叉指间距的值（b，b'）在设计和制造期间选择，SAW器件激发和传输表面声波波长是：λ=2b。波长λ的值与表面声波速度v一起决定表面声波激发，传输和探测的一个独特的中央频率f =v/λ。频率的调谐是基于对与电极掺杂区和电极手指相关的质量负荷（ML）和金属化比率（MR）的调整，细节可以在美国专利申请14/756,554中找到。

在这个更早的发明中，如上所述，DC偏压通过阻拦电感器（LN-1，LP-1，LN-1'，LP-1'）提供给输入和输出IDTs，阻拦电感器分离DC偏压和RF信号。虽然薄膜电感器（LN-1，LP-1，LN-1'，LP-1'）能有效地从DC偏压电路隔绝RF信号，薄膜电感器有两个缺点。薄膜电感器由金属线圈制成，占据相当大面积，并且薄膜线圈的制造相对困难，并不实用。所以，需要具有改进性能的RF隔离方法的可调谐SAW IDTs来实现可调谐的SAW谐振器、过滤器或者振荡器。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于SAW谐振器，过滤器或振荡器的可调谐的SAW叉指式换能器，其激发和接收表面声波中央频率用DC偏压通过集成薄膜偏压电阻加在输入IDTs和输出IDTs来调谐。

本发明的另一个目的是提供用于无线或微波系统的SAW RF谐振器、过滤器或振荡器的可调谐的SAW叉指式换能器，有嵌入型负和正电极掺杂区和集成薄膜偏压电阻，该嵌入型负电极掺杂区与嵌入型正电极掺杂区有不同的掺杂类型。

本发明的另一个目的是提供用于无线或微波系统的SAW RF谐振器、过滤器或振荡器的可调谐的SAW叉指式换能器，有嵌入型负和正电极掺杂区和集成薄膜偏压电阻，该嵌入型负电极掺杂区与嵌入型正电极掺杂区有相同的掺杂类型。

本发明还有另一个目的是提供用于无线或微波系统的SAW RF谐振器、过滤器或振荡器的可调谐的SAW叉指式换能器，有抬高型负和正电极掺杂区和集成薄膜偏压电阻，该抬高型负电极掺杂区与抬高型正电极掺杂区有不同的掺杂类型。

本发明还有另一个目的是提供用于无线或微波系统的SAW RF谐振器、过滤器或振荡器的可调谐的SAW叉指式换能器，有抬高型负和正电极掺杂区和集成薄膜偏压电阻，该抬高型负电极掺杂区与抬高型正电极掺杂区有相同的掺杂类型。

本发明还有另一个目的是控制可调谐的SAW叉指式换能器的正和负电极掺杂区的掺杂浓度在10¹³-10²⁰cm^-3的范围。

实现上述本发明目的的技术方案如下所述：

一种用于表面声波设备的具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有嵌入型电极掺杂区，其特征包括了：

-一个支持基体，有支持基体厚度；

-一个第一压电层在前述支持基体上，有第一压电层厚度；

-多个正电极掺杂区在前述第一压电层中埋置，前述正电极掺杂区是压电半导体，有第一掺杂类型；

-多个负电极掺杂区在前述第一压电层中埋置，前述负电极掺杂区是压电半导体，有第二掺杂类型，每个前述负电极掺杂区在二个毗邻正电极掺杂区之间,，正电极掺杂区和毗邻负电极掺杂区中心对中心距离被控制到叉指间距b；

-多个金属正电极手指，每一个正电极手指在一个嵌入型正电极掺杂区之上，前述金属正电极手指连接到正电极垫；

-多个金属负电极手指，每一个负电极手指在一个嵌入型负电极掺杂区之上，前述金属负电极手指连接到负电极垫；

-一DC偏压通过薄膜偏压电阻连接到前述IDT来控制和变化前述嵌入型正电极掺杂区和嵌入型负电极掺杂区中所形成的耗尽区的尺寸，从而通过对与每个前述正电极手指和每个前述负极电极手指有关的质量负荷和金属化比率的调整，来达到调整前述IDT所激发或所接收的表面声波的频率，前述薄膜偏压电阻集成在前述IDT上，并且前述薄膜偏压电阻的阻抗值被控制成足够大，来隔绝DC偏压电路与RF信号，而前述正电极垫和负电极垫连接到电信号源或信号接收器，来从前述IDT激发表面声波或从前述IDT接收表面声波。

前述支持基体材料从以下物质中挑选，包括： LiNbO3、LiTaO3、PZT、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs、Al₂O₃、BaTiO3、石英、KNbO₃、Si、蓝宝石、玻璃和塑料。

前述第一压电层材料从以下压电材料物质中挑选，包括：LiNbO₃、LiTaO₃、ZnO、AlN、GaN、AlGaN、GaAs、AlGaAs和其它，只要它们有压电特性和足够高的声耦合系数。

前述嵌入型正电极掺杂区和前述嵌入型负电极掺杂区材料从以下物质中挑选，包括：AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs和其它，只要它们有压电特性和足够高的声耦合系数，是半导体，并且可以掺杂成n类型或p类型传导，其掺杂浓度在10¹³到10²⁰cm^-3的范围内来实现有效的频率调谐。

前述正电极掺杂区的前述第一掺杂类型与前述负电极掺杂区的前述第二掺杂类型相反，并且前述DC偏压是通过前述薄膜偏压电阻加在前述正电极垫和前述负电极垫之间来调谐和调整前述表面声波的频率。

前述嵌入型正电极掺杂区和前述嵌入型负电极掺杂区厚度控制在10到2000nm的范围内。

前述正电极手指和前述负电极手指材料从以下材料中挑选，包括：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir以及它们的合金，而前述正电极手指和负电极手指厚度在10到400nm的范围内，取决于操作频率和调谐范围的需要。

前述薄膜偏压电阻从以下材料中挑选，包括：Ni、Cr、Ta、W、Mo、NiCr、RuO2、TaN、ZnO、ZnON、InSnO、InSnON、ZnInO、ZnInON、ZnSnO、ZnSnON、Bi₂Ru₂O₇、RuO₂、Bi₂Ir₂O₇和其它半导体例如硅，只要薄膜偏压电阻值是大于200Ω并且有稳定的热特性。

本发明所述的用于表面声设备的频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构，还包括底部电极层夹在前述第一压电层和前述支持基体中间，前述第一掺杂类型与前述第二掺杂类型相同，前述正电极垫和负极电极垫连接在一起，并且前述DC偏压是加在前述正和负极电极垫和前述底部电极层之间来调谐和调整前述表面声波频率，前述底部电极层材料从以下物质中挑选，包括：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs和它们的组合。

进一步的，该用于表面声设备的频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构还包括一个重掺杂层在前述每一个嵌入型负电极掺杂区之上，和另一个重掺杂层在前述每一个嵌入型正电极掺杂区之上，来减少接触电阻。

前述频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构是一种可调谐输入叉指换能器，来接收RF信号并产生表面声波。

前述频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构是一种可调谐的输出叉指换能器，来接收表面声波并把他们转换成RF信号。

前述频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构是一种可调谐的表面声波反射器。

实现上述本发明目的的技术方案还如下所述：

一种用于表面声波设备具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有抬高型电极掺杂区，其特征包括了：

-一个支持基体，有支持基体厚度；

-一个第一压电层，有第一压电层厚度；

-多个抬高型正电极掺杂区在前述第一压电层之上，前述抬高型正电极掺杂区是压电半导体，有第一掺杂类型；

-多个抬高型负电极掺杂区在前述第一压电层之上，前述抬高型负电极掺杂区是压电半导体，有第二掺杂类型，每个前述抬高型负电极掺杂区在二个毗邻抬高型正电极掺杂区之间，抬高型正电极掺杂区和毗邻抬高型负电极掺杂区中心对中心距离被控制到叉指间距b；

-多个金属正电极手指连接到一个正电极垫，每个前述正电极手指在其中一个对应的抬高型正电极掺杂区上；

-多个金属负电极手指连接到一个负电极垫，每个前述负电极手指在其中一个对应的抬高型负电极掺杂区上；并且

-DC偏压通过薄膜偏压电阻连接到前述IDT来控制和变化前述抬高型正电极掺杂区和抬高型负电极掺杂区中所形成的耗尽区的尺寸，从而通过对与每个前述正电极手指和每个前述负极电极手指有关的质量负荷和金属化比率的调整，来达到调整前述IDT所激发或所接收的表面声波的频率，前述薄膜偏压电阻集成在前述IDT上，并且前述薄膜偏压电阻的阻抗值被控制成足够大，来隔绝DC偏压电路与RF信号，而前述正电极垫和负电极垫连接到电信号源或信号接收器，来从前述IDT激发表面声波或从前述IDT接收表面声波。

上述支持基体材料从以下物质中挑选，包括： LiNbO3、LiTaO3、PZT、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs、Al₂O₃、BaTiO3、石英、KNbO₃、Si、蓝宝石、玻璃和塑料。

上述第一压电层材料从以下压电材料物质中挑选，包括：LiNbO₃、LiTaO₃、ZnO、AlN、GaN、AlGaN、GaAs、AlGaAs和其它，只要它们有压电特性和足够高的声耦合系数。

上述抬高型正电极掺杂区和前述抬高型负电极掺杂区材料从以下物质中挑选，包括：AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs和其它，只要它们有压电特性和足够高的声耦合系数，是半导体，并且可以掺杂成n类型或p类型传导，其掺杂浓度在10¹³到10²⁰cm^-3的范围内来实现有效的频率调谐。

上述第一掺杂正电极掺杂区的类型是和前述负电极掺杂区的前述第二掺杂的类型相反，并且前述DC偏压是通过前述薄膜偏压电阻加在前述正电极垫和前述负电极垫之间来调谐和调整前述表面声波的频率。

上述抬高型正电极掺杂区和前述抬高型负电极掺杂区厚度控制在10到2000nm的范围内。

上述正电极手指和前述负电极手指材料从以下材料中挑选，包括：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir以及它们的合金，而前述正电极手指和负电极手指厚度在10到400nm的范围内，取决于操作频率和调谐范围的需要。

上述薄膜偏压电阻从以下材料中挑选，包括：Ni、Cr、Ta、W、Mo、NiCr、RuO2、TaN、ZnO、ZnON、InSnO、InSnON、ZnInO、ZnInON、ZnSnO、ZnSnON、Bi₂Ru₂O₇、RuO₂、Bi₂Ir₂O₇和其它半导体例如硅，只要薄膜偏压电阻值是大于200 Ω并且有稳定的热特性。

上述本发明提供的有抬高型电极掺杂区的用于表面声设备的频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构，进一步的特征在于：该SAW叉指换能器IDT结构还包括一底部电极层夹在前述第一压电层和前述支持基体中间，前述第一掺杂类型与前述第二掺杂类型相同，前述正电极垫和负极电极垫连接在一起，并且前述DC偏压是加在前述正和负极电极垫和前述底部电极层之间来调谐和调整前述表面声波的频率，前述底部电极层材料从以下物质中挑选，包括：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu，Au、Ni、Ag、Ru、Ir、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs和它们的组合。

进一步的，该SAW叉指换能器IDT结构还包括一个重掺杂层在前述每一个抬高型正电极掺杂区之上，和另一个重掺杂层在前述每一个抬高型负电极掺杂区之上，来减少接触电阻。

上述频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构是一种可调谐输入叉指换能器，来接收RF信号并产生表面声波。

上述频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构是一种可调谐的输出叉指换能器，来接收表面声波并转换他们成RF信号。

上述频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构是一台可调谐的表面声波反射器。

附图说明

图1显示现有技术中在一个压电基体上表面声波过滤器100a的概要图，有输入叉指式换能器IDT1来激发表面声波和输出叉指式换能器IDT2来接收表面声波并将其转换成输出电信号。

图2显示现有技术中具有可调谐频率的表面声波过滤器200a的顶视概要图。输入DC偏压V_DC通过阻拦电感（LP-1, LN-1）连接到输入叉指式换能器IDT1来调整激发表面声波频率。输出DC偏压V'_DC通过阻拦电感（LP-1', LN-1'）连接到输出叉指式换能器IDT2来调整接收表面声波频率。

图3A显示本发明的可调谐表面声波过滤器300a的顶视概要图。输入DC偏压V_DC通过集成薄膜电阻（RP-1, RN-1）连接到输入叉指式换能器IDT1来调整激发表面声波频率。输出DC偏压V'_DC通过集成薄膜电阻（RP-1', RN-1'）连接到输出叉指式换能器IDT2来调整接收表面声波频率。

图3B是可调谐表面声波过滤器300b的顶视概要图，根据本发明，输入电极垫和输出电极垫直接沉积在第一压层210上。

图3C是在图3A的可调谐表面声波过滤器300a沿着线A至A’的概要横截图，显示了输入叉指式换能器IDT1的一部分，其嵌入型输入正电极掺杂中立区和嵌入型输入负电极掺杂中立区具有相反的掺杂类型，第一输入DC偏压V_DC1通过集成输入薄膜偏压电阻（RN-1和RP-1）加到正负电极手指上。

图3D是在图3A的可调谐表面声波过滤器300a沿着线B-B'的概要横截图，显示输出叉指式换能器IDT2的一部分，其嵌入型输出正电极掺杂中立区和嵌入型输出负电极掺杂中立区具有相反的掺杂类型，第一输出DC偏压V_DC1'通过集成输入薄膜偏压电阻RN-1'和RP-1'加到正负电极手指上。

图3E是可调谐表面声波过滤器（300a，图3A）沿着线A-A'的概要横截图，显示了输入叉指式换能器IDT1的一部分，其嵌入型输入正电极掺杂中立区和嵌入型输入负电极掺杂中立区具有相同掺杂类型，嵌入型电极掺杂中立区连接在一起，第二输入DC偏压V_DC2通过集成输入薄膜偏压电阻（RN-1和RP-1）加在电极手指和底部电极层之间来调谐IDT1的频率。

图3F是可调谐表面声波过滤器（300a，图3A）沿着线B-B'的概要横截图，显示了输出叉指式换能器IDT2的一部分，其嵌入型输出正电极掺杂中立区和嵌入型输出负电极掺杂中立区有相同掺杂类型，嵌入型电极掺杂中立区连接在一起，第二输入DC偏压V_DC2' 通过集成输出薄膜偏压电阻（RN-1',RP-1'）加在电极手指和底部电极层之间来调谐IDT2的频率。

图3G是可调谐表面声波过滤器（300a，图3A）沿着线A-A'的概要横截图，显示了输入叉指式换能器IDT1的一部分，其抬高型输入正电极掺杂中立区和抬高型输入负电极掺杂中立区有着相反的掺杂类型，第一输入DC偏压V_DC1通过集成输入薄膜偏压电阻（RN-1和RP-1）加到输入正电极手指和输入负电极手指之间来调谐IDT1的频率。

图3H是可调谐表面声波过滤器（300a，图3A）沿着线B-B'的概要横截图，显示了输出叉指式换能器IDT2的一部分，其抬高型输出正电极掺杂中立区和抬高型输出负电极掺杂中立区有着相反的掺杂类型，第一输出DC偏压V_DC1'通过集成输出薄膜偏压电阻（RN-1',RP-1'）加到输出正电极手指和输出负电极手指之间来调谐IDT2的频率。

图3I是可调谐表面声波过滤器（300a，图3A）沿着线A-A'的概要横截图，显示了输入叉指式换能器IDT1的一部分，其抬高型输入正电极掺杂中立区和抬高型输入负电极掺杂中立区有相同掺杂类型，第一输入DC偏压V_DC2通过集成输入薄膜偏压电阻（RN-1和RP-1）加到输入正电极手指和输入负电极手指之间来调谐IDT1的频率。

图3J是可调谐表面声波过滤器（300a，图3A）沿着线B-B'的概要横截图，显示了输出叉指式换能器IDT2的一部分，其抬高型输出正电极掺杂中立区和抬高型输出负电极掺杂中立区有相同掺杂类型，第一输出DC偏压V_DC2'通过集成输出薄膜偏压电阻（RN-1', RP-1'）加到输出正电极手指和输出负电极手指之间来调谐IDT2的频率。

图4是显示了具有输入电极垫，输入电极手指，输入电极掺杂区的可调谐输入表面声波SAW反射器290IR的一张概要顶视图。应用DC偏压控制MR和ML和反射表面声波的频率。

附图标记说明

输入叉指式换能器IDT1 220

输出叉指式换能器IDT2 250

输入表面声波反射器290IR

电信号源230

表面声波240

输出电阻器R 260

第一压电层210

第一压电层厚度210t

支持基体210S

支持基体厚度210St

集成输入薄膜偏压电阻（RN-1，RP-1）

集成输出薄膜偏压电阻（RN-1’和 RP-1’）

输入正电极垫220PM，290PM

输入正电极垫掺杂区220DP

输入负电极垫220NM，290NM

输入负电极垫掺区220DN

输入负电极掺杂区（DN-1，DN-2，DN-3），（DNR-1，DNR-2，DNR-3）

输入正电极掺杂区（DP-1，DP-2，DP-3），（DPR-1，DPR-2，DPR-3）

输入正电极手指（220P-1，220P-2，220P-3），（290P-1，290P-2，290P-3）

输入正电极手指宽度（220P-1w或m）

输入正电极手指厚度（220P-1t）

输入负电极手指（220N-1，220N-2，220N-3），（290N-1，290N-2，290N-3）

输入负电极手指宽度（220N-1w或m）

输入负电极手指厚度（220N-1t）

输出正电极垫250PM

输出正电极垫掺杂区250DP

输出负电极垫250NM

输出负电极垫掺区250DN

输出正电极掺杂区（DP-1', DP-2', DP-3'）

输出正电极掺杂区厚度（DP-1't）

输出负电极掺杂区（DN-1', DN-2',DN-3'）

输出正电极手指（250P-1，250P-2，250P-3）

输出正电极手指宽度（250P-1w或m'）

输出正电极手指厚度（250P-1t）

输出负电极手指（250N-1，250N-2，250N-3）

输出负电极手指宽度（250N-1w或m'）

输出负电极手指厚度（250N-1t）

输入正电极掺杂中立区（DP-1v1），（DP-1v2）

输入正电极掺杂中立区厚度（DP-1v1t），（DP-1v2t）

输入正电极掺杂中立区宽度（DP-1v1w），（DP-1v2w）

输入负电极掺杂中立区（DN-1v1），（DN-1v2）

输入负电极掺杂中立区厚度（DN-1v1t），（DN-1v2t）

输入负电极掺杂中立区宽度（DN-1v1w），（DN-1v2w）

输入正电极耗尽区（DP-1d1），（DP-1d2）

输入正电极耗尽区厚度（DP-1d1t），（DP-1d2t）

输入负电极耗尽区（DN-1d1），（DN-1d2）

输入负电极耗尽区厚度（DN-1d1t），（DN-1d2t）

输入电极间距区（220S-1），（ENP-1v2）

输入电极间距区宽度（220S-1w），（ENP-1v1w或c）

叉指间距（220NS-1w或b），（250NS-1w或b'）

输出正电极掺杂中立区（DP-1'v1），（DP-1'v2）

输出正电极掺杂中立区厚度（DP-1'v1t），（DP-1'v2t）

输出正电极掺杂中立区宽度（DP-1'v1w），（DP-1'v2w）

输出负电极掺杂中立区（DN-1'v1），（DN-1'v2）

输出负电极掺杂中立区厚度（DN-1'v1t），（DN-1'v2t）

输出负电极掺杂中立区宽度（DN-1'v1w），（DN-1'v2w）

输出正电极耗尽区（DP-1'd1），（DP-1'd2）

输出正电极耗尽区厚度（DP-1'd1t），（DP-1'd2t）

输出负电极耗尽区（DN-1'd1），（DN-1'd2）

输出负电极耗尽区厚度（DN-1'd1t），（DN-1'd2t）

输出电极间距区（250S-1）

输出电极间距区宽度（250S-1w）

抬高型输出正电极掺杂中立区（EP-1'v1），（EP-1'v2）

抬高型输出正电极掺杂中立区厚度（EP-1'v1t）

抬高型输出正电极掺杂中立区宽度（EP-1'v1w），（EP-1'v2w）

抬高型输出正电极耗尽区（EP-1'd1）

抬高型输出正电极耗尽区厚度（EP-1'd1t）

抬高型输出正电极耗尽区宽度（EP-1'd1w）

抬高型输出负电极掺杂区（DN-1'）

抬高型输出负电极掺杂区厚度（DN-1't）

抬高型输出负电极掺杂中立区（EN-1'v1），（EN-1'v2）

抬高型输出负电极掺杂中立区厚度（EN-1'v1t）

抬高型输出负电极掺杂中立区宽度（EN-1'v1w），（EN-1'v2w）

抬高型输出负电极耗尽区（EN-1'd1）

抬高型输出负电极耗尽区厚度（EN-1'd1t）

抬高型输出负电极耗尽区宽度（EN-1'd1w）

输出电极间距区（ENP-1'v1）

输出电极间距区宽度（ENP-1'v1w或c'）

抬高型输入正电极掺杂区（DP-1）

抬高型输入正电极掺杂区厚度（DP-1t）

抬高型输入正电极掺杂中立区（EP-1v1），（EP-1v2）

抬高型输入正电极掺杂中立区厚度（EP-1v1t）

抬高型输入正电极掺杂中立区宽度（EP-1v1w），（EP-1v2w）

抬高型输入正电极耗尽区（EP-1d1）

抬高型输入正电极耗尽区厚度（EP-1d1t）

抬高型输入正电极耗尽区宽度（EP-1d1w）

抬高型输入负电极掺杂区（DN-1）

抬高型输入负电极掺杂区厚度（DN-1t）

抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1v1），（EN-1v2）

抬高型输入负电极掺杂中立区厚度（EN-1v1t）

抬高型输入负电极掺杂中立区宽度（EN-1v1w），（EN-1v2w）

抬高型输入负电极耗尽区（EN-1d1）

抬高型输入负电极耗尽区厚度（EN-1d1t）

抬高型输入负电极耗尽区宽度（EN-1d1w）

具体实施方式

本发明提供有可调谐频率的表面声波 (SAW) 叉指式换能器和反射器结构，用于SAW器件例如SAW过滤器，振荡器和其它器件，并采用集成薄膜电阻器来隔离RF和DC。

可调谐SAW叉指式换能器和过滤器：

图 3A显示本发明提供的可调谐表面声波（SAW）过滤器300a的概要顶视图。可调谐SAW过滤器300a具有输入叉指式换能器IDT1 220和输出叉指式换能器IDT2 250，制造在第一压电层210和支持基体210S上。在SAW过滤器300a中，输入DC偏压V_DC通过集成输入薄膜偏压电阻（RN-1，RP-1）连接到输入叉指式换能器IDT1，来调谐和调整IDT1所激发的表面声波的频率，输出DC偏压V_DC'通过集成输出薄膜偏压电阻（RN-1’和 RP-1’）连接到输出叉指式换能器IDT2，来调谐和调整IDT2所接收或探测的表面声波的频率。在图3A中，集成输入和输出薄膜偏压电阻（RN-1，RP-1，RN-1'和RP-1'）与SAW IDTs集成在同一基体上，在同一IDTs制造过程中完成。虽然在图 3A中仅显示了用于IDT1和IDT2的三对电极手指，但应该了解到对于实际的SAW器件，为了满足性能需要，电极手指的数量要大得多。

IDT1 220包括输入正电极垫220PM，在输入正电极垫掺杂区220DP上；输入负电极垫220NM，在输入负电极垫掺区220DN上；输入正电极手指（220P-1，220P-2，220P-3），每一个在输入正电极掺杂区（DP-1，DP-2，DP-3）上；输入负电极手指（220N-1，220N-2，220N-3），每一个在输入负电极掺杂区（DN-1，DN-2，DN-3）上。毗邻输入正电极手指和输入负电极手指之间中心对中心距离被控制为输入叉指间距（b）。输入电极手指连接到一个电信号源230来激发表面声波240，有频率f ～v/(2xb)，v是表面声波240的速度。

输出叉指换能器IDT2 250包括输出正电极垫250PM，在输出正电极垫掺杂区250DP上；输出负电极垫250NM，在输出负电极垫掺区250DN上；输出正电极手指（250P-1，250P-2，250P-3），每一个在输出正电极掺杂区（DP-1', DP-2', DP-3'）上；输出负电极手指（250N-1，250N-2，250N-3），每一个在输出负电极掺杂区（DN-1', DN-2',DN-3'）上。毗邻输出正电极手指和输出负电极手指之间中心对中心距离被控制为输出叉指间距b’， b’优选为与输入叉指间距b相同，IDT2接收表面声波240并转换成横跨在输出电阻器R260上的输出电信号V_out。

输入叉指换能器220和输出叉指换能器250被IDT中心对中心距离200D隔开。输入电极掺杂区宽度“a”被保持为基本上与叉指间距“b”的一半相等。而输出电极掺杂区宽度“a’”被保持为基本上与叉指间距“b’”的一半相等（b'=b）并且等于输入电极掺杂区宽度“a”，因此毗邻输出电极掺杂区的间距“c’”也与叉指间距（b’=b）的一半基本上相等。输入电极手指宽度“m”被选择与输出电极手指宽度“m’”相同，“m”和“m’”不比电极掺杂区宽度“a”和“a’”大。

输入DC偏压V_DC的值优选与输出DC偏压V_DC'的值一样，来获得在IDT1和IDT2频率调谐和调整的同步。这里，V_DC和V_DC'在极性可能是正或负，有小的值，只要它们可以调整IDT1和IDT2的频率。叉指间距的值（b或b'）在设计和制造SAW器件时被选定，所激发和传送表面声波（240）的波长为：λ=2b=2b'。因此，λ的值与表面声波速度v一起确定了一个独特的激发、传送和探测的表面声波中央频率f=v/λ。可调谐的SAW IDT的频率调谐基于与电极掺杂区和电极手指相关的质量负荷（ML）的调整和金属化比率（MR）的调整。对加在输入正电极掺杂区（220P-1，220P-2，220P-3）和输入负电极掺杂区（220N-1，220N-2，220N-3）之间的DC偏压对质量负荷（ML）和金属化比率（MR）的作用的细节描述可以在美国专利申请 14/756,554中找到。

根据本发明，第一压电层210材料从一组压电材料中挑选，包括：LiNbO₃，LiTaO₃，ZnO，AlN，GaN，AlGaN，GaAs，AlGaAs等等，只要它们有压电特性和足够高的声耦合系数。拿其中一个已经开发了的压电基体LiNbO₃为例，声波速度v是大约4,000m/sec。要获得中央频率f_o=2GHz的过滤器，声波波长是λ=(4000m/sec)/(2×10⁹/sec)=2×10^-4cm。叉指间距（b，b'）的值是1µm。假设电极掺杂区宽度（a或a'）和毗邻电极之间掺杂区（c或c'）的距离相等，那么电极掺杂区宽度是0.5µm。要制造更高频率的IDTs用于SAWs，需要更加先进的光刻工具和更加精确的制造控制。

支持基体210S从一组材料中挑选：LiNbO₃，LiTaO₃，PZT，AlN，GaN，AlGaN，ZnO，GaAs，AlAs，AlGaAs，Al₂O₃，BaTiO₃，石英，KNbO₃，Si，蓝宝石，玻璃和塑料。支持基体的厚度210St通过考虑机械强度、热量散逸和声波特性的要求来选择。当第一压电层210的材料与支持基体210S的材料相同，它们可以被结合为一个单一压电基体。

输入正电极掺杂区（DP-1，DP-2，DP-3）和输入负电极掺杂区（DN-1，DN-2，DN-3）、输出正电极掺杂区（DP-1',DP-2',DP-3'）和输出负电极掺杂区（DN-1',DN-2',DN-3'）是掺杂半导体，材料从一组压电半导体中挑选包括：AlN，GaN，AlGaN，ZnO，GaAs，AlAs，AlGaAs和其它，只要它们有足够的声耦合系数和压电性，是半导体，并且可以掺杂成n类型和/或p类型导电性。当输入/输出正掺杂区和输入/输出负掺杂区的材料选择为具有极大的能隙的压电半导体，当加DC偏压时，不必要的漏电可以保持小。根据本发明一实施例，输入正或负电极掺杂区和输出正或负电极掺杂区的厚度优选在10到2000nm的范围内，更优选被控制在20到1000nm的范围内，取决于操作频率、调谐范围和需要的调谐灵敏性。

在图3A中，输入正电极掺杂区的输入第一掺杂类型和输入负电极掺杂区的输入第二掺杂类型被选择是不同的。输出正电极掺杂区的输出第一掺杂类型和输出负电极掺杂区的输出第二掺杂类型也被选择是不同的。输入第一掺杂类型和输入第二掺杂类型，输出第一掺杂类型和输出第二掺杂类型也可以被选择是相同的。在这些情况下，与图 3A不同的DC偏压电路将被采纳。在可调谐的SAW叉指换能器中，输入正电极掺杂区的输入第一掺杂浓度，输入负电极掺杂区的输入第二掺杂浓度，输出正电极掺杂区的输出第一掺杂浓度和输出负电极掺杂区的输出第二掺杂浓度，更优选地控制在10¹³～10²⁰cm^-3范围内，取决于需要的操作频率和调谐范围。

为了促进电极掺杂区和电极手指之间的电阻性接触，输入正/负电极掺杂区（DP-1,DP-2,DP-3,DN-1,DN-2,DN-3）和输出正/负电极掺杂区（DP-1',DP-2',DP-3',DN-1',DN-2',DN-3'）优选有一个重掺杂的表层。重掺杂DN⁺层和DP⁺层的厚度应该保持较小（最好是20nm或更少）。

输入正电极手指（220P-1，220P-2，220P-3），输入负电极手指（220N-1，220N-2，220N-3)，输入正电极垫220PM和输入负电极垫220NM的材料从一组金属中挑选：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu，Au、Ni、Ag、Ru、Ir和其它金属以及它们的组合。输出正电极手指（250P-1，250P-2，250P-3），输出负电极手指（250N-1、250N-2，250N-3），输出正电极垫250PM和输出负电极垫250NM的材料从同一组金属和金属合金中挑选，以便它们有同样的电子特性，并且可以在同一沉积步骤中来沉积。

电极掺杂区和电极手指之间要求有电阻性接触，因此电极手指与电极掺杂区接触的第一层应该小心选择材料。以IDT1 220为例，当输入正电极掺杂区掺杂有p类型导电性，与电极掺杂区接触的输入正电极手指的第一层的功函数应大于输入正电极掺杂区的压电半导体材料的电子亲合力。当输入第二掺杂类型和第一掺杂类型相反，负电极掺杂区掺杂成n类型导电性。所以，与电极掺杂区接触的输入负电极手指的第一层的功函数应该与输入负电极掺杂区压电半导体材料的电子亲合力接近或较少。

根据本发明的一实施例，输入正/负电极手指厚度（220P-1t，220N-1t）优选在10到400nm的范围，取决于需要的操作频率和频率调谐范围。为了减少输入正/负电极手指的质量负荷作用和增加频率调谐的灵敏性，优选小原子量金属材料例如Al，Ti作为输入电极手指和输出电极手指的一部分。也优选有小的输入/输出电极手指厚度（在20到200nm的范围）。此外，应用至少二种金属材料的多层金属结构来改进输入正/负电极手指和输出正/负电极手指的黏附力和减少接触电阻。

为了有效地隔绝RF信号和允许DC偏压的应用，集成输入和输出薄膜偏压电阻（RN-1,RP-1,RN-1'和RP-1'）的值优选大于200Ω，更优选大于1000Ω。然而，为了保持较低的RC常数和减少任何不必要的SAW器件开关延迟时间（τ₁=R₁×C），电阻值R不应该太大。集成输入和输出薄膜偏压电阻可以具有不同的形状，例如长方形、正方形、三角形、四边形、平行四边形等。以长方形为例：集成输入和输出薄膜偏压电阻有偏压电阻长度R_L，偏压电阻宽度R_W，偏压电阻厚度R_T。偏压电阻厚度优选小于2微米，更优选小于0.5微米，使得更易于蚀刻或剥离图形化。

集成薄膜偏压电阻（RN-1，RP-1，RN-1'和RP-1'）的材料可以是金属，例如Ni，Cr，Ta，W，Mo和他们的合金包括NiCr。它们也可以是金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物，例如RuO₂，TaN，ZnO，ZnON，InSnO，InSnON，ZnInO，ZnInON，ZnSnO，ZnSnON，Bi₂Ru₂O₇，Bi₂Ir₂O₇和其它半导体例如Si，只要集成薄膜偏压电阻值优选大于200Ω（或更优选大于1000Ω）并且有稳定的热特性。形成薄膜偏压电阻的薄膜层可以由真空方法沉积，例如蒸发，或在含有Ar气体或Ar、O₂和N₂混合气体的真空腔内DC溅射和RF溅射而成。

应注意到，显示在图3A的SAW结构300a对频率的调谐和调整的作用很可能用另一个SAW结构来实施。图3B显示一个可调谐和可调整的SAW过滤器300b的概要顶视图，有输入叉指换能器IDT1 220和输出相叉指换能器IDT2 250在第一压电层210上。SAW过滤器300b包括直接在第一压电层210上沉积的输入负电极垫220NM，输入正电极垫220PM，输出负电极垫250NM和输出正电极垫250PM。除了缺少输入电极垫掺杂区（220DP，220DN）和输出电极垫掺杂区（250DP，250DN），图3B的其它元素和部件和图3A中的相同。

有相反掺杂类型的嵌入型电极掺杂区IDTs：

IDT1 220和IDT2 250在图3A的沿着线A-A'和B-B'概要横截图分别显示在图3C 和3D中。具有嵌入型输入正或负电极掺杂区IDT1 220显示在图3C中，具有嵌入型输出正或负电极掺杂区的IDT2 250显示在图3D中，正/负电极掺杂区有相反的掺杂类型。

图3C显示沿着线A-A'所得的有嵌入型输入电极掺杂区的IDT1 220的一部分（见300a，图3A）。IDT1 220在有第一压电层厚度210t的第一压电层210上，第一压电层210在有支持基体厚度210St的支持基体210S上。具有输入第一掺杂类型（p类型或n类型）和第一掺杂浓度（N_A或N_D）的输入正电极掺杂区（DP-1，见图3A）嵌入第一压电层210中。具有输入第二掺杂类型和第二掺杂浓度（N_D或N_A）的输入负电极掺杂区（DN-1，图 3A）也嵌入第一压电层210中。在这个结构中，输入第二掺杂类型与输入第一掺杂类型相反。可调谐 SAW 叉指换能器IDT1的输入正和负电极的掺杂区的第一和第二掺杂浓度优选控制在10¹³～10²⁰cm^-3的范围内，取决于操作频率和调谐范围的需要。

在图3C中，输入正电极掺杂区（DP-1）包括二部份：输入正电极掺杂中立区（DP-1v1）和输入正电极耗尽区（DP-1d1）。输入负电极掺杂区（DN-1）也有二部份：输入负电极掺杂中立区（DN-1v1）和输入负电极耗尽区（DN-1d1）。输入正电极耗尽区（DP-1d1）有输入正电极耗尽区厚度（DP-1d1t），输入负电极耗尽区（DN-1d1）有输入负电极耗尽区厚度（DN-1d1t）。输入正电极掺杂中立区（DP-1v1）有输入正电极掺杂中立区厚度（DP-1v1t）和输入正电极掺杂中立区宽度（DP-1v1w），输入负电极掺杂中立区（DN-1v1）有输入负电极掺杂中立区厚度（DN-1v1t）和输入负电极掺杂中立区宽度（DN-1v1w）。

输入正电极手指（220P-1）有输入正电极手指宽度（220P-1w或m）和输入正电极手指厚度（220P-1t），在输入正电极掺杂区（DP-1）顶部并对准该输入正电极掺杂区（DP-1）。输入负电极手指（220N-1）有输入负电极手指宽度（220N-1w或m）和输入负电极手指厚度（220N-1t），在输入负电极掺杂区（DN-1）顶部并对准该输入负电极掺杂区（DN-1）。输入正电极手指（220P-1）与输入正电极掺杂中立区（DP-1v1）形成电阻性接触，输入负电极手指（220N-1）与输入负电极掺杂中立区（DN-1v1）形成电阻性接触。输入正电极手指（220P-1）和输入负电极手指（220N-1）之间的距离定义了输入电极间距区（220S-1），有输入电极间距区宽度（220S-1w）。叉指间距（220NS-1w或b）等于输入负电极手指宽度（m）和输入电极间距区宽度（220S-1w）的总和，也等于（220PS-1w）。第一输入DC偏压V_DC1通过集成输入薄膜偏压电阻（RP-1，RN-1）加到输入正电极手指（220P-1）和输入负电极手指（220N-1）上。RF信号加在正RF接触（RFP）和负RF接触（RFN）上。集成输入薄膜偏压电阻（RP-1，RN-1）防止 RF信号漏到DC偏压电路中去。

应注意到，由于输入正或负电极耗尽区（DP-1d1，DN-1d1）的存在，输入正或负电极掺杂中立区（DP-1v1，DN-1v1）与没有耗尽区的输入正或负电极掺杂中立区相比尺寸减小。在IDT1，输入负电极耗尽区厚度（DN-1d1t）被控制为与输入正电极耗尽区厚度（DP-1d1t）大小上相同。

第一输入DC偏压V_DC1的极性和大小控制并改变输入正电极耗尽区（DP-1d1t）和输入负电极耗尽区（DN-1d1t）的厚度，因此，它控制并改变输入正或负电极掺杂中立区（DP-1v1，DN-1v1）的大小和与输入正电极手指（220P-1）和输入负电极手指（220N-1）相关的质量负荷。这里，V_DC1的极性可能是正或负的小量值，只要可以通过控制和变化输入正或负电极掺杂中立区的大小来达到调整IDT1的频率的目的。

图3D显示沿着线B-B'的IDT2 250的一部分（300a，图3A），具有嵌入型输出电极掺杂区。IDT2 250在有第一压电层厚度210t的第一压电层210上，并在有支持基体厚度210St的支持基体210S上。输出正电极掺杂区（DP-1'，见图3A）有输出第一掺杂类型（p类型或n类型）和第一掺杂浓度（N_A 或N_D）嵌入第一压电层210中。输出负电极掺杂区（DN-1'，见图3A）具有输出第二掺杂类型和第二掺杂浓度（N_D或N_A），也嵌入第一压电层210中，输出第二掺杂类型与输出第一掺杂类型相反。可调谐 SAW 叉指换能器IDT2的输出正和负电极的掺杂区的第一和第二掺杂浓度优选控制在10¹³～10²⁰cm^-3的范围内，取决于操作频率和调谐范围的需要。

在图3D中，输出正电极掺杂区（DP-1'）包括二部份：输出正电极掺杂中立区（DP-1'v1）和输出正电极耗尽区（DP-1'd1）。输出负电极掺杂区（DN-1'）也有二部份：输出负电极掺杂中立区（DN-1'v1）和输出负电极耗尽区（DN-1'd1）。输出正电极耗尽区（DP-1'd1）有输出正电极耗尽区厚度（DP-1'd1），输出负电极耗尽区（DN-1'd1）有输出负电极耗尽区厚度（DN-1'd1t）。输出正电极掺杂中立区（DP-1'v1）有输出正电极掺杂中立区厚度（DP-1'v1t）和输出正电极掺杂中立区宽度（DP-1'v1w），输出负电极掺杂中立区（DN-1'v1）有输出负电极掺杂中立区厚度（DN-1'v1t）和输出负电极掺杂中立区宽度（DN-1'v1w）。

输出正电极手指（250P-1）有输出正电极手指宽度（250P-1w或m'）和输出正电极手指厚度（250P-1t），位于输出正电极掺杂区（DP-1'）顶部并对准该输出正电极掺杂区（DP-1'）。输出负电极手指（250N-1）有输出负电极手指宽度（250N-1w或m'）和输出负电极手指厚度（250N-1t），位于输出负电极掺杂区（DN-1）顶部并对准该输出负电极掺杂区（DN-1）。输出正电极手指（250P-1）与输出正电极掺杂中立区（DP-1'v1）间形成电阻性接触，输出负电极手指（250N-1）与输出负电极掺杂中立区（DN-1'v1）间形成电阻性接触。输出正电极手指（250P-1）和输出负电极手指（250N-1）之间的距离定义了一个输出电极间距区（250S-1），有输出电极间距区宽度（250S-1w）。叉指间距（250NS-1w或b'）与输出负电极手指宽度（m'）和输出电极间距区宽度（250NS-1w）的总和相等，它也等于（250NS-1w）。第一输出DC偏压V_DC1'通过集成输出薄膜偏压电阻（RP-1'，RN-1'）加到输出正电极手指（250P-1）和输出负电极手指（250N-1）之间。RF信号加在正RF接触（RFP）和负RF接触（RFN）之间。集成输入薄膜偏压电阻（RP-1'，RN-1'）防止 RF信号漏到 DC偏压电路中。

应注意到，由于输出正或负电极耗尽区（DP-1'd1，DN-1'd1）的存在，输出正或负电极掺杂中立区（DP-1'v1，DN-1'v1）与没有耗尽区的输出正或负电极掺杂中立区相比尺寸减小。在IDT2中，输出负电极耗尽区厚度（DN-1'd1t）被控制与输出正电极耗尽区厚度（DP-1'd1t）大小上相同。

第一输出DC偏压V_DC1'的极性和大小控制并改变输出正电极耗尽区（DP-1'd1t）和输出负电极耗尽区（DN-1'd1t）的厚度，因此它控制并改变输出正或负电极掺杂中立区（DP-1'v1，DN-1'v1）的大小和与输出正电极手指（250P-1）和输出负电极手指（250N-1）相关的质量负荷。这里，V_DC1'的极性可能是正或负的小量值，只要可以控制和变化输出正或负电极掺杂中立区的大小来达到调整 IDT2 的频率的目的。

质量负荷作用和金属化比率：

在具有嵌入型电极掺杂区和在电极掺杂区没有形成任何耗尽区的IDT中，整个电极掺杂区是导体，质量负荷具有最大值，并且金属化比率也有最大值。在这样情况下，激发或接收的表面声波频率被称为基本频率f_o，f_o是表面声波频率的最大值。因为正和负电极掺杂中立区是中立压电半导体会导电，当输入RF信号源加在正电极手指和负电极手指上时，在负或正电极掺杂中立区内由输入RF信号所导致的电场不存在。

当DC偏压加在IDT来增加正或负电极掺杂区形成的耗尽区的大小时，导致了正和负掺杂电极中立区在尺寸上的减少（宽度和厚度）。正电极掺杂中立区减少的尺寸构成了正电极手指减少的质量负荷的一部分，同理，负电极掺杂中立区减少的尺寸构成了负电极手指减少的质量负荷的一部分，因此导致激发或接收表面声波频率从基本频率f_o转移。由于质量负荷的减少所导致的频率差别或频移取决于与负电极手指和负电极掺杂中立区相关的（单位面积）总质量的减少和与正电极手指和正电极掺杂中立区相关的（单位面积）总质量的减少。

在图3C中，由于输入正或负电极耗尽区（DP-1d1，DN-1d1）的存在，与输入正电极手指（220P-1）有关的质量负荷是输入正电极掺杂中立区（DP-1v1）和输入正电极手指（220P-1）的质量负荷总合，其值会比没有耗尽区时的上限值减少。而与输入负电极手指（220N-1）有关的质量负荷是输入负电极掺杂中立区（DN-1v1）和输入负电极手指（220N-1）的质量负荷总合，也会比没有耗尽区时的上限值减少。质量负荷的减少将导致表面声波240速度增加，并且表面声波240频率会从基本的频率f_o增加到新的值f₁。这里，f_o是当没有输入正和负电极耗尽区时的频率。所以，当输入正电极手指、负电极手指和电极掺杂中立区的总质量由于加了DC偏压而减少时，质量负荷作用的减少，质量负荷作用频率差别为Δf_ML1=f₁–f_o。

金属化比率定义为输入正/负电极掺杂区宽度和叉指间距值b的比率。在图3C，MR=(DP-1v1w)/(220PS-1w)=(DP-1v1w)/b=(DN-1v1w)/(220NS-1w)= (DN-1v1w)/b。应注意到，MR的减少归结于输入正或负电极耗尽区（DP-1d1，DN-1d1）大小的增加。对具有一固定值的ML，当MR减少时，对表面声波传播影响减少，并且表面声波240速度v增加，表面声波频率增加。由金属化比率所导致的频率差别是Δf_MR。V_DC1所导致的输入正和负电极掺杂耗尽区的增加使得MR减少，因此表面声波频率增加。

根据本发明的一个实施例，可调谐输入IDT的金属化比率MR通过对输入DC偏压的调整和控制，调整和控制输入电极掺杂中立区（DP-1v1，DN-1v1）的宽度（DP-1v1w，DN-1v1w）来达成。质量负荷ML是通过对输入DC偏压的调整和控制，来调整和控制输入电极掺杂中立区（DP-1v1，DN-1v1）的厚度和宽度（DP-1v1t，DP-1v1w，DN-1v1t，DN-1v1w）来达成的。同样，可调谐输出IDT的金属化比率MR是通过对输出DC偏压的调整和控制，调整和控制输出电极掺杂中立区（DP-1'v1，DN-1'v1）的宽度（DP-1'v1w，DN-1'v1w）来达成的。质量负荷ML是通过对输出DC偏压的调整和控制，调整和控制输出电极掺杂中立区（DP-1'v1，DN-1'v1）的厚度和宽度（DP-1'v1t，DP-1'v1w，DN-1'v1t，DN-1'v1w）来达成的。因此，在当前SAW传感器、SAW振荡器、SAW双工器和SAW过滤器中，IDTs频率可以通过施加和改变DC偏压来调谐和调整的。

为了有效地隔绝RF信号和允许加DC偏压，集成输入和输出薄膜偏压电阻（RN-1，RP-1，RN-1'和RP-1'）的电阻值R优选大于200Ω和更优选大于1000Ω。然而，为了保持SAW器件较低的RC常数和减少不必要的开关延迟时间τ₁= R₁×C，R不应该太大。

集成输入和输出薄膜偏压电阻可以有不同的形状，例如长方形、正方形、三角形、四边形、平行四边形等。以长方形形状为例：集成输入和输出薄膜偏压电阻有偏压电阻长度R_L，偏压电阻宽度R_W，偏压电阻厚度R_T。偏压电阻厚度优选少于2微米，更优选少于0.5微米，使得蚀刻或剥离图形化更容易。

集成联合薄膜偏压电阻（RN-1,RP-1,RN-1'和RP-1'）的材料可以是金属，例如Ni，Cr，Ta，W，Mo和它们的合金包括NiCr。它们也可以是金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物，例如RuO₂，TaN，ZnO，ZnON，InSnO，InSnON，ZnInO，ZnInON，ZnSnO，ZnSnON，Bi₂Ru₂O₇，Bi₂Ir₂O₇和其它半导体例如Si，只要薄膜偏压电阻R的电阻是大于200Ω（或大于1000Ω）并且有稳定的热特性。形成薄膜偏压电阻的薄膜层可以由真空方法沉积，例如蒸发，或在含有Ar气体或Ar、O₂和N₂混合气体的真空腔内DC溅射和RF溅射。

为了促进电阻性接触，优选一个重掺杂的表层在嵌入型输入和输出正或负电极掺杂区之上。应该保持很小的重掺杂表层厚度（20nm或更小）。

具有相同掺杂类型的嵌入型电极掺杂区的IDTs：

IDT1 220和IDT2 250沿着线A-A'和B-B'的概要横截图在图3E和3F中显示，如图3C所示，IDT1 220有嵌入型输入正或负电极掺杂区，如图3D所示，IDT2 250有嵌入型输出正或负电极掺杂区，正/负电极掺杂区有相同的掺杂类型。

图3E显示了IDT1 220的概要横截图的一部分，类似于在图3C的IDT1 220，有嵌入型输入电极掺杂区。在嵌入型输入电极中立区（DN-1v2,DP-1v2）上显示有二个毗邻输入电极手指（220N-1，220P-1）。根据本发明，底部电极层210BM有底部电极层厚度210BMt，夹在支持基体210S和第一压电层210之间。输入正电极掺杂区（DP-1）包括二部份：输入正电极掺杂中立区（DP-1v2）和输入正电极势垒区（DP-1d2）。输入负电极掺杂区（DN-1）也有二部份：输入负电极掺杂中立区（DN-1v2）和输入负电极势垒区（DN-1d2）。输入正电极掺杂中立区（DP-1v2）有输入正电极掺杂中立区厚度（DP-1v2t）和输入正电极掺杂中立区宽度（DP-1v2w），输入负电极掺杂中立区（DN-1v2）有输入负电极掺杂中立区厚度（DN-1v2t）和输入负电极掺杂中立区宽度（DN-1v2w）。

应该强调，在这个结构中，第一掺杂输入正电极掺杂中立区（DP-1v2）的输入第一掺杂类型和输入第二掺杂输入负电极掺杂中立区（DN-1v2）的输入第二掺杂类型被选择为相同（p类型或n类型）。输入正电极掺杂中立区（DP-1v2）的第一掺杂浓度和输入负电极掺杂中立区（DN-1v2）的第二掺杂浓度选择为相同的，并且优选在10¹³～10²⁰cm^-3的范围内，取决于对操作频率和调谐范围的需要。输入正电极手指（220P-1）有输入正电极手指厚度（220P-1t），和输入正电极掺杂中立区（DP-1v2）有电阻性接触，输入负电极手指（220N-1）有输入负电极手指厚度（220N-1t），和输入负电极掺杂中立区（DN-1v2）有电阻性接触。为了促进电阻性接触，优选重掺杂表层在嵌入型输入正或负电极掺杂区。重掺杂表层的厚度保持较小（20nm或更小)。

输入正电极手指（220P-1）和输入负电极手指（220N-1）之间的距离定义了输入电极间距区（220S-1），有输入电极间距区宽度（220S-1w）。叉指间距（220NS-1w或b）和输入负电极手指宽度（m）与输入电极间距区宽度（220S-1w）的总和相等也和（220PS-1w）相等。

第一输入DC偏压V_DC1通过集成输入薄膜偏压电阻（RP-1，RN-1）加到输入正电极手指（220P-1）和输入负电极手指（220N-1）上。RF信号加到正RF接触（RFP）和负RF接触（RFN）上，集成输入薄膜偏压电阻（RP-1，RN-1）防止 RF信号漏到DC偏压电路中去。

由于输入正和负电极掺杂中立区有同一掺杂类型，输入电极手指（220P-1）和（220N-1）通过集成输入薄膜偏压电阻（RP-1，RN-1）一起连接到输入DC偏压源负极，而具有厚度210BMt的底部电极层210BM则则连接到DC偏压源正极。因此，第二输入DC偏压V_DC2是加在输入电极手指（220P-1，220N-1）和底部电极层（210BM）之间。RF信号加在正RF接触（RFP）和负RF接触（RFN）之间。虽然图3E的IDT1掺杂类型和偏压安排与图3C的IDT1不同，为了方便，图3E的元件被标记同图3C 的IDT1中一样。集成输入薄膜偏压电阻（RP-1，RN-1）防止RF信号漏到DC偏压电路中去。

在图3E，第二输入DC偏压V_DC2的极性可能是正或负。V_DC2的极性和数值被调控，来达到控制和调整输入正或负电极耗尽区（DP-1d2，DN-1d2）的厚度（DP-1d2t，DN-1d2t）和输入正/负电极掺杂中立区（DP-1v2，DN-1v2）的厚度和宽度（DP-1v2t，DP-1v2w，DN-1v2t，DN-1v2w）。这反过来调控和改变了IDT1的输入正电极质量负荷（（DP-1v2）的质量和（220P-1）的质量的总和)和输入负电极质量负荷（（DN-1v2）的质量和（220N-1）的质量的总和）），从而实现了激发表面声波240的质量负荷频率差别Δf_ML（相比基本频率值f_o）。同时也调整和改变了与输入正电极掺杂中立区和输入负电极掺杂中立区有关的金属化比率，来达到频率差别Δf_MR。

当输入正/负电极耗尽区厚度（DP-1d2t，DN-1d2t）随着反向DC偏压V_DC2的数值增加而增加时，由于输入正/负电极的质量负荷减少和金属化比率的减少，表面声波频率将增加。当反向DC偏压V_DC2的大小的减少或扭转V_DC2极性到正向偏压时，输入正/负电极耗尽区厚度（DP-1d2t，DN-1d2t）减少，由于输入正/负电极的质量负荷MR的增加（基于输入掺杂中立区负/正电极厚度和宽度的增加）和金属化比率ML的增加（由于输入掺杂中立区负/正电极宽度的增加)，表面声波频率将减小。质量负荷频率差别Δf_ML与金属化比率频率差别Δf_MR一起导致相对基本频率f_o的整体频率差别Δf_T的产生。

图 3F显示了可调谐SAW过滤器中IDT2 250的概要横截图的一部分，类似于图3D的IDT2 250，在嵌入型输出电极中立区（DN-1'v2,DP-1'v2）上显示有二个毗邻的输出电极手指（250N-1，250P-1）。根据本发明，一有底部电极层厚度210BMt的底部电极层210BM夹在支持基体210S和第一压电层210之间。在图3F，输出正电极掺杂区（DP-1'）包括二部份：输出正电极掺杂中立区（DP-1'v2）和输出正电极耗尽区（DP-1'd2）。输出负电极掺杂区（DN-1'）也有二部份：输出负电极掺杂中立区（DN-1'v2）和输出负电极耗尽区（DN-1'd2）。输出正电极掺杂中立区（DP-1'v2）有输出正电极掺杂中立区厚度（DP-1'v2t）和输出正电极掺杂中立区宽度（DP-1'v2w），输出负电极掺杂中立区（DN-1'v2）有输出负电极掺杂中立区厚度（DN-1'v2t）和输出负电极掺杂中立区宽度（DN-1'v2w）。

在这个结构中，输出正电极掺杂中立区（DP-1'v2）的输出第一掺杂类型和输出负电极掺杂中立区（DN-1'v2）的输出第二掺杂类型是相同的（p类型或n类型）。输出正电极掺杂中立区（DP-1'v2）的第一掺杂浓度和输出负电极掺杂中立区（DN-1'v2）的第二掺杂浓度相同，并且优选在10¹³～10²⁰cm^-3范围内，取决于操作频率和调谐范围的需要。输出正电极手指（250P-1）有输出正电极手指厚度（250P-1t），和输出正电极掺杂中立区（DP-1'v2）有电阻性接触，输出负电极手指（250N-1）有输出负电极手指厚度（250N-1t），和输出负电极掺杂中立区（DN-1'v2）有电阻性接触。为了促进电阻性接触，优选重掺杂表层在嵌入型输出正/负电极掺杂区（DP-1',DN-1'）之上。重掺杂表层的厚度应保持很小（20nm或更小)。

输出正电极手指（250P-1）和输出负电极手指（250N-1）之间的距离定义了输出电极间距区（250S-1），有输出电极间距区宽度（250S-1w）。叉指间距（250NS-1w或 b'）和输出负电极手指宽度（m'）与输出电极间距区宽度（250S-1w）的总和相等，也和（250PS-1w）相等。

由于输出正和负电极掺杂中立区（DP-1'v2,DN-1'v2）有同一掺杂类型，输出电极手指（250P-1）和（250N-1）通过集成输出薄膜偏压电阻（RP-1'，RN-1'）一起连接到输出DC偏压源负极，而厚度为210BMt的底部电极层210BM则连接到DC偏压源正极，因此第二输出DC偏压V_DC2'是加在输出入电极手指（250P-1'，250N-1'）和底部电极层210BM之间。RF信号在正RF接触（RFP，未显示）和负RF接触（RFN，未显示）之间接收。虽然图3F中的IDT2掺杂类型和偏压与图3D中的IDT2不同，但为了方便，图3F的元件被标记同图3D中的IDT2一样。集成输出薄膜偏压电阻（RP-1'，RN-1'）防止RF信号漏到DC偏压电路中去。

在图3F中，第二输出DC偏压V_DC2' 的极性可能是正或负。V_DC2' 的极性与数值被调空来达到控制和调整输出正或负电极势垒区（DP-1'd2，DN-1'd2）的厚度（DP-1'd2t，DN-1'd2t）和输出正/负电极掺杂中立区（DP-1'v2，DN-1'v2）的厚度和宽度（DP-1'v2t，DP-1'v2w，DN-1'v2t，DN-1'v2w）。这反过来又调控和改变了IDT2的输出正电极质量负荷（（DP-1'v2）的质量和（250P-1）的质量的总和) 和输出负电极质量负荷（（DN-1'v2）的质量和（250N-1）的质量的总和）），从而实现了接收表面声波240的质量负荷频率差别Δf_ML（相比基本频率值f_o），同时也调整和改变了与输出正电极掺杂中立区和输出负电极掺杂中立区有关的金属化比率来达到金属化比率频率差别Δf_MR。

当输出正/负电极耗尽区厚度（DP-1'd2t，DN-1'd2t）随着反向DC偏压V_DC2' 的数值增加而增加时，由于输出正/负电极的质量负荷减少和金属化比率的减少，表面声波频率将增加。当反向DC偏压V_DC2' 的大小的减少或扭转V_DC2极性到正向偏压时，输出正/负电极耗尽区厚度（DP-1'd2t，DN-1'd2t）减少，由于输出正/负电极质量负荷MR的增加（基于输出掺杂中立区负/正电极厚度和宽度的增加）和金属化比率ML的增加（基于输出掺杂中立区负/正电极宽度的增加)，表面声波频率将减小。质量负荷频率差别Δf_ML与金属化比率频率差别Δf_MR一起导致相对基本频率f_o的整体频率差别Δf_T的产生。

为了有效地隔绝RF信号和允许加DC偏压，集成输入和输出薄膜偏压电阻（RN-1，RP-1，RN-1'和RP-1'）的电阻值R优选大于200Ω，更优选大于1000 Ω。然而，为了保持SAW器件的低RC常数和减少不必要的开关延迟时间，R不应该太大。

集成输入和输出薄膜偏压电阻可能有不同的形状例如，长方形、正方形、三角形、四边形、平行四边形等。以长方形形状为例：集成输入和输出薄膜偏压电阻有偏压电阻长度R_L，偏压电阻宽度R_W，偏压电阻厚度R_T。偏压电阻厚度优选少于2微米，更优选少于0.5微米，使得蚀刻或剥离图形化更容易。

集成薄膜偏压电阻（RN-1,RP-1,RN-1'和RP-1'）的材料可以是金属，例如Ni，Cr，Ta，W，Mo和它们的合金包括NiCr。它们也可以是金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物，例如RuO₂，TaN，ZnO，ZnON，InSnO，InSnON，ZnInO，ZnInON，ZnSnO，ZnSnON，Bi₂Ru₂O₇，Bi₂Ir₂O₇和其他半导体例如Si，只要薄膜偏压电阻R的电阻是大于200Ω（或大于1000Ω），并且有稳定的热特性。形成薄膜偏压电阻的薄膜层可以由真空方法沉积，例如蒸发，或在含有Ar气体或Ar、O₂和N₂混合气体的真空腔内DC溅射和RF溅射而成。

底部电极层210BM材料从一组金属和掺杂半导体中挑选，优选掺杂压电半导体：Ti，Al，W，Pt，Mo，Cr，Pd，Ta、Cu，Au，Ni，Ag，Ru，Ir，AlN，GaN，AlGaN，ZnO，GaAs，AlAs，AlGaAs和它们的组合。

有相反掺杂类型的抬高型电极掺杂区IDTs：

为了增加质量负荷作用（Δf_ML）和减少金属化比率作用（Δf_MR），本发明提供具有抬高型电极掺杂区的SAW结构，如图3G-3J所显示。

图3G是可调谐SAW过滤器（300a，图3A）中沿着线A-A'的概要横截图，显示了输入叉指换能器IDT1 220的一部分。在位于支持基体210S的第一压电层210上沉积抬高型输入正电极掺杂区（DP-1）和抬高型输入负电极掺杂区（DN-1）。

具有厚度（DP-1t）的抬高型输入正电极掺杂区（DP-1）包括二部份：有厚度（EP-1v1t）和宽度（EP-1v1w）的抬高型输入正电极掺杂中立区（EP-1v1）和有厚度（EP-1d1t）和宽度（EP-1d1w）的抬高型输入正电极耗尽区（EP-1d1）。具有厚度（DN-1t）的抬高型输入负电极掺杂区（DN-1的也有二部份：有厚度（EN-1v1t）和宽度（EN-1v1w）的抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1v1）和有厚度（EN-1d1t）和宽度（EN-1d1w）的抬高型输入负电极耗尽区（EN-1d1）。抬高型输入正电极掺杂中立区（EP-1v1）有输入第一掺杂类型（p类型或n类型），抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1v1）有输入第二掺杂类型，输入第二掺杂类型与输入第一掺杂类型相反。

输入正电极手指（220P-1）在抬高型输入正电极掺杂中立区（EP-1v1）顶部并对准该抬高型输入正电极掺杂中立区（EP-1v1），有输入正电极手指宽度（220P-1w或m）和输入正电极手指厚度（220P-1t），输入正电极手指宽度（220P-1w或m）与输入正电极掺杂区宽度（EP-1v1w）相同。输入负电极手指（220N-1）在抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1v1）顶部并对准该抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1v1），有输入负电极手指宽度（220N-1w或m，）和输入负电极手指厚度（220N-1t），输入负电极手指宽度（220N-1w或m，）与输入负电极掺杂区宽度（EN-1v1w）相同。区域（EP-1v1，EN-1v1，EP-1d1，EN-1d1）形成抬高型输入电极掺杂区结构，并具有输入电极间距区（ENP-1v1），有输入电极间距区宽度（ENP-1v1w或c）。叉指间距（220NS-1w，220PS-1w，或b）定义为输入正电极手指宽度（220P-1w或m）和毗邻电极之间掺杂区距离（c）的总和，它与输入负电极手指宽度（220N-1w或m）和毗邻电极之间掺杂区距离（c）的总和也相等：b=m+c。激发表面声波240的波长等于叉指间距的两倍：2×(220NS-1w)=2b=2(m+c)。

抬高型输入正电极掺杂中立区（EP-1v1）的第一掺杂浓度被选择与抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1v1）的第二浓度相同。抬高型输入正和负电极掺杂区的第一和第二掺杂浓度优选在10¹³～10²⁰cm^-3范围内，取决于操作频率和调谐范围的需要。为了促进电阻性接触，优选在抬高型输入正或负电极掺杂区之上有重掺杂的表层（DN⁺，DP⁺）。重掺杂表层的厚度应该保持较小（20nm或更小)。

第一输入DC偏压V_DC1通过集成输入薄膜偏压电阻（RP-1，RN-1）加到IDT1 220上，而RF信号则通过正RF接触（RFP）和负RF接触（RFN）来加到IDT1 220上，并使用薄膜偏压电阻（RP-1，RN-1）来防止RF信号漏到DC偏压电路中去。在抬高型输入正电极掺杂中立区（EP-1v1）之下所形成的输入正电极耗尽区（EP-1d1）的宽度（EP-1d1w）与在抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1v1）之下所形成的输入负电极耗尽区（EN-1d1）的宽度（EN-1d1w）相同。由于这些输入正/负电极耗尽区（EP-1d1，EN-1d1）的存在，与抬高型输入正/负电极掺杂区（DP-1，DN-1）的厚度（DP-1t，DN-1t）相比，抬高型输入正/负电极掺杂中立区（EP-1v1，EN-1v1）的厚度（EP-1v1t，EN-1v1t）减少了。

在图3G中，抬高型输入正/负电极掺杂中立区（EP-1v1，EN-1v1）是电导体。（EP-1v1）与输入正电极手指（220P-1）一起形成质量负荷的一部分，而（EN-1v1）与输入负电极手指（220N-1）一起形成质量负荷的另一部分。输入正电极耗尽区厚度（EN-1d1t）和输入负电极耗尽区厚度（EP-1d1t）在大小上基本相同，由第一输入DC偏压V_DC1的极性和大小控制。第一输入DC偏压V_DC1的极性可以是正或负的小量值，只要它可以控制和改变输入正/负电极耗尽区（EP-1d1，EN-1d1）的厚度（EP-1d1t，EN-1d1t）和抬高型输入电极掺杂中立区（EP-1v1，EN-1v1）的厚度（EP-1v1t，EN-1v1t）来达到调整IDT1中所激发的表面声波频率的目的。

图3H是图3A中可调谐SAW过滤器300a沿着线B-B’的概要横截图，显示了输出叉指换能器IDT2 250的一部分。抬高型输出正电极掺杂区（DP-1'）和抬高型输出负电极掺杂区（DN-1'）在支持基体210S上的第一压电层210上被沉积。

厚度为（DP-1't）的抬高型输出正电极掺杂区（DP-1'）包括二部份：有厚度（EP-1'v1t）和宽度（EP-1'v1w）的抬高型输出正电极掺杂中立区（EP-1'v1）和有厚度（EP-1'v1t）和宽度（EP-1'v1w）的抬高型输出正电极耗尽区（EP-1'd1）。厚度为（DN-1't）的抬高型输出负电极掺杂区（DN-1'）也有二部份：有厚度（EN-1'v1t）和宽度（EN-1'v1w）的抬高型输出负电极掺杂中立区（EN-1'v1）和有厚度（EN-1'd1t）和宽度（EN-1'd1w）的抬高型输出负电极耗尽区（EN-1'd1）。抬高型输出正电极掺杂中立区（EP-1'v1）有输出第一掺杂类型（p类型或n类型），抬高型输出负电极掺杂中立区（EN-1'v1）有输出第二掺杂类型并与输出第一掺杂类型相反。

输出正电极手指（250P-1）在抬高型输出正电极掺杂中性区（EP-1'v1）顶部并对准该抬高型输出正电极掺杂中性区（EP-1'v1），有输出正电极手指宽度（250P-1w 或 m'）和输出正电极手指厚度（250P-1t），其输出正电极手指宽度（250P-1w 或 m'）与输出正电极掺杂区宽度（EP-1'v1w）相同。输出负电极手指（250N-1）在抬高型输出负电极掺杂中立区（EN-1'v1）顶部并对准该抬高型输出负电极掺杂中立区（EN-1'v1），有输出负电极手指宽度（250N-1w 或 m'）和输出负电极手指厚度（250N-1't），其输出负电极手指宽度（250N-1w 或 m'）与输出负电极掺杂区宽度（EN-1'v1w）相同。区域（EP-1'v1，EN-1'v1，EP-1'd1，EN-1'd1）形成抬高型输出电极掺杂区结构，且具有输出电极间距区（ENP-1'v1），有输出电极间距区宽度（ENP-1'v1w或c'）。叉指间距（250NS-1w，250PS-1w，或b'）定义为输出正电极手指宽度（250P-1w or m'）和毗邻电极之间掺杂区距离（c'）的总和，它与输出负电极手指宽度（250N-1w 或m'）和毗邻电极之间掺杂区距离（c'）的总和也相等：b'=m'+c'。接收表面声波240波长与两倍的叉指间距相等：2×(250NS-1w)=2b'=2(m'+c')。

抬高型输出正电极掺杂中立区（EP-1'v1）的第一掺杂浓度被选择与抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1'v1）的第二浓度相同。抬高型输出正和负电极掺杂区的第一和第二掺杂浓度优选在10¹³～10²⁰cm^-3范围内，取决于操作频率和调谐范围的需要。为了促进电阻性接触，优选在抬高型输出正/负电极掺杂区上沉积一个重掺杂表层（DN^+',DP^+'）。重掺杂表层的厚度应该保持较小（20nm或更小)。

第一输出DC偏压V_DC1'通过集成输出薄膜偏压电阻（RP-1'，RN-1'）加到IDT2 250上，而RF信号则从正RF接触（RFP）和负RF接触（RFN）上取出，并使用薄膜偏压电阻（RP-1'，RN-1'）来防止RF信号漏到DC偏压电路中去。在抬高型输出正电极掺杂中立区（EP-1'v1）之下所形成的输出正电极耗尽区（EP-1'd1）的宽度（EP-1'd1w）与在抬高型输出负电极掺杂中立区（EN-1'v1）之下所形成的输出负电极耗尽区（EN-1'd1）的宽度相同。由于这些输出正/负电极耗尽区（EP-1'd1，EN-1'd1）的存在，与抬高型输出正/负电极掺杂区（DP-1'，DN-1'）的厚度（DP-1't，DN-1't）相比较，抬高型输出正/负电极掺杂中立区（EP-1'v1，EN-1'v1）的厚度（EP-1'v1t，EN-1'v1t）减小了。

在图3H中，抬高型输出正/负电极掺杂中立区（EP-1'v1，EN-1'v1）是电导体。（EP-1'v1）输出正电极手指（250P-1）一起形成质量负荷的一部分，而（EN-1'v1）与输出负电极手指（250N-1）一起形成质量负荷的另一部分。输出正电极耗尽区厚度（EN-1'd1t）和输出负电极耗尽区厚度（EP-1'd1t）在大小上基本相同，由第一输出DC偏压V_DC1'的极性和大小控制。第一输出DC偏压V_DC1'的极性可以是正或负，有较小的值，只要它可以控制和变化输出正/负电极耗尽区（EP-1'd1，EN-'1d1）的厚度（EP-1'd1t，EN-1'd1t）和抬高型输出电极掺杂中立区（EP-1'v1，EN-1'v1）的厚度（EP-1'v1t，EN-1'v1t）来达到调整在IDT2接收的表面声波频率的目的。

为了有效地隔绝RF信号和允许施加DC偏压，集成输入和输出薄膜偏压电阻（RN-1，RP-1，RN-1'和RP-1'）的电阻值R优选大于200Ω，更优选大于1000 Ω。然而，为了保持SAW器件有低的RC常数和减少不必要的开关延迟时间τ₁=R₁×C，R不应该太大。

集成输入和输出薄膜偏压电阻可以有不同的形状例如长方形、正方形、三角形、四边形、平行四边形等。以长方形形状为例：集成输入和输出薄膜偏压电阻有偏压电阻长度R_L，偏压电阻宽度R_W，偏压电阻厚度R_T。偏压电阻厚度优选少于2微米，更优选少于0.5微米，使蚀刻或剥离图形化更容易。

集成薄膜偏压电阻（RN-1,RP-1,RN-1'和RP-1'）的材料可以是金属，例如Ni，Cr，Ta，W，Mo和它们的合金包括NiCr。也可以是金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物，例如RuO₂，TaN，ZnO，ZnON，InSnO，InSnON，ZnInO，ZnInON，ZnSnO，ZnSnON，Bi₂Ru₂O₇，Bi₂Ir₂O₇和其它半导体例如Si，只要薄膜偏压电阻R的电阻是大于200Ω（或大于1000Ω），并且有稳定的热特性。形成薄膜偏压电阻的薄膜层可以由真空方法沉积例如蒸发，或在含有Ar气体或Ar、O₂和N₂混合气体的真空腔内DC溅射和RF溅射而成。

有相同掺杂类型的抬高型电极掺杂区IDTs：

图3I和3J是分别取自SAW过滤器（300a，图3A)沿线A-A'和B-B'的IDT1 220和IDT2250的概要横截图，显示了抬高型输入正/负电极掺杂区和抬高型输出正/负电极掺杂区，且正电极掺杂区的掺杂类型和负电极掺杂区的掺杂类型相同。

图3I显示了可调谐和可调整SAW过滤器中IDT1 220的一部分，与显示在图3G中的IDT1 220相似。抬高型输入正电极掺杂区（DP-1）和抬高型输入负电极掺杂区（DN-1）被沉积在支持基体210S之上的第一压电层210的顶层。

具有厚度（DP-1t）的抬高型输入正电极掺杂区（DP-1）包括二部份：有厚度（EP-1v1t）和宽度（EP-1v1w）的抬高型输入正电极掺杂中立区（EP-1v1）和有厚度（EP-1d1t）和宽度（EP-1d1w）的抬高型输入正电极耗尽区（EP-1d1）。具有厚度（DN-1t）的抬高型输入负电极掺杂区（DN-1）也有二部份：有厚度（EN-1v1t）和宽度（EN-1v1w）的抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1v1）和有厚度（EN-1d1t）和宽度（EN-1d1w）的抬高型输入负电极耗尽区（EN-1d1）。抬高型输入正电极掺杂中立区（EP-1v1）有输入第一掺杂类型（p类型或n类型），抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1v1）有输入第二掺杂类型，输入第二掺杂类型与输入第一掺杂类型相同。

输入正电极手指（220P-1）在抬高型输入正电极掺杂中立区（EP-1v2）顶部并对准该抬高型输入正电极掺杂中性区（EP-1v2），有输入正电极手指宽度（220P-1w或m）和输入正电极手指厚度（220P-1t），输入正电极手指宽度（220P-1w或m）与输入正电极掺杂区宽度（EP-1v2w）相同。输入负电极手指（220N-1）在抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1v2）顶部并对准该抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1v2），有输入负电极手指宽度（220N-1w或m）和输入负电极手指厚度（220N-1t），输入负电极手指宽度（220N-1w或m）与输入负电极掺杂区宽度（EN-1v2w）相同。输入正电极手指（220P-1）与抬高型输入正电极掺杂中立区（EP-1v2）有电阻性接触，输入负电极手指 （220N-1）与抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1v2）有电阻性接触。区域（EP-1v2，EN-1v2，EP-1d2，EN-1d2）形成抬高型输入电极掺杂区结构，有输入电极间距区（ENP-1v2），有输入电极间距区宽度（ENP-1v1w或c）。叉指间距（220NS-1w，220PS-1w，或b）定义为输入负电极手指宽度（220P-1w或m）和毗邻电极之间掺杂区距离（c）的总和，它与输入负电极手指宽度（220N-1w或m）和毗邻电极之间掺杂区距离（c）的总合也相等：b=m+c。激发表面声波240波长与叉指间距的两倍相等：2×(220NS-1w)=2b=2(m+c)。

应该强调，在这个结构中，抬高型输入正电极掺杂中立区（EP-1v2）的输入第一掺杂类型和抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1v2）的输入第二掺杂类型被选择是相同的。抬高型输入正电极掺杂中立区（EP-1v2）的第一掺杂浓度也被选择与抬高型输入负电极掺杂中立区（EN-1v2）的第二掺杂浓度基本相同。第一和第二掺杂浓度优选被控制在10¹³～10²⁰cm^-3的范围内，根据操作频率的需要和调谐的范围。

由于抬高型输入正和负电极掺杂中立区有同一掺杂类型，输入电极手指（220P-1）和（220N-1）通过集成输入薄膜偏压电阻（RP-1，RN-1）一起连接到输入DC偏压电源的负极，而具有厚度210BMt的底部电极层210BM则被连接到DC偏压电源的正极，因此第二输入DC偏压V_DC2是加在输入电极手指（220P-1，220N-1）和底部电极层210BM之间的。虽然图3I中的IDT1的掺杂类型和偏压与显示在图3G中的IDT1 220不同，但为了方便，在图3I元件被标记为和在图3G的IDT1一样。RF信号加在正RF接触（RFP）和负RF接触（RFN）之间。集成输入薄膜偏压电阻（RP-1，RN-1）被用来防止RF信号漏到DC偏压电路中去。

在图3I，（EP-1d2w）被选择在大小上与（EN-1d2w）基本相同。此外，宽度（EP-1d2w）和（EN-1d2w）也与宽度（EP-1v2w）和（EN-1v2w）相同。由于输入正极或负极耗尽区（EP-1d2，EN-1d2）的存在，与抬高型输入正/负电极掺杂区（DP-1，DN-1）的厚度（DP-1t，DN-1t）相比，抬高型输入正/负电极掺杂中立区（EP-1v2，EN-1v2）的厚度（EP-1v2t，EN-1v2t）减少了。

在图3I中，抬高型输入正和负电极掺杂中立区（EP-1v2，EN-1v2）是电导体。（EP-1v1）与输入正电极手指（220P-1）一起形成质量负荷的一部分，而（EN-1v1）则与输入负电极手指（220N-1）一起形成质量负荷的另一部分。第二输入DC偏压V_DC2被加来达到控制和变化与输入电极手指（220P-1，220N-1）相关的质量负荷，这是通过控制和变化输入正和负电极耗尽区（EP-1d2，EN-1d2）的厚度（EP-1d2t，EN-1d2t）来控制和变化输入正和负电极掺杂中立区（EP-1v2，EN-1v2）的厚度（EP-1v2t，EN-1v2t）来完成的。第二输入DC偏压V_DC2在极性上可以是正或负，并有较小的值，只要它能通过控制和变化输入正/负电极耗尽区厚度来达到调谐IDT1激发的表面声波频率的目的。

为了促进电阻性接触，在抬高型输入正电极掺杂区和抬高型输入负电极掺杂区优选一重掺杂表层。重掺杂表层的厚度应该保持小（20nm或更小)。

图3J显示了可调谐和可调整SAW过滤器中IDT2 250的一部分，与显示在图3H中的IDT2 250相似。抬高型输出正电极掺杂区（DP-1'）和抬高型输出负电极掺杂区（DN-1'）被沉积在支持基体210S之上的第一压电层210的顶层。

具有厚度（DP-1't）的抬高型输出正电极掺杂区（DP-1'）包括二部份：抬高型输出正电极掺杂中立区（EP-1'v1）有厚度（EP-1'v1t）和宽度（EP-1'v1w），和抬高型输出正电极耗尽区（EP-1'd1）有厚度（EP-1'd1t）和宽度（EP-1'd1w）。有厚度（DN-1't）的抬高型输出负电极掺杂区（DN-1'）也有二部份：有厚度（EN-1'v1t）和宽度（EN-1'v1w）的抬高型输出负电极掺杂中立区（EN-1'v1）和有厚度（EN-1'd1t）和宽度（EN-1'd1w）的抬高型输出负电极耗尽区（EN-1'd1）。抬高型输出正电极掺杂中立区（EP-1'v1）有输出第一掺杂类型（p类型或n类型），抬高型输出负电极掺杂中立区（EN-1'v1）有输出第二掺杂类型，与输出第一掺杂类型相同。

输出正电极手指（220P-1）在抬高型输出正电极掺杂中性区（EP-1'v2）顶部并对准该抬高型输出正电极掺杂中性区（EP-1'v2），有输出正电极手指宽度（250P-1w或m'）和输出正电极手指厚度（250P-1t），输出正电极手指宽度（250P-1w或m'）与输出正电极掺杂区宽度（EP-1'v2w）相同。输出负电极手指（250N-1）在抬高型输出负电极掺杂中立区（EN-1'v2）顶部并对准该抬高型输出负电极掺杂中立区（EN-1'v2），有输出负电极手指宽度（250N-1w或m'）和输出负电极手指厚度（250N-1t），输出负电极手指宽度（250N-1w或m'）与输出负电极掺杂区宽度（EN-1'v2w）相同。输出正电极手指（250P-1）与抬高型输出正电极掺杂中立区（EP-1'v2）有电阻性接触，输出负电极手指（250N-1）与抬高型输出负电极掺杂中立区（EN-1'v2）有电阻性接触。区域（EP-1'v2，EN-1'v2，EP-1'd2，EN-1'd2）形成抬高型输出电极掺杂区结构，并有输出电极间距区（ENP-1'v2），有输出电极间距区宽度（ENP-1'v1w或c'）。叉指间距（250NS-1w，250PS-1w，或b'）定义为输出负电极手指宽度（250P-1w和m'）和毗邻电极之间掺杂区距离（c'）的总和，它与输出负电极手指宽度（250N-1w或m'）和毗邻电极之间掺杂区距离（c'）的总和也相等：b'=m'+c'。接收表面声波240波长与叉指间距的两倍相等：2×(250NS-1w)=2b'=2(m'+c')。

应该强调在这个结构中，抬高型输出正电极掺杂中立区（EP-1'v2）的输出第一掺杂类型和抬高型输出负电极掺杂中立区（EN-1'v2）的输出第二掺杂类型被选择相同。抬高型输出正电极掺杂中立区（EP-1'v2）的第一掺杂浓度也被选择与抬高型输出负电极掺杂中立区（EN-1'v2）的第二掺杂浓度基本相同。第一和第二掺杂浓度根据操作频率的需要和调谐的范围优选被控制在10¹³～10²⁰cm^-3的范围内。

由于抬高型输出正和负电极掺杂中立区有同一掺杂类型，输出电极手指（250P-1）和（250N-1）通过集成输入薄膜偏压电阻（RP-1'，RN-1'）一起连接到输出DC偏压电源的负极，而有厚度210BMt的底部电极层210BM则被连接到DC偏压电源的正极，因此第二输出DC偏压V_DC2' 是加在输出电极手指（250P-1，250N-1）和底部电极层210BM之间的。虽然在图3J中的IDT2的掺杂类型和偏压与显示在图3H的IDT2 250不同，但为了方便，元件在图3J被标记为和在图3H的IDT2一样。RF信号在正RF接触（RFP）和负RF接触（RFN）之间得到。集成输入薄膜偏压电阻（RP-1'，RN-1'）用来防止RF信号漏到DC偏压电路中去。

在图3J中，（EP-1'd2w）被选择在大小上与（EN-1'd2w）基本相同。此外，宽度（EP-1'd2w）和（EN-1'd2w）也与宽度（EP-1'v2w）和（EN-1'v2w）相同。由于输出正极或负极耗尽区（EP-1'd2，EN-1'd2）的存在，与抬高型输出正/负电极掺杂区（DP-1'，DN-1'）的厚度（DP-1't，DN-1't）相比，抬高型输出正/负电极掺杂中立区（EP-1'v2，EN-1'v2）的厚度（EP-1'v2t，EN-1'v2t）有减少。

在图3J中，抬高型输出正和负电极掺杂中立区（EP-1'v2，EN-1'v2）是电导体。（EP-1'v1）与输出正电极手指（250P-1）一起形成质量负荷的一部分，而（EN-1'v1）则与输出出负电极手指（250N-1）一起形成质量负荷的另一部分。第二输入DC偏压V_DC2'被加来达到控制和变化与输出电极手指（250P-1，250N-1）相关的质量负荷，这是通过控制和变化输出正和负电极耗尽区（EP-1'd2，EN-1'd2）的厚度（EP-1'd2t，EN-1'd2t）来控制和改变输出正和负电极掺杂中立区（EP-1'v2，EN-1'v2）的厚度（EP-1'v2t，EN-1'v2t）来完成的。第二输出DC偏压V_DC2'在极性上可能是正或负，并有较小的值，只要它能通过控制和变化输出正/负电极耗尽区厚度来达到调谐IDT2接收的表面声波频率的目的。

为了促进电阻性接触，在抬高型输出正电极掺杂区和抬高型输出负电极掺杂区优选一重掺杂表层。重掺杂表层的厚度应该保持很小（20nm或更小)。

为了有效地隔绝RF信号和允许施加DC偏压，集成输入和输出薄膜偏压电阻（RN-1，RP-1，RN-1' 和RP-1'）的电阻值R优选大于200Ω，更优选大于1000Ω。然而，为了保持SAW器件的低RC常数和减少不不要的开关延迟时间τ₁=R₁×C，R不应该太大。

集成输入和输出薄膜偏压电阻可以有不同的形状例如长方形、正方形、三角形、四边形、平行四边形等。以长方形形状为例：集成输入和输出薄膜偏压电阻有偏压电阻长度R_L，偏压电阻宽度R_W，偏压电阻厚度R_T。偏压电阻厚度优选少于2微米更优选少于0.5微米，使得蚀刻或剥离图形化更容易。

集成联合薄膜偏压电阻（RN-1,RP-1,RN-1'和RP-1'）的材料可以是金属，例如Ni，Cr，Ta，W，Mo和它们的合金包括NiCr。它们也可以是金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物，例如RuO₂，TaN，ZnO，ZnON，InSnO，InSnON，ZnInO，ZnInON，ZnSnO，ZnSnON，Bi₂Ru₂O₇，Bi₂Ir₂O₇和其他半导体例如Si，只要薄膜偏压电阻R的电阻值大于200Ω（或大于1000Ω）并且有稳定的热特性。形成薄膜偏压电阻的薄膜层可以由真空方法沉积，例如蒸发，或在含有Ar气体或Ar、O₂和N₂混合气体的真空腔内DC溅射和RF溅射而成。

底部电极层210BM的材料从一组金属和掺杂半导体中挑选，优选掺杂压电半导体：Ti，Al，W，Pt，Mo，Cr，Pd，Ta，Cu，Au，Ni，Ag，Ru，Ir，AlN，GaN，AlGaN，ZnO，GaAs，AlAs，AlGaAs和它们的组合。

表面声波反射器：

根据本发明，图4显示了具有可调谐和可调整频率的表面声波（SAW）输入反射器290IR的一张概要顶视图。它包括在支持基体210S上的第一压电层210；输入正电极垫290PM和输入负电极垫290NM，被放在第一压电层210上；多个输入正电极掺杂区（DPR-1，DPR-2，DPR-3），是掺杂压电半导体；多个金属输入正电极手指（290P-1，290P-2，290P-3），每一个在一个输入正电极掺杂区之上；多个输入负电极掺杂区（DNR-1，DNR-2，DNR-3），是掺杂压电半导体；多个金属输入负电极手指（290N-1，290N-2，290N-3），每一个在一个输入负电极掺杂区上。在图4中，输入正电极掺杂区和输入负电极掺杂区可以是嵌入型或抬高型。

通过加DC偏压V_DCR和调整和控制V_DCR的大小来控制与正和负电极相关的金属化比率和质量负荷，290IR中所反射的表面声波的频率可以被控制成与输入叉指换能器IDT1220所激发的表面声波240的频率相同，并且/或者也可以被控制成与在SAW过滤器（300a，图3A）中的输出叉指换能器IDT2 250的所接收的表面声波的频率相同。基于上述调谐，当表面声波输入反射器290IR被放在输入叉指换能器IDT1 220的旁边时，多数表面声波240会以反射表面声波240R的形式反射回来，从而减小不必要的表面声波能量的损失。具有可调谐和可调整频率的表面声波输出反射器也可以用与表面声波输入反射器290IR相同的结构来建构，从而使所接收的表面声波的能量损失减到最小。当一个具有可调谐和可调整频率的表面声波输出反射器放在输出叉指换能器IDT2 250旁边时，所接收的表面声波中不必要的能量损失会减少。

Claims (26)

1.一种用于表面声波设备的具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有嵌入型电极掺杂区，其特征包括了：

-一个支持基体，有支持基体厚度；

-一个第一压电层在前述支持基体上，有第一压电层厚度；

-多个正电极掺杂区在前述第一压电层中埋置，前述正电极掺杂区是压电半导体，有第一掺杂类型；

-多个负电极掺杂区在前述第一压电层中埋置，前述负电极掺杂区是压电半导体，有第二掺杂类型，每个前述负电极掺杂区在二个毗邻正电极掺杂区之间，正电极掺杂区和毗邻负电极掺杂区中心对中心距离被控制到叉指间距b；

-多个金属正电极手指，每一个正电极手指在一个嵌入型正电极掺杂区之上，前述金属正电极手指连接到正电极垫；

-多个金属负电极手指，每一个负电极手指在一个嵌入型负电极掺杂区之上，前述金属负电极手指连接到负电极垫；

-一DC偏压通过薄膜偏压电阻连接到前述IDT来控制和变化前述嵌入型正电极掺杂区和嵌入型负电极掺杂区中所形成的耗尽区的尺寸，从而通过对与每个前述正电极手指和每个前述负电极手指有关的质量负荷和金属化比率的调整，来达到调整前述IDT所激发或所接收的表面声波的频率，前述薄膜偏压电阻集成在前述IDT上，并且前述薄膜偏压电阻的值大于200 Ω，来隔绝DC偏压电路与RF信号，而前述正电极垫和负电极垫连接到电信号源或信号接收器，来从前述IDT激发表面声波或从前述IDT接收表面声波。

2.如权利要求1所述的用于表面声波设备的具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有嵌入型电极掺杂区，其特征在于：前述支持基体材料从以下物质中挑选，包括：LiNbO3、LiTaO3、PZT、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs、Al₂O₃、BaTiO3、石英、KNbO₃、Si、蓝宝石、玻璃和塑料。

3.如权利要求1所述的用于表面声波设备的具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有嵌入型电极掺杂区，其特征在于：前述第一压电层材料从以下压电材料物质中挑选，包括：LiNbO₃、LiTaO₃、ZnO、AlN、GaN、AlGaN、GaAs、AlGaAs和其它，只要它们有压电特性和足够高的声耦合系数。

4.如权利要求1所述的用于表面声波设备的具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有嵌入型电极掺杂区，其特征在于：前述嵌入型正电极掺杂区和前述嵌入型负电极掺杂区材料从以下物质中挑选，包括：AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs和其它，只要它们有压电特性和足够高的声耦合系数，是半导体，并且可以掺杂成n类型或p类型传导，其掺杂浓度在10¹³到10²⁰cm^-3的范围内来实现有效的频率调谐。

5.如权利要求1所述的用于表面声波设备的具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有嵌入型电极掺杂区，其特征在于：前述正电极掺杂区的前述第一掺杂类型与前述负电极掺杂区的前述第二掺杂类型相反，并且前述DC偏压是通过前述薄膜偏压电阻加在前述正电极垫和前述负电极垫之间来调谐和调整前述表面声波的频率。

6.如权利要求1所述的用于表面声波设备的具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有嵌入型电极掺杂区，其特征在于：前述嵌入型正电极掺杂区和前述嵌入型负电极掺杂区厚度控制在10到2000nm的范围内。

7.如权利要求1所述的用于表面声波设备的具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有嵌入型电极掺杂区，其特征在于：前述正电极手指和前述负电极手指材料从以下材料中挑选，包括：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir以及它们的合金，而前述正电极手指和负电极手指厚度在10到400nm的范围内，取决于操作频率和调谐范围的需要。

8.如权利要求1所述的用于表面声波设备的具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有嵌入型电极掺杂区，其特征在于：前述薄膜偏压电阻从以下材料中挑选，包括：Ni、Cr、Ta、W、Mo、NiCr、RuO2、TaN、ZnO、ZnON、InSnO、InSnON、ZnInO、ZnInON、ZnSnO、ZnSnON、Bi₂Ru₂O₇、RuO₂、Bi₂Ir₂O₇和其它半导体，只要薄膜偏压电阻值是大于200Ω并且有稳定的热特性。

9.如权利要求1所述的用于表面声波设备的具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有嵌入型电极掺杂区，其特征在于：还包括底部电极层夹在前述第一压电层和前述支持基体中间，前述第一掺杂类型与前述第二掺杂类型相同，前述正电极垫和负极电极垫连接在一起，并且前述DC偏压是加在前述正和负极电极垫和前述底部电极层之间来调谐和调整前述表面声波频率，前述底部电极层材料从以下物质中挑选，包括：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs和它们的组合。

10.如权利要求1所述的用于表面声波设备的具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有嵌入型电极掺杂区，其特征在于：还包括一个重掺杂层在前述每一个嵌入型负电极掺杂区之上，和另一个重掺杂层在前述每一个嵌入型正电极掺杂区之上，来减少接触电阻。

11.如权利要求1所述的用于表面声波设备的具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有嵌入型电极掺杂区，其特征在于：前述频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构是一种可调谐输入叉指换能器，来接收RF信号并产生表面声波。

12.如权利要求1所述的用于表面声波设备的具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有嵌入型电极掺杂区，其特征在于：前述频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构是一种可调谐的输出叉指换能器，来接收表面声波并把它们转换成RF信号。

13.如权利要求1所述的用于表面声波设备的具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有嵌入型电极掺杂区，其特征在于：前述频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构是一种可调谐的表面声波反射器。

14.一种用于表面声波设备具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有抬高型电极掺杂区，其特征是包括了：

-一个支持基体，有支持基体厚度；

-一个第一压电层，有第一压电层厚度；

-多个抬高型正电极掺杂区在前述第一压电层之上，前述抬高型正电极掺杂区是压电半导体，有第一掺杂类型；

-多个抬高型负电极掺杂区在前述第一压电层之上，前述抬高型负电极掺杂区是压电半导体，有第二掺杂类型，每个前述抬高型负电极掺杂区在二个毗邻抬高型正电极掺杂区之间，抬高型正电极掺杂区和毗邻抬高型负电极掺杂区中心对中心距离被控制到叉指间距b；

-多个金属正电极手指连接到一个正电极垫，每个前述正电极手指在其中一个对应的抬高型正电极掺杂区上；

-多个金属负电极手指连接到一个负电极垫，每个前述负电极手指在其中一个对应的抬高型负电极掺杂区上；并且

-DC偏压通过薄膜偏压电阻连接到前述IDT来控制和变化前述抬高型正电极掺杂区和抬高型负电极掺杂区中所形成的耗尽区的尺寸，从而通过对与每个前述正电极手指和每个前述负电极手指有关的质量负荷和金属化比率的调整，来达到调整前述IDT所激发或所接收的表面声波的频率，前述薄膜偏压电阻集成在前述IDT上，并且前述薄膜偏压电阻的值大于200 Ω，来隔绝DC偏压电路与RF信号，而前述正电极垫和负电极垫连接到电信号源或信号接收器，来从前述IDT激发表面声波或从前述IDT接收表面声波。

15.如权利要求14所述的用于表面声波设备具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有抬高型电极掺杂区，其特征在于：前述支持基体材料从以下物质中挑选，包括：LiNbO3、LiTaO3、PZT、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs、Al₂O₃、BaTiO3、石英、KNbO₃、Si、蓝宝石、玻璃和塑料。

16.如权利要求14所述的用于表面声波设备具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有抬高型电极掺杂区，其特征在于：前述第一压电层材料从以下压电材料物质中挑选，包括：LiNbO₃、LiTaO₃、ZnO、AlN、GaN、AlGaN、GaAs、AlGaAs和其它，只要它们有压电特性和足够高的声耦合系数。

17.如权利要求14所述的用于表面声波设备具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有抬高型电极掺杂区，其特征在于：前述抬高型正电极掺杂区和前述抬高型负电极掺杂区材料从以下物质中挑选，包括：AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs和其它，只要它们有压电特性和足够高的声耦合系数，是半导体，并且可以掺杂成n类型或p类型传导，其掺杂浓度在10¹³到10²⁰cm^-3的范围内来实现有效的频率调谐。

18.如权利要求14所述的用于表面声波设备具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有抬高型电极掺杂区，其特征在于：前述正电极掺杂区的第一掺杂类型是和前述负电极掺杂区的前述第二掺杂的类型相反，并且前述DC偏压是通过前述薄膜偏压电阻加在前述正电极垫和前述负电极垫之间来调谐和调整前述表面声波的频率。

19.如权利要求14所述的用于表面声波设备具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有抬高型电极掺杂区，其特征在于：前述抬高型正电极掺杂区和前述抬高型负电极掺杂区厚度控制在10到2000nm的范围内。

20.如权利要求14所述的用于表面声波设备具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有抬高型电极掺杂区，其特征在于：前述正电极手指和前述负电极手指材料从以下材料中挑选，包括：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir以及它们的合金，而前述正电极手指和负电极手指厚度在10到400nm的范围内，取决于操作频率和调谐范围的需要。

21.如权利要求14所述的用于表面声波设备具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有抬高型电极掺杂区，其特征在于：前述薄膜偏压电阻从以下材料中挑选，包括：Ni、Cr、Ta、W、Mo、NiCr、RuO2、TaN、ZnO、ZnON、InSnO、InSnON、ZnInO、ZnInON、ZnSnO、ZnSnON、Bi₂Ru₂O₇、RuO₂、Bi₂Ir₂O₇和其它半导体，只要薄膜偏压电阻值是大于200 Ω并且有稳定的热特性。

22.如权利要求14所述的用于表面声波设备具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有抬高型电极掺杂区，其特征在于：该SAW叉指换能器IDT结构还包括一底部电极层夹在前述第一压电层和前述支持基体中间，前述第一掺杂类型与前述第二掺杂类型相同，前述正电极垫和负极电极垫连接在一起，并且前述DC偏压是加在前述正和负极电极垫和前述底部电极层之间来调谐和调整前述表面声波的频率，前述底部电极层材料从以下物质中挑选，包括：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs和它们的组合。

23.如权利要求14所述的用于表面声波设备具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有抬高型电极掺杂区，其特征在于：该SAW叉指换能器IDT结构还包括一个重掺杂层在前述每一个抬高型正电极掺杂区之上，和另一个重掺杂层在前述每一个抬高型负电极掺杂区之上，来减少接触电阻。

24.如权利要求14所述的用于表面声波设备具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有抬高型电极掺杂区，其特征在于：前述频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构是一种可调谐输入叉指换能器，来接收RF信号并产生表面声波。

25.如权利要求14所述的用于表面声波设备具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有抬高型电极掺杂区，其特征在于：前述频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构是一种可调谐的输出叉指换能器，来接收表面声波并转换它们成RF信号。

26.如权利要求14所述的用于表面声波设备具有可调谐频率的SAW叉指换能器IDT结构，有抬高型电极掺杂区，其特征在于：前述频率可调谐的SAW叉指换能器IDT结构是一台可调谐的表面声波反射器。

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