CN108781068A - 由于横向模式和sh模式的干扰减小的saw组件和具有saw组件的hf滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明详细说明了SAW组件和具有SAW组件的HF滤波器，各自的由于横向模式和SH模式的干扰都减小。所述SAW组件包括两个外围区域之间具有内部区域的有源区域。相较于在所述内部区域中，所述SAW组件的主模式在所述外围区域中具有较低速度。
Description
本发明涉及SAW组件和具有此类组件的HF滤波器。组件中和滤波器中由横向模式引起的干扰和由SH模式引起的干扰分别减小。
例如带通滤波器或带阻滤波器的HF滤波器可在前端电路中在例如移动电话的便携式通信装置中使用。作为SAW组件的部分的SAW转换器(SAW＝表面声波)通常具有压电衬底和布置在其上的以栉状形式接合的电极指形件。归因于压电效应，此类转换器在HF信号与可在衬底的表面上扩散的声波之间切换。转换器可为电声谐振器，具体地通过邻近电极指形件的中心距离确定谐振频率和反谐振频率。然而，在转换器的操作期间，激发除所要波模式之外的通常不合需要的波模式；不合需要的波模式为损耗声能的信道且增大插入损耗。具体来说，在不合需要的波模式产生接近于谐振和反谐振频率的谐振时，转换器功能受干扰。具有SAW转换器的HF滤波器接着在通带或阻带中具有提高的波动度且具有频带侧面的失真形式。
不合需要的模式包含水平偏振剪切波情况下的SH模式(SH模式＝水平剪切模式)和在横向方向上，即与所要波模式的延伸方向正交延伸的横向模式。
为了降低横向模式，组件可配备有横向速度分布，如例如由促进所谓的“活塞”模式的形成的WO 2011/088904 A1已知。这会形成干扰横向模式的形成的波导结构。
减小由于SH模式的干扰的已知度量涉及例如通过互连转换器与额外电容元件而减小极点零点距离(pole zero distance，PZD)。这不一定会降低SH模式的强度。然而，其频率与关键特性转换器频率的距离增大。举例来说，这使得有可能减小转换器的反谐振频率且因此将其从SH模式的频率去除。
然而，减小HF滤波器的极点零点距离导致可获得的带宽的减小，以使得仅可在覆盖足够窄的频带的情况下选择此方法。较宽频带，例如频带3接着可不再提供服务。
因此，需要由于不合需要的波模式的干扰减小的组件。尤其需要较不易受来自SH模式的干扰影响且可为较宽频带服务以作为HF滤波器的部分的组件。
出于此目的，陈述根据主要权利要求的SAW组件和HF滤波器。附属权利要求项指定有利的实施例。
SAW组件包括压电衬底和具有接合的电极指形件的有源区域。有源区域另外具有两个外围区域和一内部区域。内部区域布置于两个外围区域之间。在有源区域中，主模式能够在有源区域中进行传播。主模式在内部区域中具有速度vi。在外围区域中，主模式具有小于vi的100m/s到200m/s的速度vr。
如压电衬底，例如铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)和石英的材料为合适的。有源区域布置在压电衬底的表面上。尤其，可各自切换到汇流条的交互电极指形件布置在压电衬底的表面上。组件的有源区域为相反偏振电极的电极指形件重叠且在声波与HF信号之间改动的区域。外围区域沿着声波的传播方向，纵向方向延伸。电极指形件沿着与纵向方向正交对准的横向方向延伸。
有可能外围区域覆盖指形件中并不直接连接到汇流条的相应自由端。
在主模式可几乎完全经设计为所谓的活塞模式的这种配置中，这种情况会在SAW组件中出现。整体地抑制横向干扰。SH模式具有此类较低耦合使得其实际上可忽略。
另外，所述配置非常适合于在宽频带下工作的滤波器中使用。此外，所述配置实现归因于其层结构的高均匀性的简单制造而无需在生产过程期间对误差具有显著提高的敏感度。
因此，外围区域有可能沿着主模式的传播方向延伸。
外围区域可具有条带形延伸部分。
有可能布置在外围区域中的每个外围区域存在一个加重条带。相应加重条带增大外围区域中的质量分布。
归因于增大的质量分布，获得能够充分抑制横向激发且同时减小用于SH模式的耦合的横向速度分布。
有可能加重条带包括金属作为其主要组分或由从铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、钨(W)和钛(Ti)选择的金属组成。
基本上，任何元素或任何化合物都是合适的，以相对于SAW组件的顶部表面上的常用材料备用，例如钝化材料或用以减小温度相关频率变化的材料。
除金属之外，例如上文所提到的重金属的氧化物的重电介质材料也适用作加重条带的材料。
沿着纵向方向的电极指形件的周期性通过所谓的间距p表达。由此，间距p为邻近电极指形件的指形件中心或左侧或右侧指形件边缘的局部限定平均距离。因此，间距p大体上对应于可在有源区域中扩散的主模式的波长λ/2的二分之一。
加重条带可以具有给定呈间距p的单位的厚度d且例如在0.024与0.196之间：0.02≤d/p≤0.04。
有可能电介质层定位于加重条带与衬底和/或加重条带与电极指形件之间。尤其在加重条带由导电材料组成时，电介质层在具有不同偏振的紧邻彼此布置的电极指形件与加重条带之间形成电绝缘。
电介质层可包括氧化硅，例如SiO2；氧化锗，例如GeO或GeO2；或氧化碲，例如TeO或TeO2，或由这些物质组成。
声波和因此具有相应设计的SAW组件的声学特征和电学特征的传播是复杂的。为了充分抑制横向干扰和SH模式两者，可相应地选择金属化率η，例如0.39≤η≤0.65。
有可能SAW组件另外以上文所提到的电介质层上方和/或加重条带上方的上部电介质层为特征。
有可能上部电介质层包括例如iO2的氧化硅或例如GeO或GeO2的氧化锗。
有可能电介质层具有厚度d1且连同具有厚度d2的上部电介质层形成厚度为d1+d2的共用层，其相对于间距p标准化后为0.66。
有可能电介质层具有厚度d1，上部电介质层具有厚度d2，加重条带包括Ti且具有厚度dBS，且(d1+d2+dBS)/p＝0.66。
有可能SAW组件另外以例如充当钝化层的顶部电介质层为特征。
顶部电介质层可包括氮化硅或由氮化硅组成。
有可能顶部电介质层具有厚度d，其中40nm≤d≤120nm。
有可能主模式为瑞利模式且内部区域中的速度vi在3,460m/s与3,600m/s之间。
此处内部区域中的速度vi还可取决于压电衬底的顶部表面上和加重条带下方的电介质层的厚度。如厚度为0.06μm的具有铜的加重条带的实例，0.0μm的电介质层厚度下的速度vi可为3,420m/s。
如厚度为0.1μm的具有铜的加重条带的实例，0.5μm的电介质层厚度下的速度vi可为3,390m/s。
有可能相对电声耦合krel＝kRB/kIB，即外围区域中的耦合kRB相对于内部区域中的耦合kIB经标准化，可大于或等于0.90，优选地为1.0。
下表展示优选参数组合。电极指形件的材料为铜。加重条带的材料MatBS为铜或钛。给定以nm为单位的电极指形件的厚度d(EF)。给定以μm为单位的电介质层的厚度d(DL)。给定以μm为单位的加重条带的厚度d(BS)。给定以μm为单位的间距p。金属化率η为没有单位的数字。相对激发强度(外围区域中的激发强度k/内部区域中的激发强度)也是没有单位的数字。Δv表述以m/s为单位的外围区域中的速度相较于内部区域中的速度的减小。d(BS)/p为每一间距p的加重条带的厚度。
金属化率η可偏差±0.15。相对耦合强度krel可偏差±0.04。速度差异可偏差±20m/s。
有可能电极指形件包括Cu或Ti，且对于相对于间距p标准化的其厚度d，以下适用：0.15≤d(EF)/p≤0.19。
有可能电极指形件包括Cu或Ti，且对于电介质层的厚度，以下适用：0.5μm≤d(DL)≤0.8μm。
有可能电极指形件包括Cu，且对于电介质层的厚度，以下适用：0.23≤d(DL)/p≤0.42。
有可能电极指形件包括Cu，且对于加重条带的厚度，以下适用：0.05μm≤d(BS)≤0.1μm。
有可能电极指形件包括Cu，且对于加重条带的厚度，以下适用：0.02≤d(BS)/p≤0.05。
有可能电极指形件包括Cu且加重条带由Ti制成，且对于加重条带的厚度，以下适用：0.2μm≤d(BS)≤0.4μm。
有可能电极指形件包括Ti，且对于加重条带的厚度，以下适用：0.09≤d(BS)/p≤0.21。
对于厚度为335nm的Cu电极指形件和由Cu制成的加重条带，金属化率η对以μm为单位的加重条带的厚度d(BS)和以μm为单位的电介质层的厚度d(DL)可具有以下相依性：
η＝0.0184+0.670d(BS)+0.917d(DL)。
对于厚度为355nm的Cu电极指形件和由Cu制成的加重条带，金属化率η对以μm为单位的加重条带的厚度d(BS)和以μm为单位的电介质层的厚度d(DL)可具有以下相依性：
η＝0.0358+1.47d(BS)+0.695d(DL)。
对于厚度为355nm的Cu电极指形件和由Ti制成的加重条带，金属化率η对以μm为单位的加重条带的厚度d(BS)和以μm为单位的电介质层的厚度d(DL)可具有以下相依性：
η＝0.500+0.356d(BS)+0.194d(DL)。
对于厚度为335nm的Cu电极指形件和由Cu制成的加重条带，以m/s为单位的速度减小率Δv对以μm为单位的加重条带的厚度d(BS)和以μm为单位的电介质层的厚度d(DL)可具有以下相依性：
η＝140+1280d(BS)+237d(DL)。
对于厚度为355nm的Cu电极指形件和由Cu制成的加重条带，以m/s为单位的速度减小率Δv对以μm为单位的加重条带的厚度d(BS)和以μm为单位的电介质层的厚度d(DL)可具有以下相依性：
Δv＝-97.1+1500d(BS)+186d(DL)。
对于厚度为355nm的Cu电极指形件和由Ti制成的加重条带，以m/s为单位的速度减小率Δv对以μm为单位的加重条带的厚度d(BS)和以μm为单位的电介质层的厚度d(DL)可具有以下相依性：
η＝81.4+138d(BS)+9.83d(DL)。
对于厚度为335nm的由Cu制成的电极指形件和由Cu制成的加重条带，金属化率η的调适与间距偏差(以μm为单位)可具有以下相依性：
Δη＝-0.089(p-2.05)。
对于厚度为355nm的由Cu制成的电极指形件和由Cu制成的加重条带，金属化率η的调适与间距偏差(以μm为单位)可具有以下相依性：
Δη＝-0.113(p-2.05)。
对于厚度为355nm的由Cu制成的电极指形件和由Ti制成的加重条带，金属化率η的调适与间距偏差(以μm为单位)可具有以下相依性：
Δη＝-0.366(p-2.05)。
对于厚度为335nm的由Cu制成的电极指形件和由Cu制成的加重条带，以m/s为单位的速度减小Δv与以μm为单位的间距p可具有以下相依性：
Δv＝147-15.0p。
对于厚度为355nm的由Cu制成的电极指形件和由Cu制成的加重条带，以m/s为单位的速度减小Δv与以μm为单位的间距p可具有以下相依性：
Δv＝168-18.7p。
对于厚度为355nm的由Cu制成的电极指形件和由Ti制成的加重条带，以m/s为单位的速度减小Δv与以μm为单位的间距p可具有以下相依性：
Δv＝382-124p。
有可能电极指形件包括Cu，且对于电介质层的厚度，以下适用：0.23≤d(DL)/p≤0.42。
有可能电极指形件包括Cu，且对于加重条带的厚度，以下适用：0.02≤d(BS)/p≤0.05。
有可能电极指形件包括Ti，且对于加重条带的厚度，以下适用：0.09≤d(BS)/p≤0.21。
HF滤波器可至少包括具有归因于横向模式和SH模式的干扰减小的相应设计的SAW组件。
用以说明层堆叠的设计的功能性和实例在示意图中变得显而易见。
如下所示：
图1：有源区域中具有外围区域的SAW组件的俯视图，
图2：贯穿对应组件的横截面和间距p的界定，
图3：贯穿电极指形件嵌入电介质层中的组件的横截面，
图4：贯穿具有加重条带的额外组件的横截面，
图5：外围区域中的加宽的电极指形件，
图6：外围区域中的较窄电极指形件，
图7到21：有利参数。
图1展示SAW组件SAW-B的电极结构的俯视图，其中电极指形件EF分别在纵向方向上紧邻彼此布置且自身沿着横向方向延伸。由此，替代地将电极指形件EF分别切换到两个汇流条BB中的一个。相对汇流条的电极指形件重叠的区域为有源区域AB，在此进行具有所要频率的HF信号与声波之间的切换。为此，有源区域AB具有外围区域RB和内部区域IB。大体上，外围区域覆盖电极指形件中并不直接连接到汇流条的端部，所谓的指形件自由端。内部区域IB布置于外围区域之间。
通过相对于内部区域IB中主模式的速度vi减小外围区域中的速度vr，结果是首先抑制横向模式，其次针对SH模式减小电声耦合，以至于组件甚至在用于在宽频带模式下工作的滤波器时也是理想的横向速度分布。
图2展示说明间距p的界定的贯穿层结构的横截面：电极指形件EF布置于压电衬底PS上。从左侧或右侧指形件边缘到邻近电极指形件的距离为间距p。
图3展示内部区域IB中贯穿层堆叠的横截面，其中电极指形件EF布置于压电衬底PS上。在压电衬底PS和/或电极指形件EF的顶部表面上，已经布置有电介质层DL的电介质材料。电介质层DL的材料可具有一热膨胀系数，其以一方式选定使得在给定的衬底膨胀系数下各频率存在温度变化，且以一方式选定指形件材料使得整个层堆叠的温度变化减小或降低。
顶部电介质层DDL布置在可充当钝化层的电介质层DL上。
氧化硅为可能用于电介质层的材料。氮化硅为可能用于顶部电介质层的材料。
图4展示在外围区域RB的水平面处贯穿层堆叠的横截面，其中加重条带BS布置在电介质层DL的材料上。因此，电介质层的材料不仅具有减小各频率温度变化的任务。电介质层DL的材料实际上具有使用切换到不同汇流条的电极指形件防止加重条带BS的材料短路的任务。
上部电介质层DL2布置在加重条带上方，且顶部电介质层DDL又布置在所述上部电介质层上。
图5示意性地展示外围区域中的指形件宽度(和因此金属化率η)可低于内部区域中的指形件宽度。
图6以类似方式展示内部区域中的指形件宽度可小于外围区域中的指形件宽度。
图7到21展示SAW组件的有利参数。图7到18展示具有电极指形件和由铜制成的加重条带的转换器的值。图19到21展示具有由Cu制成的电极指形件和由钛制成的加重条带的转换器的值。
图7到11展示电极指形件具有335nm的厚度的转换器的值。图12到18展示电极指形件具有355nm的厚度的转换器的值。图19到21展示电极指形件具有335nm的厚度的转换器的值。在所示表格中概要地说明电介质层DL的厚度、加重条带BS的厚度、对于某一间距p(例如p＝2.05±0.15)有利的金属化率η、对于某一间距p和速度的有利减小有利的相对耦合强度krel的指示值。
如果间距p与2.05有偏差，那么可从图表获得相应优化值。
元件符号列表
AB：有源区域
BB：汇流条
d：电介质层的厚度
DDL：顶部电介质层
DL：电介质层
DL2：上部电介质层
EF：电极指形件
IB：内部区域
p：间距
PS：压电衬底
RB：外围区域
SAW-B：SAW组件
v、vi、vr：传播速度
w：电极指形件的宽度
κ2：耦合强度
Claims (23)
1.一种由于横向模式和SH模式的干扰减小的SAW组件(SAW-B)，包括
-压电衬底(PS)，和
-有源区域(AB)，具有交错的电极指形件(EF)和两个外围区域之间的内部区域(IB)，其中
-主模式能够在所述有源区域(AB)中进行传播，
-所述主模式在所述内部区域(IB)中具有速度vi且在所述外围区域(RB)中具有速度vr，速度vr为100m/s和200m/s，小于vi。
2.根据前一权利要求所述的SAW组件，其中所述外围区域(RB)沿着所述主模式的所述传播区域延伸。
3.根据前述权利要求中任一项所述的SAW组件，其中在每个外围区域(RB)中布置增大所述外围区域(RB)中的质量分布的一个加重条带(BS)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的SAW组件，其中所述外围区域(RB)中的金属化率η与所述内部区域(IB)中的金属化率η有偏差。
5.根据前一权利要求所述的SAW组件，其中所述加重条带(BS)包括作为主要组分的材料，或由从：Cu、Ag、Au、W和Ti选择的材料组成。
6.根据前述3条权利要求中任一项所述的SAW组件，其中所述加重条带(BS)具有以间距p为单位的以下厚度d：0.024≤d/p≤0.196。
7.根据前述3条权利要求中任一项所述的SAW组件，其中电介质层布置于所述加重条带(BS)与所述衬底(SU)之间。
8.根据前一权利要求所述的SAW组件，其中所述电介质层(DL)包括氧化硅、氧化锗或氧化碲。
9.根据前述权利要求中任一项所述的SAW组件，其中对于金属化率η，以下适用：0.39≤η≤0.66。
10.根据前述权利要求中任一项所述的SAW组件，进一步包括上部电介质层(DL2)。
11.根据前一权利要求所述的SAW组件，其中所述电介质层(DL2)包括氧化硅、氧化锗。
12.根据前述2条权利要求中任一项所述的SAW组件，其中所述电介质层(DL)具有厚度d1，所述上部电介质层(DL2)具有厚度d2，且(d1+d2)/p＝0.65。
13.根据前述3条权利要求中任一项所述的SAW组件，其中电介质层(DL)具有厚度d1，所述上部电介质层(DL2)具有厚度d2，所述加重条带(BS)包括Ti且具有厚度dBS，且(d1+d2+dBS)/p＝0.66。
14.根据前述权利要求中任一项所述的SAW组件，另外包括顶部电介质层(DDL)。
15.根据前述权利要求所述的SAW组件，其中所述顶部电介质层(DDL)包括氮化硅。
16.根据前述2条权利要求中任一项所述的SAW组件，其中所述顶部电介质层(DDL)具有厚度d，其中40nm≤d≤120nm。
17.根据前述权利要求中任一项所述的SAW组件，其中所述主模式为瑞利模式且3460m/s≤vi≤3600m/s。
18.根据前述权利要求中任一项所述的SAW组件，其中所述内部区域(IB)中的电声耦合krel＝kIB/kRB相对于所述外围区域(RB)中的耦合大于或等于0.90。
19.根据前述权利要求中任一项所述的SAW组件，其中所述电极指形件(EF)包括Cu且对所述电极指形件的厚度d(EF)，以下适用：0.15≤d(EF)/p≤0.19nm。
20.根据前述权利要求中任一项所述的SAW组件，其中所述电极指形件(EF)包括Cu且对所述电介质层(DL)的厚度，以下适用：0.23≤d(DL)/p≤0.42。
21.根据前述权利要求中任一项所述的SAW组件，其中所述电极指形件(EF)包括Cu且对所述加重条带(BS)的厚度，以下适用：0.02≤d(BS)/p≤0.05。
22.根据前述权利要求中任一项所述的SAW组件，其中所述加重条带(BS)包括Ti且对所述加重条带(BS)的厚度，以下适用：0.09≤d(BS)/p≤0.21。
23.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的SAW组件(SAW-B)的HF滤波器。
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