CN110572136B - 一种叉指换能器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种叉指换能器，包括：压电基板；设置在压电基板上的第一汇流电极；设置在压电基板上的第二汇流电极，且与所述第一汇流电极相对间隔设置；呈周期设置的多个第一叉指电极，该叉指电极自第一汇流电极向第二汇流电极的方向延伸；呈周期设置的多个第二叉指电极，该叉指电极自第二汇流电极向第一汇流电极的方向延伸；第一叉指电极和第二叉指电极交替间隔设置，并且，在沿其长度方向上，第一叉指电极和第二叉指电极的宽度呈预设变化。本发明提供的叉指换能器通过第一叉指电极和第二叉指电极的宽度呈预设变化，进而改变叉指电极的金属化比值，以调节各部分的SAW速度，达到抑制温度补偿声表面波器件中的横向模式。

Description

一种叉指换能器
技术领域
本发明涉及一种微电子器件，具体涉及一种叉指换能器。
背景技术
声表面波温度补偿滤波器(Temperature Compensated-Surface Acoustic Wave，TC-SAW)一个重要的设计考虑因素是抑制横向传播模式，由于声表面波器件叉指换能器(Interdigital Transducer,IDT)孔径有限，声表面波在传播过程中存在衍射和波束偏斜，根据平面角谱理论，声波的衍射积分场为：
Figure BDA0002195666660000011
(汪承灏,《超声学》，应崇福主编，科学出版社，1990，第338-455页)
其中，γ是基片的各向异性常数且有
Figure BDA0002195666660000012
从上式可知，如果基片上声表面波的各向异性常数γ＝-1，声场在传播方向上将保持孔径剖面形状不变，即没有横向传播模式。然而，现有材料的各向异性常数都不是-1，尤其对于温度补偿声表面波器件，存在着很严重的横向模式。现在TC-SAW中抑制横向模式的通常方法是在电极两端设置piston结构，即在电极两端设置加厚或加粗的小段区域，末端呈T型结构，入射SAW与反射SAW相互抵消，把SAW的能量束缚在中间IDT波导内，限制SAW向IDT的外侧传播，类似于全反射光纤，而这种模式只是在叉指电极的末端增加用于过补偿的方块，其固化的几何结构起到抑制温度补偿声表面波器件中的横向传播有限，这在一定程度上限制了声表面波器件的应用范围。因此，开发一种在不改变整体结构的叉指换能器上通过调整其某个部件特性来抑制温度补偿声表面波器件中的横向模式很有必要。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种叉指换能器。
本发明主要提供一种叉指换能器，包括：
压电基板；
第一汇流电极，设置在所述压电基板上；
第二汇流电极，设置在所述压电基板上，且与所述第一汇流电极相对间隔设置；
呈周期设置的多个第一叉指电极，所述第一叉指电极自所述第一汇流电极向所述第二汇流电极的方向延伸；
呈周期设置的多个第二叉指电极，所述第二叉指电极自所述第二汇流电极向所述第一汇流电极的方向延伸；
所述第一叉指电极和所述第二叉指电极交替间隔设置，并且，在沿其长度方向上，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极的宽度呈预设变化。
可选的，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极的宽度先变小后变大。
可选的，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极的宽度先变大后变小。
可选的，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极的宽度呈周期性先变大后变小。
可选的，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极的宽度呈周期性先变小后变大。
可选的，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极的金属化比值范围均为0.2～0.8；
其中，所述第一叉指电极的金属化比值为所述第一叉指电极的宽度与该宽度和其相邻第二叉指电极之间的间隙总和的比值；
所述第二叉指电极的金属化比值为所述第二叉指电极的宽度与该宽度和其相邻第一叉指电极之间的间隙总和的比值。
可选的，在沿所述第一叉指电极的长度方向上，所述第一叉指电极宽度呈预设变化的长度为所述第一叉指电极长度的1/3～2/3；和/或，
在沿所述第二叉指电极的长度方向上，所述第二叉指电极宽度呈预设变化的长度为所述第二叉指电极长度的1/3～2/3。
可选的，所述第一叉指电极宽度呈预设变化的区域为其长度方向的中央区域处；和/或，
所述第二叉指电极宽度呈预设变化的区域为其长度方向的中央区域处。
可选的，所述第一叉指电极为铝叉指电极或铜叉指电极；和/或，
所述第二叉指电极为铝叉指电极或铜叉指电极。
可选的，所述压电基板为钽酸锂压电基板、铌酸锂压电基板和石英基板中任意一者。
本发明提出了一种叉指换能器，通过第一叉指电极和第二叉指电极的预设宽度呈现一定变化，进而改变各叉指电极的金属化比值，以调节各部分的SAW速度，达到抑制温度补偿声表面波器件中的横向模式。本发明在不改变叉指换能器的整体结构及工艺条件下，仅通过设计各叉指电极沿长度方向具有不同的宽度，以使叉指电极金属化范围不同，使其起到抑制横向模式的范围发生变化，并且，随着各叉指电极金属化比值越大，其横向传播速度越慢，传播过程中衍射与波束倾斜减少，从而使声表面波的各向异性常数γ＝-1，使声表面波器件中的横向模式几乎完全被抑制。
附图说明
图1为本发明中叉指换能器的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明提供一种叉指换能器，该叉指换能器包括：压电基板100，设置在压电基板100上的第一汇流电极101与第二汇流电极102，且该第二汇流电极102与第一汇流电极101相对间隔设置，以及呈周期设置的多个第一叉指电极103，该第一叉指电极103自第一汇流电极101向第二汇流电极102的方向延伸，呈周期设置的多个第二叉指电极104，该第二叉指电极自第二汇流电极102向第一汇流电极101的方向延伸。其中，第一叉指电极103和第二叉指电极104交替间隔设置，并且，在沿其长度方向上，第一叉指电极103和第二叉指电极104的宽度呈预设变化。
本实施例提出的叉指换能器，通过第一叉指电极和第二叉指电极的预设宽度呈现一定变化，进而改变各叉指电极的金属化比值，以调节各部分的SAW速度，达到抑制温度补偿声表面波器件中的横向模式。本发明在不改变叉指换能器的整体结构及工艺条件下，仅通过设计各叉指电极沿长度方向具有不同的宽度，以使叉指电极金属化范围不同，使其起到抑制横向模式的范围发生变化，并且，随着各叉指电极金属化比值越大，其横向传播速度越慢，传播过程中衍射与波束倾斜减少，从而使声表面波的各向异性常数γ＝-1，使声表面波器件中的横向模式几乎完全被抑制。
具体地，如图1所示，在沿第一叉指电极103与第二叉指电极104的长度方向，第一叉指电极103和第二叉指电极104的宽度先变小后变大，呈现中间细两端粗的哑铃型形状。
需要说明的是，第一叉指电极103和第二叉指电极104的形状及尺寸并未作出具体限定，也可以是类似于中间粗两端细的纺锤形，也就是说，沿第一叉指电极103与第二叉指电极104的长度方向，第一叉指电极103和第二叉指电极104的宽度先变大后变小。此外，也可以是类似于间隔粗细的糖葫芦形，也就是说，第一叉指电极103和第二叉指电极104的宽度呈周期性先变大后变小，或者也可以是第一叉指电极103和第二叉指电极104的宽度呈周期性先变小后变大的形状。当然，本领域技术人员也可以根据实际需要选择其他形状的叉指电极。
为了抑制声表面波器件中的横向模式，第一叉指电极103和第二叉指电极104的金属化比值范围均为0.2～0.8；其中，第一叉指电极103的金属化比值为第一叉指电极103的宽度与该宽度和其相邻第二叉指电极104之间的间隙总和的比值(a/b)，如图1所示，第一叉指电极103的宽度也就是图1中a表示的长度，第一叉指电极103的宽度与该宽度和其相邻第二叉指电极104之间的间隙总和为图1中的b表示的长度。同样的，第二叉指电极103的金属化比值为所述第二叉指电极104的宽度与该宽度和其相邻第一叉指电极103之间的间隙总和的比值，如图1所示，第二叉指电极104的宽度即为图1中的c表示，第一叉指电极103的宽度与该宽度和其相邻第二叉指电极104之间的间隙总和为图1中的d表示，并且，第一叉指电极103的宽度a与第二叉指电极104的宽度c相等，该宽度a和其相邻第二叉指电极104之间的间隙b与宽度c和其相邻第一叉指电极103之间的间隙d相等。
也就是说，本实施例中的第一叉指电极103与第二叉指电极104在沿其长度方向上，随着各叉指电极宽度发生一定变化，则相应的其金属化值(a/b、c/d)也随之变化，该变化可以灵活调节各部分的SAW速度，达到抑制温度补偿声表面波器件中的横向模式。
需要说明的是，对于各叉指电极的金属化值变化起点，并无固定设置，可以通过调节第一叉指电极103宽度预设变化的长度范围及位置，以调整第一叉指电极103沿其长度方向(图1中所示的y方向)金属化值，以及通过调节第二叉叉指电极104宽度预设变化的长度范围及位置，以达到调整第二叉指电极104沿其长度方向(图1中所示的y方向)金属化值，进而调节各部分的SAW速度。
具体地，如图1所示，在沿第一叉指电极103的长度方向上，第一叉指电极103宽度呈预设变化的长度为第一叉指电极103长度的1/3～2/3。此外，在沿第二叉指电极104的长度方向上，第二叉指电极104宽度呈预设变化的长度为所述第二叉指电极104长度的1/3～2/3。
需要说明的是，第一叉指电极103的长度为自第一叉指电极103端部处向第一汇流电极101一侧延伸至与第二叉指电极104端部齐平的位置，当然，第二叉指电极104的长度与第一叉指电极103长度相同。
具体地，如图1所示，第一叉指电极103宽度呈预设变化的区域为其长度方向的中央区域处，第二叉指电极104宽度呈预设变化的区域为其长度方向的中央区域处。需要说明的是，对于第一叉指电极103与第二叉指电极104的宽度呈预设变化区域的位置并未作出具体限定，也可以为其长度方向上靠近第一汇流电极101一侧或靠近第二汇流电极102一侧，当然，本领域技术人员可以根据实际需要，将各叉指电极预设变化的区域位置设置于各叉指电极沿长度方向的任意位置。
需要说明的是，第一叉指电极103为铝叉指电极或铜叉指电极；和/或，第二叉指电极104为铝叉指电极或铜叉指电极。此外，压电基板100优选钽酸锂压电基板、铌酸锂压电基板和石英基板中任意一者。
本发明提供的叉指换能器，相对于现有技术而言，主要优势为通过第一叉指电极和第二叉指电极的预设宽度呈现一定变化，进而改变各叉指电极的金属化比值，以调节各部分的SAW速度，达到抑制温度补偿声表面波器件中的横向模式。本发明在不改变叉指换能器的整体结构及工艺条件下，仅通过设计各叉指电极沿长度方向具有不同的宽度，以使叉指电极金属化范围不同，起到抑制横向模式的范围发生变化，并且，随着各叉指电极金属化比值越大，其横向传播速度越慢，传播过程中衍射与波束倾斜减少，从而使声表面波的各向异性常数γ＝-1，使声表面波器件中的横向模式几乎完全被抑制。该叉指换能器简化了装置的结构及工艺的复杂性，并避免了常规的工艺对叉指电极的损伤及由此产生的对声表面波器件性能的影响。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种叉指换能器，其特征在于，包括：
压电基板；
第一汇流电极，设置在所述压电基板上；
第二汇流电极，设置在所述压电基板上，且与所述第一汇流电极相对间隔设置；
呈周期设置的多个第一叉指电极，所述第一叉指电极自所述第一汇流电极向所述第二汇流电极的方向延伸；
呈周期设置的多个第二叉指电极，所述第二叉指电极自所述第二汇流电极向所述第一汇流电极的方向延伸；
所述第一叉指电极和所述第二叉指电极交替间隔设置，并且，在沿其长度方向上，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极的宽度呈预设变化；
所述第一叉指电极和所述第二叉指电极的宽度先变小后变大或先变大后变小。
2.根据权利要求1所述的叉指换能器，其特征在于，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极的宽度呈周期性先变大后变小。
3.根据权利要求1所述的叉指换能器，其特征在于，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极的宽度呈周期性先变小后变大。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的叉指换能器，其特征在于，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极的金属化比值范围均为0.2～0.8；
其中，所述第一叉指电极的金属化比值为所述第一叉指电极的宽度与该宽度和其相邻第二叉指电极之间的间隙总和的比值；
所述第二叉指电极的金属化比值为所述第二叉指电极的宽度与该宽度和其相邻第一叉指电极之间的间隙总和的比值。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的叉指换能器，其特征在于，在沿所述第一叉指电极的长度方向上，所述第一叉指电极宽度呈预设变化的长度为所述第一叉指电极长度的1/3～2/3；和/或，
在沿所述第二叉指电极的长度方向上，所述第二叉指电极宽度呈预设变化的长度为所述第二叉指电极长度的1/3～2/3。
6.根据权利要求5所述的叉指换能器，其特征在于，所述第一叉指电极宽度呈预设变化的区域为其长度方向的中央区域处；和/或，
所述第二叉指电极宽度呈预设变化的区域为其长度方向的中央区域处。
7.根据权利要求1～3任意一项所述的叉指换能器，其特征在于，所述第一叉指电极为铝叉指电极或铜叉指电极；和/或，
所述第二叉指电极为铝叉指电极或铜叉指电极。
8.根据权利要求1～3任意一项所述的叉指换能器，其特征在于，所述压电基板为钽酸锂压电基板、铌酸锂压电基板和石英基板中任意一者。
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