CN111510106A - 一种声表面波谐振结构滤波器 - Google Patents

一种声表面波谐振结构滤波器 Download PDF

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CN111510106A CN202010370362.5A CN202010370362A CN111510106A CN 111510106 A CN111510106 A CN 111510106A CN 202010370362 A CN202010370362 A CN 202010370362A CN 111510106 A CN111510106 A CN 111510106A
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李勇
陈培杕
黄亮
夏前亮
朱卫俊
施旭霞
彭晓雨
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Abstract

本发明涉及电子信息器件技术领域，尤其是一种声表面波谐振结构滤波器，包括压电晶片、压电晶片表面制作的多个谐振器单元和电连接金属电极结构，谐振器单元由周期金属电极和汇流导电金属电极构成，至少有一个谐振器单元为弯曲声道谐振器单元，该弯曲声道谐振器单元的有效声传输通道的中心轨迹相切，偏离声波传播方向的角度沿轨迹方向变换，且声波传播方向也可能与其他谐振器单元不一致，本发明用于设计低通带内插入损耗、高Q值、具有横波模式寄生抑制的滤波器。

Description

一种声表面波谐振结构滤波器
技术领域
本发明涉及电子信息器件技术领域，具体领域为一种声表面波谐振结构滤波器。
背景技术
随着声表面波技术的快速发展，声表面波滤波器在通信技术领域得到广泛应用，特别是用于移动通信中的基站和移动终端射频、中频部分。应当前4G、5G通信技术的发展要求，对声表面波滤波器、双工器、多工器等器件的性能提出了更高的要求，声表面波器件应用材料和换能器结构创新，来实现高世代声表面波滤波器关键技术的突破。
当前谐振结构型声表面波滤波器是射频通信主流的声表面波滤波器形式，即由具有压电效应的压电晶片上制作的多个谐振器单元电连接而成。为实现低插入损耗、更高频率段应用、低频率温度系数(TCF)、高Q值等的滤波器特性，温度补偿型声表面波(TC-SAW)滤波器、薄膜型声表面波(TF-SAW)滤波器应用而生。
在公开资料【文献1】中公知的声表面波器件中，利用声波器件工作的损耗机制：声波在纵向或横向上离开声轨迹，尤其是由于声轨迹的有限孔径，可能通过衍射效应产生横向模态，即存在产生横波寄生(横模脉动)的问题。对于压电晶体衬底沉积金属电极形成的声表面波谐振器(STD-SAW)中，存在的横波模式寄生对滤波器性能的影响一般不明显，通过适当的叉指换能器(IDT)设计可避免，但对于温度补偿型声表面波滤波器、薄膜型声表面波滤波器，从公开资料【文献2】中公知横波模式寄生影响很明显，这会使得声表面波滤波器的通带内出现大量纹波，增大插入损耗，劣化声表面波器件的滤波器特性。
因此，为了解决实际应用中滤波器的性能的劣化问题，充分抑制谐振器中寄生的横波模式，对TC-SAW滤波器、TF-SAW滤波器是至关重要的。
【文献1】W H Haydl,BDischler,and PHiesinger."Multimode SAW Resonators-AMethod to Study the Optimum Resonator Design."Ultrasonics Symposium IEEE,1976.
【文献2】H Nakamura,H Nakanishi,R Goto,et al."Suppression Mechanism ofTransverse-Mode Spurious Responses in SAW Resonators on a SiO2/Al/LiNbO3Structure."Ultrasonics Symposium IEEE,2011.
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于设计低通带内插入损耗、高Q值、具有横波模式寄生抑制的声表面波谐振结构滤波器。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种声表面波谐振结构滤波器，包括压电晶片、压电晶片表面制作的多个谐振器单元和电连接金属电极结构，谐振器单元由周期金属电极和汇流导电金属电极构成，至少有一个谐振器单元为弯曲声道谐振器单元，该弯曲声道谐振器单元的有效声传输通道的中心轨迹相切，偏离声波传播方向的角度沿轨迹方向变换，且声波传播方向也可能与其他谐振器单元不一致。
优选的，所述的弯曲声道谐振器单元的有效声传输通道由周期金属电极加权结构形成，所述的弯曲声道谐振器单元通过周期金属电极加权结构形成的有效声传输通道配用金属电极几何的声道修饰技术。
优选的，还包括压电性基板、以及设置在压电性基板上的叉指换能器，叉指换能器的电极设置于压电性基板上，所述的压电性基板由压电膜层、低声速膜层、高声速层和支撑基板组成。
优选的，所述的高声速层与支撑基板合二为一形成高声速支撑组件，所述低声速膜层层叠于高声速支撑组件的上表面。
优选的，所述高声速支撑组件中传播的声波波速高于压电膜层中传播的声波波速，所述低声速膜层中传播的声波波速低于压电膜层中传播的声波波速。
优选的，其特征在于：所述压电膜层为旋转Y切X传播的钽酸锂晶体材料，其切割角度为30°～60°范围内；
所述的压电膜层也可以为旋转Y切X传播的铌酸锂晶体材料，其切割角为83°～145°范围内。
优选的，所述的弯曲声道谐振器单元的有效声传输通道由压电晶片表面镶崁微金属体或镶崁微介质体构成，且可配合周期金属电极加权结构形和/或金属电极几何的声道修饰技术。
优选的，所述的弯曲声道谐振器单元的有效声波传输通道制作在压电晶片表面电畴反转区域。
优选的，所述的弯曲声道谐振器单元的有效声波传输通道制作在压电晶片表面金属扩散掺杂层区域。
优选的，所述的弯曲声道谐振器单元的弯曲声波通道的谐振器单元上方叠加制作一层准周期性条阵介质膜结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：根据本发明，能够提供具有抑制横波模式寄生的谐振器，用于设计谐振型声表面波滤波器，使得滤波器能够减小插入损耗、提高Q值，更重要的是能够抑制横波模式寄生造成的通带纹波劣化。
附图说明
图1为本发明所涉及的一阶正弦加权型IDT电极以及反射器的示意性俯视图。
图2为本发明所涉及的二阶正弦加权型IDT电极以及反射器的示意性俯视图。
图3为本发明所涉及的三阶正弦加权型IDT电极以及反射器的示意性俯视图。
图4为本发明所涉及的两个一阶加权IDT以及反射栅构成的谐振器的示意图。
图5为本发明所涉及的三个一阶加权IDT以及反射栅构成的谐振器的示意图。
图6为本发明中第1实施方式所涉及的谐振器单元的压电性基板结构的示性局部图。
图7为本发明中第2实施方式谐振器单元S2(a)结构横截面示意图。
图8为本发明中第2实施方式谐振器单元的IDT电极反射器的示意性俯视图。
图9为本发明中与第2实施方式中具有相同压电性基板的谐振器单元的IDT电极的示意图。
图10为本发明中与第2实施方式中具有相同压电性基板的谐振器单元的IDT电极的示意图。
图11为本发明中第3实施方式的IDT电极以及反射器的示意性俯视图。
图12为本发明中第4实施方式的谐振器单元的局部横截面示意图。
图13为本发明中第5实施方式的谐振器单元的局部横截面示意图。
图14为本发明中第6实施方式的谐振器单元的局部横截面示意图。
图15为本发明中第7实施方式的谐振器单元的局部俯视图。
图16为本发明中第7实施方式的谐振器单元的局部横截面示意图。
图中：S1(a)、声表面波谐振器单元a；S1(b)、声表面波谐振器单元b；S2(a)、声表面波谐振器单元a；S2(b)、声表面波谐振器单元b；
11、支撑基板；12、高声速层或高声速支撑组件；13、低声速层；
13a、SiO2层；13b、SiO2层；14、压电膜层；15、IDT电极膜层；15a、IDT电极膜层；15b、IDT电极边缘加厚金属层；16、Dots加厚金属块；17、畴反转区域；18、金属掺杂区域；
2a、一阶正弦加权型IDT；2b、二阶正弦加权型IDT；2c、三阶正弦加权型IDT；21、假电极指条；31、假电极指条；22、有效电极指条；32、有效电极指条；23、汇流条电极；23a、汇流条电极；23b、汇流条电极；33、汇流条电极；24、反射器；24a、反射器；24b、反射器；34a、反射器；34b、反射器；25、有效声波传输通道边界；26、IDT电极加权中心轴线；27、条阵介质膜；
L、峰假指条长度；G、谷假指条长度；
Figure BDA0002478005090000051
倾斜角；k、声表面波传播方向(波矢方向)；35、IDT几何形状长度方向；A1、有效声波传输通道(有效孔径)；A2、假指加权区域；A3、质量负载较大区域；b1、畴界面(畴壁)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员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围。
本文中所述的IDT为叉指换能器，为方便说明下述文本中写有IDT标识。
本发明提供一种技术方案：一种声表面波谐振结构滤波器，其特征在于：包括压电晶片、压电晶片表面制作的多个谐振器单元和电连接金属电极结构，谐振器单元由周期金属电极和汇流导电金属电极构成，至少有一个谐振器单元为弯曲声道谐振器单元，该弯曲声道谐振器单元的有效声传输通道的中心轨迹相切，偏离声波传播方向的角度沿轨迹方向变换，且声波传播方向也可能与其他谐振器单元不一致。
所述的弯曲声道谐振器单元的有效声传输通道由周期金属电极加权结构形成，所述的弯曲声道谐振器单元通过周期金属电极加权结构形成的有效声传输通道配用金属电极几何的声道修饰技术。
声表面波谐振结构滤波器还包括压电性基板、以及设置在压电性基板上的叉指换能器(IDT)，叉指换能器的电极设置于压电性基板上，所述的压电性基板由压电膜层、低声速膜层、高声速层和支撑基板组成。
所述的高声速层与支撑基板合二为一形成高声速支撑组件，所述低声速膜层层叠于高声速支撑组件的上表面。
所述高声速支撑组件中传播的声波波速高于压电膜层中传播的声波波速，所述低声速膜层中传播的声波波速低于压电膜层中传播的声波波速。
所述压电膜层为旋转Y切X传播的钽酸锂晶体材料，其切割角度为30°～60°范围内；
所述的压电膜层也可以为旋转Y切X传播的铌酸锂晶体材料，其切割角为83°～145°范围内。
所述的弯曲声道谐振器单元的有效声传输通道由压电晶片表面镶崁微金属体或镶崁微介质体构成，且可配合周期金属电极加权结构形和/或金属电极几何的声道修饰技术。
所述的弯曲声道谐振器单元的有效声波传输通道制作在压电晶片表面电畴反转区域。
所述的弯曲声道谐振器单元的有效声波传输通道制作在压电晶片表面金属扩散掺杂层区域。
所述的弯曲声道谐振器单元的弯曲声波通道的谐振器单元上方叠加制作一层准周期性条阵介质膜结构。
通过本技术方案，本发明所涉及的声表面波谐振结构滤波器的谐振器单元在一特定方式中，具备压电性基板和设置在所述压电性基板上的IDT电极，所述IDT电极的指条周期确定的波长为λ，所述IDT电极具有：彼此相互平行对立的两条汇流条电极23a、汇流条电极23b，两条汇流条电极之间连接相互交替插入的多条金属电极指条，与不同汇流条电极相连接的金属电极指条隔着一定间隙对置，交替插入的电极指22相互重叠形成交叉区域，即有效声波传输通道(即绝对孔径区域)；在与所述汇流条电极23a连接的多条电极指的前端设置空隙和假电极指条21，假电极指条21与汇流条电极23b相连接，在与所述汇流条电极23b连接的多条电极指的前端同样设置空隙和假电极指条21；假电极指条与汇流条23a相连接，与汇流条23a连接的相邻的假电极指条21长度不一致，这些假电极指条21靠近空隙侧的外边缘彼此相连形成的线呈“弧线状”，假电极指条21与汇流条2相连接，与汇流条2连接的相邻的假电极指条21长度不一致，这些假电极指条21靠近空隙侧的外边缘彼此相连形成的线同样呈“弧线状”，近似于正弦曲线的半波长曲线部分，本发明中所述的IDT定义为“一阶正弦加权”型IDT，所述加权型IDT使得有效声波传输通道转换成弯曲声波通道，即由正弦半波长曲线状声道边缘内部形成的有效声波通道A1，其有效声传输通道的中心轨迹切向，偏离声波传播方向k的角度沿轨迹缓慢变换，且声波传播方向也可能与其他谐振器单元不一致。本发明将该技术定义为金属电极几何的声道修饰技术：金属电极几何尺寸及不同程度的电极交叠，使正弦加权型IDT形成的有效声波传输通道转换成弯曲声波通道，即形成正弦曲线状的有效声波通道。通过峰指条到谷指条间的指条数量N决定加权正弦弧线的开口大小，所述峰指条到谷指条间的指条数量N根据谐振器单元的电极总数Nr决定，在一阶加权结构中指条数量N优选0.5*Nr；通过峰假指L和谷假指G的长度决定正弦型加权的幅度，也可以通过假指“峰谷比”L/G来表征，所述峰假指长度L选择在0.5λ以上2.5λ以下范围，谷假指长度G选择在0.5λ以上2.5λ以下范围；所述假指条“峰谷比”L/G选择在1.0～5.0范围内，进一步地，优选2.0～4.0范围。
本发明所涉及的声表面波谐振器在另一特定方式中，具备压电性基板和设置在所述压电性基板上的IDT电极，所述IDT电极的电极指条的周期确定的波长为λ，所述IDT电极具有：彼此相互平行对立的两条汇流条23a、汇流条23b，两条汇流条之间连接相互交替插入的多条电极指条22，与不同汇流条相连接的电极指条隔着间隙对置，交替插入的电极指相互重叠形成交叉区域A1(即绝对孔径区域)；在与所述汇流条23a连接的多条电极指22的前端设置空隙和假电极指条21，假电极指条21与汇流条23b相连接，在与所述汇流条23b连接的多条电极指22的前端同样设置空隙和假电极指条21；假电极指条21与汇流条23a相连接，与汇流条23a连接的相邻的假电极指条21长度不一致，这些假电极指条21靠近空隙侧的外边缘彼此相连形成的线呈现两次不同方向的“弧线状”，假电极指条21与汇流条23b相连接，与汇流条23b连接的相邻的假电极指条21长度不一致，这些假电极指条21靠近空隙侧的外边缘彼此相连形成的线同样呈现两次不同方向的“弧线状”，近似于正弦曲线的全波长曲线部分，本发明本方式中所述的IDT定义为“二阶正弦加权”型IDT。所述加权型IDT使得有效声波传输通道转换成弯曲声波通道，即由正弦全波长曲线状声道边缘内部形成的有效声波通道A1，其有效声传输通道的中心轨迹切向，偏离声波传播方向k的角度沿轨迹缓慢变换，且声波传播方向也可能与其他谐振器单元不一致。通过峰指条到谷指条间的指条数量N决定加权正弦弧线的开口大小，所述峰指条到谷指条间的指条数量N根据谐振器单元的电极总数Nr决定，在一阶加权结构中指条数量N优选0.5*Nr；通过峰假指L和谷假指G的长度决定正弦型加权的幅度，也可以通过假指“峰谷比”L/G来表征，所述峰假指长度L选择在0.5λ以上2.5λ以下范围，谷假指长度G选择在0.5λ以上2.5λ以下范围；所述假指条“峰谷比”L/G选择在1.0～5.0范围内，进一步地，优选2.0～4.0范围。
本发明所涉及的声表面波谐振器在又一特定方式中，具备压电性基板和设置在所述压电性基板上的IDT电极，所述IDT电极的电极指条的周期确定的波长为λ，所述IDT电极具有：彼此相互平行对立的两条汇流条23a、汇流条23b，两条汇流条之间连接相互交替插入的多条电极指条22，与不同汇流条相连接的电极指条隔着间隙对置，交替插入的电极指22相互重叠形成交叉区域A1(即绝对孔径区域)；在与所述汇流条23a连接的多条电极指22的前端设置空隙和假电极指条21，假电极指条21与汇流条23b相连接，在与所述汇流条23b连接的多条电极指22的前端同样设置空隙和假电极指条21；假电极指条21与汇流条23a相连接，与汇流条23a连接的相邻的假电极指条21长度不一致，这些假电极指条21靠近空隙侧的外边缘彼此相连形成的线呈现三次不同方向的“弧线状”，假电极指条21与汇流条23b相连接，与汇流条23b连接的相邻的假电极指条21长度不一致，这些假电极指条21靠近空隙侧的外边缘彼此相连形成的线同样呈现三次不同方向的“弧线状”，近似于正弦曲线的二分之三波长曲线部分，本发明本方式中所述的IDT定义为“三阶正弦加权”型IDT，。所述加权型IDT使得有效声波传输通道转换成弯曲声波通道，即由正弦二分之三波长曲线状声道边缘内部形成的有效声波通道A1，其有效声传输通道的中心轨迹切向，偏离声波传播方向k的角度沿轨迹缓慢变换，且声波传播方向也可能与其他谐振器单元不一致。通过峰指条到谷指条间的指条数量N决定加权正弦弧线的开口大小，所述峰指条到谷指条间的指条数量N根据谐振器单元的电极总数Nr决定，在一阶加权结构中指条数量N优选0.5*Nr；通过峰假指L和谷假指G的长度决定正弦型加权的幅度，也可以通过假指“峰谷比”L/G来表征，所述峰假指长度L选择在0.5λ以上2.5λ以下范围，谷假指长度G选择在0.5λ以上2.5λ以下范围；所述假指条“峰谷比”L/G选择在1.0～5.0范围内，进一步地，优选2.0～4.0范围。
进一步地，IDT电极正弦加权的阶数也可以选择更高阶数。
所述方式对SH型声表面波谐振器中的横波模式能够实现很好的抑制，使滤波器性能恶化得到抑制。
本发明以上所述的谐振器IDT电极中存在三个区域：有效电极指条区域A1和假指电极区域A2，所述A1区域为声波有效激发区域。A1、A2区域共同构成谐振器谐振腔，所述谐振器的谐振腔由多层波导构成。所述IDT电极两侧设置有反射器，反射器每条电极指条纵向长度一致，反射器汇流条内侧面与IDT电极汇流条内侧面保持在同一平面上。
本发明所涉及的声表面波谐振器的其他特定的方面，所述的谐振器的基本结构，包括：压电膜层、低声速层、高声速层，支撑基底，IDT电极，其中高声速层与支撑基底也可以是同一材料结构，即高声速支撑组件。
所述压电膜层选用YX-LiTaO3、YX-LiNbO3等压电单晶，所述LiTaO3材料切割角为30°～60°范围内，优选切割角50°左右；所述LiTaO3材料切割角为83°～145°或者100°～160°的范围内。
所述低声速层材料层叠于压电膜层与高声速支撑组件之间，低声速层中传播的声波的声速相比压电层所传播的声波声速为低，优选可以实现温度补偿特性的材料。所述高声速支撑组件由高声速材料构成，高声速支承基板中传播的声波速度相比压电膜层中所传播的声波速度为高。
本发明涉及滤波器的谐振器单元的另一特定方式：谐振器单元的IDT电极构型可以设置成图4所示的形式，有两个一阶加权的IDT电极按照图4中呈中心对称形式排列，IDT电极两侧设置反射器24；具体地，所述加权IDT电极的构成与图1所述的一致，其有效声传输通道的中心轨迹切向，偏离声波传播方向k的角度沿轨迹缓慢变换，单个正弦加权的假指前端形成的假指条“峰谷比”L/G可以选择为1.0～5.0，优选为2.0～4.0。进一步地，谐振器单元的IDT电极亦可以有两个二阶加权的IDT电极按照图4中呈中心对称形式排列。
进一步地，所述谐振器单元的IDT电极形式可以设置成图5所示形式，谐振器单元中由三个按照图5中的镜像变变换方式排列的一阶正弦加权的IDT、两侧的反射器24构成；具体地，所述加权IDT电极构成部分与图1所述相似，单个正弦加权的假指前端形成的假指条“峰谷比”L/G可以选择为1.0～5.0，优选为2.0～4.0。更进一步地，谐振器单元的IDT电极亦可以有三个二阶加权的IDT电极按照图5中呈中心对称形式排列。
上面所述特定方式对SH型声表面波谐振器中的横波模式同样能够实现很好的抑制。
本发明所述声表面波谐振器用于设计滤波器时，比如对于梯形滤波器，可以实现对串联谐振臂和并联谐振臂设置相同的加权类型组合，也可以串联谐振臂和并联谐振臂设置不同阶数加权IDT组合，又可以对滤波器拓扑结构某一路含有多个谐振器时设置不同加权IDT组合。
根据上述内容，本发明具有下述具体实施例：
本发明所涉及的声表面波谐振结构滤波器谐振器单元的第1实施方式，如图6所示是压电性基板的示意性剖视图，所述的谐振器的基本结构，包括：压电膜层14、低声速层13、高声速层12，支撑基底11，IDT电极15，其中高声速层12与支撑基底11也可以是同一材料结构，即高声速支撑组件12。所述压电膜层14选用YX-LiTaO3、YX-LiNbO3等压电单晶，所述LiTaO3材料切割角为30°～60°范围内，本发明优选切割角50°左右；所述LiTaO3材料切割角为83°～145°或者100°～160°的范围内。所述低声速层13材料层叠于压电膜层14与高声速支撑组件(11a)之间，其材料可选用二氧化硅、玻璃、氮氧化硅、或者以上述各材料为主成分的材料，材料优选取可以实现温度补偿，本发明实施中优选氧化硅。所述高声速支撑组件12选用高声速的基板材料，如氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅、硅、蓝宝石、钽酸锂、铌酸锂等，本实施方式选用中具有高电阻率、易于半导体工艺生产的高阻硅基板材料。所述IDT层的IDT电极15、反射器24可以由多层金属膜构成，如Ti和Cu交替层叠；另外，可以由单层的金属膜构成，如金属Cu、Al等。
第1实施方式中所述谐振器单元IDT电极构型可以为：具体地，如图1所示，表示本发明第1实施方式所涉及的一阶正弦加权型IDT电极以及反射器的示意性俯视图。设置在压电性基板上的IDT电极中包含彼此相互平行对立的两条汇流条23a、23b，两条汇流条23之间连接相互交替插入的多条电极指条22，与不同汇流条相连接的电极指条隔着间隙对置，交替插入的有效电极指条22、假指条21相互重叠形成交叉区域A1(即有效声波传输通道)；在与所述汇流条23a连接的多条电极指22的前端设置空隙和假电极指条21，假电极指条21与另一汇流条23b相连接，在与所述汇流条23b连接的多条电极指的前端同样设置空隙和假电极指条21，假电极指条21与汇流条23a相连接；与汇流条23a或23b连接的相邻的假电极指条21长度不一致，这些假电极指条21靠近空隙侧的外边缘彼此相连形成的线呈“弧线状”(示意图中虚线)，近似于正弦曲线的半波长曲线部分，形成“一阶正弦加权”型IDT电极结构。IDT电极两侧设置有反射器24a和24b。所述结构的IDT可以有效地抑制谐振器中谐振频率与反谐振频率之间寄生的横波模态的影响。
图2是表示本发明第1实施方式所涉及的二阶正弦加权型IDT电极以及反射器的示意性俯视图。其中所述IDT电极15结构与如图1所示的电极构型相类似，IDT电极15同样呈现“正弦加权型”的IDT电极，特别地，此实施方式中，连接两条汇流条23的假电极指条21前端外侧边缘依次相接形成波浪形的弧线条，近似于正弦曲线全波长曲线部分，即在声波传播方向上形成了正弦型的波导模式。由此，在具有二阶正弦加权型的IDT电极的情况下，也能够很有效抑制横波模式寄生。
同样地，图3是示出本发明第1实施方式所涉及的三阶正弦加权型IDT电极以及反射器的示意性俯视图。所述三阶正弦加权型IDT电极构型是第1实施方式中所述IDT电极构型的变形方式。其中所述IDT电极15结构与上面所述的的结构相类似，IDT电极15同样呈现“正弦加权型”的IDT电极，特别地，此IDT电极加权方式中，连接两条汇流条23的假电极指条21前端外侧边缘依次相接形成波浪形的弧线条，近似于正弦曲线二分之三波长曲线部分，在声波传播方向上同样形成了正弦型的波导模式。由此，在具有三阶正弦加权型的IDT电极的情况下，也能够很有效抑制横波模式寄生。
图6表示为第2实施方式谐振器单元S1(b)的内缘区域中层叠构造的局部放大剖视图，用于说明第2实施方式中的谐振器单元的特性，其压电性基板的构造：压电膜层14为LiTaO3晶体，选取h/λ的范围为6％～10％；低声速层13为二氧化硅，选取h/λ范围为30％～35％；高声速支撑组件11为单晶硅；IDT电极膜层15a为Ti/Cu多层金属，其厚度为0.07λ左右；所述谐振器单元含有加权型IDT电极，谐振器IDT构造如图8所示，将IDT电极设置成第2实施方式中的“二阶正弦加权”型，形成正弦曲线状的有效声传输声道A1；进一步地，在IDT电极汇流条23之间的有效声波传输声道的IDT电极22的纵向边缘区域设置加厚金属块16，在边缘处形成质量负载较大区域A3。
如图7所示为谐振器单元S2(a)结构的横截面示意图，所述加厚金属块16镶嵌在压电性多层复合基板的压电层14的上表面，镶嵌金属块材料为Cu，厚度为0.03λ，金属块16的沿IDT电极指延伸方向长为0.3λ～0.8λ范围，宽度与电极指条线宽保持一致。
对于与第2实施方式中具有相同压电性基板的谐振器单元，但时其IDT电极无进行任何加权处理，IDT电极构造如图9所示，此情况下的谐振器具有很严重的横波脉动问题，严重影响由谐振器构建的滤波器的通带内的性能。
进一步地，同样与第2实施方式中具有相同压电性基板的谐振器单元，IDT构造如图10所示，谐振器的IDT电极无加权处理，在有效电极纵向边缘上设置加厚金属块16，其横波模式可以得到一些改善，但不能完全有效地抑制掉谐振器单元中的横波模式，由这样的谐振器单元构成的滤波器的通带内仍然存在较大波动。
图11表示本发明所涉及的声表面波谐振结构滤波器谐振单元的第3实施方式，压电性基片结构及材料保持与所述实施例1的压电性基片完全相同。将如图11所示的谐振器单元3层叠压电性基片上表面，所述谐振器单元3具有呈现正弦曲线状25的有效声波传输声道(有效孔径)，由周期金属电极加权结构形成，且配用金属电极几何的声道修饰技术，电极材料可以选择Cu、Pt、Al或者合金，优选Cu；周期方向上正弦加权假电极的峰假指L和谷假指G对应的峰谷比L/G选择为1.0～5.0；并且，在弹性波传播方向上进行整个谐振器单元3偏斜一定角度
Figure BDA0002478005090000141
倾斜角度
Figure BDA0002478005090000142
选择0°以上15°以下范围，本实施方式中优选0.4°～5°范围，可以降低谐振器单元布局难度，减小尺寸。进一步地，所述IDT电极15构型也以配置第1实施方式中图1、图3所示的IDT加权形式；也可以设置成如图4、图5所示的多加权IDT形式。本实施方式的谐振器单元中的横波模式被有效地抑制掉。
其次，本发明所涉及的声表面波谐振结构滤波器(如TC-SAW滤波器)的第4实施方式，如图12表示第3实施方式谐振器单元的局部横截面示意图，谐振器单元S2(b)结构包含：压电基板14、SiO2温度补偿层13、IDT电极15、电极长度方向边缘加厚金属块16，所述加厚金属块16镶嵌配置在压电基板14中，在压电基板上采用干法/湿法刻蚀方法形成用于镶嵌金属块的凹槽，然后将金属材料沉积到凹槽中形成加厚金属块16，所述加厚金属块16在声表面波传播方向上与电极线宽保持一致，在垂直声波传播方向上长度选择0.3λ～0.8λ范围内，加厚金属块16的厚度控制在0.025λ；所述压电基板14选用128°LiNbO3，所述IDT电极15与镶嵌加厚金属块16采用金属Cu材料，镶嵌加厚金属块16中的金属也可以用介质体替代；其中谐振器单元的IDT电极15的构型设置为与第2实施方式中如图8所示的实施方式中相同的构型，由周期金属电极加权结构形成，且配用金属电极几何的声道修饰技术，形成具有呈现出正弦曲线状的有效声传输声道(有效孔径)A1，加厚金属块16镶嵌在边缘处形成质量负载较大区域A3。所述IDT电极15构型同样也以配置第1实施方式、第3实施方式，即图1、图3所示的IDT加权形式；进一步地，也可以设置成如图4、图5所示的多加权IDT形式。进一步地，所述层叠于压电性基板表面的正弦型加权IDT电极的峰假指L和谷假指G的长度比值，即“峰谷比”L/G选择在1.0～5.0范围内，优选地，选择2.0～4.0范围。
本发明所涉及的声表面波谐振结构滤波器的第5实施方式，如图13所示，将滤波器的具有弯曲声波通道的谐振器单元的IDT电极15层叠于压电晶片表面畴反转区域，至少有效声传输通道区域对应压电晶片表面畴反转区域。所述畴反转区域17是指：在晶片表面特定区域，采用专门工艺使该区域内的电畴极性P反转180°，由此会形成畴界面b1(畴壁)，在此界面两侧，电畴取向相反，导致界面积累同极性电荷，构成畴界面电荷区，畴界面电荷区的电导高，等效于铁电单晶中加入了一层金属层，对声表面波传播产生限制与反射；所述压电晶片或压电膜层14选用LiNbO3、LiTaO3铁电单晶片，所述铁电晶片表面，其上制作了至少一个畴反转区17；至少有一个弯曲声道谐振器单元配置在畴反转区域17上；滤波器拓扑中的非接地谐振器单元的畴反转区17与其他畴反转区是隔离的；畴反转区17的范围正好包含谐振器的周期金属电极部分，所述畴反转区17的厚度为金属电极周期的平均值的(0.5～10)倍。进一步地，所述层叠于压电性基板表面的正弦型加权IDT电极的峰假指L和谷假指G的长度比值，即“峰谷比”L/G选择在1.0～5.0范围内，优选地，选择2.0～4.0范围。
本发明所涉及的声表面波谐振结构滤波器的第6实施方式，如图14所示表示第6实施方式的谐振器单元的局部横截面示意图。谐振器单元构造与第4实施方式所述的一致，即具有IDT电极加权形成的弯曲的有效声波传输通道，IDT电极层叠于压电性基板表面；进一步地，所述层叠于压电性基板表面的正弦型加权IDT电极的峰假指L和谷假指G的长度比值，即“峰谷比”L/G选择在1.0～5.0范围内，优选地，选择2.0～4.0范围；将所述弯曲声道谐振器单元的有效声传输通道制作在压电晶片或压电性基板表面特殊处理区域，所述特殊处理区域为压电体14表面金属扩散掺杂层区域18，具体地，对LiNbO3晶体表面进行稀土金属、碱土金属、过渡金属等进行金属离子注入，在压电层14表面形成一层特定金属掺杂的薄层，掺杂层的厚度通过离子注入强度进行控制；相较纯的LiNbO3晶体压电系数、机电耦合系数增加，延时温度系数(TDF)降低，所述掺杂元素M典型的为Cr，Fe，Sr，Ti，Sm等元素或多元素组合物；本实施方式可以在对滤波器中的横波脉动进行抑制的同时，还可以进一步增大滤波器的工作带宽，降低频率随温度漂移造成的性能恶化。
本发明所涉及的声表面波谐振结构滤波器的第7实施方式中，结合已申请专利专【CN201110188728.8，CN201320621943.7】，将组成滤波器的弯曲声道谐振器单元IDT电极15层叠于压电性基板14上表面，进一步地，所述层叠于压电性基板表面的正弦型加权IDT电极的峰假指L和谷假指G的长度比值，即“峰谷比”L/G选择在1.0～5.0范围内，优选地，选择2.0～4.0范围；然后再在上方叠加一层条阵介质膜27结构，如图15所示表示谐振器单元上方层叠的条阵介质膜27结构示意图；所述条阵介质膜的条方向近似沿声表面波传播方向延伸，条方向也可以是平行、倾斜、发散会聚和其组合，条阵的条间距是有一定规律的准周期值；所述条阵介质膜27优先选用SiO2、SiNx材料，介质膜条阵的条方向沿声表面波传播方向延伸，条阵介质膜27的厚度选择1μm～5μm范围；所述准周期性条阵介质膜27可以抑制高阶横波模式寄生，结合本发明提出的弯曲声道谐振器单元，可以将滤波器中影响器件性能的横波的低阶和高阶模式抑制掉。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种声表面波谐振结构滤波器，其特征在于：包括压电晶片、压电晶片表面制作的多个谐振器单元和电连接金属电极结构，谐振器单元由周期金属电极和汇流导电金属电极构成，至少有一个谐振器单元为弯曲声道谐振器单元，该弯曲声道谐振器单元的有效声传输通道的中心轨迹相切，偏离声波传播方向的角度沿轨迹方向变换，且声波传播方向也可能与其他谐振器单元不一致。
2.根据权利要求1所述的一种声表面波谐振结构滤波器，其特征在于：所述的弯曲声道谐振器单元的有效声传输通道由周期金属电极加权结构形成，所述的弯曲声道谐振器单元通过周期金属电极加权结构形成的有效声传输通道配用金属电极几何的声道修饰技术。
3.根据权利要求1所述的一种声表面波谐振结构滤波器，其特征在于：还包括压电性基板、以及设置在压电性基板上的叉指换能器，叉指换能器的电极设置于压电性基板上，所述的压电性基板由压电膜层、低声速膜层、高声速层和支撑基板组成。
4.根据权利要求3所述的一种声表面波谐振结构滤波器，其特征在于：所述的高声速层与支撑基板合二为一形成高声速支撑组件，所述低声速膜层层叠于高声速支撑组件的上表面。
5.根据权利要求4所述的一种声表面波谐振结构滤波器，其特征在于：所述高声速支撑组件中传播的声波波速高于压电膜层中传播的声波波速，所述低声速膜层中传播的声波波速低于压电膜层中传播的声波波速。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的一种声表面波谐振结构滤波器，其特征在于：所述压电膜层为旋转Y切X传播的钽酸锂晶体材料，其切割角度为30°～60°范围内；
所述的压电膜层也可以为旋转Y切X传播的铌酸锂晶体材料，其切割角为83°～145°范围内。
7.根据权利要求1所述的一种声表面波谐振结构滤波器，其特征在于：所述的弯曲声道谐振器单元的有效声传输通道由压电晶片表面镶崁微金属体或镶崁微介质体构成，且可配合周期金属电极加权结构形和/或金属电极几何的声道修饰技术。
8.根据权利要求1-2中任一项所述的一种声表面波谐振结构滤波器，其特征在于：所述的弯曲声道谐振器单元的有效声波传输通道制作在压电晶片表面电畴反转区域。
9.根据权利要求1-2中任一项所述的一种声表面波谐振结构滤波器，其特征在于：所述的弯曲声道谐振器单元的有效声波传输通道制作在压电晶片表面金属扩散掺杂层区域。
10.根据权利要求1-2中任一项所述的一种声表面波谐振结构滤波器，其特征在于：所述的弯曲声道谐振器单元的弯曲声波通道的谐振器单元上方叠加制作一层准周期性条阵介质膜结构。
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