CN112702040B - 单晶薄膜声表面波滤波器及降低基带提高带外抑制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶薄膜声表面波滤波器及降低基带提高带外抑制的方法，单晶薄膜声表面波滤波器包括压电基片，在压电基片上设有输入换能器结构和输出换能器结构；输入换能器结构和输出换能器结构均由反射器和叉指换能器构成，所述叉指换能器和反射器的指条宽度小于对应的指条之间的间隙宽度；叉指换能器和反射器指条之间的间隙宽度是对应指条宽度的3‑10倍。本发明通过改变现有单晶薄膜基片上声表面波滤波器的指条宽度和指条之间的间隙宽度，使得指条之间间隙宽度与指条宽度之比在3‑10之间，这样减少指条之间回波反射带来的噪声，降低滤波器基带，达到提高带外抑制的性能。
Description
技术领域
本发明涉及声表面波器件，尤其是一种单晶薄膜基片上提高带外抑制的声表面波滤波器，属于单晶薄膜声表面波器件技术领域。
背景技术
单晶薄膜声表面波技术，是目前研究热门的声表面波技术，比如日本村田制作所的I.H.P.SAW（Incredible High-performance SAW,难以置信的高性能声表面波）滤波器，与传统单晶片声表面波滤波器相比，具有高品质（quality，简称Q）值、低的频率温度系数（Temperature Coefficient of Frequency,简称TCF）和高散热性等优势，高Q值意味着滤波器信号上下边沿更加陡直，低TCF意味着有更小的频率温度漂移，高散热性意味着能够承受更大的功率。在研究单晶薄膜声表面波滤波器时，人们发现除了上述所列优势之外，还出现了新的问题，那就是在滤波器峰值高频段有较大信号的体波杂波信号出现，影响了单晶薄膜声表面波滤波器的应用。因此，降低滤波器基带噪声、提高带外抑制，满足工程应用便成为本领域技术人员研究的方向。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种单晶薄膜声表面波滤波器及降低基带提高带外抑制的方法，本滤波器具有更低的基带，更高的带外抑制。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
单晶薄膜声表面波滤波器，包括压电基片，在压电基片上设有输入换能器结构和输出换能器结构；输入换能器结构和输出换能器结构均由反射器和叉指换能器构成，所述叉指换能器和反射器的指条宽度小于对应的指条之间的间隙宽度；叉指换能器和反射器指条之间的间隙宽度是对应指条宽度的3-10倍。
所述输入换能器结构和输出换能器结构镜像排列且均为三换能器结构，三换能器结构从左到右依次为左反射器、左换能器、中间换能器、右换能器和右反射器；且左反射器和右反射器对称设置在中间换能器两边，左换能器和右换能器对称设置在中间换能器两边；输入换能器结构的左右换能器的信号汇流条并联在一起作为信号输入端，输出换能器结构的左右换能器的信号汇流条并联在一起作为信号输出端，输入换能器结构的中间换能器的信号汇流条和输出换能器结构的中间换能器的信号汇流条通过信号线连接；输入换能器结构和输出换能器结构中左换能器的接地汇流条和右换能器的接地汇流条分别与对应的中间换能器接地汇流条连接。
所述压电基片为三层结构，底层为衬底层；中间层为声速减缓层；顶层为压电薄膜层。
顶层为42°钽酸锂单晶层，中间层为二氧化硅单晶层或者氮化硅单晶层，底层为单晶硅层。
顶层厚度小于1000nm，中间层厚度大于等于顶层厚度。
顶层厚度在200nm-1000nm之间。
单晶薄膜声表面波滤波器降低基带、提高带外抑制的方法，单晶薄膜声表面波滤波器包括压电基片，在压电基片上设有输入换能器结构和输出换能器结构；输入换能器结构和输出换能器结构均由反射器和叉指换能器构成，通过改变反射器和叉指换能器的指条宽度和指条之间的间隙宽度，使指条之间间隙宽度与指条宽度之比在3-10之间，由此减少指条之间回波反射带来的噪声，从而降低滤波器基带，提高带外抑制性能。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明通过改变现有单晶薄膜基片上声表面波滤波器的指条宽度和指条之间的间隙宽度，使得指条之间间隙宽度与指条宽度之比在3-10之间，这样减少指条之间回波反射带来的噪声，降低滤波器基带，达到提高带外抑制的性能。
附图说明
图1-本发明滤波器拓扑结构示意图；
图2-本发明滤波器汇流条结构图；
图3-本发明滤波器指条结构示意图；
图4-本发明滤波器横截面结构示意图；
图5-一般单晶薄膜基片滤波器测试图；
图6-本发明单晶薄膜基片滤波器测试图。
具体实施方式
本发明的发明构思是在单晶薄膜基片上，采用指条宽度和指条之间间隙宽度不等宽的结构，且指条宽度小于指条之间间隙宽度，减少指条间声波反射所带来的噪声，从而降低滤波器的基带，达到提高带外抑制的性能，满足使用需要。
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
单晶薄膜声表面波滤波器，包括压电基片110，在压电基片110上设有输入换能器结构120和输出换能器结构130；输入换能器结构120和输出换能器结构130均由反射器和叉指换能器构成，所述叉指换能器和反射器的指条120宽度小于对应的指条之间的间隙宽度；叉指换能器和反射器指条之间的间隙宽度b是对应指条宽度a的3-10倍。
同时参见图1-图3，所述输入换能器结构120和输出换能器结构130镜像排列且均为三换能器结构，三换能器结构从左到右依次为左反射器401、左换能器411、中间换能器412、右换能器413和右反射器402；且左反射器401和右反射器402对称设置在中间换能器412两边，左换能器411和右换能器413对称设置在中间换能器412两边；输入换能器结构的左右换能器的信号汇流条201并联在一起作为信号输入端121，输出换能器结构的左右换能器的信号汇流条201并联在一起作为信号输出端131，输入换能器结构的中间换能器412的信号汇流条201和输出换能器结构的中间换能器412的信号汇流条201通过信号线150连接；输入换能器结构和输出换能器结构中左换能器411的接地汇流条202和右换能器413的接地汇流条202分别与对应的中间换能器的接地汇流条202连接。其中标号141为反射器汇流条。
参见图4，图4为本发明滤波器的截面图，所述压电基片110为三层结构，底层103为衬底层；中间层102为声速减缓层；顶层101为压电薄膜层。实际设计中，压电基片的顶层101为42°LT单晶薄膜层，中间层102为SiO2单晶薄膜层，底层103为单晶硅层。指条120宽度为a，指条120之间间隙宽度为b，b是a的3-10倍。121为叉指换能器指条；122为反射器指条。
通常顶层和底层只是单一材料的一层，中间层根据实际需要可以只采用一层，也可以采用多层。如果中间层只采用一层，那么压电基片就是标准的三层结构；如果中间层为两层或者三层，那么压电基片就变形为四层或者五层结构。
顶层厚度小于1000nm，中间层厚度大于等于顶层厚度。
优选地，顶层厚度在200nm-500nm之间。
叉指换能器和反射器的指条金属层的材料是铝、铝合金、铜、铜合金、金。
本发明通过改变现有单晶薄膜基片上声表面波滤波器的指条宽度和指条之间的间隙宽度，使得指条之间间隙宽度与指条宽度之比在3-10之间，这样减少指条之间回波反射带来的噪声，降低滤波器基带，达到提高带外抑制的性能。
图5为单晶薄膜基片上普通三换能器滤波器的实际测试图，从图中可见频率为1360MHz，SPAN为1GHz时，信号高频端信号峰值与噪声基带之比大约为53dB，高端凸起杂波抑制仅为37dB。采用本发明结构的单晶薄膜滤波器后，其测试图见图6，其工作频率为779MHz，SPAN为500MHz时，其基带噪声约68dB；当SPAN为1GHz时，其基带噪声大于60dB，高频端杂波凸起抑制大于54dB，考虑倍频因素，基带噪声改善10dB，高端凸起杂波抑制改善近10dB。由此可见，本发明单晶薄膜声表面波滤波器能够降低基带噪声，提高单晶薄膜滤波器的带外抑制性能。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (2)
1.单晶薄膜声表面波滤波器，包括压电基片，在压电基片上设有输入换能器结构和输出换能器结构；输入换能器结构和输出换能器结构均由反射器和叉指换能器构成，其特征在于：所述叉指换能器和反射器的指条宽度小于对应的指条之间的间隙宽度；叉指换能器和反射器指条之间的间隙宽度是对应指条宽度的3-10倍；
所述压电基片为三层结构，底层为衬底层；中间层为声速减缓层；顶层为压电薄膜层，顶层为42°钽酸锂单晶层，中间层为二氧化硅单晶层或者氮化硅单晶层，底层为单晶硅层；
顶层厚度小于1000nm，具体地，顶层厚度在200nm-1000nm之间；中间层厚度大于等于顶层厚度。
2.根据权利要求1所述的单晶薄膜声表面波滤波器，其特征在于：所述输入换能器结构和输出换能器结构镜像排列且均为三换能器结构，三换能器结构从左到右依次为左反射器、左换能器、中间换能器、右换能器和右反射器；且左反射器和右反射器对称设置在中间换能器两边，左换能器和右换能器对称设置在中间换能器两边；输入换能器结构的左右换能器的信号汇流条并联在一起作为信号输入端，输出换能器结构的左右换能器的信号汇流条并联在一起作为信号输出端，输入换能器结构的中间换能器的信号汇流条和输出换能器结构的中间换能器的信号汇流条通过信号线连接；输入换能器结构和输出换能器结构中左换能器的接地汇流条和右换能器的接地汇流条分别与对应的中间换能器接地汇流条连接。
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