CN113726305A - 表面声波装置 - Google Patents

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Abstract

一种表面声波装置，包含一压电层、一与该压电层相间隔的基底层、一位于该压电层与该基底层间并贴合该压电层的其中一面的中层单元，以及一设置在该压电层的另外一面的电极层。该基底层包括一个朝向该中层单元的第一面。该第一面包括数个突伸进该中层单元且呈锥状或台状的突面部。由于该表面声波装置的该第一面包括数个往该中层单元突伸且呈锥状或台状的所述突面部，因此能改善现有的表面声波装置的杂散现象。

Description

表面声波装置
技术领域
本发明涉及一种应用压电材料的装置，特别是涉及一种表面声波装置。
背景技术
参阅图1，一种早期的表面声波装置，包括一由具有压电效应的材料制成的压电层11，与一设置在该压电层11上且包括叉指电极(Interdigital Electrodes)的电极层12。所述具有压电效应的材料举例来说能为钽酸锂(LiTaO)或铌酸锂(LiNbO)，具有较佳的机电耦合系数，然而美中不足的是温度稳定性较差，也就是晶格容易受到温度影响而膨胀或缩小传导波速亦容易受温度影响，进而影响到声波传递的频率。
参阅图2，为了改进压电材料的温度稳定性差的问题，一种现有的表面声波装置产品问世。该现有的表面声波装置同样包括所述的压电层11与电极层12，但除了所述的压电层11的厚度较薄外，还进一步包括了一间隔地设置在该压电层11下方的基底层13，以及一设置于该基底层13与该压电层11间的中间层14。该压电层11的厚度通常为10～20μm，该电极层12的厚度通常为50～600nm，该基底层13的厚度通常为100～800μm，该中间层14的厚度通常为10～5000nm。
该基底层13的材质为蓝宝石(Sapphire,Al2O3)，能提供物理上的限制，阻止该压电层11膨胀。所述的中间层14的材质为二氧化硅，由于二氧化硅的温度系数与压电材料的温度系数相反，故该中间层14能通过逆向补偿的方式来改善该压电层11膨胀而影响声波传递的问题。
进一步参阅图3、4，图3是该早期的表面声波装置的谐振器仿真波形图，图4是该现有的表面声波装置的谐振器仿真波形图，从图3、4可以看出，虽然该现有的表面声波装置解决了压电层11的膨胀问题，但由于该现有的表面声波装置的压电层11与早期的表面声波装置的压电层11相比，厚度变薄许多，因此如图4所示地产生了杂散(spurious)现象，而有待进一步改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能解决背景技术的至少一个问题的表面声波装置。
本发明表面声波装置，包含一压电层、一与该压电层相间隔的基底层、一位于该压电层与该基底层间并贴合该压电层的其中一面的中层单元，以及一设置在该压电层的另外一面的电极层，该基底层包括一个朝向该中层单元的第一面，该第一面包括数个突伸进该中层单元且呈锥状或台状的突面部。
本发明所述的表面声波装置，定义彼此垂直的一个直行方向与一个横列方向，突面部沿该直行方向与该横列方向排列。
本发明所述的表面声波装置，每一突面部相邻有等角度间隔排列的六个所述凸面部。
本发明所述的表面声波装置，该中层单元仅包括一层主要以二氧化硅构成的第一层。
本发明所述的表面声波装置，该中层单元包括两层分别贴合该压电层与该基底层的第一贴合层，以及一层贴合于两层所述第一贴合层间的第一层。
本发明所述的表面声波装置，该第一层的音波传导速率小于每一个所述第一贴合层的音波传导速率。
本发明所述的表面声波装置，所述第一贴合层主要以氮化铝构成，该第一层主要以二氧化硅构成。
本发明所述的表面声波装置，该基底层还包括一个相反于该第一面的第二面，该表面声波装置还包含一个贴合该第二面的复层单元，该复层单元包括一个与该基底层相间隔的第二层，以及贴合该第二层的两相反面的第二贴合层。
本发明所述的表面声波装置，该第二层的音波传导速率小于每一个所述第二贴合层的音波传导速率。
本发明所述的表面声波装置，所述第二贴合层主要以氮化铝构成，该第二层主要以二氧化硅构成。
本发明所述的表面声波装置，每一凸面部呈圆锥状或圆台状。
本发明的有益效果在于：由于该第一面包括数个往该中层单元突伸且呈锥状或台状的所述突面部，因此能改善杂散现象。
附图说明
图1是一个不完整的侧视图，说明一个早期的表面声波装置的部分结构；
图2是一个不完整的侧视图，说明一个现有的表面声波装置的部分结构；
图3是一个谐振器仿真波形图，说明该早期的表面声波装置的导纳与频率的关系；
图4是一个谐振器仿真波形图，说明该现有的表面声波装置的导纳与频率的关系；
图5是一个不完整且局部剖切的剖视图，说明本发明表面声波装置的一个第一实施例的一部分；
图6是一个不完整的俯视图，说明该第一实施例的一基底层的一部分的数个突面部的排列方式；
图7是一个不完整且局部剖切的剖视图，说明本发明表面声波装置的一个第二实施例的一部分；
图8是一个不完整的俯视图，说明该第二实施例的该基底层的一部分的多个突面部的排列方式；
图9是一个不完整且局部剖切的剖视图，示意说明本发明表面声波装置的一个第三实施例；
图10是一个不完整且局部剖切的剖视图，示意说明本发明表面声波装置的一个第四实施例；及
图11是一个谐振器仿真波形图，说明第四实施例(实施例4)的导纳与频率的关系，并与该早期的表面声波装置(早期产品)及该现有的表面声波装置(现有产品)一起比较。
具体实施方式
下面结合附图及各实施例对本发明进行详细说明，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的组件以相同的编号来表示。
参阅图5、6，本发明表面声波装置的一个第一实施例，适用于搭配一波长(λ)为4.2μm的声波运作，包含一个包括一顶面21与一底面22的压电层2、一间隔地设置在该压电层2下方的基底层3，一位于该压电层2与该基底层3间并贴合该压电层2的该底面22的中层单元4，以及一设置在该压电层2的顶面21的电极层5。
该压电层2以压电材料制成，并具有压电效应。所述的压电材料于本第一实施例中为钽酸锂，但在本发明的其他实施态样中，所述的压电材料也能为铌酸锂。在本实施例中，该压电层2的一个层体厚度23设计成0.4λ，也就是1.68μm，但在本发明的其他实施态样中，该压电层2的该层体厚度23也能为0.1～30μm。
该基底层3包括一个朝向该中层单元4的第一面31，以及一个相反于该第一面31的第二面32。
该第一面31位于该第二面32上方，并包括数个往上突伸进该中层单元4且呈圆锥状并相互间隔的突面部311。
每一突面部311的一个突出高度312为1.8μm，并与该压电层2的该底面22上下间隔。也就是说，每一突面部311的一个顶锥点313不接触该压电层2而与该压电层2上下间隔。在本发明的其他实施态样中，每一突面部311也能呈角锥状，例如四角锥或五角锥等，且每一突面部311的突出高度312也能为0.5～3μm。
定义彼此垂直的一个直行方向C1与一个横列方向R1，这些突面部311沿该直行方向C1与该横列方向R1排列。更具体来说，每一突面部311的前后左右各设置有一个突面部311，且位于左右两侧的这些突面部311的顶锥点连线，与位于前后两侧的这些突面部311的顶锥点连线，彼此垂直。
该基底层3以单晶三氧化二铝(即蓝宝石)制成，且该基底层3的一个基底厚度33为200μm，但在本发明的其他实施态样中，该基底层3也能以类金刚石碳(Diamond LikeCarbon)之材料制成，例如也能以具有类金刚石碳特性的碳化硅(SiC)制成，且该基底层3的该基底厚度33也能为100μm～1mm。
该中层单元4包括单层的一层第一层41。该第一层41以二氧化硅制成，且该第一层41的一个夹层厚度411设计成0.45λ，也就是1.89μm，由于该夹层厚度411大于每一突面部311的该突出高度312，因此能确保每一突面部311不碰触该压电层2。在本发明的其他实施态样中，该夹层厚度411也能为1～20μm。
该电极层5的一个电极厚度51为300nm，并包括数个呈指状且设置在该压电层2顶面21的电极条52。由于这些电极条52可依需求改变形状及数量，且设置方式为公知常识，故在此不详加说明。在本发明的其他实施态样中，该电极厚度51也能为10～5000nm。
参阅图7、8，本发明表面声波装置的一个第二实施例与该第一实施例类似，不同的地方在于该中层单元4为层状结构及这些突面部311的排列方式不同，且本第二实施例的表面声波装置还包含一个设置在该基底层3底部的复层单元6。
该中层单元4于本第二实施例中是包括两层分别贴合该压电层2的该底面22与该基底层3的该第一面31的第一贴合层42，以及一层贴合于两层所述第一贴合层42间的该第一层41。
每一第一贴合层42是以绝缘的AlN制成，且每一第一贴合层42的一个第一贴合厚度421为600nm。由于每一第一贴合层42是以AlN材质制成，因此每一第一贴合层42的音波传导速率大于该第一层41的音波传导速率。
该第一层41的该夹层厚度411于本第一实施例中为500nm，因此该中层单元4的一个第一层组厚度43合计为1700nm(即1.7μm)。在本发明的其他实施态样中，该第一层组厚度43也能为1.5～10μm。
该基底层3的每一突面部311相邻有等角度间隔地排列的六个所述突面部311。具体来说，等角度间隔排列的六个所述突面部311的顶锥点313连线，能构成一个正六边形。
该复层单元6的一个第二层组厚度61为400μm，并包括一个与该基底层3相间隔的第二层62，以及贴合于该第二层62的两相反面的第二贴合层63。
该第二层62的材质为二氧化硅，且该第二层62的一个中间厚度621为200μm。两个所述第二贴合层63中的其中一者贴合于该基底层3的该第二面32与该第二层62间，两个所述第二贴合层63中的另外一者则位于该第二层62下方。每一第二贴合层63的一个第二贴合厚度631为100μm，且以AlN材质制成，因此每一第二贴合层63的音波传导速度大于每一第二层62的音波传导速度。
参阅图9，本发明表面声波装置的一个第三实施例与该第一实施例类似，不同的地方在于：每一突面部311是呈截头圆锥状，也就是说每一突面部311是呈圆台状，且每一突面部311的该突出高度312为1.5μm，并以顶端抵接该压电层2的底面22。
参阅图10、11，本发明的一个第四实施例与该第二实施例类似，不同的地方在于本第四实施例的该中层单元4仅包含单一的一层由二氧化硅制成的第一层41，并省略了该复层单元6。该压电层2的该层体厚度23为1.68μm(0.4λ)，该第一层41的该夹层厚度411为1.89μm(0.45λ)，突面部311的突出高度312为1.8μm。
图11为第四实施例(实施例4)的谐振器仿真波形图，并与该早期的表面声波装置(早期产品)及该现有的表面声波装置(现有产品)一起比较。其中，图11中的纵轴为导纳(admittance)，其定义为阻抗(impedance)的倒数，且单位为西门子(S)。图11中的导纳与图3、4中的dB的关系为：dB＝20lg(S)。
从图11可以看见，虽然该现有的表面声波装置具有较高的Q值，但却存在杂散现象，而本发明第四实施例在具备高Q值的同时，还克服了杂散现象，有更佳的技术效果。其中，Q值为滤波器品质因素，定义为Q＝f0÷Δf，意义为Q值越高，波峰越尖锐。f0为滤波器的中心频率，Δf为波峰与峰值差3dB以内的部分所对应的带宽。
综上所述，本发明表面声波装置，由于该第一面31包括数个往该中层单元4突伸且呈锥状或台状的所述突面部311，因此能改善杂散现象，能确实达成本发明的目的。
以上所述者，仅为本发明的具体实施方式而已，不能以此限定本发明的权利要求范围，且依本发明权利要求书及说明书的记载内容所作的等效变化态样，也应被本发明权利要求范围所涵盖。

Claims (11)

1.一种表面声波装置，包含一压电层、一与该压电层相间隔的基底层、一位于该压电层与该基底层间并贴合该压电层的其中一面的中层单元，以及一设置在该压电层的另外一面的电极层，其特征在于：该基底层包括一个朝向该中层单元的第一面，该第一面包括数个突伸进该中层单元且呈锥状或台状的突面部。
2.如权利要求1所述的表面声波装置，其特征在于：定义彼此垂直的一个直行方向与一个横列方向，突面部沿该直行方向与该横列方向排列。
3.如权利要求1所述的表面声波装置，其特征在于：每一突面部相邻有等角度间隔排列的六个所述突面部。
4.如权利要求1所述的表面声波装置，其特征在于：该中层单元仅包括一层主要以二氧化硅构成的第一层。
5.如权利要求1所述的表面声波装置，其特征在于：该中层单元包括两层分别贴合该压电层与该基底层的第一贴合层，以及一层贴合于两层所述第一贴合层间的第一层。
6.如权利要求5所述的表面声波装置，其特征在于：该第一层的音波传导速率小于每一个所述第一贴合层的音波传导速率。
7.如权利要求5所述的表面声波装置，其特征在于：所述第一贴合层主要以氮化铝构成，该第一层主要以二氧化硅构成。
8.如权利要求1所述的表面声波装置，其特征在于：该基底层还包括一个相反于该第一面的第二面，该表面声波装置还包含一个贴合该第二面的复层单元，该复层单元包括一个与该基底层相间隔的第二层，以及贴合该第二层的两相反面的第二贴合层。
9.如权利要求8所述的表面声波装置，其特征在于：该第二层的音波传导速率小于每一个所述第二贴合层的音波传导速率。
10.如权利要求8所述的表面声波装置，其特征在于：所述第二贴合层主要以氮化铝构成，该第二层主要以二氧化硅构成。
11.如权利要求1至10中任一权利要求所述的表面声波装置，其中，每一突面部呈圆锥状或圆台状。
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