CN113839642A - 一种能够抑制横向模式的声表面波器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够抑制横向模式的声表面波器件，包括设置在压电基板上的叉指电极，所述叉指电极的边缘区域设有与所述叉指电极主体部分材料密度不同的替换部。还公开了一种能够抑制横向模式的声表面波器件制作方法。本发明通过采用密度不同的材料替换叉指电极特定区域(如边缘区域)的电极材料来实现降低该区域的声速，无需改变指条的形状，解决了现有技术中piston结构光刻难度较大、高频下难以应用的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于声表面波技术领域，具体涉及一种能够抑制横向模式的声表面波器件及其制作方法。
背景技术
传统以LiTaO3为基片的SAWF具有较大的温漂系数(约35ppm)，导致在不同温度下使用时，SAWF性能差异较大。为了降低温漂系数，采用附加SiO2温补层的方法来减小器件温漂系数(可减小至0-15ppm)，而SiO2温补层不可避免的引入了瑞利波，瑞利波与漏波的耦合会产生较强的横向谐振(有害杂波)。进而在谐振器谐振频率和反谐振频率之间产生寄生横向模，导致SAWF通带波动严重恶化。
为了抑制横向寄生的产生，通常采用谐振器加权破坏横向谐振条件或Piston波导模式产生低声速区来抑制横向模的传播。相关技术中有通过在指条边缘制备占空比更大的指条边缘修改区，以更高的金属化比来降低该区域声速，抑制横向模式；但这种方法在指条边缘形成的更小的间隙，增大光刻难度，高频下难以应用；此外还在该区域破坏了指条连续性，易于引入其他的寄生模式。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种能够抑制横向模式的声表面波器件及其制作方法，无需修改指条边缘的形状，降低了光刻难度，可应用于高频。
第一方面，一种能够抑制横向模式的声表面波器件，包括设置在压电基板上的叉指电极，所述叉指电极的边缘区域设有与所述叉指电极主体部分材料密度不同的替换部。
作为优化，所述替换部的长度为0.3～1个声表面波波长。
作为优化，所述替换部包括沿所述指条纵向分布的多个替换子部。
作为优化，相邻两个所述替换子部的密度不同。
作为优化，相邻两个所述替换子部，其中两者的密度均大于所述叉指电极主体部分；或
其中两者的密度均小于所述叉指电极主体部分；或
其中一者的密度大于所述叉指电极主体部分，另一者的密度小于所述叉指电极主体部分。
作为优化，所述相邻两个所述替换子部之间有间隔。
一种能够抑制横向模式的声表面波器件，包括设置在压电基板上的叉指电极，所述叉指电极的中心区域设有比所述叉指电极主体部分材料密度更小的中心替换部。
作为优化，所述叉指电极的边缘区域设有比所述叉指电极主体部分材料密度更大的替换部。
第二方面，一种能够抑制横向模式的声表面波器件制作方法，包括如下步骤：
在压电基板上制作叉指电极；
在所述叉指电极的边缘区域制作与所述叉指电极主体部分材料密度不同的替换部。
作为优化，所述在所述叉指电极的边缘区域制作与所述叉指电极主体部分材料密度不同的替换部，包括如下步骤：
在所述叉指电极上制作掩膜，所述掩膜露出用于制作替换部的区域；
去除所述用于制作替换部的区域的电极材料；
去除所述掩膜；
用与所述电极材料不同的材料填充所述制作替换部的区域，制得替换部。
作为优化，所述替换部的高度大于所述叉指电极主体部分。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
通过采用密度不同的材料替换叉指电极特定区域(如边缘区域)的电极材料来实现降低该区域的声速，无需改变指条的宽度，一定程度上能够抑制声表面波器件的横向模式，解决了现有技术中piston结构光刻难度较大、高频下难以应用的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种声表面波器件一种实施例的结构示意图；
图2为图1中A-A剖面示意图；
图3为本发明一种声表面波器件又一种实施例的结构示意图；
图4为本发明一种声表面波器件另一种实施例的结构示意图；
图5为图4中B-B剖面示意图；
图6为本发明一种声表面波器件另一种实施例的结构示意图；
图7为本发明一种声表面波器件中无替换部的叉指电极边缘区域仿真IDT导纳曲线；
图8为本发明一种声表面波器件中有Ag替换部的叉指电极边缘区域仿真IDT导纳曲线；
图9为本发明一种声表面波器件制造方法的流程示意图；
图10为本发明一种声表面波器件制造方法的部分步骤流程示意图。
其中，1、压电基板；2、叉指电极；3、替换部；31、第一替换子部；32、第二替换子部；4、中心替换部。
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。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。下面结合附图，对本申请示例性实施例进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互补充或相互组合。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
第一方面：
实施例1，如图1、图2所示，一种能够抑制横向模式的声表面波器件，包括设置在压电基板1上的叉指电极2，所述叉指电极2的边缘区域设有与所述叉指电极2主体部分材料密度不同的替换部3。
其中，所述叉指电极根据使用材料的不同分为主体部分和替换部。所述替换部可以设置在边缘区域。所述边缘区域是指所述叉指电极靠近声孔径边缘的区域(包括电极指条的末端以及相邻指条上与之沿声传播方向对应的区域)，其内侧是声波主要通过的区域(即中心区域)，其外侧是指条与汇流排之间的间隙区域。所述替换部包括所述叉指电极上指条的边缘区域的至少一部分，即所述替换部的位置可以占据所述指条的整个末端也可以是其中一部分。所述替换部的密度可以大于或小于叉指电极主体部分材料的密度，当大于时所述替换部对应的区域的声速降低，当小于时所述替换部对应的区域的声速提升。
本领域技术人员可以理解，所述替换部的材料选择，只要不对叉指电极本身的功能造成显著的负面影响即可，其材料选择可以是金属或合金，举例来说，若叉指电极主体部分采用Al，所述替换部可选择Ti；若叉指电极主体部分采用Cu，所述替换部可选择Ag、Au、Pt、Pb等；除了金属与金属的搭配外，金属与合金、合金与合金的搭配也是可以的，在此不一一举例。另外，发明人在实验过程中发现，所述替换部的材料选择与叉指电极主体部分的导电性能(如电阻率)接近者效果较优；所述替换部的材料选择与叉指电极主体部分的力学性能(如弹性模量或泊松比等)接近者效果较优。
现有技术中的piston结构，通过在指条边缘制备占空比更大的指条边缘修改区(即通过改变指条的轮廓形状，尤其是宽度)，以更高的金属化比来降低该区域声速，从而抑制横向模式。而本申请中的叉指电极，通过对指条部分区域采用密度不同的材料替换来降低该区域声速，无需改变指条的轮廓形状就能达到抑制横向模式的效果，解决了现有技术中piston结构光刻难度较大、高频下难以应用的技术问题。另外，由于相邻指条之间的间隙具有一定的限制(相邻指条之间不能接触，且间隙越小制备难度越大)，通过改变指条边缘的形状来改变声速也是有限的，而本申请中改变密度的方式，其限制比piston结构更小，理论上能实现的声速差也比piston结构更大。本领域技术人员可以理解，本申请的叉指电极虽然无需采用piston结构，但也并不排斥在材料替换的基础上进行指条边缘修改(即实现piston结构)。
现以叉指电极主体部分采用Cu，替换部采用Ag为例对本发明做进一步阐述：
参考图7和图8，所述图7为无替换部的叉指电极边缘区域仿真IDT导纳曲线，所述图8为有Ag替换部的叉指电极边缘区域仿真IDT导纳曲线。从图上可以看出，图8的曲线明显比图7更加光滑，横向寄生所表现在导纳曲线上的毛刺明显更小。
一种可选实施例，所述替换部3的长度可设置为0.3～1个声表面波波长。
其中，所述替换部的长度选择，跟所述替换部与所述叉指电极主体部分的密度差距有一定的关系。所述长度的方向是与声表面波传播方向垂直的方向。若替换部与所述叉指电极主体部分的密度差较小，那么就需要设置较大的替换部长度以达到一定的抑制横向模式的效果；若替换部与所述叉指电极主体部分的密度差较大，那么就算把替换部长度设置小一点也能达到一定的抑制横向模式的效果。也就是说，所述替换部的长度跟所述密度差可设置为负相关。特别地，在所述密度差不大时，所述替换部的长度可控制在0.5～1个波长左右；在所述密度差较大时，所述替换部的长度可控制在0.3～0.5个波长左右。
一种可选实施例，如图3所示，所述替换部3包括沿所述指条纵向分布的多个替换子部。特别地，可选择其中任意相邻两个所述替换子部的密度不同。
其中，除了以一种不同材料作为替换部之外，还可以采用多种不同的材料来制作所述替换部。所述多种不同的材料可沿指条的纵向(即与声表面波传播方向垂直的方向)分布以形成多个替换子部。相邻两个替换子部之间为了有效抑制横向寄生，可采用密度不同的材料。参考图3，所述替换子部可包括第一替换子部31和第二替换子部32。
作为进一步优选方案，相邻两个所述替换子部可采用密度差别较大的材料，比如一种材料密度大于叉指电极主体部分的材料，相邻的另一种材料密度小于叉指电极主体部分的材料。如图3所示，位于外侧的所述第一替换子部31的密度大于叉指电极主体部分，位于内侧的所述第二替换子部32的密度小于所述叉指电极主体部分。这样可以在边缘区域实现较为明显的声速差，进一步提高抑制横向寄生的效果。当两个相邻替换子部相接触时，其密度差显然比任一替换子部的材料与叉指电极主体部分材料的密度差更大，进而使得声速差相对于采用单种材料的替换部而言更大。此外，两者的密度也可以均大于所述叉指电极主体部分，也可以均小于所述叉指电极主体部分。
作为另一种优选方案，所述相邻两个所述替换子部之间可以是无间隔和有间隔两种，无间隔即两个替换子部直接接触，有间隔即两个替换子部之间被所述叉指电极主体部分的材料隔开。这样可通过制作多个具有声速差的区域来实现抑制横向寄生。
一种能够抑制横向模式的声表面波器件，如图4、图5所示，包括设置在压电基板1上的叉指电极2，所述叉指电极2的中心区域设有比所述叉指电极2主体部分材料密度更小的中心替换部4。
其中，与前述的声表面波器件不同的是，本方案中采用在叉指电极的中心区域设置中心替换部而不是在边缘区域，采用密度更小的材料可使叉指电极的中心区域和叉指电极主体部分之间形成更大的声速差。同样，本方案中也不需要改变指条的轮廓形状就能抑制横向模式。
一种可选实施例，如图6所示，所述叉指电极2的边缘区域设有比所述叉指电极2主体部分材料密度更大的替换部3。
其中，在前一实施例基础上，在边缘区域设置了密度更大的替换部，可进一步增大边缘区域和中心区域的声速差，这样也对抑制横向模式有积极影响。
第二方面，如图9所示，一种能够抑制横向模式的声表面波器件制造方法，包括如下步骤：
S1：在压电基板上制作叉指电极；
S2：在所述叉指电极的边缘区域制作与所述叉指电极主体部分材料密度不同的替换部。
一种可选实施例，如图10所示，所述步骤S2：在所述叉指电极的边缘区域制作与所述叉指电极主体部分材料密度不同的替换部，包括如下步骤：
S21：在所述叉指电极上制作掩膜，所述掩膜露出用于制作替换部的区域；
S22：去除所述用于制作替换部的区域的电极材料；
S23：去除所述掩膜；
S24：用与所述电极材料不同的材料填充所述制作替换部的区域，制得替换部。
进一步地，所述替换部的高度可大于所述叉指电极主体部分。在此基础上，超过所述叉指电极主体部分的替换部部分可覆盖在所述叉指电极主体部分上。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种能够抑制横向模式的声表面波器件，包括设置在压电基板上的叉指电极，其特征在于，所述叉指电极的边缘区域设有与所述叉指电极主体部分材料密度不同的替换部。
2.如权利要求1所述的一种能够抑制横向模式的声表面波器件，其特征在于：
所述替换部的长度为0.3～1个声表面波波长。
3.如权利要求1或2所述的一种能够抑制横向模式的声表面波器件，其特征在于：
所述替换部包括沿所述指条纵向分布的多个替换子部。
4.如权利要求3所述的一种能够抑制横向模式的声表面波器件，其特征在于：
相邻两个所述替换子部的密度不同。
5.如权利要求3或4所述的一种能够抑制横向模式的声表面波器件，其特征在于：
相邻两个所述替换子部，其中两者的密度均大于所述叉指电极主体部分；或
其中两者的密度均小于所述叉指电极主体部分；或
其中一者的密度大于所述叉指电极主体部分，另一者的密度小于所述叉指电极主体部分。
6.如权利要求3或4所述的一种能够抑制横向模式的声表面波器件，其特征在于：
所述相邻两个所述替换子部之间有间隔。
7.一种能够抑制横向模式的声表面波器件，包括设置在压电基板上的叉指电极，其特征在于，所述叉指电极的中心区域设有比所述叉指电极主体部分材料密度更小的中心替换部。
8.如权利要求7所述的一种能够抑制横向模式的声表面波器件，其特征在于：
所述叉指电极的边缘区域设有比所述叉指电极主体部分材料密度更大的替换部。
9.一种能够抑制横向模式的声表面波器件制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
在压电基板上制作叉指电极；
在所述叉指电极的边缘区域制作与所述叉指电极主体部分材料密度不同的替换部。
10.根据权利要求9所述一种能够抑制横向模式的声表面波器件制作方法，其特征在于，所述在所述叉指电极的边缘区域制作与所述叉指电极主体部分材料密度不同的替换部，包括如下步骤：
在所述叉指电极上制作掩膜，所述掩膜露出用于制作替换部的区域；
去除所述用于制作替换部的区域的电极材料；
去除所述掩膜；
用与所述电极材料不同的材料填充所述制作替换部的区域，制得替换部。
11.根据权利要求1-6任一项所述的一种能够抑制横向模式的声表面波器件，或权利要求9-10任一项所述的一种能够抑制横向模式的声表面波器件制作方法，其特征在于：
所述替换部的高度大于所述叉指电极主体部分。
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