CN1164031C - 声表面波谐振器、声表面波装置和通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种表面声波谐振器，由压电材料制成的压电基片和设置在所述压电基片上的叉指式换能器，所述叉指式换能器由比重高于所述压电基片的压电材料的金属或合金中的至少一种制成，以激励切向水平(SH)波。叉指式换能器包含多个电极指。电极指宽度与电极指宽度加上相邻的电极指之间的间隔的比值是大约0.55到大约0.85。

Description

声表面波谐振器、声表面波装置和通信装置

技术领域

本发明涉及一种声表面波谐振器、声表面波器件，诸如滤波器或包含谐振器的组合装置，以及包含谐振器的通信装置。本发明尤其涉及一种声表面波谐振器，它使用SH(切向水平)波，诸如声表面波滤波器或组合装置之类的声表面波器件和通信装置。

背景技术

声表面波器件已经被广泛地用于移动无线电通信设备中的带通滤波器。商业上制造各种类型的声表面波器件用于各种应用中。在这些声表面波器件中，在例如EP0860943A2中，揭示了一种SH型声表面波器件，包含石英基片和叉指式换能器(IDT)，它们由Ta，W或Au等材料制成。

下面将参照相继的顺序，描述声表面波器件的制造的方法。

首先，如图9A所示，制备由石英制成的晶片100。通过沉淀、溅射或其它处理，在晶片100的上表面上形成由Ta制成的金属薄膜，如图9B所示。然后，通过蚀刻，去掉金属薄膜101的不必要的部分，以形成多个图案，包含多个IDT101a和多个反射器101b，如图9C所示。如图9D所示，通过切割晶片100的没有形成IDT101a和反射器101b的部分，切下确定了一个声表面波元件102的IDT101a和反射器101b的组合。将分开的声表面波元件设置并保留在封壳103中，以通过结合线105，将封壳103的电极104电气连接到IDT101a上，如图9E所示。

如上所述，在由石英制成的压电基片上，通过蒸发或溅射具有大的质量负载的金属(诸如Ta，W和Au)形成金属薄膜，然后通过诸如光刻之类的方法产生金属薄膜的图案，形成用于确定声表面波器件的IDT的电极指。声表面波器件的谐振频率主要由确定IDT的电极指之间的间隔、薄膜厚度以及电极指的宽度确定。

当通过上述过程制造声表面波器件时，由于工艺参数的控制缺乏精确度，电极指的宽度或薄膜厚度对每一个单个晶片都不同。这些变化引起声表面波器件中产生的频率的变化。

本申请中揭示了要求保护的发明的发明人发现，当IDT由具有诸如Ta，W和Au之类的大密度金属形成时，IDT遇到频率中有大的变化的这样严重的问题，这是由于电极指的宽度和薄膜厚度的变化引起的。尤其是，当IDT是由Al(这在一般的声表面波器件中是普遍的)制成时，频差如此之小，从而可以在形成IDT之后调节频差。另一方面，当IDT是由诸如Ta，W和Au之类的具有大的密度的金属制成时，频差太大，从而频差无法在形成IDT之后进行调节。这是因为响应IDT的材料的密度，频率对IDT的容量的依赖变大。即使当IDT的厚度或宽度中的变化与由Al制成的IDT产生的变化一样时，频差也非常大。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种声表面波谐振器和声表面波装置，不管电极指和薄膜厚度的宽度如何变化它都相对于设计的值具有非常小的频差。

根据本发明的一个较佳实施例，一种声表面波谐振器包含压电基片和设置在压电基片上，并由比重高于压电基片的压电材料的金属或合金制成的IDT，以激励SH波，其中与IDT的一个电极指相关的一个比值，更确切地说，电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值从大约0.55到大约0.85。

通过这种独特的结构和安排，SH型声传导速度对于IDT的电极指宽度的灵敏度是迟钝的。

压电基片最好是具有大致上0度、121度到136度、和87度到93度的欧拉(Euler)角度。

通过这种独特的结构和安排，得到具有大的机电系数和极好的温度特性的声表面波谐振器。

声表面波谐振器还可以包括设置在IDT的两侧上，以便将IDT夹在它们之间的反射器。在这种安排下，电极指宽度对相关的总和电极指宽度与相邻的电极指之间的间隙的总和的比值最好从大约0.55到大约0.85。

通过这些特点，SH型声表面波的声传导速度对于IDT的电极指的宽度是迟钝的。

声表面波谐振器可以用于声表面波器件或通信装置。

作为上述独特的结构和安排的结果，得到一种声表面波器件或通信装置，其中，通带中的介入损耗大大改进，并且频率中的变化大大减小。

附图说明

为了说明本发明，附图中示出目前较好的几种形式，但是，应该知道，本发明不限于附图中所示的详细的安排和方法。

图1是根据本发明的第一较佳实施例的声表面波谐振器的平面图。

图2是根据本发明的第二较佳实施例的纵向耦合型声表面波滤波器的平面图。

图3是根据本发明的第三较佳实施例的横向耦合型声表面波滤波器的平面图。

图4是根据本发明的第四较佳实施例的梯形声表面波滤波器的平面图。

图5是根据本发明的第五和第六较佳实施例的组合装置和通信装置的方框图。

图6是中心频率相对于与电极指宽度对电极指宽度与电极指之间的间隔宽度总和比值而变化的曲线图。

图7是示出随电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值而变化的频率的曲线图。

图8是示出随电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值而变化的介入损耗的曲线图。

图9是声表面波器件的制造方法的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图，详细描述本发明的较佳实施例。

图1是根据本发明的第一较佳实施例的声表面波谐振器的平面图。

如图1所示，声表面波谐振器1最好包含压电基片2，该压电基片最好是由晶体制成的，在压电基片2上至少应该设置一个IDT3，和至少两个设置在IDT3的两侧上的反射器4。

IDT3最好由含Ta作为主要成份的电极材料制成，并且最好具有一组叉指电极，它们被如此设置，从而每一个电极的梳形齿部分相对。

建立确定了IDT3的梳形齿部分的电极指，使电极指的宽度大于IDT3的相邻的电极指之间的间隔。即，与电极指宽度的总和相关的电极指宽度“L1”与电极指宽度和相邻的电极指之间的间隔的宽度的总和“L2”的比值最好是大约0.55到大约0.85。电极指的宽度最好还大于反射器4的电极指之间的间隔。即，与电极指宽度相关的电极指宽度“L4”与电极指之间的间隔“L3”的比值最好是大约0.55到大约0.85。

下面，将描述根据本发明的第二较佳实施例。图2是根据本发明的第二较佳实施例的纵向耦合型声表面波滤波器的平面图。

如图2所示，纵向耦合型声表面波滤波器11最好包含由晶体制成的压电基片12、至少两个设置在压电基片12上的IDT13a和13b，以及位于IDT13a和13b的两侧上的反射器14。

IDT13a和13b最好由含有Ta作为主要成份的电极材料制成，并且最好具有一组叉指电极，它们设置得使每一个电极的梳形齿部分相对。IDT13a和13b设置得大致上相互平行，并且沿声表面波的传播方向分开预定的间隔。用第一较佳实施例一样，在第二较佳实施例中，电极指的宽度大于IDT13a和13b的相邻的电极指之间的间隔。即，电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值大约是0.55到0.85。电极指的宽度还大于反射器14a和14b的电极指之间的间隔。即，对于反射器14a和14b，电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值的范围在大约0.55到大约0.85之间。

然后，将描述根据本发明的第三较佳实施例。图3是根据本发明的第三较佳实施例的横向耦合型声表面波滤波器的平面图。

如图3所示，横向耦合型声表面波滤波器21最好包含由晶体制成的压电基片22，至少两个设置在压电基片22上的IDT23a和23b，以及设置在IDT23a和23b的两侧上的反射器24a和24b。

IDT23a和23b最好由含有Ta作为主要成份的电极材料制成，并且最好包含一组叉指电极，设置得使每一个电极的梳形齿部分都相对。IDT23a和23b最好设置得大致上垂直于声表面波的传播方向。和第一和第二较佳实施例一样，在第三较佳实施例中，电极指的宽度大于相邻的IDT23a和23b的电极指之间的间隔。即，电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值的范围在大约0.55到大约0.85的范围内。电极指的宽度还大于反射器24a和24b的电极指之间的间隔。即，对于反射器24a和24b，电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值在大约0.55到大约0.85之间。

然后，描述根据本发明的第四较佳实施例。图4是根据本发明的第四较佳实施例的梯形声表面波滤波器。

如图4所示，梯形声表面波滤波器31最好包含由晶体制成的压电基片32，至少两个设置在压电基片32上的IDT33a和33b，以及位于IDT33c和33b两侧的反射器34c和34b。

IDT33a和33b最好由含有Ta作为主要成份的电极材料制成，并且最好包含一组叉指电极，它们设置得使每一个电极的梳形齿部分相对。将IDT33a串行设置，将IDT33b并行设置(ina parallel line)，以确定梯形配置。和第一和第二较佳实施例类似，在本较佳实施例中，电极指的宽度大于IDT33a和33b的相邻的电极指之间的间隔。即，电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值范围在大约0.55到大约0.85之间。电极指的宽度也大于反射器34a和34b的相邻的电极指之间的间隔。即，对于反射器34a和34b，电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值范围在大约0.55到大约0.85之间。

下面，描述根据本发明的第五较佳实施例和第六较佳实施例。图5是根据本发明的第五较佳实施例的组合装置和根据本发明的第六较佳实施例的通信装置的方框图。

如图5所示，通信装置41最好包含组合装置44，该装置中具有接收声表面波滤波器42和发送声表面波滤波器43，天线45、接收电路46、和发送电路47，其中组合装置44的天线端子、输出端子和输入端子分别连接到天线45、接收电路46和发送电路47。作为这种组合装置44的接收声表面波滤波器42和发送声表面波滤波器43，可以使用根据第二到第四较佳实施例的声表面波滤波器11到21的任何一个或它们的组合。

下面，参照本发明的一个较佳实施例，描述根据本发明的较佳实施例，电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值范围在大约0.55到大约0.85之间。

图6是曲线图，示出当电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值在从大约0.50到大约0.90之间变化时，中心频率的变化，其中归一化的薄膜厚度的值(厚度“d”/波长“λ”)如下，曲线A：2.00％，曲线B：2.04％，曲线C：2.08％，曲线D：2.12％，曲线E：2.16％，曲线F：2.20％，曲线G：2.47％。在本发明的这个较佳实施例中，使用纵向耦合型声表面波滤波器，它使用SH型声表面波，并包含Euler角为大约0度，127度，和90度的石英基片，和两个IDT和设置在石英基片上，并由Ta电极材料制成的反射器。只有在曲线E：2.16％的情况下，使用产生SH型表面声波的纵向耦合型表面声波滤波器，并且它包含Euler角为0度，126度、和90度的石英基片，以及两个设置在石英基片上，并由Ta电极材料制成的IDT和反射器。

如图6所示，中心频率确定了朝下的圆弧，其定点在电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值是大约0.75的值处。由此知道，当电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值是大约0.75时，当电极指宽度朝后或朝前移动时，频率的变化最小。从图6中还知道，当归一化的薄膜厚度或石英基片的Euler角改变时，这些特征具有类似的取向。

图7是曲线图，示出当电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值每移动0.05时，中心频率的改变率。即，假设在电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值改变之前的值是“d1”，电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值改变之后的值是“d2”，改变之前的中心频率是“f0(d1)”；而改变后的中心频率是“f0(d2)”，值“(d1+d2)/2”标在横坐标上，而“[f0(d2)-f0(d1)]/[(d1+d2)/2]/(d2-d1)”标在纵坐标时，构成图7中的曲线表示。注意，相同的符号用于如图6使用的归一化薄膜厚度的值。

从图7中知道，当电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值是大约0.75时，中心频率的变化最小。由于当中心频率这所变化在大于±0.15％范围内时，可以容易地容许电极指宽度由于制造的变化引起的改变(在大约±1％内时)，由图7清楚地知道，电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值不小于大约0.55的值是可以接受的。另外，更好地，电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值最好在大约0.60到大约0.85的范围内，该值产生的中心频率的变化在大约±0.15范围内。

图8是曲线图，示出电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值的滤波器的介入损耗。注意，使用和图6相同的符号表示归一化的薄膜厚度值。另外，在输入/输出阻抗匹配后，进行测量。

如图8所示，知道当电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值是大约0.75时，在归一化的厚度是大约2.0％到大约2.16％时，介入损耗的值最小。不论归一化薄膜厚度如何，介入损耗的值在电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值超过大约0.85的值附近迅速升高。另外，如图8所示，通过增加归一化薄膜厚度，电极指宽度对电极指宽度与相邻的电极指之间的间隔的总和的比值为大约0.7处的最小的介入损耗(在符号“+”的处)表示最小的值的点稍有移动。从上述的描述和图8的曲线图清楚看到，为了大大改进介入损耗，大约0.55到大约0.85的范围是较好的，尤其是，大约0.65到大约0.8的范围是最好的。由此，由于这种趋向是独立于归一化的薄膜厚度的，故介入损耗很少受到沿电极薄膜厚度的方向的质量负载的影响。

相应地，清楚的是，当IDT不仅由Ta，还由高密度(具有比压电材料更高的比重)，并且较低的声传导速度的金属(诸如W，Mo，Ni，Cu，Co，Cr，Zn，Fe，Mn，Au，Ag，Pt，Os，Ir，Hf，)以及这些金属的合金制成，以激励SH型声表面波；当使用石英时，当Euler角在(0度、121度到136度，和87度到93度)时，也可以得到类似的效果。

已经通过一阶声表面波滤波器的关系，描述了上述较佳实施例。但是，本发明不限于此，多阶的纵向连接，或多阶的并联的滤波器当然也可以是有效的，并且可以使用。

虽然已经揭示了本发明的较佳实施例，在下面的权利要求的范围内可以有各种模式实施这里所揭示的原理。因此，应该知道，本发明的范围只由所附的权利要求来限定。

Claims (20)

1.一种声表面波谐振器，其特征在于包含：

由压电材料制成的压电基片；和

至少一个包含电极指并设置在所述压电基片上的叉指式换能器，所述至少一个叉指式换能器由比重高于形成所述压电基片的压电材料的金属或合金中的至少一种制成，以激励切向水平波；

其中，确定了所述叉指式换能器的至少一个电极指的宽度与该至少一个电极指的宽度和该电极指相邻的电极指之间的间隔和的比值从0.55到0.85。

2.如权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于所述压电基片是具有欧拉角范围在0度、121度到136度、87度到93度内的石英基片。

3.如权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于还包含设置在所述至少一个叉指式换能器的两侧上，以便将所述至少一个叉指式换能器夹在其中的反射器。

4.如权利要求3所述的声表面波谐振器，其特征在于反射器包含多个电极指，并且，所述反射器的一个电极指宽度对反射器的该电极指的宽度与所述反射器相邻的电极指之间的间隔总和的比值从0.55到0.85。

5.如权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于压电基片由晶体制成。

6.如权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于至少一个叉指式换能器由包含Ta作为主要成份的电极材料制成。

7.如权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于还包含至少两个叉指式换能器，它们设置得相互平行，并且沿声表面波的传播方向分开预定间隔。

8.如权利要求7所述的声表面波谐振器，其特征在于至少两个叉指式换能器由含有Ta作为主要成份的电极材料制成。

9.如权利要求7所述的表面声波谐振器，其特征在于将至少两个叉指式换能器中的一个串行设置，将所述至少两个叉指式换能器中的另一个并行设置，以确定梯形配置。

10.如权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于声表面波谐振器构成了一个纵向耦合型声表面波滤波器。

11.如权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于声表面波谐振器构成了横向耦合型声表面波滤波器。

12.如权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于所述声表面波谐振器构成了梯形滤波器。

13.一种声表面波滤波器，其特征在于包含：

由压电材料制成的压电基片；和

至少一个包含电极指并设置在所述压电基片上的叉指式换能器，所述至少一个叉指式换能器由比重高于形成所述压电基片的压电材料的金属或合金中的至少一种制成，以激励切向水平波；

其中，确定了所述叉指式换能器的至少一个电极指的宽度与所述至少一个电极指的宽度和该电极指相邻的电极指之间的间隔和的比值从0.55到0.85。

14.一种通信装置，其特征在于包含：

声表面波器件，包含：

由压电材料制成的压电基片；和

至少一个包含电极指并设置在所述压电基片上的叉指式换能器，所述至少一个叉指式换能器由比重高于形成所述压电基片的压电材料的金属或合金中的至少一种制成，以激励切向水平波；

其中，确定了所述叉指式换能器的至少一个电极指的宽度与所述至少一个电极指的宽度和该电极指相邻的电极指之间的间隔和的比值从0.55到0.85。

15.如权利要求14所述的通信装置，其特征在于所述压电基片是具有欧拉角范围在0度、121度到136度、87度到93度内的石英基片。

16.如权利要求14所述的通信装置，其特征在于还包含：

设置在所述至少一个叉指式换能器两侧上，以便将所述至少一个叉指式换能器夹在其中的反射器。

17.如权利要求16所述的通信装置，其特征在于反射器包含多个电极指，并且所述反射器的一个电极指的宽度对于反射器的该电极指的宽度与反射器的相邻的电极指之间的间隔和的比值是从0.55到0.85。

18.如权利要求14所述的通信装置，其特征在于压电基片由晶体制成。

19.如权利要求14所述的通信装置，其特征在于至少一个叉指式换能器由含有Ta作为主要成份的电极材料制成。

20.如权利要求14所述的通信装置，其特征在于还包含至少两个叉指式换能器，所述叉指式换能器设置得相互平行，并且沿声表面波的传播方向分开预定的间隔。

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