CN116803001A - 声波设备 - Google Patents

Abstract

一种声波设备，包括支撑基板、在支撑基板上的压电层、以及叉指换能器电极。比率d/p小于或等于约0.5，其中d是压电层的厚度，并且p是多个电极指中相邻的电极的中心之间的距离。叉指换能器电极包括：交叉区域，当在多个电极指彼此面对的方向上观察时，在交叉区域中相邻的电极指重叠；两个间隙区域，该两个间隙区域中的每一个位于交叉区域和两条母线中的对应母线之间，并且包括被定义为在多个电极指延伸的方向上的尺寸的I‑B间隙；以及两个间隙区域中的至少一个间隙区域的I‑B间隙小于或等于约1.1p。

Description

声波设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年1月29日递交的美国临时申请No.63/143,123的优先权。该申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及均包括铌酸锂或钽酸锂的压电层的声波设备。

背景技术

声波设备包括具有两条母线和从每条母线延伸的电极指的叉指换能器(IDT)电极。如果一条母线和另一条母线的电极指之间的距离太大，则声波设备的谐振特性会降低。

发明内容

在本发明的优选实施例中，一种声波设备均包括IDT电极，该IDT电极包括两条母线和从每条母线延伸的电极指，其中，至少一条母线包括在该母线和另一条母线的电极指的端部之间的小于或等于1.1p的IDT-母线(I-B)间隙，其中，p为相邻电极指的中心之间的距离，这抑制了谐振特性劣化。

根据本发明的优选实施例，一种声波设备包括：支撑基板；压电层，在支撑基板上，并且包括钽酸锂或铌酸锂；以及叉指换能器电极，在压电层上，并且包括两条母线和多个电极指。比率d/p小于或等于约0.5，其中d是压电层的厚度，并且p是多个电极指中相邻的电极的中心之间的距离。叉指换能器电极包括：交叉区域，当在多个电极指彼此面对的方向上观察时，在交叉区域中相邻的电极指重叠；两个间隙区域，该两个间隙区域中的每一个位于交叉区域和两条母线中的对应母线之间，并且包括被定义为在多个电极指延伸的方向上的尺寸的I-B间隙；以及所述两个间隙区域中的至少一个间隙区域的I-B间隙小于或等于约1.1p。

两个间隙区域二者的I-B间隙都可以小于或等于约1.1p。两个间隙区域中的至少一个的I-B间隙可以大于或等于约0.5μm，并且小于或等于约1.1p。两个间隙区域中的至少一个的I-B间隙可以小于或等于约0.9p。支撑基板可以包括与压电层相邻的电绝缘层。电绝缘层可以包括在朝向压电层的方向上开口的空腔，并且在平面图中，交叉区域的至少一部分可以与电绝缘层的空腔重叠。

支撑基板可以包括在朝向压电层的方向上开口的空腔，并且在平面图中，交叉区域的至少一部分可以与支撑基板的空腔重叠。比率d/p可以小于或等于约0.24。可以满足方程式MR≤1.75(d/p)+0.075，其中，MR为多个电极指的面积与叉指换能器电极的交叉区域的总面积的金属化比率。

根据本发明的优选实施例，一种声波设备包括：支撑基板，包括空腔；压电层，在支撑基板上；以及叉指换能器电极，在压电层上且在平面图中与支撑基板的空腔至少部分地重叠。叉指换能器电极包括：第一母线；第一电极指，从第一母线延伸；第二母线；第二电极指，从第二母线延伸，使得第一电极指和第二电极指交错；交叉区域，当在第一电极指和第二电极指彼此面对的方向上观察时，在交叉区域中相邻的第一电极指和第二电极指重叠；第一间隙区域，位于交叉区域和第一母线之间，并且包括被定义为在第一电极指和第二电极指延伸的方向上的尺寸的第一I-B间隙；以及第二间隙区域，位于交叉区域和第二母线之间，并且包括被定义为在第一电极指和第二电极指延伸的方向上的尺寸的第二I-B间隙。比率d/p小于或等于约0.5，其中，d是压电层的厚度，并且p是多个电极指中相邻的电极指的中心之间的距离，并且第一I-B间隙和第二I-B间隙中的至少一个小于或等于约1.1p。

第一I-B间隙和第二I-B间隙可以小于或等于约1.1p。第一I-B间隙和第二I-B间隙中的至少一个可以大于或等于约0.5μm，并且小于或等于约1.1p。第一I-B间隙和第二I-B间隙中的至少一个可以小于或等于约0.9p。

支撑基板可以包括与压电层相邻的电绝缘层。空腔可以包括在电绝缘层中，并且可以在朝向压电层的方向上开口，并且在平面图中，交叉区域的至少一部分可以与空腔重叠。空腔可以仅包括在电绝缘层中。在平面图中，交叉区域的至少一部分可以与支撑基板的空腔重叠。

比率d/p可以小于或等于约0.24。可以满足方程式MR≤1.75(d/p)+0.075，其中，MR为多个电极指的面积与叉指换能器电极的交叉区域的总面积的金属化比率。压电层可以包括钽酸锂或铌酸锂。

通过以下参考附图对优选实施例的详细描述，本发明的上述和其他元件、特征、步骤、特性和优点将变得更加明显。

附图说明

图1A是示出了根据本发明的第一优选实施例的声波设备的示意性透视图。

图1B是示出了压电层上的电极结构的平面图。

图2是沿图1A中的线A-A截取的截面图。

图3A是示出了在声波设备的压电膜中传播的兰姆(Lamb)波的示意性立面截面图。

图3B是示出了在声波设备的压电膜中传播的体波的截面图。

图4示意性地示出了当在声波设备的电极之间施加电压时的体波。

图5是示出了根据本发明的第一优先实施例的声波设备的谐振特性的曲线图。

图6是示出了作为谐振器的声波设备的比率d/2p和分数带宽之间的关系的曲线图。

图7是根据本发明的第二优选实施例的声波设备的平面图。

图8是示出了根据本发明的优选实施例的声波设备的谐振特性的示例的参考曲线图。

图9是示出了针对大量声波谐振器的分数带宽和归一化杂散幅度之间的关系的图。

图10是示出了比率d/2p、金属化比率MR和分数带宽之间的关系的图。

图11是示出了当使d/p无限接近零时的LiNbO₃的欧拉角(0°，θ，ψ)的分数带宽图的图。

图12是包括声学多层膜的声波设备的截面图。

图13是具有叉指换能器电极的声波设备的平面图。

图14是示出了阻抗比与IDT电极的母线和电极指的前端之间的归一化间隙之间的关系的曲线图。

图15是示出了波动比与IDT的母线和电极指的前端之间的归一化间隙之间的关系的曲线图。

图16示出了用于计算波动比的阻抗Z1、Z2和Z3的可能图。

图17是示出了声波设备的最高温度与IDT的母线和电极指的前端之间的归一化间隙之间的关系的曲线图。

具体实施方式

本发明的优选实施例包括由铌酸锂或钽酸锂制成的压电层2、以及在与压电层2的厚度方向交叉的方向上相对的第一电极3和第二电极4。

使用第一厚度剪切模式的体波。另外，例如，第一电极3和第二电极4可以是相邻电极，并且当压电层2的厚度为d，并且第一电极3的中心和第二电极4的中心之间的距离为p时，比率d/p可以小于或等于约0.5。利用该配置，可以减小声波设备的大小，并且可以增大Q值或质量因子。

声波设备1包括由LiNbO₃制成的压电层2。压电层2也可以由LiTaO₃制成。LiNbO₃或LiTaO₃的切割角度可以是Z切割，并且可以是旋转Y切割或旋转X切割。例如，可以使用约±30°的Y传播或X传播的传播方向。压电层2的厚度不受限制，并且例如可以大于或等于约50nm且可以小于或等于约1000nm，以有效地激发第一厚度剪切模式。压电层2具有相对的第一主表面2a和第二主表面2b。电极3、4设置在第一主表面2a上。电极3是“第一电极”的示例，并且可以被称为“多个第一电极指”，并且电极4是“第二电极”的示例，并且可以被称为“多个第二电极指”。在图1A和图1B中，多个电极3连接到第一母线5，并且多个电极4连接到第二母线6。电极3、4可以彼此交错。电极3、4均可以具有矩形形状，并且可以具有长度方向。在与该长度方向垂直的方向上，电极3中的每一个与电极4中的相邻电极4彼此相对。IDT(叉指换能器)电极可以由电极3、4、第一母线5和第二母线6来定义。电极3、4的长度方向、以及与电极3、4的长度方向垂直的方向都是与压电层2的厚度方向交叉的方向。因此，电极3中的每一个和电极4中的相邻电极4可以被认为在与压电层2的厚度方向交叉的方向上彼此相对。备选地，如图1A和图1B所示，电极3、4的长度方向可以与垂直于电极3、4的长度方向的方向互换。换言之，在图1A和图1B中，电极3、4可以在第一母线5和第二母线6延伸的方向上延伸。在这种情况下，第一母线5和第二母线6在电极3、4在图1A和图1B中延伸的方向上延伸。成对的相邻电极3(连接到一个电位)和电极4(连接到另一点位)设置在垂直于电极3、4的长度方向的方向上。电极3、4彼此相邻的状态并不表示电极3、4彼此直接接触，而是表示电极3、4隔着间隙设置。当电极3、4彼此相邻时，在电极3、4之间不设置连接到热电极或接地电极(包括其他电极3、4)的电极。

电极3、4的对数不一定是整数对，并且可以是1.5对、2.5对等。例如，1.5对电极表示有3个电极3、4，其中两个在一对电极中，并且其中一个不在一对电极中。例如，电极3、4的中心之间的距离(即，电极3、4的间距)可以落入大于或等于约1μm且小于或等于约10μm的范围内。电极3、4的中心之间的距离可以是电极3、4在垂直于电极3、4的长度方向的方向上的宽度尺寸的中心之间的距离。另外，当存在多于一个电极3、4时(例如，当电极3、4的数量为两个，使得电极3、4限定电极对时，或者当电极3、4的数量为三个或更多个，使得电极3、4限定1.5个或更多个电极对时)，电极3、4的中心之间的距离表示该1.5个或更多个电极对中的任何相邻电极3、4之间的距离的平均。例如，电极3、4中的每一个的宽度(即，电极3、4中的每一个在垂直于长度方向的相对方向上的尺寸)可以落入大于或等于约150nm且小于或等于约1000nm的范围内。电极3、4的中心之间的距离可以是电极3在垂直于电极3的长度方向的方向上的尺寸(宽度尺寸)的中心与电极4在垂直于电极4的长度方向的方向上的尺寸(宽度尺寸)的中心之间的距离。

因为可以使用Z切割压电层，所以垂直于电极3、4的长度方向的方向是垂直于压电层2的极化方向的方向。当具有另一切割角度的压电体用作压电层2时，这不适用。术语“垂直”不仅限于严格垂直的情况，并且可以是基本上垂直的(垂直于电极3、4的长度方向的方向与偏振方向之间形成的角度可以是例如约90°±10°)。

支撑基板8可以经由电绝缘层或电绝缘或介电膜7被层压到压电层2的第二主表面2b。如图2所示，电绝缘层7可以具有框架形状且可以包括开口7a，并且支撑基板8可以具有框架形状且可以包括开口8a。通过该配置，可以形成空腔9。空腔9可以被设置为不阻碍压电层2的激发区域C的振动。因此，可以经由在不与设置有至少一个电极对的部分重叠的位置处的电绝缘层7将支撑基板8层压到第二主表面2b。不需要设置电绝缘层7。因此，支撑基板8可以直接或间接层压在压电层2的第二主表面2b上。

电绝缘层7可以由氧化硅制成。除氧化硅之外，还可以使用适当的电绝缘材料(例如，氮氧化硅和氧化铝)。支撑基板8可以由Si或其他合适的材料制成。Si的平面方向可以是(100)或(110)或(111)。例如，可以使用具有高于或等于约4kΩ的电阻率的高电阻Si。支撑基板8也可以由适当的电绝缘材料或适当的半导体材料制成。支撑基板8的材料的示例包括：压电体(例如，氧化铝、钽酸锂、铌酸锂和石英晶体)；各种陶瓷(例如，氧化铝、氧化镁、蓝宝石、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石、莫来石、滑石、镁橄榄石)；电介质(例如，金刚石和玻璃)；以及半导体(例如，氮化镓)。

第一电极3和第二电极4、以及第一母线5和第二母线6可以由适当的金属或合金(例如，Al和AlCu合金)制成。第一电极3和第二电极4、以及第一母线5和第二母线6可以包括诸如可以层压在Ti膜上的Al膜的结构。也可以使用除Ti膜之外的粘合层。

为了驱动声波设备1，在第一电极3和第二电极4之间施加交流电压。更具体地，在第一母线5和第二母线6之间施加交流电压，以在压电层2中激发第一厚度剪切模式的体波。在声波设备1中，例如，当压电层2的厚度为d，并且电极对中相邻的第一电极3和第二电极4的中心之间的距离为p时，比率d/p可以小于或等于约0.5。因此，可以有效地激发第一厚度剪切模式的体波，这导致获得良好的谐振特性。比率d/p可以小于或等于约0.24，并且在这种情况下，甚至可以获得更加改进的谐振特性。当存在多于一个电极时，相邻电极3、4的中心之间的距离p为任意相邻电极3、4的中心之间的距离的平均距离。

利用上述配置，即使当为了减小大小而减少电极对的数量时，声波设备1的Q值或质量因子也不太可能降低。如果减少电极对的数量，则Q值不太可能降低，因为声波设备1是在两侧上不需要反射器的谐振器，并且因此传播损耗小。因为使用第一厚度剪切模式的体波，所以不需要反射器。

参考图3A和图3B来描述已知声波设备中使用的兰姆波和本发明的优选实施例中使用的第一厚度剪切模式的体波之间的差异。

图3A是用于说明在日本未审查专利申请公开No.2012-257019中描述的声波设备的压电膜中传播的兰姆波的示意性立面截面图。

该波如图3A中的箭头所示在压电膜201中传播。在压电膜201中，第一主表面201a和第二主表面201b彼此相对，并且连接第一主表面201a和第二主表面201b的厚度方向是Z方向。X方向是其中布置有叉指换能器电极的电极指的方向。如图3A所示，兰姆波在X方向上传播。由于兰姆波是板波，因此压电膜201作为整体振动。然而，波在X方向上传播。因此，通过在两侧布置反射器来获得谐振特性。因此，当大小减小时(即，当电极对的数量减少时)，会发生波传播损耗，并且Q值或质量因子降低。

相反，如图3B所示，在声波设备1中，在厚度剪切方向上引起振动位移，因此波基本上在连接压电层2的第一主表面2a和第二主表面2b的方向(即，Z方向)上传播并且谐振。换言之，波的X方向分量显著小于Z方向分量。由于谐振特性是从波在Z方向上的传播获得的，因此不需要反射器。因此，不存在当波传播到反射器时而引起的传播损耗。因此，即使当减少电极对的数量以减小大小时，Q值或质量因子也不太可能降低。

如图4所示，在压电层2的激发区域C中包括的第一区域451和激发区域C中包括的第二区域452中，第一厚度剪切模式的体波的振幅方向相反，其中激发区域C在图1B中示出。图4示意性地示出了当向电极4施加比向电极3施加的电压高的电压时的体波。第一区域451是激发区域C中在第一主表面2a和虚拟平面VP1之间的区域，该虚拟平面VP1垂直于压电层2的厚度方向，并且将压电层2一分为二。第二区域452是激发区域C中在虚拟平面VP1和第二主表面2b之间的区域。

如上所述，声波设备1包括至少一个电极对。然而，波不在X方向上传播，因此电极对4的数量不一定需要是两个或更多。换言之，可以仅提供一个电极对。

例如，第一电极3是连接到热电位的电极，并且第二电极4是连接到接地电位的电极。当然，第一电极3可以连接到接地电位，并且第二电极4可以连接到热电位。如上所述，每个第一电极3或第二电极4连接到热电位、或连接到接地电位，并且不设置浮动电极。

图5是示出了声波设备1的谐振特性的曲线图。具有谐振特性的声波设备1的设计参数如下。例如，压电层2由欧拉角为(0°，0°，90°)的LiNbO₃制成，并且具有约400nm的厚度。但是，如上所述，压电层2可以是LiTaO₃，并且可以使用其他合适的欧拉角和厚度。

例如，当在垂直于第一电极3和第二电极4的长度方向的方向上观察时，第一电极3和第二电极4重叠的区域(即，激发区域C)的长度可以为约40μm，电极3、4的电极对数量可以为21，第一电极3和第二电极4的中心之间的距离可以为约3μm，第一电极3和第二电极4中的每一个的宽度可以为约500nm，并且比率d/p可以为约0.133。

例如，电绝缘层7可以由具有约1μm的厚度的氧化硅膜制成。

支撑基板8可以由Si制成。

激发区域C的长度可以沿第一电极3和第二电极4的长度方向。

在所有电极对之间，电极对中的任何相邻电极之间的距离可以在制造和测量公差内相等或基本相等。换言之，第一电极3和第二电极4可以以恒定的间距设置。

从图5中可以明显看出，尽管没有设置反射器，但可以获得分数带宽为约为12.5％的良好谐振特性。

例如，当压电层2的厚度为d，并且电极对的中心之间的距离为p时，比率d/p可以小于或等于约0.5，或者可以小于或等于约0.24。下面将参考图6来进一步讨论比率d/p。

与具有图5中所示的谐振特性的声波设备的情况一样，声波设备可以设置有不同的比率d/p。图6是示出了当声波设备1被用作谐振器时，比率d/p和分数带宽之间的关系的曲线图。

从图6中所示的非限制性示例中可以明显看出，当比率d/p>0.5时，即使调整比率d/p，分数带宽仍低于约5％。相反，例如，在比率d/p≤0.5的情况下，比率d/p在该范围内改变，并且分数带宽可以被设置为约5％或更高，即，可以提供具有更高耦合系数的谐振器。例如，在比率d/p低于或等于约0.24的情况下，分数带宽可以增加到约7％或更高。另外，当在该范围内调整比率d/p时，可以获得具有更宽分数带宽的谐振器，因此可以实现具有更高耦合系数的谐振器。因此，已经发现并确认，例如，当将比率d/p设置为约0.5或更小时，可以提供具有高耦合系数的使用第一厚度剪切模式的体波的谐振器。

如上所述，至少一个电极对可以是一对，并且在一个电极对的情况下，p被定义为相邻第一电极3和第二电极4的中心之间的距离。在1.5个或更多个电极对的情况下，可以将任何相邻电极3、4的中心之间的距离的平均距离定义为p。

对于压电层2的厚度d，当压电层2具有厚度变化时，可以使用厚度的平均值。

图7是根据本发明的第二优选实施例的声波设备31的平面图。在声波设备31中，包括第一电极3和第二电极4的一个电极对设置在压电层2的第一主表面2a上。在图7中，K是重叠宽度。如上所述，在声波设备31中，电极对的数量可以是一个。同样在这种情况下，例如，当比率d/p小于或等于约0.5时，可以有效地激发第一厚度剪切模式的体波。

在声波设备31中，激发区域(即，当从相对方向观察时，任何相邻电极3、4重叠的区域)内任何相邻的第一电极3和第二电极4的面积与激发区域C的总面积的金属化比率MR可以满足MR≤1.75(d/p)+0.075，有效地减少杂散的发生。将参考图8和图9来描述这种减少。图8是示出了声波设备31的谐振特性的示例的参考曲线图。由箭头B指示的杂散发生出现在谐振频率和反谐振频率之间。例如，比率d/p可以被设置为约0.08，并且LiNbO₃的欧拉角可以被设置为(0°，0°，90°)。金属化比率MR例如可以被设置为约0.35。

将参考图1B来描述金属化比率MR。在图1B的电极结构中，当聚焦于一个电极对时，假设仅设置有一个电极对。在这种情况下，由交替长短虚线C围绕的部分是激发区域。当在垂直与第一电极3和第二电极4的长度方向的方向(即，相对方向)上观察第一电极3和第二电极4时，激发区域C包括第一电极3的与第二电极4重叠的第一区域、第二电极4的与第一电极3重叠的第二区域、以及在第一电极3和第二电极4之间的区域中第一电极3和第二电极4重叠的区域。那么，激发区域C中的第一电极3和第二电极4的面积与激发区域C的面积之比是金属化比率MR。换言之，金属化比率MR是金属化部分的面积与激发区域C的面积之比。

当设置多个电极对时，总激发区域中包括的金属化部分与激发区域的总面积之比是金属化比率MR。也就是说，金属化比率MR可以是重叠区域(即，第一电极3和第二电极4彼此重叠的区域)内的第一电极3和第二电极4的面积与重叠区域的总面积之比。

图9是示出了针对大量声波谐振器的分数带宽和归一化杂散幅度之间的关系的图，其中将杂散阻抗的相位旋转量被归一化180°作为杂散幅度。阻抗的相位旋转量是杂散幅度的指示符，其与阻抗比相关。阻抗比与阻抗的最小值和最大值之间的差值相关，而阻抗的相位旋转量与阻抗的峰值相关。对于分数带宽，对压电层2的膜厚度以及第一电极3和第二电极4的尺寸进行各种改变和调整。图8是示出了当压电层2的材料为Z切割LiNbO₃时的谐振特性的曲线图，并且当压电层2的材料使用其他切割角度时，也可以获得类似的谐振特性。

在图9中由椭圆J围绕的区域中，杂散为约1.0且较大。从图9中可以明显看出，当分数带宽超过约0.17(即，约17％)时，即使当分数带宽的参数改变时，在通带中也会出现杂散电平大于或等于1的大杂散。换言之，和图8中所示的谐振特性的情况一样，在通带中出现由箭头B指示的大杂散。因此，例如，分数带宽优选地低于或等于约17％。在这种情况下，可以通过调整压电层2的膜厚、第一电极3和第二电极4的尺寸等来减少杂散。

图10是示出了比率d/2p、金属化比率MR和分数带宽之间的关系的图。测量了具有不同比率d/2p和不同金属化比率MR的各种声波设备的分数带宽。例如，图10中的虚线D的右侧的阴影部分是其中分数带宽低于或等于约17％的区域。阴影区域和非阴影区域之间的虚线D表示为MR＝3.5(d/2p)+0.075＝1.75(d/p)+0.075。例如，当金属化比率MR满足MR≤1.75(d/p)+0.075时，分数带宽可以被设置为约17％或更低。附加地，图10示出了由MR＝3.5(d/2p)+0.05表示的长短虚线D1。例如，当金属化比率MR满足MR≤1.75(d/p)+0.05时，可以将分数带宽可靠地设置为约17％或更低。

图11是示出了当d/p比率无限接近于零时的LiNbO₃的欧拉角(0°，θ，ψ)的分数带宽图的图。图11中的阴影部分是其中分数带宽至少为约5％或更高的区域，并且阴影部分的边界通过以下表达式(1)、(2)和(3)来近似：

(0°±10°，0°至20°，任何ψ)...(1)

(0°±10°，20°至80°，0°至60°(1-(θ-50)²/900)^1/2)或(0°±10°，20°至80°，[180°-60°(1-(θ-50)²/900)^1/2]至180°)...(2)(0°±10°，[180°-30°(1-(ψ-90)²/8100)^1/2]至180°，任何ψ)...(3)

因此，当用于声波谐振器的压电层2的材料的欧拉角满足以上表达式(1)、(2)和(3)时，可以充分加宽声波谐振器的分数带宽。

图12是包括层压在压电层2的第二主表面2b上的声学多层膜42的声波设备41的截面图。声学多层膜42包括具有相对低声学阻抗的低声学阻抗层42a、42c、42e和具有相对高声学阻抗的高声学阻抗层42b、42d的多层结构。使用声学多层膜42允许将第一厚度剪切模式的体波封闭在压电层2中，而不使用声波设备1中的空腔9。在声波设备41中，通过将比率d/p设置为约0.5或更小，可以获得基于第一厚度剪切模式的体波的谐振特性。在声学多层膜42中，层压的低声学阻抗层42a、42c、42e的数量和层压的高声学阻抗层42b、42d的数量不受限制。如果高声学阻抗层42b、42d中的至少一个比低声学阻抗层42a、42c、42e更远离压电层2，则可以封闭第一厚度剪切模式的体波。

低声学阻抗层42a、42c、42e和高声学阻抗层42b、42d可以包括任何合适的材料，使得满足声学阻抗层之间的关系。低声学阻抗层42a、42c、42d的材料的示例可以包括例如氧化硅和氮氧化硅。高声学阻抗层42b、42d的材料的示例可以包括例如氧化铝、氮化硅和金属。

图13示出了声波设备1，该声波设备1包括支撑基板8、在支撑基板8上的压电层2、以及在压电层2上的叉指换能器(IDT)电极50。IDT电极包括第一母线5和第二母线6、以及第一电极3和第二电极4。支撑基板8可以可选地包括电绝缘层或介电膜(图7中未示出，但类似于图1A和图2中的电绝缘层7)。如果包括电绝缘层，则该电绝缘层可以在支撑基板8上，并且压电层2可以在电绝缘层上。支撑基板8包括空腔9，其轮廓在图13中被示出为矩形，该空腔9在朝向压电层2的方向上开口。如果使用电绝缘层，则空腔9可以仅设置在电绝缘层中，或者可以设置在支撑基板8和电绝缘层二者中。当在支撑基板8和压电层2堆叠的方向上观察时，IDT电极50的至少一部分与空腔9重叠。电绝缘层例如可以包括SiO₂。电绝缘层7可以不包括在声波设备1中。

IDT电极50包括彼此面对的第一母线5和第二母线6、限定均包括连接到第一母线5的基端并且均朝向第二母线6延伸的第一指的多个第一电极3、以及限定均包括连接到第二母线6的基端并且均朝向第一母线5延伸的第二指的多个第二电极4。第一电极3和第二电极4可以彼此交错。IDT电极50具有交叉区域20、第一间隙区域31和第二间隙区域32。交叉区域20是当在第一电极3和第二电极4彼此面对的方向上观察时相邻的第一电极3和第二电极4彼此重叠的区域。第一间隙区域31是在交叉区域20和第一母线5之间的区域。第二间隙区域是在交叉区域20和第二母线6之间的区域。

第一间隙区域31和第二间隙区域31在第一电极3和第二电极4延伸的方向上的尺寸被称为IDT-母线间隙或I-B间隙。对于IDT电极50，第一间隙区域31的I-B间隙在制造和测量公差内小于或等于约1.1p，其中p是相邻的第一电极3和第二电极4的中心之间的距离。第二间隙区域32的I-B间隙在制造和测量公差内也可以小于或等于约1.1p。IDT-IDT间隙或I-I间隙是相邻的第一电极3和第二电极4的相对边缘之间的距离，该距离小于相邻的第一电极3和第二电极4的中心之间的距离p。

例如，因为当I-B间隙小于约0.5μm时，可能难以制造IDT电极50，所以在制造和测量公差内，I-B间隙优选大于或等于约0.5μm。

图14示出了在声波设备1中当I-B间隙改变时单端口谐振器的阻抗比的图。x轴值是通过使用相邻电极指的中心之间的距离p(例如，约4.55μm)对I-B间隙的值进行归一化而获得的值。如图14所示，当I-B间隙的值为约1.1p(例如，约5μm)时，阻抗比最大(约85dB)。当I-B间隙的值大于约1.1p时，阻抗比大大降低。因此，当I-B间隙小于或等于约1.1p时，可以获得具有良好谐振特性的声波设备。

用于生成图14的单端口谐振器的示例的参数包括：

压电层：ZYLN(厚度：500nm)

IDT电极：Al(厚度：500nm)

两层布线线路：Al(厚度：3μm)

接合层：SiO₂(厚度：600nm)

支撑基板：Si(250μm)

电极指的中心之间的距离p：4.55μm

电极指的总数：80

电极指的线宽：1.1μm

I-I间隙：3.45μm

重叠宽度：50μm

施加交流电压(引脚)：约200mW

其中，两层布线线路是堆叠在IDT电极的母线上并且连接到例如其他元件或电极焊盘的布线线路。

图15示出了当I-B间隙改变时Z2点处的阻抗比的波动率的值的变化，其中波动率基于等式(4)：

其中，分母是包括前后阻抗比的平均值，并且分子是与平均值的偏差(波动量)。图16示出了用于计算波动率的阻抗比Z1、Z2、Z3的可能图。图15示出了当I-B间隙保持为小于或等于约0.9p时，阻抗比的波动量减小到约1％或更小的量，并且可以提高声波设备的良率。因此，可以可靠地获得具有良好谐振特性的声波设备。因此，I-B间隙优选小于或等于约0.9p。

图17示出了声波设备1中当I-B间隙改变时压电层2的表面的最高温度的变化。如图17所示，随着I-B间隙的值减小，压电层2的表面的最高温度降低，并且声波设备1的散热性提高。例如，当I-B间隙的值小于相邻的电极指的中心之间的距离p时，最高温度小于约45℃。例如，当I-B间隙的值小于相邻的电极指之间的距离(I-I间隙)时，最高温度进一步降低。

应当注意，本文描述的每个优选实施例是示例性的，并且在不同的优选实施例之间可以进行部分替换或配置的组合。虽然上面已经描述了本发明的优选实施例，但是应该理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，变化和修改对于本领域技术人员是显而易见的。因此，本发明的范围仅由所附权利要求确定。

Claims (20)

1.一种声波设备，包括：

支撑基板；

压电层，在所述支撑基板上，并且包括钽酸锂或铌酸锂；以及

叉指换能器电极，在所述压电层上，并且包括两条母线和多个电极指，其中

比率d/p小于或等于约0.5，其中，d是所述压电层的厚度，并且p是所述多个电极指中相邻的电极指的中心之间的距离，以及

所述叉指换能器电极包括：

交叉区域，当在所述多个电极指彼此面对的方向上观察时，在所述交叉区域中所述相邻的电极指重叠，

两个间隙区域，所述两个间隙区域中的每一个位于所述交叉区域和所述两条母线中的对应母线之间，并且包括I-B间隙，所述I-B间隙被定义为在所述多个电极指延伸的方向上的尺寸，以及

所述两个间隙区域中的至少一个间隙区域的I-B间隙小于或等于约1.1p。

2.根据权利要求1所述的声波设备，其中，所述两个间隙区域二者的I-B间隙都小于或等于约1.1p。

3.根据权利要求1或2所述的声波设备，其中，所述两个间隙区域中的至少一个间隙区域的I-B间隙大于或等于约0.5μm，并且小于或等于约1.1p。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的声波设备，其中，所述两个间隙区域中的至少一个间隙区域的I-B间隙小于或等于约0.9p。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的声波设备，其中，所述支撑基板包括与所述压电层相邻的电绝缘层。

6.根据权利要求5所述的声波设备，其中，所述电绝缘层包括在朝向所述压电层的方向上开口的空腔，并且在平面图中，所述交叉区域的至少一部分与所述电绝缘层的所述空腔重叠。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的声波设备，其中，所述支撑基板包括在朝向所述压电层的方向上开口的空腔，并且在平面图中，所述交叉区域的至少一部分与所述支撑基板的所述空腔重叠。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的声波设备，其中，所述比率d/p小于或等于约0.24。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的声波设备，其中，满足方程式MR≤1.75(d/p)+0.075，其中，MR是所述多个电极指的面积与所述叉指换能器电极的所述交叉区域的总面积的金属化比率。

10.一种声波设备，包括：

支撑基板，包括空腔；

压电层，在所述支撑基板上；以及

叉指换能器电极，在所述压电层上且在平面图中与所述支撑基板的所述空腔至少部分地重叠，并且包括：

第一母线；

第一电极指，从所述第一母线延伸；

第二母线；

第二电极指，从所述第二母线延伸，使得所述第一电极指与第二电极指交错；

交叉区域，当在所述第一电极指和所述第二电极指彼此面对的方向上观察时，在所述交叉区域中相邻的第一电极指和第二电极指重叠；

第一间隙区域，位于所述交叉区域和所述第一母线之间，并且包括第一I-B间隙，所述第一I-B间隙被定义为在所述第一电极指和所述第二电极指延伸的方向上的尺寸；以及

第二间隙区域，位于所述交叉区域和所述第二母线之间，并且包括第二I-B间隙，所述第二I-B间隙被定义为在所述第一电极指和所述第二电极指延伸的方向上的尺寸，其中

比率d/p小于或等于约0.5，其中，d是所述压电层的厚度，并且p是多个电极指中相邻的电极指的中心之间的距离，以及

所述第一I-B间隙和所述第二I-B间隙中的至少一个小于或等于约1.1p。

11.根据权利要求10所述的声波设备，其中，所述第一I-B间隙和所述第二I-B间隙小于或等于约1.1p。

12.根据权利要求10或11所述的声波设备，其中，所述第一I-B间隙和所述第二I-B间隙中的至少一个大于或等于约0.5μm，并且小于或等于约1.1p。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的声波设备，其中，所述第一I-B间隙和所述第二I-B间隙中的至少一个小于或等于约0.9p。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的声波设备，其中，所述支撑基板包括与所述压电层相邻的电绝缘层。

15.根据权利要求14所述的声波设备，其中，所述空腔包括在所述电绝缘层中，并且在朝向所述压电层的方向上开口，并且在平面图中，所述交叉区域的至少一部分与所述空腔重叠。

16.根据权利要求15所述的声波设备，其中，所述空腔仅包括在所述电绝缘层中。

17.根据权利要求10至14中任一项所述的声波设备，其中，在平面图中，所述交叉区域的至少一部分与所述支撑基板的所述空腔重叠。

18.根据权利要求10至17中任一项所述的声波设备，其中，所述比率d/p小于或等于约0.24。

19.根据权利要求10至18中任一项所述的声波设备，其中，满足方程式MR≤1.75(d/p)+0.075，其中，MR是所述多个电极指的面积与所述叉指换能器电极的所述交叉区域的总面积的金属化比率。

20.根据权利要求10至19中任一项所述的声波设备，其中，所述压电层包括钽酸锂或铌酸锂。