CN117559952A - 一种顶层设置抑制杂波单元的tc-saw谐振结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种顶层设置抑制杂波单元的TC‑SAW谐振结构，包括：衬底；叉指换能器，所述叉指换能器设置在衬底上，所述叉指换能器包括第一叉指换能器和第二叉指换能器；所述第一叉指换能器包括第一汇流排和连接至第一汇流排的各第一电极指，所述第二叉指换能器包括第二汇流排和连接至第二汇流排的各第二电极指；温度补偿层，所述温度补偿层覆盖在各第一电极指和各第二电极指的表面；抑制杂波单元，所述抑制杂波单元为设置在温度补偿层上方的金属结构，所述抑制杂波单元在第一方向上形成连续周期的两个对称分布的余弦波形。本发明的一种顶层设置抑制杂波单元的TC‑SAW谐振结构，通过设置余弦结构的抑制杂波单元，提高了滤波器抑制杂波的效果。
Description
技术领域
本发明涉及顶层设置抑制杂波单元的 TC-SAW 谐振结构，属于滤波器领域。
背景技术
目前，以谐振结构为基本单元的滤波器在通讯领域得到越来越广泛的应用，其中，TC-SAW（Temperature compensated-SAW，温度补偿型声表面波）滤波器是声学滤波器的一种，其在普通SAW滤波器的基础上，通过覆着或粘接温度补偿层进行性能改进，使器件频率温度系数（TCF）下降。因此其具备了SAW滤波器体积小、插入损耗小的特征，并且具有频率温度稳定性好的优势，可以解决恶劣温度环境下的抗干扰问题。
但是，普通的TC-SAW谐振结构/滤波器会产生较大的杂波信号，严重影响谐振结构/滤波器的性能。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种顶层设置抑制杂波单元的 TC-SAW 谐振结构，通过设置余弦结构的抑制杂波单元，提高了滤波器抑制杂波的效果。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种顶层设置抑制杂波单元的 TC-SAW谐振结构，包括：
衬底；
叉指换能器，所述叉指换能器设置在衬底上，所述叉指换能器包括第一叉指换能器和第二叉指换能器；所述第一叉指换能器包括第一汇流排和连接至第一汇流排的各第一电极指，所述第二叉指换能器包括第二汇流排和连接至第二汇流排的各第二电极指；
温度补偿层，所述温度补偿层覆盖在各第一电极指和各第二电极指的表面；
还包括抑制杂波单元，所述抑制杂波单元为设置在温度补偿层上方的金属结构，所述抑制杂波单元在第一方向上形成连续周期的两个对称分布的余弦波形，第一方向平行于所述衬底所在平面且垂直于第一电极指；
所述第一电极指和第二电极指沿对称轴A对称分布，余弦波形的顶点B位于对称轴A上，顶点B位于第一电极指或第二电极指的端部。
进一步的，所述抑制杂波单元的外侧边缘与第一电极指/第二电极指末端在第三方向的距离取值范围为(0-0.1)*L；所述第三方向平行于所述衬底所在平面，且与第一方向相交；所述单个所述抑制杂波单元沿第一方向的宽度取值范围为(0.3-0.6)*L，与第一方向的单个电极指的宽度相同；L为叉指换能器的工作波长。
进一步的，所述第一电极指末端与第二汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.1-2）*L，第二电极指末端与第一汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.1-2）*L，L为叉指换能器的工作波长。
进一步的，所述抑制杂波单元的外侧边缘与第一电极指/第二电极指末端在第三方向的距离取值范围为(0.05-0.08)*L；所述第三方向平行于所述衬底所在平面，且与第一方向相交；所述单个所述抑制杂波单元沿第一方向的宽度取值范围为(0.4-0.5)*L，与第一方向的单个电极指的宽度相同；L为叉指换能器的工作波长。
进一步的，所述第一电极指末端与第二汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.15-0.18）*L，第二电极指末端与第一汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.15-0.18）*L，L为叉指换能器的工作波长。
进一步的，所述余弦波形为连续式金属结构。
进一步的，所述抑制杂波单元的外侧边缘与第一电极指/第二电极指末端在第三方向的距离取值范围为(0-0.1)*L；所述第三方向平行于所述衬底所在平面，且与第一方向相交；所述单个所述抑制杂波单元沿第一方向的宽度取值范围为(0.3-0.6)*L，与第一方向的单个电极指的宽度相同；L为叉指换能器的工作波长。
进一步的，所述第一电极指末端与第二汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.1-2）*L，第二电极指末端与第一汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.1-2）*L，L为叉指换能器的工作波长。
进一步的，所述抑制杂波单元的外侧边缘与第一电极指/第二电极指末端在第三方向的距离取值范围为(0-0.08)*L；所述第三方向平行于所述衬底所在平面，且与第一方向相交；所述单个所述抑制杂波单元沿第一方向的宽度取值范围为(0.3-0.5)*L，与第一方向的单个电极指的宽度相同；所述第一电极指末端与第二汇流排之间的间隙长度取值范围为（1-1.5）*L，第二电极指末端与第一汇流排之间的间隙长度取值范围为（1-1.5）*L，L为叉指换能器的工作波长。
有益效果：目前声表面波器件，其芯片基本构成是压电衬底、压电衬底表面制作的金属电极结构：叉指换能器、反射栅阵、屏蔽电极、声波多条耦合电极以及传感器敏感结构等。每个声表面波器件至少有一个叉指换能器，叉指换能器是在纵向上、即在声波传播的方向上，并排地布置有与声波传播方向垂直的周期电极指，且电极指交替地与第一和第二汇流排连接。叉指换能器激发的声表面波，向两边传播，声表面波传输的声道，与所在传播衬底的特性有关，在实用器件中，一般其声道会逐渐扩散。声道扩展导致产生杂散声波模式，且有效声波能量损失，器件Q值减低，明显劣化器件性能。
本发明提供一种结构简单，成本更低，加工更容易的声表面波器件，通过在叉指换能器的电极指两端上方设置杂波抑制单元，每一端的杂波抑制单元连接形成连续周期的余弦波形结构，抑制杂波，优化声表面波器件性能。
附图说明
图1为实施例1基于分布式金属层（DCM）结构的TC-SAW谐振结构的断面图；
图2为实施例1基于分布式金属层（DCM）结构的TC-SAW谐振结构的俯视图；
图3为图2中方框部分的局部放大图；
图4为实施例2基于连续式金属层（CCM）结构的TC-SAW谐振结构的断面图；
图5为实施例2基于连续式金属层（CCM）结构的TC-SAW谐振结构的俯视图；
图6为实施例2基于DCM结构和普通结构的谐振器导纳相应图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
实施例1：一种顶层设置抑制杂波单元的 TC-SAW 谐振结构，如图1所示，包括衬底1、叉指换能器2、抑制杂波单元3、接触电极4、温度补偿层5和钝化层6。
如图2所示，叉指换能器2设置在衬底1上，叉指换能器2包括第一叉指换能器和第二叉指换能器；第一叉指换能器包括第一汇流排211和连接至第一汇流排211的各第一电极指212，第二叉指换能器包括第二汇流排221和连接至第二汇流排221的各第二电极指222，第一电极指212和第二电极指222沿第三方向延伸，且第一电极指212和第二电极指222在第一方向上交替间隔设置。其中，第一方向及第三方向均平行于衬底1所在平面，且在本实施例中，第一方向和第三方向相互垂直。所述第一电极指和第二电极指沿对称轴A对称分布，余弦波形的顶点B位于对称轴A上，顶点B位于第一电极指或第二电极指的端部。
叉指换能器2电极指的材料可以是由Ti、Ag或Cu单层金属膜组成，或者是由多层金属膜堆叠而成，其中，第一层是Ti，第二层是Ag，第三层是Cu，第四层是Ti。
在本实施例中，温度补偿层5覆盖在各第一电极指212和各第二电极指222的表面。
在本实施例中，抑制杂波单元3构造为分布式金属结构，设置在温度补偿层上方，只对应设置在各第一电极指212和第二电极指222上侧，因此，在第一方向上形成间断的余弦波形，如图2所示。该种分布式金属结构的自由度更高，更容易调整尺寸大小，进而达到抑制杂波的效果。所述抑制杂波单元的外侧边缘与第一电极指/第二电极指末端在第三方向的距离取值范围为(0-0.1)*L；所述第三方向平行于所述衬底所在平面，且与第一方向相交；所述单个所述抑制杂波单元沿第一方向的宽度取值范围为(0.3-0.6)*L，与第一方向的单个电极指的宽度相同；L为叉指换能器的工作波长。
在实施例中，所述第一电极指末端与第二汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.1-2）*L，第二电极指末端与第一汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.1-2）*L，L为叉指换能器的工作波长。
为了达到抑制杂波更好的效果，所述抑制杂波单元的外侧边缘与第一电极指/第二电极指末端在第三方向的距离取值范围为(0.05-0.08)*L；所述第三方向平行于所述衬底所在平面，且与第一方向相交；所述单个所述抑制杂波单元沿第一方向的宽度取值范围为(0.4-0.5)*L，与第一方向的单个电极指的宽度相同；L为叉指换能器的工作波长。所述第一电极指末端与第二汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.15-0.18）*L，第二电极指末端与第一汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.15-0.18）*L，L为叉指换能器的工作波长。
作为扩展，抑制杂波单元3的余弦波形结构还可沿着第一方向继续延申至反射栅，如图2所示。
具体的，分布式金属结构在垂直于衬底1的第二方向上具有与第一电极指212和第二电极指222其中之一的末端平齐的波峰/波谷，继续参照图2，抑制杂波单元3形成两组间断余弦波形，其中一组在垂直于衬底1的第二方向上具有与第一电极指212末端平齐的波峰/波谷，另一组在在垂直于衬底1的第二方向上具有与第二电极指222末端平齐的波峰/波谷。示例性的，余弦波形的周期性变化范围对应四条第一电极指212和四条第二电极指222，当然，也跟根据声波传递情况，对于余弦波形的周期性变化范围进行调整。
示例性的，抑制杂波单元3在第二方向上的断面为矩形；当然，第二方向上的断面为顺应余弦波形变化的矩形和菱形，也可满足要求。
进一步，抑制杂波单元3可由金属结构构成，由Ti或者Cu单层金属膜组成，或者是由Ti、Cu的金属膜层叠组成，其中，第一层是Ti，第二层是Cu。
温度补偿层5一般为SiO2层，覆盖在叉指换能器2和衬底1上，且填充在分布式金属结构和叉指换能器2之间。具体来说，抑制杂波单元3位于温度补偿层5上方，且温度补偿层5填充叉指换能器2之间的空隙。
接触电极4设置在第一汇流排和第二汇流排上。接触电极4的材料可以为Ti或AlCu。
钝化层6覆盖在温度补偿层5上且包裹抑制杂波单元，并在接触电极4上设有开口部。钝化层6可以保护金属结构不被氧化，钝化层6的材料可以为硅的氧化物或者SiNx。
抑制杂波单元3的相关参数包括，如图3所示：
单个分布式金属结构在第一方向的宽度尺寸b为0.3-0.6倍滤波器工作频率的中心波长，与第一方向的单个电极指的宽度相同，高度为10~100nm。
抑制杂波单元3的外侧边缘与第一电极指212/第二电极指222末端在第三方向的距离a取值范围0-0.1倍滤波器工作频率的中心波长。
第一电极指212末端与第二汇流排221之间的间隙长度c取值范围为0.1-2倍滤波器工作频率的中心波长，第二电极指222末端与第一汇流排211之间的间隙长度c取值范围为0.1-2倍滤波器工作频率的中心波长。
本实施例还提供一种TC-SAW滤波器，包括上述具有抑制杂波单元3的TC-SAW 谐振结构。
实施例2：与实施例1大致相同，所不同的是，抑制杂波单元3为连续式金属结构，如图4、5所示，连续式金属结构构造为对应设置在各第一电极指212和各第二电极指222上侧的第一金属结构301和连接各个相邻第一金属结构301的第二金属结构302，因此在第二方向上形成连续的余弦波形。连续式金属结构相对于分布式金属结构更易于加工。所述抑制杂波单元的外侧边缘与第一电极指/第二电极指末端在第三方向的距离取值范围为(0-0.1)*L；所述第三方向平行于所述衬底所在平面，且与第一方向相交；所述单个所述抑制杂波单元沿第一方向的宽度取值范围为(0.3-0.6)*L，与第一方向的单个电极指的宽度相同；L为叉指换能器的工作波长。所述第一电极指末端与第二汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.1-2）*L，第二电极指末端与第一汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.1-2）*L，L为叉指换能器的工作波长。
为了达到抑制杂波更好的效果，所述抑制杂波单元的外侧边缘与第一电极指/第二电极指末端在第三方向的距离取值范围为(0-0.08)*L；所述第三方向平行于所述衬底所在平面，且与第一方向相交；所述单个所述抑制杂波单元沿第一方向的宽度取值范围为(0.3-0.5)*L，与第一方向的单个电极指的宽度相同；所述第一电极指末端与第二汇流排之间的间隙长度取值范围为（1-1.5）*L，第二电极指末端与第一汇流排之间的间隙长度取值范围为（1-1.5）*L，L为叉指换能器的工作波长。
图6为相同频率下普通滤波器的结构和采用了本实施例连续式金属结构的滤波器频率特性对比图，可见曲线A和曲线B相比，毛刺平滑了很多，杂散信号得到明显消除。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种顶层设置抑制杂波单元的 TC-SAW 谐振结构，包括：
衬底；
叉指换能器，所述叉指换能器设置在衬底上，所述叉指换能器包括第一叉指换能器和第二叉指换能器；所述第一叉指换能器包括第一汇流排和连接至第一汇流排的各第一电极指，所述第二叉指换能器包括第二汇流排和连接至第二汇流排的各第二电极指；
温度补偿层，所述温度补偿层覆盖在各第一电极指和各第二电极指的表面；
其特征在于：还包括抑制杂波单元，所述抑制杂波单元为设置在温度补偿层上方的金属结构，所述抑制杂波单元在第一方向上形成连续周期的两个对称分布的余弦波形，第一方向平行于所述衬底所在平面且垂直于第一电极指；所述第一电极指和第二电极指沿对称轴A对称分布，余弦波形的顶点B位于对称轴A上，顶点B位于第一电极指或第二电极指的端部。
2.根据权利要求1所述的顶层设置抑制杂波单元的 TC-SAW 谐振结构，其特征在于：所述余弦波形为分布式金属结构，抑制杂波单元仅位于第一电极指或各第二电极正上方。
3.根据权利要求2所述的顶层设置抑制杂波单元的 TC-SAW 谐振结构，其特征在于：所述抑制杂波单元的外侧边缘与第一电极指/第二电极指末端在第三方向的距离取值范围为(0-0.1)*L；所述第三方向平行于所述衬底所在平面，且与第一方向相交；单个所述抑制杂波单元沿第一方向的宽度取值范围为(0.3-0.6)*L，与第一方向的单个电极指的宽度相同；L为叉指换能器的工作波长。
4.根据权利要求2所述的顶层设置抑制杂波单元的 TC-SAW 谐振结构，其特征在于：所述第一电极指末端与第二汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.1-2）*L，第二电极指末端与第一汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.1-2）*L，L为叉指换能器的工作波长。
5.根据权利要求3所述的顶层设置抑制杂波单元的 TC-SAW 谐振结构，其特征在于：所述抑制杂波单元的外侧边缘与第一电极指/第二电极指末端在第三方向的距离取值范围为(0.05-0.08)*L；所述第三方向平行于所述衬底所在平面，且与第一方向相交；所述单个所述抑制杂波单元沿第一方向的宽度取值范围为(0.4-0.5)*L，与第一方向的单个电极指的宽度相同；L为叉指换能器的工作波长。
6.根据权利要求4所述的顶层设置抑制杂波单元的 TC-SAW 谐振结构，其特征在于：所述第一电极指末端与第二汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.15-0.18）*L，第二电极指末端与第一汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.15-0.18）*L，L为叉指换能器的工作波长。
7.根据权利要求1所述的顶层设置抑制杂波单元的 TC-SAW 谐振结构，其特征在于：所述余弦波形为连续式金属结构。
8.根据权利要求7所述的顶层设置抑制杂波单元的 TC-SAW 谐振结构，其特征在于：所述抑制杂波单元的外侧边缘与第一电极指/第二电极指末端在第三方向的距离取值范围为(0-0.1)*L；所述第三方向平行于所述衬底所在平面，且与第一方向相交；单个所述抑制杂波单元沿第一方向的宽度取值范围为(0.3-0.6)*L，与第一方向的单个电极指的宽度相同；L为叉指换能器的工作波长。
9.根据权利要求8所述的顶层设置抑制杂波单元的 TC-SAW 谐振结构，其特征在于：所述第一电极指末端与第二汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.1-2）*L，第二电极指末端与第一汇流排之间的间隙长度取值范围为（0.1-2）*L，L为叉指换能器的工作波长。
10.根据权利要求9所述的顶层设置抑制杂波单元的 TC-SAW 谐振结构，其特征在于：所述抑制杂波单元的外侧边缘与第一电极指/第二电极指末端在第三方向的距离取值范围为(0-0.08)*L；所述第三方向平行于所述衬底所在平面，且与第一方向相交；所述单个所述抑制杂波单元沿第一方向的宽度取值范围为(0.3-0.5)*L，与第一方向的单个电极指的宽度相同；所述第一电极指末端与第二汇流排之间的间隙长度取值范围为（1-1.5）*L，第二电极指末端与第一汇流排之间的间隙长度取值范围为（1-1.5）*L，L为叉指换能器的工作波长。
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