CN117997301A - 一种声表面波谐振器、声表面波滤波器和双工器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种声表面波谐振器、声表面波滤波器和双工器，其中，声表面波谐振器包括：衬底；压电薄膜，设置在所述衬底上；叉指换能器，形成在所述压电薄膜上；还包括：电场施加装置，用于对所述压电薄膜的晶体施加电场，在所述叉指换能器的孔径边界处形成能够对压电声波强反射的铁电畴壁，所述铁电畴壁使得朝向孔径边界正向传播的行波和朝向孔径边界反向传播的行波的相位相等。本发明在实现横向模抑制的同时，没有影响主模的谐振特性，并且也没有改变原有的IDT的工艺以及参数空间。
Description
技术领域
本发明涉及通信器件技术领域，特别是涉及一种声表面波谐振器、声表面波滤波器和双工器。
背景技术
图1所示为射频声表面波谐振器结构示意图，其由压电薄膜、支撑衬底和薄膜上图案化电极组成，电极可分为叉指换能器(IDT)和两侧反射栅(Ref)。IDT通过压电效应将射频信号转换为声表面波的振动，并由于反射栅存在，形成谐振。
上述器件中，在主谐振响应附近的横向杂散模式响应的存在会导致器件性能的降低。横向模式存在的原因可归结为有限长孔径的IDT在横向的波导效应，见图2。目前，横向模式的抑制方法主要有以下两种思路：(1)调节电场激发函数形状，使得主模的激发最大化同时横向模式激发最小化；(2)调节横向模式的声场分布函数，使得横向模式的激发被抑制。
上述方案均需要电极结构的精细设计，这对光刻工艺的线宽有较高的要求。此外，基于调节电场激发函数的思路会导致器件的Q值降低，影响主模的性能。而调节横向模式的声场分布，其起效通常在较窄的频率范围内，且会挤压谐振器主要设计参数的设计空间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种声表面波谐振器、声表面波滤波器和双工器，在不改变原有IDT的工艺以及参数空间的情况下，实现横向模抑制效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种声表面波谐振器，包括：
衬底；
压电薄膜，设置在所述衬底上；
叉指换能器，形成在所述压电薄膜上，
还包括：
电场施加装置，用于对所述压电薄膜中的晶体施加电场，在所述叉指换能器的孔径边界处形成能够对压电声波强反射的铁电畴壁，所述铁电畴壁使得朝向孔径边界正向传播的行波和朝向孔径边界反向传播的行波的相位相等。
所述电场施加装置沿所述压电薄膜的晶体的极轴方向施加电场。
所述叉指换能器包括相对设置的第一汇流条、第二汇流条、一端与所述第一汇流条连接的多个第一电极以及一端与所述第二汇流条连接的多个第二电极，多个所述第一电极和多个所述第二电极相互交替设置。
所述铁电畴壁覆盖声波传播方向上的所有所述第一电极和所述第二电极。
所述的声表面波谐振器还包括：两个反射栅，形成在所述压电薄膜上，并分别位于所述叉指换能器的两侧。
所述叉指换能器的材料包括Ti、Al、Cu、Ag、Ni、Cr、Pt、Au、Mo、W中的至少一种和/或包含Ti、Al、Cu、Ag、Ni、Cr、Pt、Au、Mo、W中的至少一种的合金。
所述压电薄膜的材料为铌酸锂或钽酸锂。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种声表面波滤波器，包括上述的声表面波谐振器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种双工器，包括发送滤波器和接收滤波器，所述发送滤波器和接收滤波器中的至少一个为上述的声表面波滤波器。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明基于铁电畴壁对横向行波的反射，可实现基于调节反射系数相位角为零的横向模激发抑制，该方案可对多阶横向模有效，实现较宽频率范围的横向杂散模式抑制，本发明在实现横向模抑制的同时，没有影响主模的谐振特性，并且也没有改变原有的IDT的工艺以及参数空间。
附图说明
图1是射频声表面波谐振器结构的示意图；
图2是IDT的横向导波效应示意图；
图3是调节横向模式声场分布示意图；
图4是本发明实施方式的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
横向模的激励效率可以用激发强度积分公式计算，如下所示：
式中，e(y)为电场激发函数，通常在积分域内视作常数e0，φn(y)为n阶横向模的声场分布函数，通常可表示为具有一定周期的余弦函数，余弦函数的周期决定了声场分布函数的形状，该周期由IDT不同区域的声速和宽度决定。
由式(1)可见，En是否为零，即第n阶横向模式是否被抑制，取决于声场分布余弦函数的周期，如图3所示。当孔径长度，即积分域的长度恰好为周期的整数倍时，En为零，此时在孔径边界，声场分布函数达到极大值。
本发明基于横向模式的导波理论：即每一阶横向模式都可视作两列波数和频率相同但传播方向相反的行波叠加而成，即声场的横向分布可表示为：
φ(y)＝C+exp[-j(kyy-τ-)]+C-exp[+j(kyy+τ+)] (2)
则由式(2)可得，当孔径边界处声场分布函数达到极大值时的条件为：
τ--τ+＝0 (3)
另一方面，上述两列波在孔径边界的叠加，可将朝向孔径边界正向传播的行波视作入射波，则朝向孔径边界反向传播的行波视作反射波，如此，则式(3)的另一重含义为：入射波和反射波的相位相等，即反射系数的相位角为0，记为∠Γ＝0。
综上所述，若能够调节横向行波在孔径边界处的反射系数相位角为零，则能够抑制横向模的激发。
基于上述原理，本发明的第一实施方式涉及一种声表面波谐振器，如图4所示，包括：
衬底；
压电薄膜，设置在所述衬底上；
叉指换能器，形成在所述压电薄膜上；
还包括：
电场施加装置，用于对所述压电薄膜施加电场，在所述叉指换能器的孔径边界处形成能够对压电声波强反射的铁电畴壁5，所述铁电畴壁5使得朝向孔径边界正向传播的行波和朝向孔径边界反向传播的行波的相位相等。
本实施方式利用声电再生效应于IDT的孔径边界处形成能够对压电声波强反射的铁电畴壁，使得其满足∠Γ＝0的横向模激发抑制条件，从而抑制横向杂散模式响应。
本实施方式中叉指换能器包括相对设置的第一汇流条1、第二汇流条2、一端与所述第一汇流条1连接的多个第一电极3以及一端与所述第二汇流条2连接的多个第二电4，多个所述第一电极3和多个所述第二电极4相互交替设置。本实施方式的声表面波谐振器还包括两个反射栅，两个反射栅均形成在所述压电薄膜上，并分别位于所述叉指换能器的两侧。
其中，叉指换能器的材料包括Ti、Al、Cu、Ag、Ni、Cr、Pt、Au、Mo、W中的至少一种和/或包含Ti、Al、Cu、Ag、Ni、Cr、Pt、Au、Mo、W中的至少一种的合金。压电薄膜的材料为铌酸锂或钽酸锂。
以压电薄膜的材料为铌酸锂为例，本实施方式中的电场施加装置通过沿压电薄膜的铌酸锂晶体的极轴(Z轴)方向施加电场，可以改变压电薄膜的铌酸锂晶体在该电场影响下的极化方向，进而形成铁电畴壁。该铁电畴壁能够覆盖声波传播方向上的所有所述第一电极和所述第二电极。由于铁电畴壁及其吸附的电荷，使得横向的行波分量被反射，通过调节铁电畴壁的角度以改变铁电畴壁的类型以及电学特性，使得反射系数的相位角为零，实现横向杂散模式抑制。
本发明的第二实施方式涉及一种声表面波滤波器，包括第一实施方式的声表面波谐振器，且具备与第一实施方式相同的效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种双工器，包括发送滤波器和接收滤波器，所述发送滤波器和接收滤波器中的至少一个为第二实施方式的声表面波滤波器，且具备与第二实施方式相同的效果。
不难发现，本发明基于铁电畴壁对横向行波的反射，可实现基于调节反射系数相位角为零的横向模激发抑制，该方案可对多阶横向模有效，实现较宽频率范围的横向杂散模式抑制，本发明在实现横向模抑制的同时，没有影响主模的谐振特性，并且也没有改变原有的IDT的工艺以及参数空间。
Claims (9)
1.一种声表面波谐振器，包括：
衬底；
压电薄膜，设置在所述衬底上；
叉指换能器，形成在所述压电薄膜上；
其特征在于，还包括：
电场施加装置，用于对所述压电薄膜的晶体施加电场，在所述叉指换能器的孔径边界处形成能够对压电声波强反射的铁电畴壁，所述铁电畴壁使得朝向孔径边界正向传播的行波和朝向孔径边界反向传播的行波的相位相等。
2.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述电场施加装置沿所述压电薄膜的晶体的极轴方向施加电场。
3.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述叉指换能器包括相对设置的第一汇流条、第二汇流条、一端与所述第一汇流条连接的多个第一电极以及一端与所述第二汇流条连接的多个第二电极，多个所述第一电极和多个所述第二电极相互交替设置。
4.根据权利要求3所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述铁电畴壁覆盖声波传播方向上的所有所述第一电极和所述第二电极。
5.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，还包括：两个反射栅，形成在所述压电薄膜上，并分别位于所述叉指换能器的两侧。
6.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述叉指换能器的材料包括Ti、Al、Cu、Ag、Ni、Cr、Pt、Au、Mo、W中的至少一种和/或包含Ti、Al、Cu、Ag、Ni、Cr、Pt、Au、Mo、W中的至少一种的合金。
7.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述压电薄膜的材料为铌酸锂或钽酸锂。
8.一种声表面波滤波器，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一所述的声表面波谐振器。
9.一种双工器，其特征在于，包括发送滤波器和接收滤波器，所述发送滤波器和接收滤波器中的至少一个为如权利要求8所述的声表面波滤波器。
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