DE102004049498A1

DE102004049498A1 - Mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102004049498A1
Application number: DE102004049498A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. Ruile; Veit Dr. Meister
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2004-10-11
Filing date: 2004-10-11
Publication date: 2006-04-13
Also published as: US8471652B2; US20080094150A1; WO2006040001A1; JP2008516490A; JP5134959B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mit geführten akustischen Volumenwellen - GBAW - arbeitendes Bauelement mit einem Schichtsystem, das eine piezoelektrische Schicht (PS1) und eine auf dieser angeordnete erste Metallschicht (ME1) umfasst. Das Schichtsystem bildet einen Wellenleiter, in dem die geführte akustische Volumenwelle in lateraler Richtung geführt wird. Das Bauelement umfasst zwei akustisch miteinander gekoppelte und elektrisch voneinander entkoppelte Resonatoren. Der entsprechende Resonator weist eine in einer Metallschicht (ME1) ausgebildete Elektrode (A) mit in Wellenausbreitungsrichtung periodisch angeordneten Elektrodenstrukturen auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement.

Aus der. Druckschrift WO 01/99276 A1 sind nebeneinander angeordnete, durch eine gemeinsame Elektrode elektrisch miteinander verbundene und akustisch miteinander gekoppelte BAW-Resonatoren (BAW = Bulk Acoustic Wave) bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein mit akustischen Volumenwellen arbeitendes Bauelement anzugeben, das in einem unbalanced/balanced-Modus oder balanced/balanced-Modus betreibbar ist. Die weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements anzugeben.

Die erste Aufgabe wird durch ein elektroakustisches Bauelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die zweite Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind aus weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung gibt ein mit geführten akustischen Volumenwellen (GBAW = Guided Bulk Acoustic Wave) arbeitendes Bauelement an, das zwei akustisch miteinander gekoppelte Resonatoren aufweist. Die Elektroden der Resonatoren sind elektrisch voneinander isoliert. In einer bevorzugten Variante weist jeder Resonator einen Interdigitalwandler mit periodisch angeordneten Elektrodenstrukturen auf. Ein Interdigitalwandler wird im folgenden einfach als Wandler bezeichnet.

Die Elektrodenstrukturen können wie bei bekannten SAW-Bauelementen mit einer Wichtung versehen sein, variablen Fingermittenabstand, fokussierende Eigenschaften, gebogene Finger, Finger variabler Breite sowie über die Länge der akustischen Spur unterschiedliche Apertur (in transversaler Richtung die Überlapplänge von zwei benachbarten unterschiedlich gepolten Elektrodenstrukturen) aufweisen etc.

Die akustische Volumenwelle wird in lateraler Ebene in einem akustischen Wellenleiter geführt, der durch ein Schichtsystem gebildet ist. Das Schichtsystem umfasst eine piezoelektrische Schicht und eine darauf angeordnete strukturierte erste Metallschicht, in der die Elektrodenstrukturen der ersten Elektrode des ersten Resonators ausgebildet sind. Die zweite Elektrode des ersten Resonators kann in einer Variante in derselben Metallisierungsebene wie die erste Elektrode angeordnet sein und den ersten Wandler bilden. In diesem Fall liegen die Elektrodenstrukturen der beiden Elektroden nebeneinander, wobei die elektrische Anregung in lateraler Richtung stattfindet.

Die zweite Elektrode des ersten Resonators kann in einer weiteren Variante in einer z. B. unterhalb der piezoelektrischen Schicht angeordneten Metallisierungsebene angeordnet sein. In diesem Fall liegen die Elektrodenstrukturen der beiden Elektroden übereinander, wobei die elektrische Anregung in vertikaler Richtung stattfindet.

Die elektrische Anregung zwischen den (nebeneinander oder übereinander liegenden) Elektrodenstrukturen desselben Resonators wird als primäre Anregung bezeichnet. Bei in verschiedenen Metallisierungsebenen liegenden Elektroden desselben Resonators ist es möglich, dass die in derselben Ebene angeord neten Elektroden verschiedener Resonatoren ineinander greifen. Die elektrische Anregung, die zwischen den nebeneinander angeordneten Elektrodenstrukturen verschiedener Resonatoren stattfindet, wird als sekundäre Anregung bezeichnet.

In einer Variante umfasst das Schichtsystem ferner eine auf der Metallschicht angeordnete dielektrische Schicht, die auf der von der Metallschicht abgewandten Seite vorzugsweise eine planare Oberfläche aufweist. Auf die dielektrische Schicht kann in einer Variante verzichtet werden.

Der Resonator kann z. B. durch einen Wandler und die darunter bzw. darüber angeordneten Schichten des Schichtsystems gebildet sein. Ein Resonator kann auch durch zwei Reflektoren und einen dazwischen angeordneten Wandler gebildet sein. Eine akustische Resonatoranordnung mit gekoppelten Resonatoren kann durch eine beliebige akustische Spur mit einem zur Führung von GBAW geeigneten Schichtaufbau gebildet sein. Beispielsweise ist es möglich, die akustisch miteinander gekoppelten Resonatoren in einer durch zwei Reflektoren begrenzten akustischen Spur anzuordnen.

Die Dicke h der piezoelektrischen Schicht kann deutlich kleiner als λ sein, wobei λ die Wellenlänge der akustischen Welle bei der Betriebsfrequenz des Bauelements ist. Die Dicke der piezoelektrischen Schicht kann z. B. zwischen λ/2 und 2λ liegen. In einer vorteilhaften Variante kann h im Wesentlichen gleich λ/2 oder λ sein.

Das Schichtsystem ist vorzugsweise zwischen zwei Substraten angeordnet.

Ein Wandler weist zwei kammartige Elektroden auf, die ineinander greifen. Die Elektrodenstrukturen stellen periodisch angeordnete Metallstreifen dar, die an eine Sammelschiene angeschlossen sind. In einem Wandler findet die elektrische Anregung zwischen zwei nebeneinander angeordneten, mit unterschiedlichen Potentialen verbundenen Elektrodenstrukturen statt. Dabei wird eine akustische Welle angeregt, die sich im Volumen der piezoelektrischen Schicht in lateraler, vorzugsweise longitudinaler Richtung ausbreitet.

Die akustisch gekoppelten und galvanisch voneinander getrennten Resonatoren können insbesondere zur galvanischen Trennung elektrischer Tore eines Bauelements mit mindestens einem symmetrischen Tor eingesetzt werden. Die periodische Anordnung der Elektrodenstrukturen in der lateralen Ebene gibt die Wellenlänge λ der GBAW vor, wobei die Mitten von mit gleichem Potential verbundenen Elektrodenstrukturen vorzugsweise um eine Wellenlänge voneinander beabstandet sind.

Die Anregung der Welle erfolgt in lateraler Richtung an Anregungszentren, die zwischen zwei auf einem piezoelektrischen Substrat nebeneinander angeordneten und mit verschiedenen elektrischen Potentialen verbundenen Elektrodenstrukturen liegen. Bei übereinander angeordneten und über eine piezoelektrische Schicht miteinander verbundenen Elektrodenstrukturen findet die Anregung in vertikaler Richtung statt. Die Anregung in einer bestimmten Richtung bezieht sich auf die Anordnung von Anregungszentren bzw. von zwei gegenpoligen Elektrodenstrukturen entlang dieser Richtung.

Möglich ist eine Resonatoranordnung mit primärer Anregung in lateraler bzw. longitudinaler und sekundärer Anregung in vertikaler Richtung. Möglich ist auch eine Resonatoranordnung mit primärer Anregung in vertikaler und sekundärer Anregung in lateraler bzw. longitudinaler Richtung.

Bei lateraler Anregung beträgt der laterale Abstand zwischen den Mitten der gleichpoligen, in derselben Metallschicht ausgebildeten Elektrodenstrukturen vorzugsweise im Wesentlichen λ. Der Abstand zwischen den Mitten der gegenpoligen, in derselben Metallschicht ausgebildeten Elektrodenstrukturen beträgt vorzugsweise im Wesentlichen λ/2. Bei vertikaler Anregung beträgt der – der Dicke der piezoelektrischen Schicht entsprechende – vertikale Mindestabstand h zwischen den gegenpoligen Elektrodenstrukturen vorzugsweise im Wesentlichen λ/2.

Es ist vorteilhaft, wenn die Richtung, in der die akustische Kopplung zwischen Resonatoren stattfindet, gegenüber der Richtung der Anregung um 90° verschoben ist, wobei z. B. die Anregung in longitudinaler Richtung und die akustische Kopplung in transversaler und/oder vertikaler Richtung erfolgt. Möglich ist alternativ die Anregung in vertikaler Richtung und die akustische Kopplung in transversaler und/oder longitudinaler Richtung. Die akustische Kopplung in der vorgegebenen Richtung erfolgt über eine akustische Mode, die sich in dieser Richtung ausbreitet.

Es ist auch möglich, dass die Anregung und die akustische Kopplung in gleicher Richtung erfolgen.

Die Wandleranordnung eines mit GBAW arbeitenden Bauelements kann wie bei an sich bekannten DMS-Filtern gewählt sein (DMS = Double Mode Surface Acoustic Wave), wobei bei einem Bauelement gemäß Erfindung im Unterschied zu den bekannten Anordnungen nicht die Wandler, sondern die diese Wandler enthal tenden Resonatoren in longitudinaler Richtung (über die GBAW anstatt SAW) akustisch miteinander gekoppelt sind. Dabei sind die beiden akustisch miteinander gekoppelten Resonatoren nebeneinander in derselben akustischen Spur angeordnet. Möglich sind auch zweispurige mit GBAW arbeitende Anordnungen, bei denen die erste Metallschicht eine einer zweispurigen DMS-Anordnung (mit z. B. drei Wandlern pro eine akustische Spur) entsprechende Struktur aufweist. Dabei sind die akustischen Spuren über die die Koppelwandler enthaltenden Resonatoren elektrisch miteinander verbunden.

Grundsätzlich sind bei elektrischer Anregung und akustischer Kopplung in lateraler Richtung beliebige bekannte, mit SAW arbeitende Wandler- und Resonatoranordnungen, z. B. transversal gekoppelte Resonatoren (auf Englisch transversal mode resonator oder TMR), auf das Bauelement gemäß Erfindung übertragbar.

Möglich ist auch die Anregung in sowohl longitudinaler als auch vertikaler Richtung und die akustische Kopplung in transversaler Richtung, siehe 5A.

Möglich ist es auch, zwei mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen verbundene kammartige Elektroden eines Resonators in verschiedenen lateralen Ebenen, z. B. eine erste Elektrode in der ersten Metallschicht und eine zweite Elektrode in der zweiten Metallschicht auszubilden, wobei die Strukturen der beiden Elektroden einander gegenüber liegen. Die geführte Volumenwelle wird in diesem Fall in vertikaler Richtung angeregt und breitet sich in lateraler Richtung aus.

Es ist auch möglich, dass die beiden Elektroden zueinander um einen bestimmten Betrag in lateraler Richtung versetzt und/ oder gegeneinander um einen bestimmten Winkel verdreht angeordnet sind, um z. B. eine bestimmte Form der Anregung zu erzielen.

In einer Variante kann eine vertikale elektrische Anregung einer akustischen Mode zwischen einander gegenüber liegenden Elektrodenstrukturen der übereinander angeordneten Wandler erfolgen. Die elektrische Anregung einer Wellenmode in vertikaler Richtung kann neben der Anregung in lateraler Richtung stattfinden. Die vertikale Anregung erfolgt z. B. zwischen einer „heißen" Elektrodenstruktur des ersten Wandlers und einer ihr gegenüberliegenden „kalten" Elektrodenstruktur des zweiten Wandlers, und umgekehrt. Dabei werden gleichzeitig zwei akustische Moden der geführten Volumenwelle angeregt. Die Frequenz der vertikal angeregten Mode kann gegenüber der Frequenz der lateral angeregten Mode verschoben sein. Es ist vorteilhaft, wenn die primär angeregte Welle der Betriebsfrequenz der Anordnung entspricht, wobei die Frequenz der sekundär angeregten Welle von der Betriebsfrequenz um weniger als 20% abweicht. Möglich ist aber auch, dass die Frequenzen der beiden Moden übereinstimmen.

In einer Variante umfasst das Schichtsystem eine zweite Metallschicht, die unterhalb der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist. In der zweiten Metallschicht können Strukturen des zweiten Wandlers angeordnet sein, die den Strukturen des ersten Wandlers gegenüber liegen. Der erste Resonator ist durch die Strukturen des ersten Wandlers und die darunter angeordnete piezoelektrische Schicht gebildet. Der zweite Resonator ist durch die Strukturen des zweiten Wandlers und die darunter angeordnete piezoelektrische Schicht gebildet. Die piezoelektrische Schicht dient in diesem Fall als Koppelsys tem zur akustischen Kopplung der beiden Resonatoren in vertikaler Richtung.

Die Wandler der beiden akustisch miteinander gekoppelten Resonatoren können in der selben lateralen Ebene angeordnet sein, die z. B. der ersten Metallschicht entspricht. Die Wandler können in longitudinaler Richtung, d. h. der Ausbreitungsrichtung der Welle nebeneinander angeordnet sein. Die entsprechenden Resonatoren sind in dieser Richtung über die piezoelektrische Schicht akustisch miteinander gekoppelt, wobei die Richtung der elektrischen Anregung mit der Richtung der akustischen Kopplung übereinstimmt. Die Wandler können auch in transversaler Richtung nebeneinander angeordnet und die ihnen entsprechenden Resonatoren in dieser Richtung über die piezoelektrische Schicht akustisch miteinander gekoppelt sein.

In der zweiten Metallschicht kann alternativ eine leitende Fläche (z. B. Massefläche) ausgebildet sein, die den Strukturen des ersten Wandlers gegenüber liegt. Die leitende Fläche kann in einer Variante floatend sein. Die als Massefläche vorgesehene leitende Fläche ist in einer bevorzugten Variante mit einem Bezugspotential verbunden.

In einer Variante liegt die leitende Fläche dem ersten sowie dem zweiten Wandler gegenüber, wobei die Wandler in derselben lateralen Ebene angeordnet sind. In diesem Fall bildet der Verbund der piezoelektrischen Schicht und der leitenden Fläche ein Koppelsystem, das die beiden Resonatoren miteinander verkoppelt. Die durchgehende leitende Fläche ist von Vorteil für ein im balanced/balanced Modus zu betreibendes Bauelement, wobei z. B. der erste Wandler an ein symmetrisches ers tes Tor und der zweite Wandler an ein symmetrisches zweites Tor angeschlossen ist.

In einer weiteren Variante sind die beiden Wandler in derselben lateralen Ebene angeordnet, wobei der erste Wandler über der ersten leitenden Fläche und der zweite Wandler über einer – elektrisch von der ersten leitenden Fläche isolierten – zweiten leitenden Fläche angeordnet ist. Die Wandler sind dabei vorzugsweise in transversaler Richtung nebeneinander angeordnet. In diesem Fall sind die den Wandlern zugeordnete Resonatoren in transversaler Richtung akustisch miteinander gekoppelt und elektrisch voneinander entkoppelt. Die leitenden Flächen sind vorzugsweise mit jeweils einem eigenen Bezugspotential verbunden. Die elektrisch voneinander isolierten leitenden Flächen sind vorteilhaft für ein im unbalanced/balanced Modus zu betreibendes Bauelement, wobei z. B. der erste Wandler an ein unsymmetrisches erstes Tor und der zweite Wandler an ein symmetrisches zweites Tor angeschlossen ist.

Die primäre elektrische Anregung erfolgt in lateraler Richtung zwischen den Elektrodenstrukturen desselben Wandlers. Die sekundäre elektrische Anregung kann in vertikaler Richtung zwischen den Elektrodenstrukturen einer der Wandlerelektroden und der darunter liegenden leitenden Fläche (vorzugsweise Massefläche) stattfinden.

Die piezoelektrische Schicht kann zwei Teilschichten aufweisen. Diese können durch eine dritte Metallschicht voneinander getrennt sein. Die Teilschichten können voneinander unterschiedliche Orientierungen der piezoelektrischen Achse aufweisen. Vorteilhaft ist eine punkt-, spiegel- oder antispiegelsymmetrische Orientierung der piezoelektrischen Achsen ge genüber der Grenzfläche der Teilschichten. Vorteilhaft ist insbesondere die antiparallele Orientierung der piezoelektrischen Achsen (vorzugsweise bei einer orthogonalen Orientierung der jeweiligen Achse gegenüber der Grenzfläche der Teilschichten). Die Orientierung der piezoelektrischen Achsen in den beiden Teilschichten bezüglich ihrer Grenzfläche kann aber auch gleich bzw. parallel sein. Dabei ist der erste Wandler in der ersten und der zweite Wandler der zweiten Metallschicht angeordnet. Die Elektrodenstrukturen der beiden Wandler liegen vorzugsweise übereinander. In der dritten Metallschicht ist vorzugsweise eine durchgehende Massefläche ausgebildet, die zwischen dem ersten und dem zweiten Wandler angeordnet ist.

Ebenso ist eine Resonatoranordnung möglich, bei der die beiden Resonatoren jeweils eine in der ersten Metallschicht ausgebildete erste Elektrode und eine in der zweiten Metallschicht ausgebildete zweite Elektrode aufweisen. Dabei liegen die Elektrodenstrukturen der ersten und der zweiten Elektrode desselben Wandlers übereinander. Die ersten (bzw. zweiten) Elektroden des ersten und des zweiten Resonators sind in derselben Metallschicht ausgebildet und in longitudinaler Richtung abwechselnd angeordnet, so dass die kammartigen ersten (bzw. zweiten) Elektroden der beiden Resonatoren ineinander greifen.

Die primäre elektrische Anregung erfolgt in vertikaler Richtung zwischen den Elektrodenstrukturen desselben Resonators. Die sekundäre elektrische Anregung kann in lateraler Richtung zwischen den nebeneinander angeordneten, in derselben Metallschicht ausgebildeten Elektrodenstrukturen verschiedener Resonatoren stattfinden.

Der Abstand zwischen den Mitten der in derselben Metallschicht ausgebildeten Elektrodenstrukturen der entsprechenden Resonatorelektrode beträgt vorzugsweise eine Wellenlänge. Der Abstand zwischen den Mitten der in derselben Metallschicht ausgebildeten Elektrodenstrukturen der verschiedenen Resonatoren ist an die Phasenlage der lateral anzuregenden Welle angepasst.

In einer Variante sind die Resonatoren mit der vertikalen primären Anregung in longitudinaler Richtung nebeneinander angeordnet. Die akustische Kopplung zwischen den Resonatoren erfolgt dabei in longitudinaler Richtung.

In einer weiteren Variante sind die Resonatoren mit der vertikalen primären Anregung in transversaler Richtung nebeneinander angeordnet. Die akustische Kopplung zwischen den Resonatoren erfolgt dabei in transversaler Richtung über die piezoelektrische Schicht.

Die beiden Resonatoren können jeweils symmetrisch beschaltet sein oder in voneinander unterschiedlichen, zwischen zwei symmetrischen Signalpfaden geschalteten Querzweigen angeordnet sein. Möglich ist aber auch, dass einer der Resonatoren unsymmetrisch beschaltet ist. Eine Elektrode des unsymmetrisch beschalteten Resonators ist dann mit einem Bezugspotential verbunden.

Der weitere Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit geführten akustischen Wellen arbeitenden Bauelements. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

A) auf einem Opfersubstrat wird ein Schichtaufbau aus einer ersten Metallschicht, einer piezoelektrischen Schicht und ei ner strukturierten zweiten Metallschicht erzeugt;
B) der Schichtaufbau wird fest mit einem Substrat verbunden;
C) das Opfersubstrat wird entfernt;
D) die erste Metallschicht wird strukturiert;
E) der Schichtaufbau wird auf der Seite der ersten Metallschicht fest mit einem weiteren Substrat verbunden.

Als Substrat sind beliebige elektrisch isolierende oder halbleitende Stoffe geeignet. Die Substrate (z. B. Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Polymere) werden auf die dafür vorgesehene Oberfläche des Schichtaufbaus vorzugsweise in einem Dickschichtverfahren jeweils als eine dicke Schicht aufgetragen. Die freie Oberfläche der Substrate kann nach dem Aushärten des Substratmaterials planarisiert werden.

Die Abscheidung eines Schichtstapels anstelle nur eines Substrats ist auch möglich. Die Abscheidung kann z.B. durch Chemical Vapor Deposition oder weitere Schichtabscheidungsverfahren erfolgen.

Die Substrate können mit dem übrigen Schichtaufbau mittels Waferbondings fest verbunden werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, vor dem Schritt B) auf die zweite Metallschicht und vor dem Schritt E) auf die erste Metallschicht eine dielektrische Planarisierungsschicht – z. B. Siliziumdioxid – aufzutragen. Dabei ist es möglich, als Substrat ein Halbleitermaterial, z. B. Si zu verwenden.

Die Planarisierungsschicht wird zunächst als eine dielektrische Schicht erzeugt, die z. B. durch Chemical Mechanical Polishing planarisiert wird.

In einer Variante wird anstatt nur einer piezoelektrischen Schicht ein mehrere piezoelektrische Teilschichten umfassendes Mehrschichtsystem erzeugt. Zunächst werden die Schritte A) bis C) ausgeführt. Auf die freiliegende Oberfläche der ersten Metallschicht wird ein weiterer Schichtaufbau aufgetragen, der eine weitere piezoelektrische Schicht und eine strukturierte dritte Metallschicht umfasst. Der weitere Schichtaufbau wird auf der Seite der dritten Metallschicht fest mit einem weiteren Substrat verbunden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen schematisch

1A einen einen Wandler umfassenden Resonator

1B in Querzweigen angeordnete, akustisch miteinander gekoppelte Resonatoren (Ersatzschaltbild)

1C in verschiedenen Signalpfaden angeordnete, akustisch miteinander gekoppelte Resonatoren (Ersatzschaltbild)

2A im Querschnitt den Schichtaufbau eines mit GBAW arbeitenden Bauelements mit einer primären elektrischen Anregung in zwei lateralen Ebenen, einer sekundären Anregung und einer akustischen Kopplung in vertikaler Richtung

2B die Draufsicht auf den ersten Wandler gemäß 2A

2C die Draufsicht auf den zweiten Wandler gemäß 2A

3A im Querschnitt den Schichtaufbau eines mit GBAW arbeitenden Resonators mit vertikaler elektrischer Anregung der geführten Volumenwelle

3B im Querschnitt den Schichtaufbau eines mit GBAW arbeitenden Bauelements mit vertikaler elektrischer Anregung und der akustischen Kopplung in longitudinaler Richtung

3C eine Variante des Resonators gemäß 3A, bei dem die Gegenelektrode als eine durchgehende Massefläche ausgebildet ist

4A im Querschnitt den Schichtaufbau eines mit GBAW arbeitenden Resonators mit einer primären Anregung von GBAW in longitudinaler Richtung und einer sekundären Anregung von GBAW in vertikaler Richtung

4B zwei Resonatoren gemäß 4A, die in longitudinaler Richtung über den Verbund der piezoelektrischen Schicht und einer leitenden Fläche akustisch miteinander gekoppelt sind

4C die Draufsicht auf eine Resonatoranordnung von zwei Resonatoren gemäß 4A, die in transversaler Richtung über den Verbund der piezoelektrischen Schicht und einer leitenden Fläche akustisch miteinander gekoppelt sind

4D die perspektivische Draufsicht auf die Resonatoranordnung gemäß 4B

5A die Draufsicht auf ein Bauelement mit über die piezoelektrische Schicht in transversaler Richtung akustisch gekoppelten Resonatoren gemäß 4A

5B zwei Resonatoren gemäß 4A, die in longitudinaler Richtung über die piezoelektrische Schicht akustisch miteinander gekoppelt sind

6 eine Variante des in 2A gezeigten Bauelements, bei dem die piezoelektrische Schicht zwei durch eine mittlere Metallschicht getrennte Teilschichten aufweist

7 eine Variante des in 3B gezeigten Bauelements, bei dem die piezoelektrische Schicht zwei durch eine mittlere Metallschicht getrennte Teilschichten aufweist

8A ein Bauelement mit einer primären Anregung in vertikaler Richtung und ineinander greifenden Elektroden verschiedener Resonatoren

8B eine perspektivische Draufsicht auf den ersten Resonator gemäß 8A

8C eine perspektivische Draufsicht auf den zweiten Resonator gemäß 8A

9A bis 9E Verfahrensschritte beim Aufbau eines GBAW-Wellenleiters mit nur einer piezoelektrischen Schicht

10A bis 10E Verfahrensschritte beim Aufbau eines GBAW-Wellenleiters mit zwei piezoelektrischen Schichten und einer dazwischen angeordneten Metallschicht

11A bis 11E Verfahrensschritte beim Aufbau eines GBAW-Wellenleiters mit Planarisierungsschichten

In 1A ist schematisch ein mit GBAW arbeitender Resonator R1 gezeigt, der einen Wandler W1 und eine darunter liegende piezoelektrische Schicht PS umfasst. Der auch in 2B gezeigte Wandler W1 ist in einer in 2A dargestellten ersten Metallschicht ME1 ausgebildet. Die Metallschicht ME1 und die piezoelektrische Schicht PS sind einem in 9E gezeigten Schichtsystem SS zugeordnet, der als Wellenleiter dient und zur Führung der GBAW geeignet ist.
Das Bauelement gemäß 1B, 1C weist zwei akustisch miteinander gekoppelte Resonatoren R1, R2 auf.
Die GBAW wird in einer – im Weiteren als longitudinale Richtung bezeichneten – lateralen Richtung in einem Substrat geführt, auf dem die Wandlerstrukturen angeordnet sind. Die akustische Kopplung zwischen zwei Resonatoren kann – bei nebeneinander angeordneten Wandlern – in lateraler Ebene und – bei übereinander angeordneten Wandlern – in vertikaler Richtung erfolgen. Die elektrische Anregung kann auch je nach Wandleranordnung in lateraler Ebene oder in vertikaler Richtung erfolgen.
In 1B, 1C ist das Ersatzschaltbild eines Bauelements gezeigt, das zwei elektrische Tore aufweist. Das erste Tor (z. B. Eingangstor) hat einen ersten Anschluss 11 und einen zweiten Anschluss 12. Das zweite Tor (Ausgangstor) hat einen ersten Anschluss 21 und einen zweiten Anschluss 22. In einer Variante ist ein erstes Tor symmetrisch und ein zweites Tor unsymmetrisch ausgebildet. In einer weiteren Variante sind beide Tore symmetrisch beschaltet. Auch die unsymmetrische Beschaltung der beiden Tore ist möglich. Zwischen den ersten Anschlüssen 11, 21 der beiden Tore ist ein erster Signalpfad angeordnet. Zwischen den zweiten Anschlüssen 12, 22 der beiden Tore ist ein erster Signalpfad angeordnet.
Der erste Resonator R1 ist in 1C zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 11, 12 des ersten Tores angeordnet. Der zweite Resonator R2 ist entsprechend an das zweite Tor 21, 22 angeschlossen. Die Resonatoren R1, R2 sind also in Querzweigen angeordnet, die die beiden Signalpfade verbinden. In 1B sind die akustisch gekoppelten Resonatoren in verschiedenen Signalpfaden angeordnet.
2A zeigt ausschnittsweise ein mit GBAW arbeitendes Bauelement mit einer zwischen zwei strukturierten Metallschichten ME1 und ME2 angeordneten piezoelektrischen Schicht PS im schematischen Querschnitt. Die piezoelektrische Schicht PS sowie die Metallschichten ME1 und ME2 bilden zusammen ein Schichtsystem SS, das zwischen zwei Substraten S1 und S2 angeordnet ist.
In der ersten Metallschicht ME1 ist ein erster Wandler W1 mit zwei gegenpoligen Elektroden A und B ausgebildet. In der zweiten Metallschicht ME2 ist ein zweiter Wandler W2 mit zwei gegenpoligen Elektroden A' und B' ausgebildet. Die Draufsicht auf den ersten Wandler W1 von oben ist in 2B und auf den zweiten Wandler W2 in 2C gezeigt. Die elektrische Anregung im ersten Wandler erfolgt zwischen den nebeneinander angeordneten Strukturen der Elektroden A und B. Die elektrische Anregung im zweiten Wandler erfolgt zwischen den nebeneinander angeordneten Strukturen der Elektroden A' und B'. In diesem Fall findet die durch horizontale einfache Pfeile angedeutete primäre elektrische Anregung in zwei lateralen Ebenen ME1, ME2 entlang der longitudinalen Richtung x statt.
Zwischen den einander gegenüber liegenden Strukturen der Elektroden A und A' (bzw. B und B') kann eine sekundäre Anregung in vertikaler Richtung z stattfinden.
Der erste Resonator R1 ist durch den ersten Wandler W1 und die darunter liegende piezoelektrische Schicht PS gebildet. Der zweite Resonator R2 ist durch den zweiten Wandler W2 und die darüber liegende piezoelektrische Schicht PS gebildet.
Dabei bestimmt die Dicke per piezoelektrischen Schicht bzw. der Abstand der Metallschichten ME1, ME2 die Wellenlänge der anzuregenden Volumenwelle.
Der Abstand L zwischen den Mitten der gleichpoligen Elektrodenstreifen beträgt im Wesentlichen eine Wellenlänge λ₁ der primär anzuregenden Wellenmode.
Die Dicke h der piezoelektrischen Schicht beträgt vorzugsweise eine halbe Wellenlänge λ₂/2 oder eine ganze Wellenlänge λ₂ der sekundär anzuregenden Wellenmode.
Der Abstand L kann in allen Ausführungen der Erfindung einen Bruchteil von λ₁ (bzw. λ₂) oder einem ganzzahligen Vielfachen davon betragen. Die Dicke der piezoelektrischen Schicht kann einen Bruchteil von λ₂/2 (bzw. λ₁/2) oder einem ganzzahligen Vielfachen davon betragen (Die Indizes 1 bzw. 2 stehen für die primär bzw. sekundär anzuregende Mode).
Die angeregten akustischen Wellen breiten sich in longitudinaler Richtung aus. Die akustische Kopplung findet in vertikaler Richtung z statt. Die Blockpfeile zeigen in allen Ausführungsformen die Richtung der akustischen Kopplung.
In 3A ist ein Bauelement mit einem Resonator R1 gezeigt, bei dem die mit Pfeilen angedeutete elektrische Anregung in vertikaler Richtung z zwischen zwei mit verschiedenen elektrischen Potentialen verbundenen, in verschiedenen Metallschichten ME1, ME2 befindlichen und übereinander angeordneten Elektrodenstrukturen A und B erfolgt.
Die Dicke h der piezoelektrischen Schicht beträgt vorzugsweise eine halbe Wellenlänge λ₁/2 oder (2n + 1)(λ₁/2) der (primär) anzuregenden Wellenmode, wobei n = 0, 1, 2, ...
In 3B ist ein Bauelement mit in longitudinaler Richtung nebeneinander angeordneten Resonatoren R1 und R2 gemäß 3A in einem schematischen Querschnitt gezeigt.
Der zweite Resonator R2 weist übereinander angeordnete Elektrodenstrukturen der Elektroden A' und B' auf, zwischen denen eine vertikale Anregung stattfindet. Die ersten Elektroden A bzw. A' des ersten bzw. des zweiten Resonators sind in derselben Metallschicht ME1 ausgebildet. Die zweiten Elektroden B bzw. B' des ersten bzw. des zweiten Resonators sind in derselben Metallschicht ME2 ausgebildet. Jede Elektrode A, A', B, B' weist jeweils periodisch angeordnete Metallstreifen ( = Elektrodenstrukturen) auf. Es ist auch möglich, dass eine der Elektroden des ersten und/oder zweiten Resonators als eine durchgehende Metallfläche gemäß 3C ausgebildet ist. Wird je eine Elektrode des ersten und zweiten Resonators als Metallfläche ausgeführt, so können sich diese Metallflächen in voneinander unterschiedlichen Metallebenen befinden. Beispielsweise kann der linke Resonator die durchgehende Metallfläche in der Metallschicht ME1 und der rechte Resonator die durchgehende Metallfläche in der Metallschicht ME2 aufweisen.
Die longitudinale akustische Kopplung zwischen den Resonatoren R1, R2 ist mit einem Blockpfeil verdeutlicht.
In 3C ist eine Variante des in 3A gezeigten Resonators gezeigt, bei dem die zweite Elektrode B als eine (vorzugsweise bei unsymmetrischer Beschaltung des Resonators mit einem Bezugspotential G1 elektrisch verbundene) leitende Fläche MF1 ausgebildet ist.
4A zeigt einen Resonator R1 mit primärer elektrischer Anregung in longitudinaler Richtung wie in 2A.
In der Metallschicht ME2, unterhalb des Wandlers mit den kammartigen Elektroden A, B ist eine leitende Fläche MF1 angeordnet.
Die sekundär anzuregende Wellenmode wird einerseits zwischen den Elektrodenstrukturen der ersten Elektrode A und der leitenden Fläche MF1 und andererseits zwischen den Elektrodenstrukturen der zweiten Elektrode B und der leitenden Fläche MF1 angeregt. Die primäre bzw. sekundäre Anregung ist durch horizontale bzw. vertikale Pfeile angedeutet.
Der Abstand L zwischen den Mitten der gleichpoligen Elektrodenstreifen beträgt hier im Wesentlichen eine Wellenlänge λ₁ der primär anzuregenden Wellenmode. Die Dicke h der piezoelektrischen Schicht beträgt vorzugsweise eine halbe Wellenlänge λ₂/2 der sekundär anzuregenden Wellenmode.
In 4B ist ein Bauelement mit in longitudinaler Richtung nebeneinander angeordneten gekoppelten Resonatoren R1 und R2 gemäß 4A in einem schematischen Querschnitt gezeigt. Der zweite Resonator R2 weist einen Wandler W2 mit Elektroden A' und B' auf.
Es ist grundsätzlich auch möglich, in longitudinaler und/oder vertikaler Richtung eine Welle anzuregen, die sich in transversaler Richtung ausbreitet und zur transversalen akustischen Kopplung von zwei Resonatoren ausgenutzt werden kann. Das Bauelement mit zwei in transversaler Richtung nebeneinander angeordneten und in dieser Richtung akustisch miteinander gekoppelten Resonatoren R1, R2 ist in 4C in einer schematischen Draufsicht gezeigt. In 4D ist die Resonatoranordnung gemäß 4C in einer perspektivischen Ansicht gezeigt.
In 4B, 4C sind beide Resonatoren R1, R2 über derselben durchgehenden leitenden Fläche MF1 angeordnet. Die Elektroden der Resonatoren sind elektrisch voneinander isoliert. Die Resonatoren R1, R2 sind miteinander akustisch über ein Koppelsystem gekoppelt, das die piezoelektrische Schicht und die leitende Fläche MF1 umfasst.
In 5A ist eine Variante der in 4C gezeigten Anordnung gezeigt, bei der jeder Wandler W1, W2 über einer eigenen leitenden Fläche MF1, MF2 angeordnet ist, wobei diese Flächen elektrisch voneinander isoliert und vorzugsweise mit verschiedenen Bezugspotentialen elektrisch verbunden sind. Die akustische Kopplung zwischen den Resonatoren erfolgt hier in transversaler Richtung y nur über die piezoelektrische Schicht PS1.
In 5B ist eine Variante der in 4B gezeigten Anordnung gezeigt, bei der jeder Wandler W1, W2 über einer eigenen leitenden Fläche MF1, MF2 angeordnet ist. Die akustische Kopplung zwischen den Resonatoren erfolgt hier in longi tudinaler Richtung y nur über die piezoelektrische Schicht PS1.
6 zeigt ein Bauelement gemäß Erfindung, das zwei laterale Anregungsebenen ME1, ME2 aufweist. Der erste Wandler W1 mit Elektrodenstrukturen der Elektroden A und B ist in der ersten Metallschicht ME1 und der zweite Wandler W2 mit Elektrodenstrukturen der Elektroden A' und B' in der zweiten Metallschicht ME2 ausgebildet. Die laterale elektrische Anregung erfolgt hier in longitudinaler Richtung x zwischen zwei mit verschiedenen elektrischen Potentialen verbundenen, in einer Metallschicht ME1 bzw. ME2 befindlichen Elektrodenstrukturen desselben Wandlers, d. h. zwischen den Elektroden A und B des ersten Wandlers bzw. den Elektroden A' und B' des zweiten Wandlers. Der Unterschied zur 2A besteht darin, dass das Schichtsystem anstatt nur einer piezoelektrischen Schicht zwei durch eine dritte Metallschicht ME3 voneinander getrennte piezoelektrische Schichten PS1, PS2 aufweist. In der (mittleren) dritten Metallschicht ME3 ist eine zwischen den beiden Wandlern angeordnete, durchgehende elektrisch leitende Fläche MF1 ausgebildet.
Die leitende Fläche MF1 ist vorzugsweise mit einem Bezugspotential G1 verbunden und bildet eine Massefläche. Dabei wird vorzugsweise auch in vertikaler Richtung – zwischen den Elektrodenstrukturen des ersten oder des zweiten Wandlers und der leitenden Fläche MF1 – eine sekundäre Welle angeregt. Die leitende Fläche MF1 kann in einer anderen Variante auch floatend sein. In einer weiteren Variante ist es möglich, dass die leitende Fläche MF1 durch eine Fingerstruktur oder ein Gitter ersetzt wird.
Die im ersten Wandler angeregte GBAW wird in der ersten piezoelektrischen Schicht PS1 und die im zweiten Wandler angeregte GBAW in der zweiten piezoelektrischen Schicht PS2 in lateraler (hier longitudinaler) Richtung geführt. Die Resonatoren R1, R2 sind in 6 miteinander in vertikaler Richtung akustisch durch ein Koppelsystem gekoppelt, das die beiden piezoelektrischen Schichten PS1, PS2 und die Massefläche MF1 umfasst.
In 7 ist eine Variante des in 3B gezeigten Bauelements gezeigt. In Unterschied zu 3B umfasst hier die piezoelektrische Schicht zwei durch eine mittlere Metallschicht voneinander getrennte Teilschichten PS1 und PS2. In der mittleren Metallschicht ist eine erste Metallfläche MF1 ausgebildet, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode A, B des ersten Resonators R1 angeordnet ist. In der mittleren Metallschicht ist ferner eine zweite Metallfläche MF2 ausgebildet, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode A', B' des zweiten Resonators R2 angeordnet ist. Die Metallflächen MF1, MF2 sind vorzugsweise elektrisch voneinander isoliert und in einer Variante mit jeweils einem eigenen Potential G1 bzw. G2 elektrisch verbunden. Die Metallflächen MF1, MF2 können in einer weiteren Variante elektrisch miteinander verbunden sein.
Im ersten Resonator R1 findet die vertikale Anregung zwischen der jeweiligen Elektrode (A bzw. B) und der Metallfläche MF1 statt. Im zweiten Resonator R2 findet die vertikale Anregung zwischen der jeweiligen Elektrode (A' bzw. B') und der Metallfläche MF2 statt. Die in der jeweiligen piezoelektrischen Schicht PS1, PS2 in den beiden Resonatoren angeregten Wellen koppeln miteinander über diese Schicht.
In 8A ist ein Bauelement mit zwei Resonatoren R1 und R2 gezeigt, wobei die Elektroden A, B (bzw. A', B') jedes Resonators einander gegenüber liegen bzw. in voneinander unterschiedlichen Ebenen ME1, ME2 angeordnet sind. In 8B ist der erste Resonator R1 gezeigt, der eine erste (heiße) Elektrode A und eine zweite (kalte) Elektrode B aufweist. In 8C ist der zweite Resonator R2 gezeigt, der eine erste (z. B. kalte) Elektrode A' und eine zweite (heiße) Elektrode B' aufweist. Die Elektrodenstrukturen A, A' sind in der Metallschicht ME1 ausgebildet und abwechselnd angeordnet. Die Elektrodenstrukturen B, B' sind in der Metallschicht ME2 ausgebildet und abwechselnd angeordnet.
Die in der dritten Metallschicht ME3 ausgebildete leitende Fläche MF1 ist in dieser Variante vorzugsweise auf Masse gelegt.
Die primäre Anregung erfolgt in vertikaler Richtung zwischen den Elektrodenstrukturen des ersten bzw. des zweiten Resonators und der leitenden Fläche. Eine sekundäre akustische Mode wird in longitudinaler Richtung zwischen zwei mit verschiedenen elektrischen Potentialen verbundenen, in derselben Metallschicht ME1 befindlichen, nebeneinander liegenden Elektrodenstrukturen A und A' des ersten bzw. des zweiten Resonators angeregt. Eine weitere sekundäre akustische Mode wird in longitudinaler Richtung zwischen zwei mit verschiedenen elektrischen Potentialen verbundenen, in derselben Metallschicht ME2 befindlichen, nebeneinander liegenden Elektrodenstrukturen B und B' des ersten bzw. des zweiten Resonators angeregt.
Auf die in 8A gezeigte Trennung der piezoelektrischen Schicht in zwei Teilschichten durch die dritte Metallschicht ME3 kann auch verzichtet werden. Die vertikale Anregung findet zwischen der ersten Elektrode A und der ihr gegenüberliegenden zweiten Elektrode B des ersten Resonators statt. Die vertikale Anregung findet auch zwischen der ersten Elektrode A' und der ihr gegenüberliegenden zweiten Elektrode B' des zweiten Resonators statt.
Sowohl in vertikaler als auch in longitudinaler Richtung angeregte Wellenmoden breiten sich in lateraler Richtung aus. Dabei ist es möglich, dass sich die longitudinal und vertikal angeregten Moden in der gleichen (z. B. longitudinalen) Richtung x ausbreiten. Möglich ist aber auch, dass sich die Ausbreitungsrichtungen der vertikal und longitudinal angeregten Wellenmoden z. B. um 90° unterscheiden, wobei z. B. die longitudinal angeregte Wellenmode in longitudinaler Richtung und die vertikal angeregte Wellenmode in transversaler Richtung y läuft. Möglich ist aber auch, dass sich die vertikal angeregte Wellenmode in longitudinaler Richtung und die longitudinal angeregte Wellenmode in transversaler Richtung ausbreitet.
Die Resonatoren R1, R2 sind in 8A in longitudinaler Richtung akustisch miteinander gekoppelt.
In 9A bis 9E sind Verfahrensschritte bei Herstellung eines mit GBAW arbeitenden Bauelements mit zwei Anregungsebenen schematisch gezeigt.
Zunächst wird ein in 9A gezeigter Schichtaufbau bereitgestellt, wobei auf einem Opfersubstrat OS eine erste Metallschicht ME1, eine piezoelektrische Schicht PS und eine strukturierte zweite Metallschicht ME2 angeordnet wird. Der in 9A gezeigte Schichtaufbau ist um 180° gedreht, wobei das Opfersubstrat OS nach oben gewandt ist.
In einer Variante werden in einer zunächst durchgehenden zweiten Metallschicht ME2 z. B. durch Ätzen Elektrodenstrukturen ausgebildet. Möglich ist es auch, die strukturierte Metallschicht unter Verwendung von Masken zu erzeugen.
Im in 9B gezeigten Verfahrensschritt wird der beschriebene Schichtaufbau fest mit einem zweiten Substrat S2 verbunden. Danach wird das Opfersubstrat OS entfernt (9C).
Die Metallschicht ME1 wird zur Bildung von Elektrodenstrukturen und Kontaktflächen strukturiert (9D). Auf die strukturierte Metallschicht ME1 wird ein Substrat S1 aufgebracht (9E). Das wellenführende Schichtsystem SS umfasst in dieser Variante die aufeinander folgenden Schichten ME2, PS und ME1.
In 10A bis 10E ist ein weiteres Verfahren vorgestellt. Die in den 10A bis 10C gezeigten Schritte entsprechen den 9A bis 9C, wobei die erste Metallschicht ME1 durch eine dritte Metallschicht ME3 bzw. die piezoelektrische Schicht PS durch eine erste piezoelektrische Schicht PS1 zu ersetzen ist.
Auf die freiliegende Oberfläche der dritten Metallschicht ME3 wird eine erste piezoelektrische Schicht PS1 aufgetragen, auf der eine strukturierte erste Metallschicht ME1 erzeugt wird (10D). Auf die Metallschicht ME1 wird ein erstes Substrat S1 aufgetragen (10E). Das wellenführende Schichtsystem SS umfasst in dieser Variante die aufeinander folgenden Schichten ME2, PS2, ME3, PS1 und ME1.
In 11A bis 11E ist eine Variante des in 10A bis 10E vorgestellten Verfahrens gezeigt.
Zwischen dem ersten Substrat S1 und der ersten Metallschicht ME1 sowie zwischen dem zweiten Substrat S2 und der zweiten Metallschicht ME2 wird eine planarisierte dielektrische Schicht DS1 bzw. DS2 erzeugt, die eine zum ersten bzw. zweiten Substrat S1, S2 hin planare Oberfläche aufweist.
Das wellenführende Schichtsystem SS umfasst in dieser Variante die aufeinander folgenden Schichten DS2, ME2, PS2, ME3, PS1, ME1 und DS1.
Das Verfahren gemäß 10A bis 10E hat den Vorteil, dass damit ein Schichtsystem mit unterschiedlichen Orientierungen der piezoelektrischen Achse in piezoelektrischen Teilschichten erzeugt werden kann.
Obwohl in den Ausführungsbeispielen nur eine beschränkte Anzahl möglicher Weiterbildungen der Erfindung beschrieben werden konnte, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Es ist möglich, elektroakustisch aktive Strukturen wie z. B.
Wandler und Reflektoren in beliebiger Anzahl und Formgebung herzustellen, um die Eigenschaften des Bauelements in einer gewünschten Weise zu verändern. Die Erfindung ist auch nicht auf die angegebenen Materialien oder auf bestimmte Frequenzbereiche beschränkt. Die in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel erwähnten Merkmale sind nicht auf die genannte Ausführung beschränkt und können mit weiteren Ausführungen kombiniert werden. Alle Metallschichten können neben Elektrodenstrukturen von außen kontaktierbare Kontaktflächen aufweisen. Die in verschiedenen Metallschichten befindlichen Elektrodenstrukturen können voneinander unterschiedliche Höhen und Zu sammensetzung aufweisen. Alle Schichten können mehrere aufeinander folgende Teilschichten umfassen. Insbesondere kann eine Metallschicht eine Schichtenfolge z. B. aus Al und Cu darstellen.

11, 12: Anschlüsse des ersten Tores
21, 22: Anschlüsse des zweiten Tores
A: erste Elektrode des ersten Resonators R1
A': erste Elektrode des zweiten Resonators R2
B: zweite Elektrode des ersten Resonators R1
B': zweite Elektrode des zweiten Resonators R2
DS1, DS2: dielektrische Schicht
G1: erstes Bezugspotential
G2: zweites Bezugspotential
MEj: j. Metallschicht, j=1 bis 3
MF1: erste leitende Fläche
MF2: zweite leitende Fläche
OS: Opfersubstrat
PS, PS1, PS2: piezoelektrische Schicht
R1: erster Resonator
R2: zweiter Resonator
SS: Schichtsystem
S1: erstes Substrat
S2: zweites Substrat
W1: erster Wandler
W2: zweiter Wandler
x: longitudinale Richtung
y: transversale Richtung
z: vertikale Richtung

Claims

Mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement mit einem Schichtsystem, das eine piezoelektrische Schicht (PS1) und eine auf dieser angeordnete erste Metallschicht (ME1) umfasst, mit einem ersten Resonator, der eine in der ersten Metallschicht (ME1) ausgebildete erste Elektrode (A) mit in Wellenausbreitungsrichtung periodisch angeordneten Elektrodenstrukturen aufweist, mit einem zweiten Resonator, der mit dem ersten Resonator akustisch gekoppelt und elektrisch von diesem isoliert ist, wobei das Schichtsystem einen Wellenleiter bildet, in dem eine geführte akustische Volumenwelle in lateraler Richtung geführt wird.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei der erste Resonator eine in der ersten Metallschicht (ME1) ausgebildete zweite Elektrode (B) mit in Wellenausbreitungsrichtung periodisch angeordneten Elektrodenstrukturen aufweist, wobei die Elektrodenstrukturen der ersten und der zweiten Elektrode (A, B) abwechselnd angeordnet sind und einen ersten Wandler (W1) bilden.
Bauelement nach Anspruch 1, mit einer unterhalb der piezoelektrischen Schicht (PS1) angeordneten zweiten Metallschicht (ME2), wobei der erste Resonator eine in der zweiten Metallschicht (ME1) ausgebildete zweite Elektrode (B) mit in Wellenausbreitungsrichtung periodisch angeordneten Elektrodenstrukturen aufweist, wobei die Elektrodenstrukturen der ersten und der zweiten Elektrode (A, B) übereinander angeordnet sind.
Bauelement nach Anspruch 2, mit einer zweiten Metallschicht (ME2), die unterhalb der piezoelektrischen Schicht (PS1) angeordnet ist, wobei der zweite Resonator einen in der zweiten Metallschicht (ME2) ausgebildeten zweiten Wandler (W2) mit ineinander greifenden Elektroden (A', B') aufweist, wobei die Elektrodenstrukturen des ersten Wandlers (W1) und des zweiten Wandlers (W2) einander gegenüber liegen.
Bauelement nach Anspruch 1, mit einer zweiten Metallschicht (ME2), die unterhalb der ersten piezoelektrischen Schicht (PS1) angeordnet ist, mit einer in der zweiten Metallschicht (ME2) ausgebildeten und unterhalb des ersten Wandlers (W1) angeordneten ersten leitenden Fläche (MF1), die als zweite Elektrode (B) des ersten Resonators dient, wobei der zweite Resonator einen in der ersten Metallschicht (ME1) ausgebildeten zweiten Wandler (W2) aufweist, mit einer in der zweiten Metallschicht (ME2) ausgebildeten und unterhalb des zweiten Wandlers (W2) angeordneten zweiten leitenden Fläche (MF1), die als zweite Elektrode (B') des zweiten Resonators dient und die elektrisch von der ersten leitenden Fläche (MF1) isoliert ist.
Bauelement nach Anspruch 1, mit einer zweiten Metallschicht (ME2), die unterhalb der ersten piezoelektrischen Schicht (PS1) angeordnet ist, mit einer in der zweiten Metallschicht (ME2) ausgebildeten und unterhalb des ersten Wandlers (W1) angeordneten ersten leitenden Fläche (MF1), die als zweite Elektrode (B) des ersten Resonators dient, wobei der zweite Resonator einen in der ersten Metallschicht (ME1) ausgebildeten zweiten Wandler (W2) aufweist, wobei die erste leitende Fläche (MF1) auch unterhalb des zweiten Wandlers (W2) angeordnet ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die beiden Resonatoren über ein Koppelsystem akustisch miteinander gekoppelt sind, das die piezoelektrische Schicht (PS1) umfasst.
Bauelement nach Anspruch 7, wobei die piezoelektrische Schicht zwei durch eine dritte Metallschicht (ME3) getrennte piezoelektrische Teilschichten (PS1, PS2) aufweist, wobei das Koppelsystem durch den Verbund der ersten piezoelektrischen Teilschicht (PS1), der dritten Metallschicht (ME3) und der zweiten piezoelektrischen Teilschicht (PS2) gebildet ist.
Bauelement nach Anspruch 8, wobei in der dritten Metallschicht (ME3) eine erste leitende Fläche (MF1) ausgebildet ist, die zwischen dem ersten und dem zweiten Wandler (W1, W2) angeordnet ist.
Bauelement nach Anspruch 6 oder 9, wobei die erste leitende Fläche (MF1) mit Masse elektrisch verbunden ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die beiden Resonatoren über das Koppelsystem in transversaler Richtung (y) akustisch miteinander gekoppelt sind.
Bauelement nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die beiden Resonatoren über das Koppelsystem in longitudinaler Richtung (x) akustisch miteinander gekoppelt sind.
Bauelement nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die beiden Resonatoren über das Koppelsystem in vertikaler Richtung (z) akustisch miteinander gekoppelt sind.
Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei die elektrische Anregung im ersten und/oder zweiten Resonator in relativ zur Schichtebene vertikalen Richtung (z) erfolgt.
Bauelement nach Anspruch 14, wobei die elektrische Anregung in vertikaler Richtung (z) zwischen dem ersten oder zweiten Wandler (W1, W2) und der diesem gegenüber liegenden leitenden Fläche (MF1, MF2) erfolgt.
Bauelement nach Anspruch 2 bis 11, oder 13 bis 15, wobei die elektrische Anregung im ersten und/oder zweiten Wandler in longitudinaler Richtung (x) erfolgt.
Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 16, mit einem ersten Signalpfad, der zwischen ersten Anschlüssen (11, 21) eines ersten und eines zweiten elektrischen Tores angeordnet ist, mit einem zweiten Signalpfad, der zwischen zweiten Anschlüssen (12, 22) des ersten und des zweiten Tores angeordnet ist, wobei der erste Wandler (W1) im ersten Signalpfad und der zweite Wandler im zweiten Signalpfad angeordnet ist.
Bauelement nach einem der. Ansprüche 2 bis 16, mit einem ersten Signalpfad, der zwischen ersten Anschlüssen (11, 21) eines ersten und eines zweiten elektrischen Tores angeordnet ist, mit einem zweiten Signalpfad, der zwischen zweiten Anschlüssen (12, 22) des ersten und des zweiten Tores angeordnet ist, mit Querzweigen, die den ersten und den zweiten Signalpfad elektrisch verbinden, wobei der erste Wandler (W1) im ersten Querzweig und der zweite Wandler (W2) im zweiten Querzweig angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines mit geführten akustischen Wellen arbeitenden Bauelements, mit den folgenden Schritten: A) auf einem Opfersubstrat (OS) wird ein Schichtaufbau aus einer durchgehenden Metallschicht (ME3), einer piezoelektrischen Schicht (PS2) und einer strukturierten Metallschicht (ME2) erzeugt; B) der Schichtaufbau wird auf der Seite der strukturierten Metallschicht (ME2) fest mit einem Substrat (S2) verbunden; C) das Opfersubstrat (OS) wird entfernt; D) auf die freiliegende Oberfläche der Metallschicht (ME3) wird ein weiterer Schichtaufbau aufgetragen, der eine weitere piezoelektrische Schicht (PS1) und eine weitere strukturierte Metallschicht (ME1) umfasst; E) der weitere Schichtaufbau wird auf der Seite der weiteren strukturierten Metallschicht (ME1) fest mit einem weiteren Substrat (S1) verbunden.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Verbindung zwischen dem Schichtaufbau und dem Substrat im Schritt B) und/oder E) durch Waferbonding erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei mindestens eines der Substrate (S1, S2) als Dickschicht aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei im Schichtaufbau vor Schritt B) und/oder im weiteren Schichtaufbau vor Schritt E) als letzte Schicht eine Planarisierungsschicht erzeugt wird, die im Schritt B) bzw. E) mit dem jeweiligen Substrat (S1, S2) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei zur Ausbildung der strukturierten Metallschicht (ME1, ME2) im Schritt A) oder D) zunächst eine durchgehende Metallschicht erzeugt wird, in der dann durch Ätzen Elektrodenstrukturen strukturiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei die strukturierte Metallschicht (ME1, ME2) unter Verwendung von Masken erzeugt wird.