DE102010055628B4 - Elektroakustischer Resonator - Google Patents

Abstract

Elektroakustischer Resonator (10) mit zwei Elektroden (11, 12), die jeweils einen Sammelelektrodenabschnitt (21, 22) und eine Vielzahl von Elektrodenfingern (1, 2) aufweisen,- wobei die Elektrodenfinger (1, 2) entlang einer ersten Richtung (x) aufgereiht sind, mit dem Sammelelektrodenabschnitten (21, 22) der jeweiligen Elektrode (11, 12) leitend verbunden sind und entlang einer zweiten Richtung (y), die quer zur ersten Richtung (x) weist, verlaufen,- wobei der Resonator (10) ein überlappungsgewichteter Resonator ist, bei dem die entlang der zweiten Richtung (y) gemessene Ausdehnung des Überlappungsbereichs (20), in dem die Elektrodenfinger (1, 2) beider Elektroden (11, 12) ineinandergreifen, entlang der ersten Richtung (x) variiert,- wobei der Resonator (10) zwischen den Elektrodenfingern (1, 2) der jeweiligen Elektrode (11, 12) Leitungsbrücken (3) aufweist, die jeweils mehrere Elektrodenfinger derselben Elektrode beabstandet von dem Sammelelektrodenabschnitt (21, 22) miteinander leitend verbinden, und- wobei die Leitungsbrücken (3) jeweils zwei übernächstbenachbarte Elektrodenfinger (1a, 1c) derselben Elektrode (1) miteinander verbinden und einen dazwischen angeordneten mittleren Elektrodenfinger (1b) derselben Elektrode (1) übergehen.

Description

• Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Resonator. Elektroakustische Resonatoren besitzen eine piezoelektrische Schicht und zwei Elektroden, die z.B. auf der Oberfläche der piezoelektrischen Schicht angeordnet sind. Die beiden Elektroden besitzen jeweils eine Vielzahl von Elektrodenfingern, die gemeinsam an einen Sammelelektrodenabschnitt der Elektrode angeschlossen sind, durch den das zeitabhängige elektrische Potential an die Elektrodenfinger herangeführt wird. Die Elektrodenfinger beider Elektroden greifen zudem kammförmig ineinander. Zu beiden Seiten außerhalb der kammartig ineinandergreifenden Elektroden grenzen jeweils Reflektoren an, die in ähnlicher Weise aus vielen (allerdings beidseitig angeschlossenen) Elektrodenfingern mit gemeinsamem Anschluss ausgebildet sind. Die Elektrodenfinger der Elektroden jedoch sind nur an einem Ende elektrisch angeschlossen; ihr zweites Ende ist von Elektrodenfingern der anderen Elektrode umgeben.
• Elektroakustische Resonatoren mit diesem Aufbau werden auch als Interdigitalwandler (IDT; interdigital transducer) bezeichnet. Infolge der hochfrequenten Wechselspannung (etwa im Bereich zwischen 100 MHz und einigen GHz) werden hochfrequente stehende Wellen in der piezoelektrischen Schicht ausgebildet, meist in Form von Oberflächenwellen wie im Falle der SAW-Bauelemente (surface acoustic wave) oder auch in Form von Volumenwellen wie im Fall der BAW- oder GBAW-Bauelemente (bulk acoustic wave bzw. guided bulk acoustic wave).
• Die EP 2239846 A2 betrifft einen Schallwellenresonator, der verlustfreie akustische Wellen verwendet. In dem Schallwellenresonator wird eine Apodisationsgewichtung angewendet. Bei der Apodisierungsgewichtung wird die Gewichtung so angewandt, dass mindestens eine von zwei Hüllkurven, die an den Außenseiten in Richtungen senkrecht zu den Ausbreitungsrichtungen der akustischen Wellen angeordnet sind, eine Vielzahl von Hüllkurvenabschnitten umfasst, die von der Mitte zu einer Außenseite der IDT-Elektrode in einer Richtung senkrecht zu den Ausbreitungsrichtungen der akustischen Wellen abgewinkelt sind.
• Die DE 2618210 A1 betrifft Wandlerelektroden für Filter oder Verzögerungsleitungen nach dem Oberflächenwellenprinzip auf piezoelektrischen Substraten, wobei die Wandler als Interdigitalstrukturen mit längengewichteten Elektrodenfingern ausgeführt sind.
• Die DE 10 2005 029 249 A1 betrifft eine SAW-Struktur, die im seriellen Signalpfad zwischen Ein- und Ausgangstor einen seriellen Resonator mit Stummelfingern aufweist, die eine Stummelfingerlänge vom Vier- bis Achtfachen der Periode p des Wandlers aufweisen.
• Die GB 1360235 A betrifft akustische Oberflächenwellengeräte der Art, die interdigitale Gitter als elektromechanische Wandler auf piezoelektrischen Substraten verwendet.
• Die US 2006 / 0158061 A1 betrifft einen elektroakustischen Wandler für ein mit Oberflächenwellen arbeitendes Bauelement, bestehend aus zwei Elektroden mit abwechselnd angeordneten Fingern und Stummelfingern, die jeweils mit einer Stromschiene verbunden sind, wobei die gegenüberliegenden Finger und Stummelfinger durch Spalte voneinander getrennt sind.
• Die US 4160963 A betrifft ein akustisches Oberflächenwellenbauelement, bei dem ein Interdigitalwandler vorgesehen ist, der interdigitale Elektroden mit schmaler Breite und feinem Abstand aufweist, die sich von parallelen Stromschienen erstrecken.
• Die vorliegende Anmeldung betrifft gewichtete, insbesondere überlappungsgewichtete Resonatoren, d.h. solche, bei denen die Elektrodenfinger nicht über ihre gesamte Länge (und auch nicht über einen einheitlichen Anteil ihrer Länge) in den Zwischenraum zwischen benachbarten Elektrodenfingern der jeweils anderen Elektrode hineinführen, sondern unterschiedlich tief ineinandergreifen. Betrachtet man einen Teilausschnitt der gesamten Resonatorfläche zwischen den Sammelelektrodenabschnitten beider Elektroden, so besitzt jede Elektrode lokal in abwechselnder Folge kürzere und längere Elektrodenfinger. Die kürzeren Elektrodenfinger reichen nur bis zum Rand bzw. bis zum Beginn des Überlappungsbereichs. Zwischen den kurzen Elektrodenfingern ragen die langen Elektrodenfinger in dem Überlappungsbereich hin und durchqueren ihn. Der Überlappungsbereich eines gewichteten Resonators, gemessen entlang des Verlaufs der Elektrodenfinger, ist an den Rändern des Resonators, d.h. nahe der beiden Reflektoren am kleinsten und umfasst nur einen kleinen Abschnitt nahe der Mitte zwischen den Sammelelektrodenabschnitten beider Elektroden. In der Mitte zwischen beiden Reflektoren hingegen ist der Überlappungsbereich am größten und umfasst praktisch den gesamten Abstand zwischen beiden Sammelelektrodenabschnitten. Somit verbreitert sich der Überlappungsbereich zur Mitte des Resonators hin.
• Nachteilig bei einem solchen überlappungsgewichteten Resonator ist, dass zu seinen Rändern hin eine zunehmend größere Leiterbahnstrecke entlang der Elektrodenfinger bis zum Erreichen des Überlappungsbereichs zurückzulegen ist. Über diese Leiterbahnstrecke muss die Ladung zu den angeschlossenen Elektroden transportiert werden, bevor sie überhaupt den Überlappungsbereich, der zur Erzeugung stehender Wellen im Festkörper beiträgt, erreicht. Dies gilt nicht nur für die lokal betrachtet kürzeren Elektrodenfinger, sondern ebenso für die längeren Elektrodenfinger, die den Überlappungsbereich durchlaufen. Für eine Anregungsfrequenz von beispielsweise 2 GHz ausgelegte Elektrodenfinger besitzen eine Breite von z.B. 500 nm und eine Höhe von z.B. 100 bis 200 nm. Infolge des elektrischen Widerstandes der Elektrodenfinger entstehen Verluste im Resonator, die sich zu anderen Verlusten (etwa elastischen Verlusten im Festkörper) addieren und die Güte des Resonators vermindern. Diese Verluste sind breitbandig bzw. umfassen einen großen Frequenzbereich. Die Verluste durch solche Zuleitungsströme sind zudem umso größer, je kleiner die Querschnittsabmessungen der Elektrodenfinger dimensioniert sind. Es wäre daher wünschenswert, die Güte eines überlappungsgewichteten Resonators zu erhöhen.
• Diese Anmeldung schlägt hierzu einen elektroakustischen Resonator mit zwei Elektroden vor, die jeweils einen Sammelelektrodenabschnitt und eine Vielzahl von Elektrodenfingern aufweisen,
• - wobei die Elektrodenfinger entlang einer ersten Richtung aufgereiht sind, an den Sammelelektrodenabschnitten der jeweiligen Elektrode angeschlossen sind und entlang einer zweiten Richtung, die quer zur ersten Richtung weist, verlaufen,
• - wobei der Resonator ein überlappungsgewichteter Resonator ist, bei dem die entlang der zweiten Richtung gemessene Ausdehnung des Überlappungsbereichs, in dem die Elektrodenfinger beider Elektroden ineinandergreifen, entlang der ersten Richtung variiert,
• - wobei der Resonator zwischen den Elektrodenfingern der jeweiligen Elektrode Leitungsbrücken aufweist, die jeweils mehrere Elektrodenfinger derselben Elektrode beabstandet von dem Sammelelektrodenabschnitt miteinander leitend verbinden, und
• - wobei die Leitungsbrücken jeweils zwei übernächstbenachbarte Elektrodenfinger derselben Elektrode miteinander verbinden und einen dazwischen angeordneten mittleren Elektrodenfinger derselben Elektrode übergehen.
• Gemäß diesem Resonator sind somit zusätzliche leitende Verbindungsstücke zwischen den Elektrodenfingern jeder Elektrode vorgesehen, die die Elektrodenfinger untereinander kurzschließen. Diese Leitungsbrücken sind beabstandet von den Sammelelektrodenabschnitten der jeweiligen Elektrode angeordnet, und zwar vorzugsweise am Rand des Überlappungsbereichs. Die Positionen der Leitungsbrücken folgen dann den Umrissen des Überlappungsbereichs des Resonators und sind dementsprechend an den Rändern des Resonators (nahe der Reflektoren etwa in der Mitte zwischen beiden Elektroden angeordnet, in der Resonatormitte hingegen relativ nahe an den Sammelelektrodenabschnitten beider Elektroden. Die hier vorgeschlagenen Leitungsbrücken, die zusätzliche Leiterbahnabschnitte in Richtung quer oder jedenfalls schräg zu den Elektrodenfingern darstellen, ermöglichen den direkten Fluss von Ausgleichsströmen entlang des jeweiligen Randes des Überlappungsbereichs, jedoch nur zwischen Elektrodenfingern derselben Elektrode. Diese Ausgleichsströme verringern die sonst in der Nähe der Reflektoren stark zunehmenden Verluste durch Zuleitungsströme und verbessern somit die Güte des Resonators. Die hier vorgeschlagenen Leitungsbrücken können vorzugsweise in derselben Ebene wie die Elektroden einschließlich ihrer Elektrodenfinger selbst angeordnet sein und somit bereits als Teil des Musters bei der Strukturierung der Metallschicht beider Elektroden berücksichtigt sein. Gleichwohl wird - trotz der hier vorgeschlagenen Leitungsbrücken - innerhalb der Resonatorfläche die fingerförmige Struktur beibehalten, da die Leitungsbrücken die Elektrodenfinger nur lokal, d.h. in einem sehr geringen Längenabschnitt der Elektrodenfinger diese miteinander kurzschließen.
• Einige exemplarische Ausführungsformen werden nachstehend mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:
• 1 eine schematische Draufsicht auf einen herkömmlichen piezoelektrischen Resonator,
• die 2A bis 2F vergrößerte Detailansichten verschiedener Ausführungsformen von Resonatoren mit Leitungsbrücken,
• die 3A bis 3D Gesamtansichten von Resonatoren gemäß einigen Ausführungsbeispielen der 2A bis 2F,
• 4A eine schematische Querschnittsansicht eines piezoelektrischen Resonators,
• 4B eine schematische Querschnittsansicht eines piezoelektrischen Resonators mit zusätzlichen Schichten,
• 5 die Abhängigkeit der Admittanz Y des Resonators von der Frequenz f der im Resonator erzeugten Wellen,
• 6 den Verlauf des Reflexionsfaktor S und
• 7 eine tabellarische Auflistung gemessener Parameter zur Kennzeichnung der Resonatorgüte für Resonatoren ohne bzw. mit Leitungsbrücken.
• 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Leiterbahnebene 25 eines herkömmlichen piezoelektrischen Resonators 10, wobei wegen des symmetrischen Aufbaus nur die eine (linke) Hälfte dargestellt ist. Zwischen zwei Reflektoren 23 und 24 (vgl. 4A und 4B) erstreckt sich eine Anordnung zweier Elektroden 11, 12, die jeweils einen Sammelelektrodenabschnitt 21 bzw. 22 sowie eine Vielzahl damit verbundener Elektrodenfinger 1, 2 aufweisen. Der Resonator ist überlappungsgewichtet, d.h. der Überlappungsbereich 20, in dem die Elektrodenfinger 1, 2 beider Elektroden kammförmig ineinandergreifen, d.h. sich überlappen, erstreckt sich lediglich zwischen zwei Rändern R, die zu den Reflektoren 23, 24 hin immer weiter zusammenrücken. In der Mitte des Resonators (rechts im dargestellten Ausschnitt der 1) ist die Breite des Überlappungsbereichs 20 am größten. Nur innerhalb des Überlappungsbereichs greifen die Elektrodenfinger 1, 2 der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 von entgegengesetzten Seiten her ineinander. Auf jeder Seite außerhalb des Überlappungsbereichs hingegen sind Elektrodenfinger nur einer der beiden Elektroden 11; 12 angeordnet.
• Die 2A bis 2F zeigen vergrößerte Detailansichten einiger Beispiele von Resonatoren, bei denen quer zu den Elektrodenfingern verlaufende Leitungsbrücken vorgesehen sind. Die 2A, 2C und 2F stellen dabei nicht erfindungsgemäße Beispiele dar. Dargestellt sind vergrößerte Ausschnitte ungefähr im Bereich des unteren Randes R, oberhalb dessen der Überlappungsbereich 20 beginnt. Ferner ist in 2A und 2C exemplarisch noch ein Teilabschnitt des Sammelelektrodenabschnitts 21 der unteren, ersten Elektrode 11 dargestellt. Deren Elektrodenfinger 1a bis 1d führen (unterbrochen dargestellt) bis zum Rand R des Überlappungsbereichs 20, wobei jeder zweite Elektrodenfinger 1a, 1c der ersten Elektrode 11 in den Überlappungsbereich 20 hineinführt. Die übrigen, kürzeren Elektrodenfinger 1b, 1d der ersten Elektrode 11 enden außerhalb des Überlappungsbereichs 20. Ihnen kommen im Überlappungsbereich 20 die Elektrodenfinger 2b, 2d der zweiten Elektrode 12 entgegen. In den 2A bis 2F sind die Elektrodenfinger der zweiten Elektrode 12 schraffiert dargestellt. Gemäß 2A sind entlang des Randes R des Überlappungsbereichs 20 Leitungsbrücken 3 (bzw. kurze Überbrückungsleitungen) vorgesehen, die benachbarte Elektrodenfinger der ersten Elektrode leitend miteinander verbinden und vorzugsweise quer, d.h. senkrecht zu ihnen verlaufen. Solche Leitungsbrücken sind entlang beider Ränder R des Überlappungsbereichs 20 vorgesehen. Insbesondere sind (nicht dargestellt) entsprechende Leitungsbrücken, die die Elektrodenfinger der zweiten Elektrode 12 miteinander verbinden, entlang des anderen, oberen Randes R des Überlappungsbereichs vorgesehen. Gemäß des Beispiels der 2A verbindet jede Leitungsbrücke 3 zwei zueinander nächstbenachbarte Elektrodenfinger (derselben Elektrode).
• 2B zeigt eine Ausführungsform, die in 3A ferner als Gesamtansicht dargestellt ist. Hier verbindet jede Leitungsbrücke 3 zwei übernächstbenachbarte (längere) Leitungsbrücken der jeweiligen Elektroden; in 2B konkret die Elektrodenfinger 1a und 1c bzw. 1c und 1e. Die Leitungsbrücken 3 trennen somit die dazwischen gelegenen, kürzeren Elektrodenfinger 1b bzw. 1d von den entgegenkommenden längeren Elektrodenfingern 2b, 2d der zweiten Elektrode 12, die den Überlappungsbereich 20 durchqueren. Die quer verlaufenden Leitungsbrücken 3 sind nur auf Höhe der beiden Elektroden 11, 12 vorgesehen, jedoch nicht im Bereich der Reflektoren 23 und 24 (vgl. 3A und 4).
• Bei dem Beispiel gemäß 2C verbindet jede Leitungsbrücke 3 zusätzlich noch den mittleren, kürzeren Elektrodenfinger 1b bzw. 1d mit den benachbarten längeren Elektrodenfingern. Ansonsten ähnelt der Aufbau und der Verlauf der leitenden Strukturen innerhalb der Leiterbahnebene 25 demjenigen der 2B. 2D zeigt eine Ausführungsform, die als Gesamtansicht in 3B dargestellt ist. Hier sind zusätzlich zu den Leitungsbrücken 3 noch Leiterbahnabschnitte 5 vorgesehen, die weder an die erste noch an die zweite Elektrode eingeschlossen sind. Dadurch werden elektrische Ladungsspitzen bzw. Spannungsmaxima an den Enden der Elektrodenfinger reduziert. Die Leitungsbrücken 3 hingegen verbinden (wie in 2B) zwei übernächstbenachbarte längere Elektrodenfinger der jeweiligen Elektrode miteinander. Wie in 3B dargestellt, sind die Leiterbahnabschnitte 5 entlang der beiden Ränder R des Überlappungsbereichs 20 angeordnet.
• 2E zeigt eine Ausführungsform, die als Gesamtansicht in 3C dargstellt ist. Hier sind im Gegensatz zu 2D die den Leiterbahnabschnitten 5 entsprechenden Strukturen leitend mit den Leitungsbrücken 3 verbunden; sie bilden somit Elektrodenfingerfortsätze 7 (d.h. zusätzliche kleine Zwischenfinger), die auf gleicher Höhe wie die kürzeren Elektrodenfinger 1b, 1d angeordnet sind, über welche die jeweilige Leitungsbrücke 3 hinwegführt. 2F zeigt ein Beispiel, das als Gesamtansicht in 3D dargestellt ist. Hier verbinden die Leitungsbrücken 3 nicht nur die übernächstbenachbarten längeren Elektrodenfinger 1a und 1c und den jeweiligen Elektrodenfingerfortsatz 7 miteinander, sondern zusätzlich auch (im Gegensatz zu 2E) den kürzeren Elektrodenfinger 1b.
• Gemäß all diesen Beispielen, die lediglich exemplarisch sind, ermöglichen die Leitungsbrücken einen verlustärmeren Potentialausgleich entlang der Ränder R des Überlappungsbereichs 20, da die infolge von Zuleitungswiderständen verursachten Verluste vermindert werden und die Güte des Resonators verbessert wird. Insbesondere in der Nähe beider Reflektoren, wo der Abstand der Ränder R des Überlappungsbereichs 20 von de Sammelelektrodenabschnitten 21, 22 beider Elektroden 11, 12 am größten ist, ermöglichen die Leitungsbrücken 3 eine wirksam beschleunigte Potentialzufuhr an den Überlappungsbereich 20 heran.
• Die Gesamtansichten in den 3A bis 3D wurden bereits anhand der 2A bis 2F erläutert. In 3D hingegen sind noch einige zusätzliche Merkmale und Elemente illustriert, auf die nachfolgend eingegangen wird.
• So ist in 3D etwa die Ausformung der beiden Sammelelektrodenabschnitte 21, 22 der Elektroden am Übergang zu den Elektrodenfingern 1, 2 beider Elektroden 11, 12 genauer dargestellt. Insbesondere ist hier erkennbar, dass die jeweiligen Elektrodenfinger direkt von dem betreffenden Sammelelektrodenabschnitt 21, 22 bzw. Sammelelektrodenstreifen ausgehen und unmittelbar mit ihm verbunden sind. Sammelelektrode und daran angeschlossene Elektrodenfinger bilden somit eine ununterbrochene, durchgehende kammförmige Struktur (beispielsweise in Form einer strukturierten Metallschicht, Metalllegierungsschicht oder Metallschichtenfolge in der Leiterbahnebene 25, deren Draufsicht in 3D dargestellt ist). Auch in den 1, 2A bis 2F sowie 3A bis 3E ist der (schematisch dargestellte) Übergang zwischen den Sammelelektroden und den Elektrodenfinger in gleicher Weise wie in 3D ausgebildet. Der Vollständigkeit halber sind in 3D noch Kontaktanschlüsse 8, 9 beider Elektroden angedeutet; sie können an beliebiger anderer Stelle herangeführt und auch anders geformt sein; 3D verdeutlicht lediglich die Anwesenheit der beiden Kontaktanschlüsse 8, 9. Ferner gibt das Koordinatenkreuz in 3D an, dass die Elektrodenfinger 1, 2 (ebenso wie in den übrigen, bisher erläuterten Figuren) entlang einer ersten Richtung x aufgereiht sind und entlang einer zweiten Richtung y, die quer zur ersten Richtung x weist, verlaufen.
• Die Leitungsbrücken müssen nicht notwendigerweise innerhalb der Leiterbahnebene 25 verlaufen, sondern können auch darüber oder darunter angeordnet sein. So können von den Elektrodenfingern Vias oder sonstige Kontakte in eine höher oder tiefer gelegene Ebene führen, in der die Leitungsbrücken angeordnet sind. 3D zeigt weiterhin, dass der zwischen beiden Rändern R verlaufende Überlappungsbereich 20 entlang der zweiten Richtung y schmaler ist als die Resonatorfläche F, d.h. als der Abstand zwischen den den Sammelelektrodenabschnitten 21, 22 beider Elektroden. Die entlang der Richtung y gemessene Ausdehnung oder bzw. Breite des Überlappungsbereichs 20 nimmt insbesondere in der Nähe der Reflektoren 23, 24 ab. Durch die hier vorgeschlagenen Leiterbahnbrücken bzw. Zwischenverbindungen zwischen den Elektrodenfingern werden die Resonatoreigenschaften verbessert. Im Übrigen kann in den Ausführungsformen dieser Anmeldung anstelle einer einzigen abgebildeten Leitungsbrücke auch eine Mehrzahl von Leitungsbrücken, insbesondere ein Paar zweier eng zusammen liegender Leitungsbrücken vorgesehen sein.
• 4A zeigt rein schematisch eine Querschnittsansicht eines piezoelektrischen Resonators 10, dessen Leiterbahnebene 25 in den 1, 2A bis 2F sowie 3A bis 3D in der Draufsicht dargestellt wurde. Unterhalb der Leiterbahnebene 25 ist eine piezoelektrische Schicht angeordnet, auf deren Oberfläche die beiden Elektroden 11, 12 sowie die beiden Reflektoren 23, 24 strukturiert sind.
• 4B zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines piezoelektrischen Resonators, dessen Leiterbahnebene 25 in den 1, 2A bis 2F und 3A bis 3D in der Draufsicht dargestellt ist. Der Resonator ist wie in 4A skizziert aufgebaut, jedoch sind hier auf der Leiterbahnebene zusätzlich noch eine oder mehrere dielektrische Schichten 26 und/oder 27 aufgebracht. Die Schichten 26 und/oder 27 können zum Zweck der Temperaturkompensation und/oder zum Ausgleich herstellungsbedingter Schwankungen der Frequenzlage durch nachträgliches Abtragen/Trimmen genutzt werden. Auch hier sind die Abmessungen nicht notwendigerweise maßstabgerecht.
• Ein geeignetes Material für eine die Leiterbahnebene bedeckende dielektrische Schicht 26 zur Temperaturkompensation ist aufgrund seiner thermischen Eigenschaften beispielsweise SiO₂. Als Material für eine darüberliegende Trimmschicht 27 kommt aufgrund seiner hohen Biegesteifigkeit beispielsweise Si₃N₄ in Frage.
• 5 zeigt in Abhängigkeit von der Frequenz der im Resonator erzeugten Wellen (vorzugsweise Oberflächenwellen; alternativ Volumenwellen) die Admittanz Y, d.h. den komplexen Leitwert des Resonators. Der Realteil und Imaginärteil sowie der Betrag der Admittanz sind in 5 untereinander aufgetragen. Bei einer Frequenz von etwa 1970 MHz tritt die Resonanz auf, wohingegen bei etwa 2110 MHz die Antiresonanz auftritt. Weitere oben in 5 erkennbare Nebenmaxima rühren von anderweitigen, unerwünschten Effekten her, die jedoch außerhalb des nutzbaren Wellenlängenbereichs zwischen Resonanz und Antiresonanz liegen. In 5 ist die Admittanz jeweils für einen herkömmlichen Resonator ohne Leitungsbrücken (Kurve I) sowie für den hier vorgeschlagenen Resonator mit zusätzlichen Leiterbahnbrücken 3 (Kurve II) aufgetragen. Die senkrechten Achsen sind logarithmisch skaliert; es sind Real- und Imaginärteil sowie der Betrag der Admittanz Y(f) jeweils in logarithmischer Skala [dB] über der Frequenz [MHz] aufgetragen.
• Wie oben in 5 erkennbar ist, verringert sich im Bereich etwa ab 2030 bis 2110 MHz der Realteil der Admittanz gegenüber einem herkömmlichen Resonator (d.h. gegenüber Kurve I), was die Güte des Resonators verbessert. Außerdem ist, wie unten in 5 anhand des Betrags der Admittanz Y erkennbar, das Minimum bei 2110 MHz stärker ausgeprägt; hier verläuft der Abfall beiderseits der Antiresonanz steiler und erreicht auch einen kleineren Minimalwert als bei der Kurve I. Auch daran ist die verbesserte Güte des mit den Leitungsbrücken ausgestatteten Resonators (Kurve II) erkennbar. Zwar wird entsprechend dem Imaginärteil der Admittanz Y die Antiresonanzfrequenz etwas verringert, allerdings nur geringfügig.
• 6 zeigt in einem Smith-Diagramm den aus der Resonatoradmittanz Y(f) und der Bezugsadmittanz des Messtores Zo = 50 Ohm berechneten Streuparameter (S-Parameter) $$\text{S}\left(\text{f}\right)=\left(1-Z_0*\text{Y}\left(\text{f}\right)\right)/\left(1+{\text{Z}}_0*\text{Y}\left(\text{f}\right)\right)$$

  
• Als Funktion der Frequenz. Entsprechend der in 5 von 1900 MHz bis 2300 MHz dargestellten Admittanzfunktion Y(f) durchlaufen die in 6 aufgetragenen S-Parameter I bzw. II das Smith-Diagramm im Uhrzeigersinn. Der linke Schnittpunkt mit der realen Achse entspricht der Resonanzfrequenz und der rechte Schnittpunkt mit der realen Achse der Antiresonanzfrequenz. In dem hier interessierenden Bereich zwischen Resonanz und Antiresonanz (obere imaginäre Halbebene in 6) besitzt beim verbesserten Resonator (Kurve II) die ungefähr halbkreisförmige Bahn in 6 einen größeren Radius (bzw. einen größeren mittleren Abstand von dem Mittelpunkt des eingezeichneten Umkreises mit Radius 1) als die Kurve I. Der Streuparameter S(f) liegt bei dem erfindungsgemäßen Resonator über einen weiten Bereich weiter außen, d.h. näher am Einheitskreis, und ist damit verlustärmer. Insbesondere verringern die Leitungsbrücken zwischen den Elektrodenfingern die bestehenden Verluste im Frequenzbereich beginnend bei der Resonanzfrequenz bis über die Antiresonanz hinaus. Durch die zusätzlichen Leiterbahnabschnitte 5 ohne Kontaktanschluss bzw. die Elektrodenfingerfortsätze 7 (2D bis 2F) lässt sich zudem der Verringerung der Frequenz, bei der Antiresonanz auftritt, entgegenwirken. In der unteren imaginären Halbebene (d.h. außerhalb des technisch genutzten Frequenzbereichs) erkennbare Anomalitäten rühren im übrigen von parasitären Effekten wie beispielsweise der oberen Bandkante des akustischen Stoppbandes des Fingergitters sowie vom zunehmenden Einsetzen der Volumenabstrahlung (d.h. Ausbildung von Volumenwellen) her.
• Die vorliegende Anmeldung stellt somit einen elektroakustischen, gewichteten Interdigitalwandler (IDT) verbesserter Güte bereit. In 7 sind Parameter zur Kennzeichnung der Resonatorgüten für Messungen von jeweils vier Resonatoren (1 bis 4) ohne Leitungsbrücken und vier Resonatoren (5 bis 8) mit Leitungsbrücken tabellarisch zusammengefasst. Aufgetragen sind Zahlenwerte für die Resonanzgüte Qs im Resonanzfall (quality short) und im Antiresonanzfall (quality open) sowie die mittlere Güte Qt = 0,5 (Qo + Qs). Ferner sind die Frequenzen für die Resonanz (fs) und die Antiresonanz (fo) in MHz angegeben. Der Vergleich der Zahlenwerte der Resonatoren 5 bis 8 (die der Kurve II in 5 und 6 entsprechen) mit denjenigen der Resonatoren 1 bis 4 (entsprechend der Kurve I in 5 und 6) ist erkennbar, dass durch die Leitungsbrücken zwischen den Elektrodenfingern die Güte der Antiresonanz Qo um ca. 20 Prozent erhöht wird. In der vorletzten Spalte der 7 ist ferner der Pol-Nullstellen-Abstand PZD (polezero-distance) gemäß $$\text{PZD}=\left(\text{fo}-\text{fs}\right)/\left(\mathrm{0,5}\times \left(\text{fo}+\text{fs}\right)\right)$$

  

  aufgetragen, der sich durch die Leitungsbrücken nur geringfügig von ca. 7 Prozent auf ca. 6,8 Prozent reduziert. Als weitere Kennzahl für die Resonatorgüte ist in der letzten Spalte der 7 als weiterer Qualitätsparameter die „Figure of Merit“ gemäß (FoM = PZD x Qt) angegeben; hier zeigt sich eine Zunahme und somit Verbesserung um etwa 10 Prozent im Falle der Resonatoren 5 bis 8.
• Im Übrigen können Breite und/oder Länge der Leitungsbrücken 3, der Leiterbahnabschnitte 5 und/oder der Elektrodenfingerfortsätze 7 variiert werden und insbesondere kleiner oder größer ausfallen als die Breite und/oder Länge der Elektrodenfinger.
• Die Leitungsbrücken 3 reduzieren somit die bestehenden Verluste in einem Frequenzbereich beginnend von der Serienresonanz bis über die Antiresonanz hinaus. Auf diese Weise verbesserte Resonatoren können beispielsweise in Verschaltungen zu piezoelektrischen Filter- oder Duplexer-Bauteilen verwendet werden.
• Bezugszeichenliste

1; 1a, 1b, ...

Elektrodenfinger der ersten Elektrode

2; 2a, 2b, ...

Elektrodenfinger der zweiten Elektrode

3

Leitungsbrücke

5

Leiterbahnabschnitt

7

Elektrodenfingerfortsatz

8, 9

Kontaktanschluss

10

Resonator

11

erste Elektrode

12

zweite Elektrode

20

Überlappungsbereich

21, 22

Sammelelektrodenabschnitt

23, 24

Reflektor

25

Leiterbahnebene

F

Resonatorfläche

fo

Antiresonanzfrequenz

fs

Resonanzfrequenz

PZD

Resonanz-Antiresonanz-Abstand

R

Rand

Qo

Antiresonanzgüte

Qs

Resonanzgüte

Qt

mittlere Güte

x

erste Richtung

y

zweite Richtung

Claims (8)

1. Elektroakustischer Resonator (10) mit zwei Elektroden (11, 12), die jeweils einen Sammelelektrodenabschnitt (21, 22) und eine Vielzahl von Elektrodenfingern (1, 2) aufweisen, - wobei die Elektrodenfinger (1, 2) entlang einer ersten Richtung (x) aufgereiht sind, mit dem Sammelelektrodenabschnitten (21, 22) der jeweiligen Elektrode (11, 12) leitend verbunden sind und entlang einer zweiten Richtung (y), die quer zur ersten Richtung (x) weist, verlaufen, - wobei der Resonator (10) ein überlappungsgewichteter Resonator ist, bei dem die entlang der zweiten Richtung (y) gemessene Ausdehnung des Überlappungsbereichs (20), in dem die Elektrodenfinger (1, 2) beider Elektroden (11, 12) ineinandergreifen, entlang der ersten Richtung (x) variiert, - wobei der Resonator (10) zwischen den Elektrodenfingern (1, 2) der jeweiligen Elektrode (11, 12) Leitungsbrücken (3) aufweist, die jeweils mehrere Elektrodenfinger derselben Elektrode beabstandet von dem Sammelelektrodenabschnitt (21, 22) miteinander leitend verbinden, und - wobei die Leitungsbrücken (3) jeweils zwei übernächstbenachbarte Elektrodenfinger (1a, 1c) derselben Elektrode (1) miteinander verbinden und einen dazwischen angeordneten mittleren Elektrodenfinger (1b) derselben Elektrode (1) übergehen.
2. Resonator nach Anspruch 1, wobei die Leitungsbrücken (3) jeder Elektrode (1; 2) entlang des dem Sammelelektrodenabschnitt (21; 22) der jeweiligen Elektrode (1, 2) zugewandten Randes (R) des Überlappungsbereichs (20) angeordnet sind.
3. Resonator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leitungsbrücken (3) jeder Elektrode (1, 2) in einem Abstand von dem Sammelelektrodenabschnitt (21, 22) angeordnet sind, wobei dieser Abstand zwischen der jeweiligen Leitungsbrücke (3) und dem Sammelelektrodenabschnitt (21, 22) entlang der ersten Richtung (x) variert.
4. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede Leitungsbrücke (3) zwei übernächstbenachbarte Elektrodenfinger (1a, 1c, 1e; 2b, 2d) derselben Elektrode (1; 2) miteinander kurzschließt.
5. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeweils zwischen der Leitungsbrücke (3) und dem auf Höhe des mittleren Elektrodenfingers (1b) heranreichenden Elektrodenfinger (2b) der anderen Elektrode (12) ein Leiterbahnabschnitt (5) angeordnet ist, der weder an die erste (11) noch an die zweite Elektrode (12) angeschlossen ist.
6. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an die jeweilige Leitungsbrücke (3) jeweils ein Elektrodenfingerfortsatz (7) angeschlossen ist, der in Höhe des mittleren Elektrodenfingers (1b) von der Leitungsbrücke (3) ausgehend in Richtung der anderen Elektrode (2) verläuft.
7. Resonator nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Leiterbahnabschnitte (5) und/oder die Elektrodenfingerfortsätze (7) eine Länge besitzen, die entweder einheitlich gewählt ist oder innerhalb der Resonatorfläche (F) mit der Position der Leiterbahnabschnitte (5) und/oder der Elektrodenfingerfortsätze (7) entlang der ersten Richtung (x) variiert.
8. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zwischen den Elektrodenfingern (1, 2) jeweils eine oder mehrere Leitungsbrücken (3) vorgesehen sind, wobei die Leitungsbrücken (3) entlang der zweiten Richtung (y) eine Abmessung und/oder eine Entfernung voneinander besitzen, die gleich groß oder größer ist als die Breite der Elektrodenfinger (1, 2) entlang der ersten Richtung (x).

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