DE102010064575B3

DE102010064575B3 - Elektroakustischer Wandler mit verringerten Verlusten durch transversale Emission und verbesserter Performance durch Unterdrückung transversaler Moden

Info

Publication number: DE102010064575B3
Application number: DE102010064575.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Jakob; Dr. Wagner Karl-Christian; Dr. Mayer Markus; Dr. Ebner Thomas; Dr. Bleyl Ingo; Dr. Ruile Werner; Dr. Hauser Markus; Dr. Schmidhammer Edgar; Dr. Rösler Ulrike; Wolfgang Sauer
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2030-01-26

Abstract

Elektroakustischer Wandler, – angeordnet in einer akustischen Spur, – mit einem piezoelektrischen Substrat, das einen höheren elektroakustischen Kopplungskoeffizienten als Quarz aufweist, – mit zwei auf dem Substrat angeordneten Elektroden, die jeweils mit einer Stromsammelschiene verschaltete, ineinander greifende Elektrodenfinger (EF) zur Anregung von akustischen Wellen aufweisen, – mit einer Beschwerungsschicht, – mit einer dielektrischen Deckschicht, die die Elektrodenfinger (EF) oder die Stromsammelschienen bedeckt, – wobei der Wandler so ausgebildet ist, dass in mehreren parallel zur akustischen Spur verlaufenden Bereichen (ZAB, IRB, ARB, SB) die akustische Welle eine unterschiedliche longitudinale Ausbreitungsgeschwindigkeit erfährt, – mit einem zentralen Anregungsbereich (ZAB) mit einer ersten longitudinalen Geschwindigkeit, – mit den zentralen Anregungsbereich auf beiden Seiten flankierenden inneren Randbereichen (IRB), in denen die longitudinale Geschwindigkeit von der longitudinalen Geschwindigkeit des zentralen Anregungsbereichs (ZAB) abweicht, – mit die inneren Randbereiche (IRB) flankierenden äußeren Randbereichen (ARB), in denen die longitudinale Geschwindigkeit höher als in den inneren Randbereichen (IRB) ist, – mit die äußeren Randbereiche (ARB) flankierenden Bereichen der Stromsammelschienen (SB), in denen die longitudinale Geschwindigkeit geringer als in den äußeren Randbereichen (ARB) ist, ...

Description

Die Erfindung betrifft elektroakustische Wandler, welche zum Beispiel Anwendung in SAW- oder GBAW-HF-Filter finden. Erfindungsgemäße Wandler weisen geringere Verluste durch eine verringerte transversale Abstrahlung von akustischen Wellen sowie eine verbesserte Performance durch Unterdrückung transversaler Moden auf.
Mit akustischen Wellen – z. B. akustischen Oberflächenwellen (SAW = surface acoustic wave) oder geführten Volumenwellen (GBAW = guided bulk acoustic wave) – arbeitende Bauelemente wandeln HF-Signale in akustische Wellen und umgekehrt akustische Wellen in HF-Signale um. Dazu umfassen SAW- oder GBAW-Bauelemente Elektrodenfinger, welche auf einem piezoelektrischen Substrat oder auf einer piezoelektrischen Schicht angeordnet sind. In longitudinaler Richtung, das heißt in der Richtung, in der sich die akustischen Wellen ausbreiten, sind Elektrodenfinger nebeneinander angeordnet, die i. A. abwechselnd mit einer ersten und einer zweiten Stromsammelschiene (Busbar) verbunden sind. Die akustische Spur ist der Bereich des Substrats oder der piezoelektrischen Schicht, in dem sich akustische Oberflächenwellen während des Betriebs des Bauelements ausbreiten. Die Elektrodenfinger liegen in der akustischen Spur und somit im akustischen Bereich. Die Stromsammelschienen liegen im lateralen Randbereich der akustischen Spur. In longitudinaler Richtung ist die akustische Spur in der Regel durch Reflektoren begrenzt, um den Energieverlust durch Emission der akustischen Wellen in longitudinaler Richtung zu vermindern.
Ein Verlustmechanismus bei mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelementen besteht darin, dass akustische Wellen die akustische Spur in longitudinaler oder transversaler Richtung verlassen.
Insbesondere durch die endliche Apertur der akustischen Spuren können durch Beugungseffekte transversale akustische Moden entstehen. Solche Moden stören die Übertragungscharakteristik und stellen einen Verlustmechanismus dar. Ein wichtiger Punkt bei der Entwicklung von mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelementen, insbesondere Oberflächenwellenfiltern für Mobilfunkanwendungen, ist, Bauelement mit geringen Verlustmechanismen – z. B. ohne störende transversale Moden oder mit verringerten störenden transversalen Moden – bei einer guten Übertragungscharakteristik zu erhalten.
Aus der DE 10 2005 061 800 A1 sind mit akustischen Wellen arbeitende Wandler bekannt, wobei zwischen einem Bereich der Stromsammelmaschinen und einem zentralen Anregungsbereich auf beiden Seiten der akustischen Spur jeweils ein Randbereich, in dem eine longitudinale Geschwindigkeit eingestellt ist, angeordnet ist.
Aus der Offenlegungsschrift DE 103 31 323 A1 sind mit SAWs arbeitende Wandler bekannt, bei welchen die Verluste durch transversale Schwingungen dadurch verringert sind, dass in den Stromsammelschienen Ausnehmungen angeordnet sind.
Aus dem Artikel „Simulation of Waveguiding in SAW Devices an Substrates with Anisotropic Slowness and Excitation” (Markus Mayer et al., IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings 2008, S. 803) sind allgemeine Betrachtungen zur Anisotropie der Slowness bekannt. Konkrete Ausgestaltungen/Geschwindigkeiten in Randbereichen, die einen zentralen Anregungsbereich flankieren für einen elektroakustischen Wandler sind nicht angegeben.
Aus der Patentschrift US 7,576,471 B1 sind mit SAWs arbeitende Bauelemente bekannt, bei welchen die Dicke der Elektrodenfinger in einem Bereich zwischen einem zentralen Anregungsbereich („Center Region”) und dem Bereich der Stromsammelschiene („Busbar Region”) erhöht ist. Dabei ist allerdings die Anwendung auf so genannte „schwach koppelnde” Substrate beschränkt. Die elektroakustische Kopplungskonstante k² ist ein Maß für die Stärke der Kopplung zwischen akustischen Wellen und HF-Signalen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektroakustischen Wandler anzugeben, der geringe transversale Verluste aufweist und der mit stark koppelnden piezoelektrischen Substraten kompatibel ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von elektroakustischen Wandlern gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung gibt in einer ersten Variante einen elektroakustischen Wandler an, der in einer akustischen Spur angeordnet ist. Der Wandler umfasst ein piezoelektrisches Substrat mit einem höheren Kopplungskoeffizienten als Quarz und zwei darauf angeordnete Elektroden, die jeweils mit einer Stromsammelschiene verschaltete, ineinander greifende Elektrodenfinger zur Anregung von akustischen Wellen aufweisen. Der Wandler ist so ausgebildet, dass die akustische Welle in mehreren parallel zur akustischen Spur verlaufenden Bereichen eine unterschiedliche longitudinale Ausbreitungsgeschwindigkeit hat. Die longitudinale Ausbreitungsgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit der akustischen Welle in longitudinaler Richtung.
Der Wandler umfasst einen zentralen Anregungsbereich mit einer ersten longitudinalen Geschwindigkeit. Den zentralen Anregungsbereich flankieren auf beiden Seiten innere Randbereiche, in denen die longitudinale Geschwindigkeit von der longitudinalen Geschwindigkeit im zentralen Anregungsbereich abweicht. Äußere Randbereiche flankieren die inneren Randbereiche. In den äußeren Randbereichen ist die longitudinale Geschwindigkeit höher als in den inneren Randbereichen. Die äußeren Randbereiche können der Wellenführung dienen. Ihre Breite ist dann groß genug, um Wellenführung – z. B. ein Abklingen der gebundenen Moden auf Null – zu erreichen. Bereiche der Stromsammelschienen flankieren die äußeren Randbereiche des elektroakustischen Wandlers. In den Bereichen der Stromsammelschienen des elektroakustischen Wandlers ist die longitudinale Geschwindigkeit geringer als in den äußeren Randbereichen. Das Substrat weist eine konvexe Slowness (deutsch: Langsamkeit) auf. Die Slowness ist der Kehrwert der Geschwindigkeit. Die Slowness ist proportional zum Wellenvektor k der im Substrat propagierenden akustischen Wellen. Das Vorliegen einer konvexen Slowness ist gleichbedeutend mit einem Anisotropiefaktor Γ des Substrats, welcher größer als –1 ist: Γ > –1. Dabei ist der Anisotropiefaktor durch die Gleichung k 2 / x + (1 + Γ)k 2 / y = k 2 / 0 definiert, wobei k_x die Komponente des Wellenvektors in longitudinaler Richtung, k_y die Komponente des Wellenvektors in transversaler Richtung und k₀ die Wellenzahl in Hauptausbreitungsrichtung der akustischen Wellen ist. Die Hauptausbreitungsrichtung in longitudinaler Richtung x ist durch die Anordnung der Elektrodenfinger gegeben. Die Hauptausbreitungsrichtung verläuft senkrecht zu den Elektrodenfingern. Die o. g. Gleichung gilt dabei näherungsweise für k_y/k_x << 1.
In einer Ausführungsform der ersten Variante ist die longitudinale Geschwindigkeit im inneren Randbereich niedriger als im zentralen Anregungsbereich.
In einer Ausführungsform ist die longitudinale Geschwindigkeit im Bereich der Stromsammelschienen niedriger als die longitudinale Geschwindigkeit in den inneren Randbereichen.
In einer Ausführungsform ist die longitudinale Geschwindigkeit in den äußeren Randbereichen höher als die longitudinale Geschwindigkeit im zentralen Anregungsbereich. Die Erfindung gibt in einer zweiten Variante einen elektroakustischen Wandler an, der in einer akustischen Spur angeordnet ist. Der Wandler umfasst ein piezoelektrisches Substrat mit einem höheren Kopplungskoeffizienten als Quarz und zwei darauf angeordnete Elektroden, die jeweils mit einer Stromsammelschiene verschaltete, ineinander greifende Elektrodenfinger zur Anregung von akustischen Wellen aufweisen. Der Wandler ist so ausgebildet, dass die akustische Welle in mehreren parallel zur akustischen Spur verlaufenden Bereichen eine unterschiedliche longitudinale Ausbreitungsgeschwindigkeit hat.
Der Wandler umfasst einen zentralen Anregungsbereich mit einer ersten longitudinalen Geschwindigkeit. Den zentralen Anregungsbereich flankieren auf beiden Seiten innere Randbereiche, in denen die longitudinale Geschwindigkeit von der longitudinalen Geschwindigkeit im zentralen Anregungsbereich abweicht. Äußere Randbereiche flankieren die inneren Randbereiche. In den äußeren Randbereichen ist die longitudinale Geschwindigkeit höher als im zentralen Anregungsbereich. Bereiche der Stromsammelschienen flankieren die äußeren Randbereiche des elektroakustischen Wandlers. In den Bereichen der Stromsammelschienen des elektroakustischen Wandlers ist die longitudinale Geschwindigkeit geringer als in den äußeren Randbereichen.
Die Bereiche der Stromsammelschienen sind so groß, dass eine Wellenführung in diesen Bereichen möglich ist. Im Gegensatz zur ersten Variante dient der Bereich der Stromsammelschienen der Wellenführung.
Das Substrat weist eine konkave Slowness auf. Das Vorliegen einer konvexen Slowness ist gleichbedeutend mit einem Anisotropiefaktor Γ des Substrats, welcher kleiner als –1 ist: Γ < –1.
In einer Ausführungsform der zweiten Variante ist die longitudinale Geschwindigkeit im inneren Randbereich höher als im zentralen Anregungsbereich.
In einer Ausführungsform ist die longitudinale Geschwindigkeit in den äußeren Randbereichen höher als die longitudinale Geschwindigkeit in den inneren Randbereichen.
In einer Ausführungsform ist die longitudinale Geschwindigkeit in den Bereichen der Stromsammelschienen niedriger als die longitudinale Geschwindigkeit im zentralen Anregungsbereich.
Derartige Ausgestaltungen eines elektroakustischen Wandlers, bei denen die longitudinale Geschwindigkeit in transversaler Richtung variiert, ergeben ein transversales Profil der longitudinalen Geschwindigkeit, in dem ein so genannter „Pistonmode” ausbreitungsfähig ist. Der Pistonmode ist eine Schwingungsmode, die dadurch charakterisiert ist, dass das Profil der maximalen Auslenkung der Atome des piezoelektrischen Materials im Wesentlichen konstant innerhalb des Anregungsbereichs und vorzugsweise Null im Bereich außerhalb der akustischen Spur ist. Dazwischen fällt die maximale Auslenkung mit einem möglichst hohen Gradienten ab. Quantitativ ist ein „guter” Pistonmode dadurch gekennzeichnet, dass das Überlappintegral der Grundmode: ∫|Φ(y)Ψ(y)|dy aus transversalem Anregungsprofil Φ(y) und transversalem Auslenkungsprofil Ψ(y) möglichst groß ist. Eine andere Schreibweise dieses Integrals ist: <Φ|Ψ>.
Der Pistonmode ist ferner dadurch charakterisiert, dass keine oder höchstens minimale sich in transversaler Richtung ausbreitende akustische Wellen auftreten. Das Erzielen des Pistonmodes ist also ein effektives Mittel, um Energieverluste durch transversales Abstrahlen von akustischen Wellen aus der akustischen Spur heraus zu vermindern und gleichzeitig eine verbesserte Performance durch Unterdrückung von transversalen Moden zu erreichen.
Der oben beschriebene Wandler ermöglicht einen verglichen mit bekannten Wandlerstrukturen verbesserten Pistonmode, das heißt ein vergrößertes Überlappintegral der Grundmode. Ferner ist der erfindungsgemäße Wandler mit hoch koppelnden Substraten kompatibel.
Das Einstellen der longitudinalen Geschwindigkeit in transversal neben dem zentralen Anregungsbereich angeordneten Bereichen der akustischen Spur ist wesentlich für das Erzielen eines großen Wertes des Überlappintegrals.
Die Unterteilung des Bereichs der akustischen Spur zwischen dem zentralen Anregungsbereich und dem Bereich der Stromsammelschienen in Bereiche unterschiedlicher longitudinaler Geschwindigkeit ermöglicht es, einen Pistonmode mit einem besser einstellbaren Flankenbereich zu erhalten. Insbesondere der Gradient der Auslenkungsfunktion wird vergrößert.
Als piezoelektrisches Substrat kommt beispielsweise Lithiumtantalat oder Lithiumniobat in Frage.
Die Bezeichnung „konkave” Slowness oder Langsamkeit betrifft das Verhältnis von k_y, der Wellenzahl in transversaler Richtung, zu k_x, der Wellenzahl in longitudinaler Richtung. Eine konkave Slowness bedeutet, dass die Slowness in transversaler Richtung, welche proportional zu k_y ist, als Funktion der Slowness in longitudinaler Richtung, welche proportional zu k_x ist, eine konkave Funktion ist: Die zweifache Ableitung der Slowness in longitudinaler Richtung nach der Slowness in transversaler Richtung ist positiv. Oder gleich bedeutend gilt: Die zweifache Ableitung von k_x nach k_y ist positiv:
Ein piezoelektrisches Substrat mit konkaver Slowness wirkt fokussierend auf akustische Wellen und hilft dadurch, die Emission von akustischen Wellen in transversaler Richtung zu vermindern.
In einer Ausführungsform sind die Elektrodenfinger zumindest in Abschnitten entlang der transversalen Richtung innerhalb der inneren Randbereiche breiter als im zentralen Anregungsbereich.
In einer Ausführungsform sind die Elektrodenfinger zumindest in Abschnitten entlang der transversalen Richtung innerhalb der inneren Randbereiche schmaler als im zentralen Anregungsbereich.
Die Geschwindigkeit der akustischen Wellen an der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats hängen von der Massenbelegung des Substrats, das heißt von der Masse der Schichten, die auf dem Substrat angeordnet sind, ab. Materialien der Elektrodenfinger stellen solche Schichten dar. Eine akustische Welle ist dabei umso langsamer, je höher die Massenbelegung ist und umso schneller, je größer die elastischen Konstanten des Materials der Massenbelegung ist. Verbreiterte Elektrodenfinger stellen im Allgemeinen eine erhöhte Massenbelegung dar. Eine auf den inneren Randbereich beschränkte Fingerverbreiterung ist somit ein einfaches aber effektives Mittel, um die longitudinale Geschwindigkeit im inneren Randbereich zu vermindern. Je nach Material kann eine Massenbelegung (z. B. mit Al₂O₃ oder Diamant, beide Materialien sind relativ leicht aber haben hohe Steifigkeitswerte) die Geschwindigkeit auch vergrößern. Ebenso kann eine Verschmälerung oder Verbreiterung der Elektrodenfinger eine Erniedrigung oder eine Erhöhung der Geschwindigkeiten bewirken.
In einer Ausführungsform ändert sich die Breite der Elektrodenfinger zumindest in Abschnitten entlang der transversalen Richtung innerhalb der inneren Randbereiche linear. Indem sich die Fingerbreite linear, also nicht stufenartig, ändert, ist ein weiterer Freiheitsgrad bei der Formung des Auslenkungsprofils und damit des Pistonmodes gegeben. Die Breite kann dabei von innen nach außen zu oder abnehmen.
In einer Ausführungsform sind die Elektrodenfinger zumindest in Abschnitten entlang der transversalen Richtung innerhalb der inneren Randbereiche höher oder niedriger als im zentralen Anregungsbereich. Eine Verdickung oder Dünnung der Finger stellt ebenso eine Möglichkeit dar, die Massebelegung zu verändern, um einen verbesserten Pistonmode zu erhalten.
In einer Ausführungsform sind die Elektrodenfinger im zentralen Anregungsbereich höher als in den inneren Randbereichen, den äußeren Randbereichen oder den Bereichen der Stromsammelschiene und weisen dabei insbesondere eine dickere Metallisierung auf. Sowohl eine Verdickung als auch eine Verdünnung, je nach Materialparameter, der Finger stellt ebenso eine Möglichkeit dar, die Massebelegung zu verändern. Durch das Einstellen der Dicke der Finger kann die akustische Geschwindigkeit leicht eingestellt werden, um einen verbesserten Pistonmode zu erhalten.
In einer Ausführungsform ändert sich die Höhe der Elektrodenfinger, das heißt die Dicke der Elektrodenschicht auf dem Substrat, innerhalb der inneren Randbereiche zumindest in Abschnitten entlang der transversalen Richtung stufenweise.
Üblicherweise werden Elektrodenfinger und Stromsammelschienen in Abscheideprozessen (zum Beispiel in Lift-Off-Technik oder in Ätztechnik) auf einem piezoelektrischen Substrat aufgebracht. Eine lineare Änderung der Dicke ist dabei nicht auf eine triviale Weise realisierbar. Bei stufenweiser Änderung kann, wenn die Stufenweite ausreichend klein gewählt ist, eine gute Annäherung an einen linearen Verlauf gewählt werden und erhalten werden.
In einer Ausgestaltung nimmt die Höhe der Elektrodenfinger innerhalb der inneren Randbereich zumindest in Abschnitten entlang der transversalen Richtung, d. h. nach außen oder nach innen, linear zu. Ist eine Approximation durch eine stufenförmig geänderte Dicke nicht ausreichend, so kann eine linear oder sonstige stetige Funktion der Schichtdicke dadurch erhalten werden, dass beim Abscheideprozess der Materialstrahl einen räumlich inhomogenen Fluss aufweist und die Abscheiderate in verschiedenen Bereichen des Substrats unterschiedlich ist. Der Gradient der Abscheiderate ist dann eine räumlich stetige Funktion.
In einer Ausführungsform ist auf den Elektrodenfingern in den inneren Randbereichen zumindest in lateralen Abschnitten ein vom Elektrodenmaterial verschiedenes leitendes oder dielektrisches Material angeordnet. Ein solches auf den Elektrodenfingern angeordnetes Material ermöglicht es weiterhin, die Geschwindigkeit der akustischen Welle aufgrund der unterschiedlichen Massenbelegung einzustellen.
In einer Ausführungsform eines Wandlers ist dielektrisches Material in den inneren Randbereichen auf und zwischen den Elektrodenfingern angeordnet. Es kann quasi eine Schiene, z. B. mittels Lift-Off-Technik oder mittels Ätztechnik strukturiert, in longitudinaler Richtung über die Elektrodenfinger gelegt sein. Dadurch ist die Massebelegung und damit die longitudinale Geschwindigkeit leicht einzustellen.
In einer Ausführungsform ist Hafniumoxid oder Tantaloxid auf oder zwischen den Elektrodenfingern angeordnet.
Hafniumoxid und Tantaloxid sind Verbindungen mit einer hohen spezifischen Dichte und haben somit einen großen Einfluss auf die Änderung der Geschwindigkeit der akustischen Welle. Zusätzlich sind es elektrische Isolatoren, so dass unterschiedliche Finger unterschiedlicher Polarität nicht kurz geschlossen werden.
Auch Hafnium oder Tantal, also die Metalle selbst, können dazu dienen, die Geschwindigkeit zu verringern. Dazu werden sie auf den Elektroden, den Stromsammelschienen, auf Stummelfingern oder den Elektrodenfingern angeordnet.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit kann dabei so eingestellt werden, dass aufgrund der Anisotropie eine Fokussierung in Ausbreitungsrichtung auftritt.
In einer Ausführungsform ist die longitudinale Geschwindigkeit in den äußeren Randbereichen höher als im zentralen Anregungsbereich.
In einer Ausführungsform des elektroakustischen Wandlers ist die longitudinale Geschwindigkeit in den inneren Randbereichen höher als in den Bereichen der Stromsammelschienen.
In einer Ausführungsform ist die longitudinale Geschwindigkeit in den beiden inneren Randbereichen identisch. Die longitudinale Geschwindigkeit in den beiden äußeren Randbereichen ist dabei jeweils auch identisch. Die longitudinale Geschwindigkeit ist in den Bereichen der beiden Stromsammelschienen identisch.
In einer Ausführungsform ist die Übereinstimmung des Anregungsprofils der Grundmode der akustischen Welle in transversaler Richtung bzw. des Wandlers und des Auslenkungsprofils der akustischen Welle in transversaler Richtung – das Überlappintegral – möglichst hoch. Das normierte Überlappintegral ist vorzugsweise größer als 0,9 oder größer als 0,95 oder größer als 0,99. Dabei ist das normierte Überlappintegral:
In einer Ausführungsform ist das transversale Anregungsprofil der akustischen Welle durch eine Phasenwichtung im inneren Randbereich an das transversale Auslenkungsprofil angepasst. Eine Phasenwichtung wird dabei dadurch erhalten, dass einzelne Bereiche, zum Beispiel in transversaler Richtung angeordnete Bereiche, der Elektrodenfinger ein Anregungszentrum – in der Regel die Mitte der Elektrodenfinger – haben, welches in longitudinaler Richtung gegenüber dem Anregungszentrum in anderen Bereichen verschoben ist. Eine solche Verschiebung kann dadurch erreicht werden, dass die Verbreiterung oder die Verschmälerung der Elektrodenfinger nicht symmetrisch bezüglich der transversalen Richtung vorgenommen wird.
Durch eine Verschiebung des Anregungszentrums von Teilen der Elektrodenfinger wird aufgrund der Fehlanpassung zur ansonsten scharf definierten Ausrichtung der akustischen Welle, ihrer Wellenlänge und dem Anregungszentrum erreicht, dass die Anregungsstärke in diesen lateralen Bereichen vermindert ist. Somit ist dem Entwickler eines elektroakustischen Wandlers ein weiterer Freiheitsgrad zur Einstellung des Anregungsprofils und damit zur Einstellung eines Pistonmodes gegeben.
In einer Ausführungsform sind die Elektrodenfinger oder die Stromsammelschienen mit einer dielektrischen Schicht bedeckt. In einer Ausgestaltung dieses elektroakustischen Wandlers besteht die Schicht aus SiO₂. Siliziumdioxid eignet sich ferner gut, um den Temperaturgang der elastischen Komponenten des Substrats zu kompensieren.
In einer Ausführungsform ist der elektroakustische Wandler ein GBAW-Bauelement. In einem GBAW-Bauelement breiten sich akustische Wellen an einer Grenzschicht zwischen einer piezoelektrischen Schicht und einer darauf angeordneten dielektrischen Schicht aus.
In einer Ausführungsform sind die Breiten der äußeren Randbereiche durch den lateralen Abstand zwischen den Enden der Elektrodenfinger der einen Elektrode und der anderen Elektrode, also der Stromsammelschiene selbst, bestimmt. In einer solchen Ausführungsform weist der elektroakustische Wandler keine Stummelfinger auf. Alternativ sind Stummelfinger in den Bereichen der Stromsammelschienen möglich, um die Massenbelegung geeignet einzustellen. Stummelfinger sind Elektrodenfinger, die nicht mit Elektrodenfingern der gegenüberliegenden Elektrode überlappen und somit im Wesentlichen keine longitudinalen akustischen Wellen anregen.
Der Abstand W des zentralen Anregungsbereichs von den Stromsammelschienen kann
betragen.
Dabei ist ƒ die Betriebsfrequenz, Δν_AB = |ν_ZAB – ν_AB|, Δν_RB = |ν_ZAB – ν_RB| und ν_ZAB die Geschwindigkeit im zentralen Anregungsbereich.
Im Fall einer konvexen Slowness (deutsch: Langsamkeit) ist ν_RB die longitudinale Geschwindigkeit im inneren Randbereich und ν_AB die longitudinale Geschwindigkeit im äußeren Randbereich.
Im Fall einer konkaven Slowness ist ν_RB die über den inneren Randbereich und den äußeren Randbereich gemittelte Geschwindigkeit. ν_AB ist die Geschwindigkeit im Bereich der Stromsammelschiene.
In einer Ausführungsform ist der innere Randbereich wesentlich breiter (z. B. 2 mal, 5 mal oder 10 mal breiter) als der äußere Randbereich.
Die Breite der Bereiche der Stromsammelschienen kann im Fall konkaver Slowness gleich oder größer als
sein. Dabei ist k_yAB:
Die Breite der äußeren Randbereiche kann im Fall konvexer Slowness gleich oder größer als
sein. Dabei ist k_yAB:
In einer Ausführungsform sind die Breiten der äußeren Randbereiche durch den lateralen Abstand zwischen den Enden der Elektrodenfinger der einen Elektrode und den Enden von mit der Stromsammelschiene der anderen Elektrode verschalteten Stummelfinger bestimmt. In einer Ausführungsform ist der elektroakustische Wandler Teil eines mit akustischen Wellen arbeitenden Resonators mit die akustische Spur in longitudinaler Richtung begrenzenden Reflektoren.
In longitudinaler Richtung können zwischen die akustische Spur begrenzenden Reflektoren auch weitere elektroakustische Wandler angeordnet sein. Ein oder mehrere Wandler können dabei Eingangswandler sein, die HF-Signale in akustische Wellen umwandeln, während ein oder mehrere andere Wandler Ausgangswandler sind, die akustische Wellen in HF-Signale umwandeln.
In einer Ausführungsform umfasst ein mit akustischen Wellen arbeitender Resonator Reflektoren, die die akustische Spur in longitudinaler Richtung begrenzen. Dabei weist mindestens einer der Reflektoren das gleiche transversale Geschwindigkeitsprofil der akustischen Welle wie der Wandler auf.
In einer Ausführungsform ist der Wandler zusammen mit einem Reflektor auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnet, wobei der Reflektor Reflektorfinger aufweist, die in transversaler Richtung den gleichen Aufbau wie die Elektrodenfinger des Wandlers aufweisen.
Die Erfindung gibt in einer dritten Variante einen elektroakustischen Wandler an, der in einer akustischen Spur angeordnet ist. Der Wandler umfasst ein piezoelektrisches Substrat mit einem höheren Kopplungskoeffizienten als Quarz und zwei darauf angeordnete Elektroden, die jeweils mit einer Stromsammelschiene verschaltete, ineinander greifende Elektrodenfinger zur Anregung von akustischen Wellen aufweisen. Der Wandler ist so ausgebildet, dass die akustische Welle in mehreren parallel zur akustischen Spur verlaufenden Bereichen eine unterschiedliche longitudinale Ausbreitungsgeschwindigkeit hat. Die longitudinale Ausbreitungsgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit der akustischen Welle in longitudinaler Richtung.
Der Wandler umfasst einen zentralen Anregungsbereich mit einer ersten longitudinalen Geschwindigkeit. Den zentralen Anregungsbereich flankieren äußere Randbereiche. Die Geschwindigkeit der akustischen Wellen in den äußeren Randbereichen weicht i. A. von der longitudinale Geschwindigkeit im zentralen Anregungsbereich ab. Bereiche der Stromsammelschienen flankieren die äußeren Randbereiche des elektroakustischen Wandlers. In den Bereichen der Stromsammelschienen des elektroakustischen Wandlers ist die longitudinale Geschwindigkeit geringer als in den äußeren Randbereichen. Das Substrat mit Elektrodenstrukturen weist eine selbstfokussierende Slowness auf. Das Vorliegen einer selbstfokussierenden Slowness ist gleichbedeutend mit einem Anisotropiefaktor Γ des Substrats, welcher im Wesentlichen gleich –1 ist: Γ = –1.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers umfasst die Schritte

– Bereitstellen eines piezoelektrischen Substrats,
– Strukturieren von Stromsammelschienen und Elektrodenfinger auf dem Substrat,
– Abtragen von Elektrodenfingermaterial im zentralen Anregungsbereich.

Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Schritte

– Bereitstellen eines piezoelektrischen Substrats,
– Strukturieren von Stromsammelschienen und Elektrodenfinger auf dem Substrat,
– Oxidation des Elektrodenfingermaterials im inneren Randbereich.

Das Einstellen der longitudinalen Geschwindigkeiten in transversalen Bereichen kann durch geeignete Materialbelegung in den transversalen Bereichen erreicht werden. Die Geschwindigkeit akustischer Wellen wird dabei im Allgemeinen durch eine Vergrößerung der Masse auf dem Substrat verringert. Die Geschwindigkeit wird im Allgemeinen durch eine Belegung mit Material hoher Steifigkeit (z. B. Al₂O₃ oder Diamant) erhöht. Die Auswahl eines geeigneten Materials der Massenbelegung ermöglicht also sowohl eine Erhöhung als auch eine Erniedrigung der Geschwindigkeit der akustischen Welle.
Im Folgenden werden erfindungsgemäße elektroakustische Wandler anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen schematischen Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein transversales Geschwindigkeitsprofil, bei dem die longitudinale Geschwindigkeit im inneren Randbereich geringer als im zentralen Anregungsbereich ist,
2 ein transversales Geschwindigkeitsprofil, bei dem die longitudinale Geschwindigkeit im inneren Randbereich größer als im zentralen Anregungsbereich ist,
3 eine schematische Darstellung eines konventionellen elektroakustischen Wandlers,
4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wandlers,
5 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform,
6 eine erfindungsgemäße Ausgestaltungsform eines Elektrodenfingers,
7 eine weitere schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektrodenfingers,
8a, 8b weitere schematische Darstellungen eines Elektrodenfingers,
8c den Querschnitt eines Elektrodenfingers mit lokalen Aufdickungen.
9 eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wandlers mit schienenförmig abgeschiedenem Material auf den inneren Randbereichen,
10 die Darstellung der Abhängigkeit von k_y in Abhängigkeit von k_x bei einem Substrat mit konkaver Slowness,
11 die Admittanz eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Resonators,
12 das Prinzip der Phasenwichtung.
1 zeigt ein Geschwindigkeitsprofil der longitudinalen Geschwindigkeit von nebeneinander in transversaler Richtung angeordneten Bereichen der akustischen Spur. Im Inneren der akustischen Spur ist der zentrale Anregungsbereich ZAB angeordnet. Den zentralen Anregungsbereich ZAB flankieren die inneren Randbereiche IRB, die direkt neben dem zentralen Anregungsbereich ZAB angeordnet sind. Die longitudinalen Geschwindigkeiten der inneren Randbereiche IRB sind dabei geringer als die longitudinale Geschwindigkeit im zentralen Anregungsbereich ZAB. Die inneren Randbereiche IRB wiederum werden von den äußeren Randbereichen ARB flaniert. Die longitudinale Geschwindigkeit der äußeren Randbereiche ARB ist dabei höher als die longitudinale Geschwindigkeit der inneren Randbereiche IRB: Sie kann auch höher als die longitudinale Geschwindigkeit des zentralen Anregungsbereichs ZAB sein. Die äußeren Randbereiche ARB wiederum sind von den Bereichen der Stromsammelschienen SB flankiert, in denen die longitudinale Geschwindigkeit der akustischen Wellen geringer ist als in den äußeren Randbereichen ARB.
2 zeigt ein Profil entlang der transversalen Richtung, in dem die longitudinalen Ausbreitungsgeschwindigkeiten der unterschiedlichen Bereiche aufgetragen sind. Der Unterschied zu der Ausgestaltung, die in 1 gezeigt ist, besteht darin, dass die longitudinale Geschwindigkeit in den inneren Randbereichen IRB höher als die longitudinale Geschwindigkeit im zentralen Anregungsbereich ZAB ist. Die longitudinalen Geschwindigkeiten im zentralen Anregungsbereich ZAB und in den inneren Randbereichen IRB sind aber geringer als in den äußeren Randbereichen ARB, die die inneren Randbereiche flankieren.
3 illustriert einen konventionellen elektroakustischen Wandler, in dem in einem Anregungsbereich ZAB, in dem Elektrodenfinger zweier unterschiedlicher Elektroden überlappen, eine Wandlung zwischen HF-Signalen einerseits und akustischen Wellen andererseits stattfindet. Die Elektrodenfinger einer Elektrode dürfen die Stromsammelschiene der anderen Polarität nicht berühren, sonst wäre die Wandlerstruktur kurzgeschlossen. Zwischen den Fingerenden und der gegenüberliegenden Stromsammelschiene existiert also ein Randbereich RB, in welchem keine elektroakustische Wandlung stattfindet. Konventionelle Wandler weisen also zwischen dem Bereich der Stromsammelschiene SB und dem zentralen Anregungsbereich ZAB in der Regel nur einen Randbereich RB pro Flanke auf.
Im Gegensatz dazu ist in 4 eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Im zentralen Anregungsbereich ZAB wandeln die kammartig angeordneten Elektrodenfinger zwischen HF-Signalen einerseits und akustischen Wellen andererseits. Innere Randbereiche IRB flankieren den zentralen Anregungsbereich ZAB. Die Elektrodenfinger sind im inneren Randbereich IRB, verglichen mit dem zentralen Anregungsbereich ZAB, breiter ausgeführt. Auch im inneren Randbereich IRB findet eine Wandlung zwischen HF-Signalen und akustischen Schwingungen statt. Durch die erhöhte Massenbelegung, beispielsweise aufgrund der erhöhten Fingerdicke, ist die longitudinale Geschwindigkeit im inneren Randbereich IRE gegenüber dem zentralen Anregungsbereich ZAB verringert.
Äußere Randbereiche ARB flankieren die inneren Randbereiche IRB. Die äußeren Randbereiche ARB nehmen nicht aktiv an der Wandlung zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen Teil. In den äußeren Randbereichen ARB sind akustische Wellen aber durchaus ausbreitungsfähig. Aufgrund der verringerten Massenbelegung in den äußeren Randbereichen ARB ist die longitudinale Geschwindigkeit in den äußeren Randbereichen ARB verglichen mit den longitudinalen Geschwindigkeiten der inneren Randbereiche, der Reflektoren IRB und des zentralen Anregungsbereichs ZAB erhöht.
Die Bereiche der Stromsammelschienen SB wiederum flankieren die äußeren Anregungsbereiche. Die Massenbelegung ist hier, verglichen mit den übrigen transversalen Bereichen, maximal; die longitudinale Geschwindigkeit ist minimal.
Das Entstehen transversaler Schwingungsmoden ist Folge von Beugungseffekten innerhalb der endlich großen akustischen Spur. Die Ausbildung eines erfindungsgemäßen transversalen Profils der longitudinalen Geschwindigkeit (Pistonmode) hilft, das Entstehen von Schwingungsmoden mit einer Geschwindigkeit in Transversalrichtung zu vermindern.
5 zeigt eine alternative Ausführungsform, die sich von der Ausführungsform der 4 dahingehend unterscheidet, dass die Breite der Elektrodenfinger in den inneren Randbereichen IRB, verglichen mit der Fingerbreite des zentralen Anregungsbereichs ZAB, vermindert ist. Dadurch ist die longitudinale Geschwindigkeit in den inneren Randbereichen IRB gegenüber der Geschwindigkeit des zentralen Anregungsbereichs ZAB erhöht. Der innere Randbereich IRB zählt zum Anregungsbereich, weil sich in ihm Elektrodenfinger unterschiedlicher Polarität überlappen.
Die 6, 7, 8a und 8b zeigen Ausgestaltungsmöglichkeiten von Elektrodenfingern, in denen die Breite der Finger abschnittsweise verringert (6) oder vergrößert ist (7) oder in denen die Breite der Elektrodenfinger zum Fingerende linear abnimmt oder zunimmt (8a und 8b).
8c zeigt den Querschnitt parallel zur transversalen Richtung durch einen Elektrodenfinger EF mit lokaler Aufdickungen LA. Durch geeignete Aufdickungen gelingt es, die Massebelegung und gegebenenfalls die elastischen Parameter des Elektrodenfingers so einzustellen, dass das gewünschte Geschwindigkeitsprofil erhalten wird.
9 illustriert eine Ausgestaltung, in der in inneren Randbereichen IRB, die den zentralen Anregungsbereich ZAB flankieren, dielektrisches Material auf den Elektroden und den Bereichen des Substrats zwischen den Fingerelektroden angeordnet ist. Dadurch wird die longitudinale Geschwindigkeit in den inneren Randbereichen IRB verringert.
10 illustriert die Relationen zwischen transversalen und longitudinalen Wellenzahlen des imaginären Zweigs (gestrichelte Linien) und des reellen Zweigs (durchgezogene Linien) für eine konkave Slowness. β_min bezeichnet dabei den kleinstmöglichen der Werte von k_x, für die geführte Schwingungsmoden existieren können. β_max bezeichnet den größtmöglichen der Werte von k_x, für die geführte Schwingungsmoden existieren können. Die Kurven A bezeichnen die Wellenvektoren im Anregungsbereich der akustischen Spur; die Kurven B bezeichnen die Wellenvektoren im Außenbereich, d. h. außerhalb der akustischen Spur z. B. im Bereich der Stromsammelschienen.
11 zeigt die Realteile dreier frequenzabhängiger Admittanzverläufe C, D, E bei konvexer Slowness. Kurve C zeigt die Admittanz eines konventionellen Wandlers mit Resonanzen bei Frequenzen, die höher als die Resonanzfrequenz der Grundmode sind.
Kurve D zeigt den Admittanzverlauf eines elektroakustischen Wandlers, bei dem die longitudinalen Geschwindigkeiten im zentralen Anregungsbereich, in inneren Randbereichen, in äußeren Randbereichen und in den Bereichen der Stromsammelschienen für das Erreichen eines Pistonmodes angepasst sind. Resonanzen treten bei gleichen Frequenzen wie in der Kurve C auf; ihre Amplituden nehmen allerdings erst ab etwa dem doppelten der Betriebsfrequenz stark zu.
Kurve E zeigt die berechnete frequenzabhängige Admittanz eines elektroakustischen Wandlers, dessen longitudinale Geschwindigkeiten in einem zentralen Anregungsbereich, in inneren und äußeren Randbereichen und in Bereichen der Stromsammelschiene an einen Pistonmode angepasst sind und bei dem die Dispersion durch die Anisotropie von Γ = –1 ausgeschaltet ist.
12 zeigt das Prinzip der Phasenwichtung anhand von Verbreiterungen der Elektrodenfinger. Die Verbreiterungen in den inneren Randbereichen IRB, die nicht an den Fingerenden angeordnet sind, sind nicht symmetrisch zu einer in transversaler Richtung durch das Zentrum der Finger verlaufenden Achse angeordnet. Vielmehr sind die Verbreiterungen in longitudinaler Richtung relativ zum jeweiligen Zentrum des Fingers verschoben. Dadurch, dass das Zentrum verschoben ist, ist der Bereich der Verdickung nicht mehr exakt „in Phase” mit der akustischen Welle, wodurch die Anregungsstärke Φ vermindert und an die ideale Flanke der Auslenkung Ψ des Pistonmodes angepasst ist.
Eine weitere Option zur Anpassung der akustischen Welle sind sogenannte Stummel- oder Dummyfinger, die im Bereich der Stromsammelschienen angeordnet sind und im Wesentlichen den Enden der Elektrodenfinger der jeweils anderen Polarität gegenüberstehen.
Ein elektroakustischer Wandler ist nicht auf eines der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Variationen, welche zum Beispiel weitere in lateralen Bereichen angeordnete Geschwindigkeitsbereiche oder entsprechend geformte Elektrodenfinger umfassen, oder Kombinationen verschiedener Ausführungsformen stellen ebenso erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele dar.
Bezugszeichenliste

ARB:

äußerer Randbereich

A:

Wellenvektor im Anregungsbereich

B:

Wellenvektor im Außenbereich

C, D, E:

Realteile verschiedener Admittanzverläufe

EF:

Elektrodenfinger

IRB:

innerer Randbereich

LA:

lokale Aufdickung

SB:

Bereich der Stromsammelschienen

ZAB:

Zentraler Anregungsbereich

Claims

Elektroakustischer Wandler, – angeordnet in einer akustischen Spur, – mit einem piezoelektrischen Substrat, das einen höheren elektroakustischen Kopplungskoeffizienten als Quarz aufweist, – mit zwei auf dem Substrat angeordneten Elektroden, die jeweils mit einer Stromsammelschiene verschaltete, ineinander greifende Elektrodenfinger (EF) zur Anregung von akustischen Wellen aufweisen, – mit einer Beschwerungsschicht, – mit einer dielektrischen Deckschicht, die die Elektrodenfinger (EF) oder die Stromsammelschienen bedeckt, – wobei der Wandler so ausgebildet ist, dass in mehreren parallel zur akustischen Spur verlaufenden Bereichen (ZAB, IRB, ARB, SB) die akustische Welle eine unterschiedliche longitudinale Ausbreitungsgeschwindigkeit erfährt, – mit einem zentralen Anregungsbereich (ZAB) mit einer ersten longitudinalen Geschwindigkeit, – mit den zentralen Anregungsbereich auf beiden Seiten flankierenden inneren Randbereichen (IRB), in denen die longitudinale Geschwindigkeit von der longitudinalen Geschwindigkeit des zentralen Anregungsbereichs (ZAB) abweicht, – mit die inneren Randbereiche (IRB) flankierenden äußeren Randbereichen (ARB), in denen die longitudinale Geschwindigkeit höher als in den inneren Randbereichen (IRB) ist, – mit die äußeren Randbereiche (ARB) flankierenden Bereichen der Stromsammelschienen (SB), in denen die longitudinale Geschwindigkeit geringer als in den äußeren Randbereichen (ARB) ist, – wobei k 2 / x + (1 + Γ)k 2 / y = k 2 / 0 und Γ > –1, – wobei k_x die Komponente des Wellenvektors in longitudinaler Richtung, k_y die Komponente des Wellenvektors in transversaler Richtung und k₀ der Wellenvektor in Hauptausbreitungsrichtung ist, – wobei für die Beschwerungsschicht gilt: • das Material der Beschwerungsschicht ist auf den Elektrodenfingern (EF) in den inneren Randbereichen zumindest in lateralen Abschnitten angeordnet und/oder • das Material der Beschwerungsschicht ist in den inneren Randbereichen (IRB) auf und zwischen den Elektrodenfingern angeordnet und/oder • die Beschwerungsschicht besteht aus Hafniumoxid oder Tantaloxid und die Beschwerungsschicht ist auf oder zwischen den Fingern angeordnet.
Elektroakustischer Wandler, – angeordnet in einer akustischen Spur, – mit einem piezoelektrischen Substrat, das einen höheren elektroakustischen Kopplungskoeffizienten als Quarz aufweist, – mit zwei auf dem Substrat angeordneten Elektroden, die jeweils mit einer Stromsammelschiene verschaltete, ineinander greifende Elektrodenfinger (EF) zur Anregung von akustischen Wellen aufweisen, – mit einer Beschwerungsschicht, – mit einer dielektrischen Deckschicht, die die Elektrodenfinger (EF) oder die Stromsammelschienen bedeckt, – wobei der Wandler so ausgebildet ist, dass in mehreren parallel zur akustischen Spur verlaufenden Bereichen (ZAB, IRB, ARB, SB) die akustische Welle eine unterschiedliche longitudinale Ausbreitungsgeschwindigkeit erfährt, – mit einem zentralen Anregungsbereich (ZAB) mit einer ersten longitudinalen Geschwindigkeit, – mit den zentralen Anregungsbereich auf beiden Seiten flankierenden inneren Randbereichen (IRB), in denen die longitudinale Geschwindigkeit von der longitudinalen Geschwindigkeit des zentralen Anregungsbereichs (ZAB) abweicht, – mit die inneren Randbereiche (IRB) flankierenden äußeren Randbereichen (ARB), in denen die longitudinale Geschwindigkeit höher als im zentralen Anregungsbereich (ZAB) ist, – mit die äußeren Randbereiche (ARB) flankierenden Bereichen der Stromsammelschienen (SB), in denen die longitudinale Geschwindigkeit geringer als in den äußeren Randbereichen (ARB) ist, – wobei k 2 / x + (1 + Γ)k 2 / y = k 2 / 0 und Γ < –1, – wobei k_x die Komponente des Wellenvektors in longitudinaler Richtung, k_y die Komponente des Wellenvektors in transversaler Richtung und k₀ der Wellenvektor in Hauptausbreitungsrichtung ist, – wobei für die Beschwerungsschicht gilt: • das Material der Beschwerungsschicht ist auf den Elektrodenfingern (EF) in den inneren Randbereichen zumindest in lateralen Abschnitten angeordnet und/oder das Material der Beschwerungsschicht ist in den inneren Randbereichen (IRB) auf und zwischen den Elektrodenfingern angeordnet und/oder die Beschwerungsschicht besteht aus Hafniumoxid oder Tantaloxid und die Beschwerungsschicht ist auf oder zwischen den Fingern angeordnet.
Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1, wobei die longitudinale Geschwindigkeit in den inneren Randbereichen (IRB) niedriger als im zentralen Anregungsbereich (ZAB) ist.
Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 2, wobei die longitudinale Geschwindigkeit im inneren Randbereich (IRB) höher als im zentralen Anregungsbereich (ZAB) ist.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Elektrodenfinger (EF) zumindest in Abschnitten entlang der transversalen Richtung innerhalb der inneren Randbereiche (IRB) breiter als im zentralen Anregungsbereich (ZAB) sind.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Elektrodenfinger (EF) zumindest in Abschnitten entlang der transversalen Richtung innerhalb der inneren Randbereiche (IRB) schmaler als im zentralen Anregungsbereich (ZAB) sind.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich die Breite der Elektrodenfinger (EF) zumindest in Abschnitten entlang der transversalen Richtung innerhalb der inneren Randbereiche (IRB) linear ändert.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Elektrodenfinger (EF) zumindest in Abschnitten entlang der transversalen Richtung innerhalb der inneren Randbereiche (IRB) höher als im zentralen Anregungsbereich (ZAB) sind.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Elektrodenfinger (EF) im zentralen Anregungsbereich (ZAB) höher als in den inneren Randbereichen (IRB), den äußeren Randbereichen (ARB) oder den Bereichen der Stromsammelschienen (SB) sind.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Höhe der Elektrodenfinger (EF) innerhalb der inneren Randbereiche (IRB) sich zumindest in Abschnitten entlang der transversalen Richtung stufenweise ändert.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Höhe der Elektrodenfinger (EF) innerhalb der inneren Randbereiche (IRB) zumindest in Abschnitten entlang der transversalen Richtung linear zunimmt.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die longitudinale Geschwindigkeit in den äußeren Randbereichen (ARB) höher als im zentralen Anregungsbereich (ZAB) ist.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die longitudinale Geschwindigkeit in den inneren Randbereichen (IRB) höher als in den Bereichen der Stromsammelschienen (SB) ist.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – die longitudinale Geschwindigkeit in den beiden inneren Randbereichen (IRB) identisch ist, – die longitudinale Geschwindigkeit in den beiden äußeren Randbereichen (ARB) identisch ist und – die longitudinale Geschwindigkeit in den beiden Bereichen der Stromsammelschienen (SB) identisch ist.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Übereinstimmung von transversalem Anregungsprofil der akustischen Welle und transversalem Auslenkungsprofil der Grundmode der akustischen Welle möglichst hoch ist.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das transversale Anregungsprofil der Grundmode der akustischen Welle durch eine Phasenwichtung im inneren Randbereich (IRB) an das transversale Auslenkungsprofil angepasst ist.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Verringerung der Geschwindigkeit in einem Bereich auf dem Substrat durch eine Vergrößerung der Massebelegung erreicht ist.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Verringerung der Geschwindigkeit in einem Bereich auf dem Substrat durch eine Massebelegung mit einem Material geringerer Steifigkeit erreicht ist.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Erhöhung der Geschwindigkeit in einem Bereich auf dem Substrat durch eine durch Materialabtrag erreichte Verkleinerung der Massebelegung bewirkt ist.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Elektrodenfinger (EF) oder die Stromsammelschienen durch eine SiO₂ Schicht der Deckschicht bedeckt sind.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, der ein GBAW-Bauelement ist.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Breiten der äußeren Randbereiche (ARB) durch den transversalen Abstand zwischen den Enden der Elektrodenfinger (EF) der einen Elektrode und der anderen Stromsammelschiene bestimmt sind.
Elektroakustischer Wandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Breiten der äußeren Randbereiche (ARB) durch den transversalen Abstand zwischen den Enden der Elektrodenfinger (EF) der einen Elektrode und den Enden von mit der Stromsammelschiene der anderen Stromsammelschiene verschalteten Stummelfingern bestimmt sind.
Elektroakustischer Wandler nach einem der vorherigen Ansprüche, der Teil eines mit akustischen Wellen arbeitenden Resonators mit die akustische Spur in longitudinaler Richtung begrenzenden Reflektoren ist.
Elektroakustischer Wandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Reflektor das gleiche transversale Geschwindigkeitsprofil der akustischen Wellen wie der Wandler aufweist.
Elektroakustischer Wandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Reflektor Reflektorfinger aufweist, die in transversaler Richtung den gleichen Aufbau wie die Elektrodenfinger (EF) des Wandlers aufweisen.
Elektroakustischer Wandler, – angeordnet in einer akustischen Spur, – mit einem piezoelektrischen Substrat, das einen höheren elektroakustischen Kopplungskoeffizienten als Quarz aufweist, – mit zwei auf dem Substrat angeordneten Elektroden, die jeweils mit einer Stromsammelschiene verschaltete, ineinander greifende Elektrodenfinger (EF) zur Anregung von akustischen Wellen aufweisen, – mit einer Beschwerungsschicht, – mit einer dielektrischen Deckschicht, die die Elektrodenfinger (EF) oder die Stromsammelschienen bedeckt, – wobei der Wandler so ausgebildet ist, dass in mehreren parallel zur akustischen Spur verlaufenden Bereichen (ZAB, ARB, SB) die akustische Welle eine unterschiedliche longitudinale Ausbreitungsgeschwindigkeit erfährt, – mit einem zentralen Anregungsbereich (ZAB) mit einer ersten longitudinalen Geschwindigkeit, – mit den zentralen Anregungsbereich auf beiden Seiten flankierenden äußeren Randbereichen (ARB), in denen die longitudinale Geschwindigkeit von der longitudinalen Geschwindigkeit des zentralen Anregungsbereichs (ZAB) abweicht, – mit die äußeren Randbereiche (ARB) flankierenden Bereichen der Stromsammelschienen (SB), in denen die longitudinale Geschwindigkeit geringer als in den äußeren Randbereichen (ARB) ist, – wobei k 2 / x + (1 + Γ)k 2 / y = k 2 / 0 und Γ = –1, – wobei k_x die Komponente des Wellenvektors in longitudinaler Richtung, k_y die Komponente des Wellenvektors in transversaler Richtung und k₀ der Wellenvektor in Hauptausbreitungsrichtung ist, – wobei für die Beschwerungsschicht gilt: das Material der Beschwerungsschicht ist auf den Elektrodenfingern (EF) in den inneren Randbereichen zumindest in lateralen Abschnitten angeordnet und/oder das Material der Beschwerungsschicht ist in den inneren Randbereichen (IRB) auf und zwischen den Elektrodenfingern angeordnet und/oder die Beschwerungsschicht besteht aus Hafniumoxid oder Tantaloxid und die Beschwerungsschicht ist auf oder zwischen den Fingern angeordnet.