DE102014105860A1 - Elektroakustisches Bauelement und Kristallschnitte für elektroakustische Bauelemente - Google Patents

Abstract

Es wird ein elektroakustisches Bauelement angegeben, das weitergehende Optimierungen bezüglich des elektroakustischen Kopplungskoeffizienten und der Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Frequenzen ermöglicht. Dazu sind Kombinationen aus vorteilhaften Euler-Winkeln, Metallisierungsverhältnisse und Höhen von Elektrodenfingern angegeben.

Description

• Die Erfindung betrifft elektroakustische Bauelemente mit piezoelektrischen Kristallen und Kristallschnitte für elektroakustische Bauelemente.
• Es gibt elektroakustische Bauelemente, in denen Wandlerstrukturen zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen wandeln. Solche Bauelemente umfassen im Allgemeinen ein piezoelektrisches Material und Elektrodenstrukturen als Teil der Bauelementstrukturen. Solche Bauelemente können mit akustischen Oberflächenwellen (SAW = Surface Acoustic Wave = akustische Oberflächenwelle) oder mit geführten akustischen Volumenwellen (GBAW = Guided Bulk Acoustic Wave = geführte akustische Volumenwelle) arbeiten. Solche Bauelemente umfassen ein piezoelektrisches Substrat, welches im Allgemeinen als Kristall vorliegen kann.
• Solche Bauelemente können in HF-Filtern, z.B. in Frontend-Schaltungen mobiler Kommunikationsgeräte, Verwendung finden. Arbeitet beispielsweise ein Bandpassfilter mit akustischen Wellen, so werden sehr steile Bandpassflanken bei kleinen Bauelement-Abmessungen ermöglicht. Dies ist aufgrund der engen Aneinanderreihung verschiedener Frequenzbänder notwendig.
• Problematisch ist, dass die Lage der Mittenfrequenzen und die Lagen der Filterflanken von der Temperatur abhängen können. Das piezoelektrische Material dehnt sich im Allgemeinen bei höheren Temperaturen aus, so dass die durch den Fingerabstand definierte halbe Wellenlänge Λ/2 mit steigender Temperatur zunimmt. Dadurch verschieben sich charakteristische Frequenzen zu tieferen Frequenzen hin. Ein weiteres allgemeines Problem elektroakustischer Bauelemente mit einem piezoelektrischen Material ist der Wert des elektromagnetischen Kopplungskoeffizienten κ² (genauer: der Wert des Betrags |κ²|). Im Allgemeinen sind möglichst hohe Werte für κ² gewünscht.
• Zusätzlich zur temperaturinduzierten Längenausdehnung können sich auch die Steifigkeitswerte, d.h. die Einträge des Steifigkeitstensors c_ijkl, ändern und so zu einer weiteren Temperaturabhängigkeit der elektrischen Eigenschaften führen.
• Ein typisches piezoelektrisches Material für elektroakustische Bauelemente ist Quarz, in dem Rayleigh-Wellen ausbreitungsfähig sind. Der elektroakustische Kopplungskoeffizient κ² kann dabei bis zu 0,132% betragen.
• Auf Quarz als piezoelektrischem Material basierende elektroakustische Bauelemente sind z.B. aus den Druckschriften EP 01679794 A2 , WO 2007/037457 A1 , US 2007/194657 , EP 01816744 A1 , US 6,946,930 B2 oder aus der Druckschrift EP 2403141 A1 bekannt.
• Ein weiteres typisches piezoelektrisches Material für elektroakustische Bauelemente ist Lithiumtantalat. Auf Lithiumtantalat basierende Bauelemente sind beispielsweise aus den Druckschriften US 2003/0141947 A1 oder US 2003/0137367 A1 bekannt.
• Ein perfektes piezoelektrisches Material mit hohem elektroakustischem Kopplungskoeffizienten κ² und einer verschwindenden Temperaturabhängigkeit der elektrischen Eigenschaften ist jedoch noch nicht bekannt.
• So besteht die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, neue Optionen für elektroakustische Bauelemente und insbesondere geeignete Materialien, Schnittwinkel und darauf abgestimmte Elektrodendimensionen anzubieten.
• Diese Aufgabe wird durch die elektroakustischen Bauelemente gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
• In einer Ausführungsform umfasst ein elektroakustisches Bauelement ein piezoelektrisches Substrat mit oder aus RE-COB. RE steht dabei für ein Metall der seltenen Erden (Rare Earth). COB steht dabei für Calciumoxoborate. Auf dem Substrat sind Bauelementstrukturen angeordnet. Die Bauelementstrukturen sind zum Wandeln zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen und umgekehrt geeignet. Die akustischen Wellen sind dabei in einer Richtung X‘‘‘ ausbreitungsfähig. Die Richtung X‘‘‘ ist dabei durch Euler-Winkel (λ, μ, θ) bestimmt. Diese Euler-Winkel (λ, μ, θ) sind aus den Winkelbereichen
  (20...90, 95...160, 15...55),
  (20...85, 95...160, 95...125),
  (15...25, 85...100, 0...175)
  ausgewählt. Jeder Winkelbereich umfasst dabei ein Winkelintervall für den ersten Euler-Winkel λ, ein Winkelintervall für den zweiten Euler-Winkel μ und ein Winkelintervall für den dritten Euler-Winkel θ.
• Dabei sind die Euler-Winkel (λ, μ, θ) wie folgt definiert: Zuerst wird von einem Satz Achsen x, y, z ausgegangen, welches die kristallographischen Achsen des Substrats sind.
• Der erste Winkel, λ, gibt an, um welchen Betrag die x-Achse und die y-Achse um die z-Achse gedreht werden, wobei die x-Achse in Richtung der y-Achse gedreht wird. Entsprechend entsteht ein neuer Satz von Achsen x‘, y‘, z‘, wobei z = z‘.
• In einer weiteren Rotation werden die z‘-Achse und y‘-Achse um den Winkel μ um die x‘-Achse gedreht. Dabei wird die y‘-Achse in Richtung der z‘-Achse gedreht. Entsprechend entsteht ein neuer Satz von Achsen x‘‘, y‘‘, z‘‘, wobei x‘ = x‘‘.
• In einer dritten Rotation werden die x‘‘-Achse und die y‘‘-Achse um den Winkel θ um die z‘‘-Achse gedreht. Die x‘‘-Achse wird dabei in Richtung der y‘‘-Achse gedreht. So entsteht ein drittes Set von Achsen x‘‘‘, y‘‘‘, z‘‘‘, wobei z‘‘ = z‘‘‘.
• Die x‘‘‘-Achse und die y‘‘‘-Achse liegen dabei parallel zur Oberfläche des Substrats. Die z‘‘‘-Achse ist die Oberflächennormale des Substrats. Die x‘‘‘-Achse gibt die Ausbreitungsrichtung der akustischen Wellen an.
• Die Definition ist in Übereinstimmung mit dem internationalen Standard IEC 62276, 2005—05, Annex Al.
• In 3 sind die entsprechenden Richtungen der ursprünglichen, d. h. kristallografischen, und gedrehten Achsen sowie die Drehrichtung und der Drehsinn verdeutlicht. Dadurch ist eindeutig definiert, wie ein piezoelektrischer Kristall geschnitten sein muss und entlang welcher Richtung die akustische Welle verlaufen muss, damit die Ausbreitungsrichtung X‘‘‘ erhalten wird.
• Das Ermitteln geeigneter Schnittwinkel und geeigneter Ausbreitungsrichtungen ist dadurch erschwert, dass die Wellenmoden der akustischen Wellen von einer Vielzahl physikalischer Parameter, wie z.B. der Schallgeschwindigkeit akustischer Wellen im Medium, der Massebelegung durch die Bauelementstrukturen, die Wellenlänge, usw. abhängt. Diese Parameter, die die Ausbreitung der akustischen Wellen direkt beeinflussen, hängen wiederum von weiteren Materialeigenschaften, wie z.B. der Dichte des piezoelektrischen Materials, der Dichte der Bauelementstrukturen, der geometrischen Form der Bauelementstrukturen, der Ausbreitungsrichtung (zumal es für die Euler-Winkel selbst eine nahezu unendlich Auswahlmöglichkeit gibt) und der Frequenzlage der elektrischen Signale ab. Diese multiplen gegenseitigen Abhängigkeiten verhindern auch ein Übertragen von Wissen eines elektroakustischen Bauelements auf weitere elektroakustische Bauelemente, auch wenn jeweils nur ein Parameter variiert ist. Folglich bedarf es beim Entwickeln elektroakustischer Eigenschaften neben hoch entwickelten Simulationstools auch ein tiefgehendes intrinsisches Verständnis der physikalischen Vorgänge der Wellen- und Signalausbreitung.
• Als akustische Wellen können dabei insbesondere horizontale Scherwellen (engl.: SH-mode) in Frage kommen.
• Die oben genannten Euler-Winkel stellen dabei eine Menge an möglichen Schnittwinkeln bzw. Ausbreitungsrichtungen dar, in denen die Höhe der Bauelementstrukturen bzw. Elektrodenfinger normiert auf die Wellenlänge der ausbreitungsfähigen akustischen Welle zwischen 1 bis 4% betragen kann: 1% ≤ h/Λ ≤ 4%. Das Metallisierungsverhältnis kann dabei zwischen 0,3 und 0,8 und insbesondere zwischen 0,4 und 0,6 liegen. Ein Metallisierungsverhältnis von 0,5 ist insbesondere möglich. Das Metallisierungsverhältnis η ist dabei definiert durch das Verhältnis aus Breite b der Elektrodenfinger und halber akustischer Wellenlänge Λ/2:η = b/(Λ/2).
• Die oben genannte mögliche Menge an Euler-Winkeln ist ferner dadurch ausgezeichnet, dass sie einen parabolischen Temperaturgang von charakteristischen Frequenzeigenschaften ermöglicht. Die Temperaturabhängigkeit der Frequenz (TCF = Temperature Coefficient of Frequency = Temperaturkoeffizient der Frequenz) kann im Allgemeinen durch eine Taylorreihe angenähert werden: F(T) = F₀[1 + TCF₁(T – T₀) + TCF₂(T – T₀)² + ...]
• F₀ bezeichnet dabei die Frequenz bei der Referenztemperatur T₀. Der Parameter TCF₁, der lineare Koeffizient, hat dabei die Dimension einer inversen Temperatur, der Parameter TCF₂ hat dabei die Dimension einer quadratischen inversen Temperatur [1/K²], usw.
• Ein parabolischer Temperaturgang ist deshalb besonders vorteilhaft, weil der lineare Koeffizient TCF₁ verschwindet. Hierbei wird als Referenztemperatur der Parabelscheitelpunkt verwendet und als TOT (Turn Over Temperature) bezeichnet. Es ist besonders vorteilhaft, wenn diese Referenztemperatur TOT bei der Arbeitstemperatur des Bauteils liegt. Höhere als die quadratischen Terme können im Allgemeinen vernachlässigt werden.
• Das Material des elektroakustischen Bauelements oder später beschriebener elektroakustischer Bauelemente kann dabei Nd-COB umfassen oder daraus bestehen. Insgesamt kann ein piezoelektrisches Substrat deshalb die stöchiometrische Zusammensetzung RECa₄O(BO₃)₃ umfassen. Als seltenes Erden-Metall kann dabei Neodym, Nd, infrage kommen.
• Als akustische Wellen können Rayleigh-Wellen, (SH-wave) polarisierte Scherwellen oder longitudinale Oberflächenwellen infrage kommen. Möglich sind auch Wellen mit gemischter Polarisation, speziell bei Winkeln, die von den Kristallachsen abweichen.
• In einer Ausführungsform des elektroakustischen Bauelements kann die oben genannte Menge an Euler-Winkeln auf die enger definierten Euler-Winkel (30...64, 98...138, 104...124) beschränkt sein. Mit solchen Euler-Winkeln können elektroakustische Kopplungskoeffizienten κ² von 0,8% und ein TCF₂ ≤ 10 ppb/K² erhalten werden.
• In einer alternativen Ausführungsform ist die Richtung durch Euler-Winkel, die ausgewählt sind aus den Winkelbereichen
  (15...90, 100...165, 10...50),
  (15...90, 100...165, 120...135),
  (15...30, 100...110, –10...10),
  (60...75, 135...155, 93...97)
  bestimmt. Mit solchen Euler-Winkeln kann ein TCF₂ ≤ 40 ppb/K² erhalten werden. Dabei kann die auf die Wellenlänge Λ normierte Höhe der Bauelementstrukturen zwischen 6 und 10% liegen. Das Metallisierungsverhältnis η kann zwischen 0,3 und 0,7, z.B. zwischen 0,4 und 0,6, z.B. 0,5 betragen.
• In einer Ausführungsform des elektroakustischen Bauelements ist der Bereich der Euler-Winkel dabei auf die Intervalle
  (50...62, 112...116, 32...40)
  beschränkt. Dann kann ein elektroakustischer Kopplungskoeffizient κ² von 0,4% und ein TCF2 < 10 ppb/K² erreicht werden.
• In einer alternativen Ausführungsform ist der Bereich der Euler-Winkel auf die Intervalle
  (66...90, 122...138, 12...50)
  beschränkt. Dann kann ein elektroakustischer Kopplungskoeffizient κ² bis zu 1% und der Betrag der quadratischen Temperaturkoeffizienten |TCF₂| < 50 ppb/K² (|TCF₂| < 50·10^–9/K²) erhalten werden.
• In einer Ausführungsform können die Euler-Winkel auf die Werte
  (60...75, 135...155, 95)
  beschränkt sein. Dann sind auf die Wellenlänge Λ normierte Höhen der Bauelementstrukturen von 6% bis 10% vorteilhaft. Das Metallisierungsverhältnis η kann dabei wiederum zwischen 0,3 und 0,7, z.B. zwischen 0,4 und 0,6, z.B. 0,5 betragen.
• In einer Ausführungsform sind die Euler-Winkel aus den Winkelbereichen
  (80...100, 120...170, –10...10)
  ausgewählt. Dann ist eine normierte Höhe der Bauelementstrukturen (h/λ) zwischen 6% und 10% möglich. Das Metallisierungsverhältnis kann zwischen 0,3 und 0,7, z.B. zwischen 0,4 und 0,6, z.B. 0,5 gewählt werden. So können hohe Kopplungskoeffizienten κ², z. B. ≥ 0,35 %, bei einem TCF₁ < 40 ppm/K erhalten werden.
• In einer Ausführungsform des elektroakustischen Bauelements können die Euler-Winkel aus den Winkelbereichen
  (15...90, 95...165, 95...135),
  (60...75, 135...155, 85...95),
  (15...90, 95...165, 10...55)
  ausgewählt sein. Dann kann die auf die Wellenlänge Λ normierte Höhe der Bauelementstrukturen 10% oder kleiner sein. Bei der Verwendung von Aluminium als Hauptbestandteil der Elektrodenfinger kann eine normierte Höhe zwischen 0,5% und 15% gewählt werden. Bei der Verwendung von Kupfer als Hauptbestandteil der Elektrodenfinger kann eine auf die Wellenlänge Λ normierte Höhe zwischen 0,2% und 8% gewählt sein.
• Neben den entsprechenden Hauptbestandteilen Aluminium bzw. Kupfer können die Elektronenstrukturen noch weitere Elemente und insbesondere noch weitere Lagen, z.B. Haftvermittlungslagen mit Titan und Diffusionsbarrieren mit schweren Elementen umfassen.
• In einer Ausführungsform kann der Winkelbereich der Euler-Winkel weiter dadurch beschränkt sein, dass die Euler-Winkel (15...60, 95...109, 10...18) ausgeschlossen sind. Dies ist gleichbedeutend damit, dass die Euler-Winkel aus den drei Intervallen
  (]60...90, 95...165, 10...55),
  (15...60, ]109...165, 10...55),
  (15...90, 95...109, ]18...55)
  gewählt sind.
• Damit können TCF₂ < 10 ppb/K² bei 0,35% ≤ κ2 ≤ 5% erreicht werden und damit der Kopplungsfaktor von Quarz überschritten werden.
• Die Elektrodenfinger der elektroakustischen Bauelemente können eine Breite b aufweisen. Sie sind dabei so relativ zueinander angeordnet und voneinander beabstandet, dass eine akustische Welle mit der Wellenlänge Λ ausbreitungsfähig ist. Dabei beträgt der Abstand der Fingermitten voneinander im Allgemeinen Λ/2. Die Verwendung von Splitfinger-Wandlern und ähnlichen Wandlertypen ist ebenso möglich; dann halbiert sich entsprechend der Abstand der Fingermitten relativ zur akustischen Wellenlänge.
• Unabhängig von den oben angegebenen günstigen Metallisierungsverhältnissen kann das Metallisierungsverhältnis η = b/Λ des Bauelements zumindest lokal entlang der longitudinalen Ausbreitungsrichtung X‘‘‘ zwischen 0,2 und 0,8 liegen. Die auf die Wellenlänge Λ normierte Höhe h der Bauelementstrukturen h/ Λ kann entsprechend zwischen 0,01% und 15% liegen.
• Für die Eulerwinkel (85°, 90°, 155°) kann der Kopplungsfaktor κ² bei Rayleigh-Wellen bis zu 1,32 % betragen. Bei Scherwellen kann der Kopplungsfaktor κ² 4% erreichen.
• Die durch Elektrodenstrukturen anregbare akustische Welle kann eine Rayleigh-Welle und/oder eine horizontal und/oder vertikal polarisierte Scherwelle sein. Die Welle kann aber auch eine Mischform dieser Wellen sein und als gemischtpolarisierte Welle die einzelnen Wellenmoden in verschiedenen Anregungsstärken enthalten.
• Die Kristallstruktur von RE-COB hat eine deutlich geringere Symmetrie als beispielsweise Quarz, so dass keine für Materialien höherer Symmetrie bekannten Winkel a priori für RE-COB geeignet sind. Ferner erschwert die geringe Symmetrie das anregen von reinen Wellenmoden. Die o.g. Winkel ermöglichen allerdings trotz der geringen Symmetrie elektroakustische Bauelemente mit guten elektrischen Eigenschaften.
• Das Bauelement kann ein SAW-Bauelement, ein GBAW-Bauelement oder ein LSAW-Bauelement (LSAW = Leaking Surface Acoustic Wave) Bauelement sein.
• Die Bauelementstrukturen können dabei konventionelle Wandler, SPUDT-Wandler (SPUDT = Single-Phase Unidirectional Transducer) oder NSPUDT (Natural Single-Phase Unidirectional Transducer) darstellen.
• Das Bauelement kann neben dem piezoelektrischen Substrat, das monokristallin sein kann, und Elektrodenschichten auch noch weitere Schichten, z. B. Haftvermittlungsschichten, Passivierungsschichten, Ausnehmungen im Substrat, z. B. als reflektierende Elemente, usw. umfassen.
• Im Folgenden werden die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Merkmale anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1: Eine entsprechend der Mengen der Euler-Winkel sortierte Auflistung und vorteilhafte normierte Höhen der Bauelementstrukturen und Metallisierungsverhältnisse,
• 2: Die wesentlichen Bestandteile eines elektroakustischen Wandlers und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Wellen X‘‘‘,
• 3: Ein Schema, das verwendete Definition der Euler-Winkel optisch darstellt,
• 4: Berechnete Werte des elektroakustischen Kopplungskoeffizienten κ² in Abhängigkeit der Euler-Winkel μ und θ,
• 5: Berechnete Temperaturabhängigkeiten.
• 1 zeigt eine sortierte Darstellung günstiger Euler-Winkel für Kristallschnitte bzw. Ausbreitungsrichtungen akustischer Wellen in elektroakustischen Bauelementen. Günstige Euler-Winkel sind dabei im Wesentlichen in vier Gruppen (A, B, C, D) aufgeteilt.
• Gruppe A umfasst dabei die Teilmengen A1, A2 und A3. Die Teilmenge A1 beispielsweise fordert für den ersten Euler-Winkel einen Wert zwischen 20° und 90°. Der zweite Euler-Winkel beträgt zwischen 95° und 160°. Der dritte Euler-Winkel beträgt zwischen 15° und 55°.
• Insbesondere die Teilmenge A2 beinhaltet eine Teil-Teilmenge A2* mit den Euler-Winkeln (30°...64°, 98°...138°, 104°...124°). In der Teil-Teilmenge A2* beträgt der elektroakustische Kopplungskoeffizient κ² nahezu unabhängig vom Metallisierungsverhältnis etwa 0,8%.
• Entsprechend umfasst die Menge an Euler-Winkeln B die Teilmengen B1, B2, B3 und B4. Die Teilmenge B1 umfasst dabei die weiteren Teil-Teilmengen B1* und B1‘. Insbesondere die Teil-Teilmenge B1‘ ermöglicht quadratische Temperaturkoeffizienten TCF₂ < 40 ppb/K².
• Die Menge an Euler-Winkeln C besteht im Wesentlichen aus der Teilmenge C1, deren Euler-Winkel dadurch gekennzeichnet sind, dass der dritte Euler-Winkel zwischen –10 und 10 gewählt ist. Die Symmetrie des piezoelektrischen Materials kann dabei derart sein, dass der dritte Euler-Winkel auch einem Intervall zwischen 170 und 190° entspricht.
• Die Menge D umfasst die Teilmengen D1, D2 und D3. Die Teilmenge D1 umfasst dabei die Kombinationen aus Euler-Winkeln (15...90, 95...165, 10...55), wobei die Intervalle für die Euler-Winkel (λ, μ, θ) (15...60, 95...109, 10...18) ausgeschlossen sind. Die Menge an verbleibenden Euler-Winkeln ist also im Wesentlichen die Menge der Euler-Winkel (]60...90, 95...165, 10...55) + (15...60, ]109...165, 10...55) + (15...90, 95...109, ]18...55), wobei der Zahlenwert 60° für den Euler-Winkel λ im ersten Fall, der Wert von 109° im zweiten Fall und der Wert von 18° im dritten Fall theoretisch ausgeschlossen ist. Da jedoch die Zahl an Atomen in einem Kristall quantisiert ist und Schnittebenen Atome des Kristalls schneiden, ist die Zahl der möglichen Schnittwinkel prinzipiell endlich und die möglichen Werte für λ, μ, θ können nicht beliebig dicht nebeneinander liegen. Ob die kritischen Werte 60° für λ, 109° für μ und 18° für θ deshalb in Kombination mit den jeweils entsprechenden übrigen Werten der Teilmenge D1 vorteilhaft gewählt sind oder nicht, kann deshalb dahingestellt bleiben.
• 2 zeigt einen elektroakustischen Wandler W mit Interdigitalstrukturen IDS, die von Reflektorfingern RF flankiert sind. Die Interdigitalstruktur IDS umfasst dabei Elektrodenfinger EFI, die jeweils mit einer Stromsammelschiene verschaltet sind. An jeweils benachbarten Elektrodenfingern kann ein HF-Signal angelegt werden. Dann wird der piezoelektrische Effekt ausgenutzt und eine akustische Welle im piezoelektrischen Substrat PSu angeregt. Umgekehrt ist es auch möglich, durch die Wandlerstruktur eine akustische Welle im piezoelektrischen Substrat PSu in ein HF-Signal umzuwandeln. Ein Bauelement kann dabei mehrere Wandler, die z.B. in einer akustischen Spur akustisch gekoppelt sind, umfassen. Die Ausbreitungsrichtung der akustischen Wellen ist dabei mit X‘‘‘ angegeben. Die Elektrodenfinger EFI erstrecken sich dabei in Richtung Y‘‘‘.
• 3 zeigt die Definition der Euler-Winkel grafisch. Dabei bezeichnet λ den ersten Euler-Winkel, um den die ursprüngliche X-Achse und die ursprüngliche Y-Achse um die ursprüngliche Z-Achse gedreht werden. Anschließend folgt eine Drehung um den Winkel μ um die Achse x‘. Zuletzt gibt eine Drehung um die Achse Z‘‘ um den Winkel θ an, wie die resultierende X-Achse (X‘‘‘) gedreht worden sein muss, damit die Ausbreitungsrichtung der akustischen Wellen relativ zu den kristallographischen Achsen, dargestellt durch die ursprünglichen Achsen x, y, z, erhalten wird.
• 4 zeigt berechnete Werte für den elektroakustischen Kopplungskoeffizienten κ² in Abhängigkeit von den Euler-Winkeln μ und θ bei einem konstanten Euler-Winkel λ von 80° in einem so genannten Konturplot. Die Werte konstanten Kopplungskoeffizienten sind dabei durch punktierte Linien gekennzeichnet. Ein Zentrum, um das geschlossene Konturlinien verlaufen, gibt dabei ein Maximum oder ein Minimum des Kopplungskoeffizienten an.
• 5 zeigt berechnete Temperaturkoeffizienten. Dabei haben die Werte etwa bei –80° C eine waagrechte Tangente, d.h. eine verschwindende Steigung, so dass ein parabolischer Temperaturgang bei einer Entwicklung um eine Temperatur T₀ = –80° C erhalten wird. Bei vorteilhaften Euler-Winkeln, Metallisierungsverhältnissen und normierten Höhen der Bauelementstrukturen kann dabei das Temperaturminimum der Parabel zu deutlich höheren Temperaturen verschoben sein, so dass ein Ansteigen oder ein Abfallen der Temperatur beim Betrieb eines mobilen Kommunikationsgeräts bei üblichen Raumtemperaturen keine zu großen Auswirkungen auf das Übertragungsverhalten der entsprechenden Frontend-Module mit sich bringt.
• Die beschriebene Erfindung ist dabei nicht auf die schematischen Ausführungsbeispiele und Figuren beschränkt. Elektroakustische Bauelemente, die weitere Komponenten wie piezoelektrische Materialien, Schichtsysteme in den Bauelementstrukturen, Temperaturkondensationsschichten und Verspannungsschichten, Zusammensetzungen der Bauelementstrukturen, usw. aufweisen, sind deshalb ebenfalls Teil der Erfindung.
• Bezugszeichenliste

• A, B, C, D:

  Bereiche von Euler-Winkeln

  EFI:

  Elektrodenfinger

  h:

  Höhe der Bauelementstrukturen bzw. Elektrodenfinger

  IDS:

  Interdigitalstruktur

  RF:

  Reflektorfinger, akustischer Reflektor

  W:

  elektroakustischer Wandler

  X‘‘‘:

  Ausbreitungsrichtung der akustischen Welle

  Y‘‘‘:

  Richtung orthogonal zur Ausbreitungsrichtung, wobei die Richtungen X‘‘‘ und Y‘‘‘ parallel zur Oberfläche des geschnittenen piezoelektrischen Substrats ausgerichtet sind

  Z‘‘‘:

  Oberflächennormale des piezoelektrischen Substrats

  η:

  Metallisierungsverhältnis

  θ:

  dritter Euler-Winkel

  κ²:

  elektroakustischer Kopplungskoeffizient

  Λ:

  Wellenlänge der akustischen Welle

  λ:

  erster Euler-Winkel

  μ:

  zweiter Euler-Winkel

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 01679794 A2 [0007]
• WO 2007/037457 A1 [0007]
• US 2007/194657 [0007]
• EP 01816744 A1 [0007]
• US 6946930 B2 [0007]
• EP 2403141 A1 [0007]
• US 2003/0141947 A1 [0008]
• US 2003/0137367 A1 [0008]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• IEC 62276, 2005—05, Annex Al [0018]

Claims (11)

1. Elektroakustisches Bauelement, umfassend – ein piezoelektrisches RE-COB umfassendes Substrat (PSu), – auf dem Substrat (PSu) angeordnete Bauelementstrukturen (IDS, EFI, RF), die zum Wandeln zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen geeignet sind, wobei – die Wellen in einer Richtung x‘‘‘ ausbreitungsfähig sind, – die Richtung x‘‘‘ durch Euler-Winkel (λ, μ, θ) bestimmt ist, die ausgewählt sind aus den Winkelbereichen (20...90, 95...160, 15...55), (20...85, 95...160, 95...125) und (15...25, 85...100, 0...175).
2. Elektroakustisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Richtung x‘‘‘ durch die Euler-Winkel (30...64, 98...138, 104...124) bestimmt sind.
3. Elektroakustisches Bauelement, umfassend – ein piezoelektrisches RE-COB umfassendes Substrat (PSu), – auf dem Substrat (PSu) angeordnete Bauelementstrukturen (IDS, EFI, RF), die zum Wandeln zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen geeignet sind, wobei – die Wellen in einer Richtung x‘‘‘ ausbreitungsfähig sind, – die Richtung x‘‘‘ durch Euler-Winkel (λ, μ, θ) bestimmt ist, die ausgewählt sind aus den Winkelbereichen (15...90, 100...165, 10...50), (15...90, 100...165, 120...135), (15...30, 100...110, –10...10) und (60...75, 135...155, 93...97).
4. Elektroakustisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Richtung x‘‘‘ durch die Euler-Winkel (50...62, 112...116, 32...40) bestimmt sind.
5. Elektroakustisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Richtung x‘‘‘ durch die Euler-Winkel (66...90, 122...138, 12...50) bestimmt sind.
6. Elektroakustisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Richtung x‘‘‘ durch die Euler-Winkel (60...75, 135...155, 95) bestimmt sind.
7. Elektroakustisches Bauelement, umfassend – ein piezoelektrisches RE-COB umfassendes Substrat (PSu), – auf dem Substrat (PSu) angeordnete Bauelementstrukturen (IDS, EFI, RF), die zum Wandeln zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen geeignet sind, wobei – die Wellen in einer Richtung x‘‘‘ ausbreitungsfähig sind, – die Richtung x‘‘‘ durch Euler-Winkel (λ, μ, θ) bestimmt ist, die ausgewählt sind aus den Winkelbereichen (80...100, 120...170, –10...10).
8. Elektroakustisches Bauelement, umfassend – ein piezoelektrisches RE-COB umfassendes Substrat (PSu), – auf dem Substrat (PSu) angeordnete Bauelementstrukturen(IDS, EFI, RF), die zum Wandeln zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen geeignet sind, wobei – die Wellen in einer Richtung x‘‘‘ ausbreitungsfähig sind, – die Richtung x‘‘‘ durch Euler-Winkel (λ, μ, θ) bestimmt ist, die ausgewählt sind aus den Winkelbereichen (15...90, 95...165, 95...135), (60...75, 135...155, 85...95), (15...90, 95...165, 10...55).
9. Elektroakustisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Richtungen x‘‘‘, die durch die Euler-Winkel (15...60, 95...109, 10...18) bestimmt sind, ausgeschlossen sind.
10. Elektroakustisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das piezoelektrische Substrat (PSu) Nd-COB umfasst oder aus Nd-COB besteht.
11. Elektroakustisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bauelementstrukturen Elektrodenfinger (EFI) mit einer Hohe h und einer Breite b umfassen, – die Elektrodenfinger (EFI) so beabstandet sind, dass eine akustische Welle mit der Wellenlänge Λ ausbreitungsfähig ist, – das Verhältnis h/Λ zwischen 1% und 15% liegt, – die Elektrodenfinger (EFI,) Al, Cu oder ein anderes Material umfassen, – das Metallisierungsverhältnis η = b/Λ zwischen 0,2 und 0,8 liegt, – die akustische Welle eine Rayleigh-Welle und/oder eine horizontal und/oder vertikal polarisierte Scherwelle und/oder eine gemischtpolarisierte Welle ist.

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