DE102016118124B4 - Elektroakustischer Wandler mit verbesserter ESD Festigkeit - Google Patents

Abstract

Elektroakustischer Wandler,- mit zwei auf einem Substrat angeordneten Elektrodenkämmen, die jeweils mit einer Buselektrode (BE) verbundene Elektrodenfinger (EF) aufweisen, wobei die beiden Elektrodenkämme so ineinander geschobenen angeordnet sind, dass sich deren Elektrodenfinger (EF) in einem transversalen Überlappungsbereich (UB) gegenseitig überlappen,- bei dem die von der jeweiligen Buselektrode (BE) weg weisenden Enden der Elektrodenfinger abgerundet sind,- bei dem zwischen den Enden der Elektrodenfinger (EF) eines Elektrodenkamms und der gegenüber liegenden Buselektrode (BE) des zweiten Elektrodenkamms oder zwischen den Enden der Elektrodenfinger (EF) eines Elektrodenkamms und den gegenüberliegenden Enden nicht-überlappender Elektrodenfinger (SF) ein Gap (GP) ausgebildet ist,- bei dem ein Dielektrikum (DK) so auf dem Substrat aufgebracht ist, dass das Gap (GP) vollständig damit ausgefüllt ist, der transversale Überlappungsbereich (UB) der Elektrodenfinger aber davon nicht bedeckt ist, und- bei dem die transversale Position der Gaps schwankt, um die Anregung störender Moden im Gap-Bereich zu unterdrücken, wobei die Schwankung der Gap-Position maximal 5 % der Überlappungslänge beträgt.

Description

• SAW-Bauteile sind prinzipiell gegenüber ESD-Entladungen gefährdet. Da die Elektrodenstrukturen von SAW-Wandlern sehr fein sind, sind daher bei ESD-Entladungen auch Beschädigung und Totalausfall von Bauelementen zu erwarten. Die Wahrscheinlichkeit einer ESD-Entladung steigt mit der Höhe der elektrischen Potenzialdifferenz an metallischen Strukturen und mit geringer werdendem räumlichen Abstand. Kurze Abstände finden sich insbesondere am transversalen Gap der Elektrodenfinger, wo die Fingerenden in der Nähe der gegenpoligen Halbelektrode angeordnet sind. Dies betrifft insbesondere Resonatorfilter und DMS-Spuren.
• Eine Vergrößerung der Abstände am Gap ist jedoch nicht möglich, da bei höherem Abstand der Fingerenden zur gegenüberliegenden Teilelektrode Abstrahlverluste auftreten, sodass das transversale Gap so klein wie technologisch möglich gewählt wird. Zudem werden mit zunehmender Frequenz des SAW-Bauelements die Abstände geringer und verschärfen das Problem zusätzlich. Hinzu kommt, dass die Fingerenden sehr kleine Krümmungsradien aufweisen, was wiederum zu hohen elektrischen Feldstärken führt.
• So verhält sich bei einer gegebenen äußeren Spannung die Feldstärke einer Spitze proportional zum Verhältnis 1/r, wobei r der Krümmungsradius der Struktur ist. Ein halbierter Radius führt daher in erster Näherung zu einer um den Faktor 2 erhöhten Feldstärke.
• Bekannte Maßnahmen zur Erhöhung der Durchschlagfestigkeit bestehen im Kaskadieren von Wandlern, wobei gefährdete Wandler in Teilwandler aufgeteilt werden, die in der Kaskade dann mit entsprechend niedrigerer Spannung betrieben werden können. Damit kann sich aber auch der Platzbedarf einer solchen Wandlerkaskade deutlich erhöhen und den gewonnenen Vorteil wieder wettmachen.
• Weiter wurde bereits vorgeschlagen, im transversalen Gap, also im Bereich zwischen Fingerenden und Gegenelektrode oder zwischen Fingerenden und Stummelfingerenden ein Dielektrikum anzuordnen, das eine ähnliche akustische Impedanz wie das Material der Elektrodenfinger aufweist. Dadurch werden bei einer Vergrößerung des Gaps Abstrahlverluste vermieden und gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit von ESD-Entladungen reduziert. Nachteilig ist, dass durch die Vergrößerung des Gaps mehr Fläche benötigt wird, was dem Trend zur zunehmenden Miniaturisierung entgegenläuft.
• Die Druckschrift US 2009/0295507 A1 betrifft akustische Wellenelemente, welche in Resonatoren, Bandpassfiltern und dergleichen verwendet werden. Insbesondere betrifft die Druckschrift ein akustisches Wellenelement mit einer verbesserten Struktur einer IDT-Elektrode, beinhaltend eine Mehrzahl von Elektrodenfingern.
• Die Druckschrift DE 10 2014 118 897 A1 betrifft einen Wandler für akustische Wellen vom Typ SAW oder PSAW, bei dem ein Dielektrikum so auf dem Substrat aufgebracht ist, dass das Gap zwischen den Enden der Elektrodenfinger und der gegenüber liegen-den Buselektrode vollständig damit ausgefüllt ist, der aktive Bereich des Wandlers, also der transversale Überlappungsbereich der Elektrodenfinger, aber davon nicht bedeckt ist.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen elektroakustischen Wandler anzugeben, bei dem die Anfälligkeit gegen ESD-Entladungen reduziert ist, ohne dass dabei ein höherer Flächenbedarf oder Nachteile an der Performance des elektroakustischen Wandlers in Kauf genommen werden müssen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektroakustischen Wandler nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
• Grundlegende Idee der Erfindung ist es, eng benachbarte und unterschiedliches Potenzial führende Elektrodenstrukturen geometrisch so zu gestalten, dass weder Spitzenentladungen auftreten können noch überhaupt Stellen mit stark erhöhter Feldstärke.
• Dies gelingt, indem die Enden der Elektrodenfinger, die bislang rechteckig gestaltet wurden, abgerundet werden. Die Erfindung gibt also einen elektroakustischen Wandler an, der zwei Elektrodenkämme umfasst. Ein jeder Elektrodenkamm weist zueinander annähernd parallele Elektrodenfinger auf, die mit einer gemeinsamen Buselektrode angeordnet sind. Die beiden Elektrodenkämme sind so ineinandergeschoben, dass sich die Elektrodenfinger in einem transversalen Überlappungsbereich gegenseitig überlappen. Zwischen dem jeweiligen Ende eines Elektrodenfingers und der benachbarten, auf entgegengesetztem Potenzial liegenden Buselektrode liegt nun zwar nach wie vor die unveränderte Potenzialdifferenz an, jedoch ist durch die geometrisch abgerundete Form der Fingerenden die Gefahr einer Spitzenentladung vermieden wird. Für die gerundeten Fingerenden gilt, dass die Feldstärke zwischen den unterschiedliches Potential führenden Fingerenden proportional zum Abstand ist zwischen diesen Fingerenden ist, so dass die höhere Feldstärke an Orten größeren Abstands auftritts, was ebenfalls zu einer höheren ESD Festigkeit beiträgt. Die im Hinblick aus ESD ungünstige Ladungsverteilung an den Fingerenden wird mit abgerundeten Enen wesentlich gelichmäßiger.
• Unter einem abgerundeten Ende ist dabei nicht ein strenger Kreisbogen mit konstantem Radius zu verstehen. Im Rahmen der Erfindung sind auch andere verrundete Formen von Fingerenden geeignet und stellen eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar. Ein Fingerende kann z.B. elliptisch geformt sein. Vorteilhaft ist es jedoch stets, wenn keinerlei Kantenwinkel auftreten und alle Übergänge verrundet sind. Sind Kantenwinkel unvermeidbar, so wird eine Form mit möglichst stumpfen Kantenwinkeln gewählt.
• Eine solche Maßnahme ist bei der Herstellung der Wandler bzw. bei der Herstellung der Metallisierungen für den Wandler mit modernen Lithografieprozessen ohne zusätzlichen technischen Aufwand möglich. Darüber hinaus ist eine Vergrößerung des Gaps, also des Abstands zwischen dem Fingerende und der gegenüberliegenden Struktur, also der gegenüberliegenden Buselektrode oder dem gegenüberliegenden Ende eines Stummelfingers nicht erforderlich und damit auch kein zusätzlicher Platzbedarf. So kann auch vermieden werden, die Abstrahlverluste im Gap unnötig zu erhöhen. Im Gegenteil ist es wegen der verringerten Überschlagsgefahr nun sogar möglich, die Gap-Breite gegenüber dem bisher Üblichen zu reduzieren und dadurch sogar zusätzlich eventuelle Abstrahlverluste zu verringern.
• Solche Abstrahlverluste entstehen dadurch, dass am Gap eine Modenkonversion stattfindet und die Energie dieser Mode verloren geht, weil sie nicht mehr zur Erzeugung der gewünschten Mode bzw. Welle zur Verfügung steht. Außerdem zeigt sich, dass mit erfindungsgemäß gestalteten Fingerenden das Übertragungsverhalten des entsprechenden Wandlers sich nur unwesentlich ändert und keineswegs unzulässig verschlechtert. Es müssen mit der Erfindung also keinerlei Nachteile in Kauf genommen werden.
• In einer Ausführungsform der Erfindung stehen den Fingerenden nicht-überlappende Stummelfinger an der gegenüberliegenden Buselektrode gegenüber. Vorteilhaft ist es dann, auch die Enden dieser Stummelfinger abzurunden. Somit wird auch am zweiten Elektrodenkamm die Feldstärkenverteilung entlang der Umfangslinie der Stummelfinger insbesondere an deren Enden konstant gehalten (siehe dazu auch 2, auf die später näher eingegangen wird).
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Überschlagsfestigkeit bzw. der ESD-Schutz weiter erhöht, indem zumindest im Bereich des Gaps ein Dielektrikum so auf dem Substrat aufgebracht wird, dass zumindest das Gap vollständig damit ausgefüllt ist. Im Bereich des Gaps bedeutet hier in dem transversalen Bereich des Wandlers zwischen den Enden der Elektrodenfinger eines Elektrodenkamms und der gegenüberliegenden Buselektrode des zweiten Elektrodenkamms oder zwischen den Enden der Elektrodenfinger eines Elektrodenkamms und den gegenüberliegenden Enden nicht-überlappender Elektrodenfinger (siehe dazu auch 3 bis 7, auf die später näher eingegangen wird).
• Das Dielektrikum wird so aufgebracht, dass der transversale Überlappungsbereich, also der Bereich, bei dem ein Elektrodenfinger in longitudinaler Richtung einem Elektrodenfinger unterschiedlichen Potenzials benachbart ist, im Wesentlichen frei von Dielektrikum bleibt und nicht von diesem bedeckt wird. Technologiebedingte kleinere und unvermeidbare Überlappungen im Fingerendenbereich können jedoch in Kauf genommen werden. Eine zusätzliche Massenbelastung über den Elektrodenfingern im Überlappungsbereich kann andernfalls zu Störeffekten führen, insbesondere zur Anregung unerwünschter Moden oder zu Frequenzabweichungen in diesem Bereich.
• In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Dielektrikum in Form zweier paralleler Streifen strukturiert, die jeweils parallel zur Längsrichtung des Wandlers verlaufen und zumindest im Gap-Bereich angeordnet sind. Die Gaps der einzelnen Elektrodenfingerpaare müssen dann im Gap-Bereich auf gleicher transversaler Höhe liegen (siehe dazu auch 3, 4 und 6, auf die später näher eingegangen wird).
• Vorteilhaft kann die Erfindung auch bei Wandlern eingesetzt werden, die eine Überlappungswichtung aufweisen, bei denen die Überlappungslänge benachbarter Finger über die Länge des Wandlers variiert und insbesondere einen sinusförmigen Überlappungsbereich ausbildet. Auch solche Wandler werden mit der Erfindung besser gegen ESD-Entladungen geschützt.
• Ein streifenförmig strukturiertes Dielektrikum kann in einem so breiten Streifen aufgebracht werden, dass es neben dem Gap-Bereich auch einen Randbereich des Wandlers, der die nicht-überlappenden Stummelfinger umfasst, bedeckt, oder sich gar bis zum Rand der Buselektrode oder darüber hinaus erstreckt (siehe dazu auch 4 und 6).
• Möglich ist es jedoch auch, dass die genaue transversale Position der Gaps schwankt, wodurch die Anregung störender Moden im Gap-Bereich zusätzlich unterdrückt werden kann. Die Schwankung der Gap-Position ist dabei klein gegenüber der Überlappungslänge und beträgt maximal 5 % der Überlappungslänge. Auch in diesem Fall kann das Dielektrikum streifenförmig strukturiert werden und dabei eine geringfügige Überlappung der anregenden Elektrodenfinger im Überlappungsbereich in Kauf genommen werden.
• Vorzugsweise wird das Dielektrikum bezüglich Material und Schichtdicke so ausgewählt, dass eine akustische Welle im transversalen Überlappungsbereich und im Gap-Bereich annähernd die gleiche akustische Impedanz erfährt.
• In einer weiteren Ausgestaltung wird als Dielektrikum SiO₂ eingesetzt, welches alternativ oder zusätzlich noch Siliziumnitrid umfassen kann. Die Metallisierung der Elektrodenfinger kann Aluminium, Kupfer oder Titan umfassen.
• Die Metallisierung der Elektrodenfinger kann einen Mehrschichtaufbau aufweisen, dessen unterschiedliche Teilschichten unterschiedliche Bestandteile in Reinform, sprich in Form eines reinen Metalls, oder in Form von Legierungen aufweisen.
• Die Höhe der Dielektrikumsschicht kann die Höhe der Metallisierung deutlich übersteigen. Vorteilhaft weist die Dielektrikumsschicht zumindest die gleiche Höhe wie die Metallisierung auf. Aber auch bereits mit einer Dielektrikumsschicht, die eine geringere Höhe als die Metallisierung aufweist, wird ein verbesserter ESD-Schutz erzielt.
• Das Dielektrikum kann dann SiO₂ umfassen oder aus SiO₂ bestehen.
• Erfindungsgemäße Wandler sind auf piezoelektrischen Substraten aufgebracht. Ein vorteilhaft verwendetes Substrat umfasst Lithiumtantalat. Ein vorteilhafter Schnitt des einkristallinen Lithiumtantalats wird so gewählt, dass Wellen vom Typ LSAW oder Leckwellen erzeugt werden.
• Geeignete Kristallschnitte bei Lithiumtantalat sind um die yx Achsen rotierte -Schnitte auf, wobei der Schnittwinkel vorteilhaft zwischen ca. 39° und 46° gewählt wird. Verwendete Schnitte liegen beispielsweise bei ca. 39°, 42° oder 46°.
• Ein erfindungsgemäßer Wandler kann einen Überlappungsbereich aufweisen, der eine transversale Breite von weniger als 25 λ hat, wobei λ die Wellenlänge der akustischen Welle ist. Vorteilhaft kann die Breite des Überlappungsbereichs (in transversaler Richtung bemessen), welche der Apertur entspricht, zwischen 5 λ und < 25 λ gewählt werden.
• Aus einem erfindungsgemäßen Wandler können SAW-Filter mit verbessertem ESD-Schutz aufgebaut werden. Im Rahmen der Erfindung liegt also auch ein SAW-Filter, welches zumindest einen Wandler mit abgerundeten Fingerenden umfasst.
• Vorteilhaft wird die Erfindung bei Resonatorfiltern eingesetzt, deren Resonatoren dann Wandler mit abgerundeten Fingerenden umfassen. Solche Resonatorfilter können DMS-Filter oder Reaktanzfilter aus SAW-Eintorresonatoren, sog. Ladder-Type-Filter, sein.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind teils nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt, sodass den Figuren weder relative noch absolute Maßangaben entnommen werden können. Vielmehr können einzelne Teile zur besseren Anschaulichkeit vergrößert oder verkleinert dargestellt sein.
• 1 zeigt in schematischer Draufsicht einen an sich bekannten Wandler und dessen Aufteilung in Überlappungsbereich, Gap-Bereiche und Randbereiche,
• 2 zeigt in schematischer Draufsicht einen erfindungsgemäßen Wandler,
• 3 zeigt in gleicher Draufsicht einen Wandler mit einem streifenförmigen Dielektrikum im Gap-Bereich,
• 4 zeigt in gleicher Draufsicht einen Wandler mit einem streifenförmigen Dielektrikum im Gap-Bereich und im angrenzenden Randbereich,
• 5 zeigt in gleicher Draufsicht einen Wandler mit einem Dielektrikum, welches im Gap-Bereich nur die Bereiche zwischen den Fingerenden von überlappenden und nicht-überlappenden Elektrodenfingern bedeckt,
• 6 zeigt in gleicher Draufsicht ein Dielektrikum, welches den Gap-Bereich und den angrenzenden Randbereich bedeckt und sich longitudinal bis über die angrenzenden Reflektoren erstreckt,
• 7 zeigt in Draufsicht ein Dielektrikum, welches den Gap-Bereich und den angrenzenden Randbereich bedeckt und sich noch über die gesamten angrenzenden Reflektoren erstreckt,
• 8 zeigt verschiedene Schnitte in transversaler Richtung durch einen Elektrodenfinger und das Dielektrikum für unterschiedliche Schichtdicken des Dielektrikums,
• 9 zeigt drei verschiedene Schnitte in transversaler Richtung durch einen Elektrodenfinger, dessen Metallisierung eine nicht vertikal zum Substrat abfallende Endkante aufweist,
• 10 zeigt zwei verschiedene Schnitte in transversaler Richtung durch einen Elektrodenfinger, dessen Metallisierung eine nicht vertikal zum Substrat abfallende Endkante mit negativem Kantenwinkel aufweist,
• 11 zeigt in Draufsicht verschiedene Ausführungen eines im Gapbereich zwischen den Fingerenden fleckenförmig aufgebrachten Dielektrikums,
• 12 zeigt Realteil und Betrag der Admittanz eines erfindungsgemäßen Wandlern im Vergleich zu einem herkömmlichen Wandler.
• 1 zeigt einen an sich bekannten Wandler in schematischer Draufsicht. Der Wandler umfasst zumindest zwei Bus-Elektroden BE, von denen sich jeweils Elektrodenfinger EF in transversaler Richtung erstrecken. Die beiden Bus-Elektroden mit den daran befestigten Elektrodenfingern bilden jeweils einen Elektrodenkamm.
• Im Wandler sind zwei Elektrodenkämme interdigital so ineinandergeschoben, dass sich deren Elektrodenfinger in einem Überlappungsbereich UB, der transversal an den Enden der Elektrodenfinger endet, überlappen. Zwischen den Enden der Elektrodenfinger und der Buselektrode bzw. dem benachbarten Elektrodenkamm ist ein Gap GP ausgebildet, in welchem die Metallisierungen der beiden Elektrodenkämme üblicherweise den geringsten Abstand in transversaler Richtung zueinander aufweisen.
• Zwischen dem Gap GP und der nächstgelegenen Bus-Elektrode BE kann noch ein Stummelfinger SF angeordnet sein, welcher keine Überlappung mit einem Elektrodenfinger des jeweils anderen Elektrodenkamms aufweist. Das Gap ist dann - wie in 1 dargestellt - zwischen den Enden der Elektrodenfinger und den Enden der gegenüberliegend auf gleicher longitudinaler Position angeordneten Stummelfingern ausgebildet.
• Der gesamte Wandler unterteilt sich dann in die Bus-Elektrode BE, den nicht überlappenden Randbereich RB, den Gap-Bereich GB und den Überlappungsbereich UB. Im Randbereich können wie in 1 dargestellt den überlappenden Elektrodenfingern nicht überlappende Stummelfinger gegenüberstehen. Im Falle fehlender Stummelfinger sind Randbereich RB und Gapbereich identisch.
• Der Gap-Bereich GB ist dann eine Rechteckfläche, wenn sich alle Gaps transversal auf gleicher Höhe befinden und annähernd die gleiche transversale Breite aufweisen. Das eingezeichnete Koordinatenkreuz zeigt, dass die transversale Richtung der y-Achse und die longitudinale Richtung der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle der x-Achse entsprechen.
• 2 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Wandler entspricht bis auf die Form der Fingerenden dem bekannten Wandler nach 1. Im Unterschied zur bisherigen Rechteckform sind erfindungsgemäße Elektrodenfinger EF ebenso wie die Stummelfinger SF an den Enden abgerundet. Das bedeutet, dass sie in der xy Ebene (siehe Koordinatenkreuz) zumindest keine Ecken und Kanten aufweisen. Vielmehr entspricht die Begrenzungslinie an den Fingerenden einer Funktion, deren erste Ableitung stetig ist. Da solche Fingerenden, wenn sie auf einem Potential liegen, keine Stelle mit stark erhöhter elektrischer Feldstärke aufweisen, ist die ESD Gefahr durch Spitzenentladung deutlich minimiert. Beim erfindungsgemäßen Wandler ist es sogar möglich, das Gap GP zu verkleinern und damit den Abstand zwischen Elektrodenstrukturen unterschiedlichen Potentials zu verringern, ohne dass die Durchschlagsspannung einen kritischen Wert erreicht.
• 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der je Gap-Bereich GB des Wandlers je ein Streifen eines Dielektrikums DK_S angeordnet ist. Der Überlappungsbereich UB wird mit Ausnahme eines minimalen Bereichs an den Fingerenden nicht von dem Dielektrikum DK_S bedeckt. Mithin schließt die zum Überlappungsbereich UB weisende Kante des streifenförmigen Dielektrikums DK_S mit dem Fingerende des überlappenden Elektrodenfingers EF ab.
• Auch die zur Bus-Elektrode BE weisende Kante des streifenförmigen Dielektrikums DK_S schließt hier mit den Enden der Stummelfinger SF ab, kann diese aber auch teilweise überlappen. Dabei ist klar, dass ein bündiges Abschließen von Fingerenden und streifenförmigem Dielektrikum nur dann erreicht wird, wenn zumindest die Elektrodenfinger steil abfallende Kanten, im Idealfall sogar vertikal abfallende Kanten aufweisen und die Kanten des streifenförmigen Dielektrikums der runden Kontur der Enden der Elektrodenfinger folgen.
• 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Wandler in der Draufsicht, bei dem das streifenförmig strukturierte Dielektrikum DK_S neben dem Gap-Bereich GB auch noch den Randbereich RB des Wandlers vollständig überdeckt. Mit Ausnahme der Bus-Elektroden BE und des Überlappungsbereichs UB ist damit die gesamte Wandlerfläche vom Dielektrikum bedeckt.
• 5 zeigt eine Ausführungsform eines Wandlers, bei dem das Dielektrikum DK_F fleckenförmig strukturiert ist und ausschließlich innerhalb der Gaps angeordnet ist. Die Flecken DK_F befinden sich im Gap-Bereich zwischen Fingerenden von überlappenden Fingern EF und Stummelfingern SF, nicht aber auf den Elektrodenfingern EF im Gap-Bereich. Die Breite der Flecken DK_F kann variieren, entspricht aber vorzugsweise ungefähr der Breite der Elektrodenfinger EF bzw. ungefähr der Bereite der Stummelfinger SF. Neben der dargestellten Strukturierung des Dielektrikums DK_F kann dieses auch eine andere Strukturierung aufweisen und z.B. als rechteckige Flecken im Gapbereich und über den Spitzen der Elektrodenfinger EF aufgebracht sein.
• 6 zeigt eine Ausführung ähnlich wie in 4 mit dem Unterschied, dass sich das streifenförmige Dielektrikum DK_S in longitudinaler x-Richtung bis über die Reflektoren REF erstreckt, die in longitudinaler x-Richtung beiderseits des Wandlers angeordnet sind.
• 7 zeigt eine Ausführung ähnlich wie 6, bei der sich das Dielektrikum DK zusätzlich über die gesamten Reflektoren samt deren longitudinaler Abstandsbereiche erstreckt.
• 8 zeigt drei Querschnitte a bis c in transversaler Richtung und vertikal durch einen Elektrodenfinger EF, das Dielektrikum DK und einen Stummelfinger SF. Die in der Figur dargestellte z-Achse ist die Normale zur Oberfläche des piezoelektrischen Substrats. Die drei Schnitte unterscheiden sich durch die Höhe des aufgebrachten Dielektrikums DK. Während in 8A die Schichtdicke des Dielektrikums DK geringer ist als die Metallisierungshöhe des Elektrodenfingers EF, entspricht sie in 8B ungefähr der Metallisierungshöhe. In 8C weist das Dielektrikum DK eine höhere Schichtdicke als die Metallisierung des Elektrodenfingers EF auf. Über die Schichtdicke kann die Impedanz des Dielektrikumsstreifens oder -fleckens eingestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann dies durch geeignete Materialauswahl für das Dielektrikum unterstützt oder bereits erreicht werden.
• 9 zeigt drei weitere unterschiedliche Querschnitte durch Elektrodenfinger EF, Dielektrikum DK und Stummelfinger SF. In dieser Darstellung sind die Querschnittsprofile der Elektrodenfinger realitätsnaher abgebildet, d. h. das Querschnittsprofil der Elektrodenfinger fällt wie dargestellt am Ende des Elektrodenfingers nicht vertikal zum Substrat hin ab, sondern ist abgeschrägt oder abgerundet. Entsprechend folgt das im Gapbereich aufgebrachte Dielektrikum diesem Kantenprofil. Auf diese Weise ergibt sich in der Draufsicht ein Überlappungs- oder Unschärfebereich UBR von Elektrodenfinger EF und Dielektrikum DK und daher keine scharfe Trennung zwischen dem vom Dielektrikum bedeckten Bereich und dem Gapbereich.
• In der Querschnittsdarstellung von 9A füllt das Dielektrikum DK_S,F das Gap auf, sodass das Kantenprofil des Dielektrikums DK_S,F dem Kantenprofil an den Enden der Elektrodenfinger EF entspricht. In der Draufsicht ergibt sich ein Unschärfebereich UBR, in dem die schräg auslaufenden Kanten von Elektrodenfinger EF und Dielektrikum DK_S,F überlappen, so dass in der Draufsicht keine klare Trennung zwischen Dielektrikum und Elektrodenfinger zu ziehen ist. In den Fällen, in denen ein Unschärfebereich UBR existiert, enden definitionsgemäß sowohl Gapbereich als auch Überlappungsbereich UB „unscharf“ innerhalb des Unschärfebereichs BR, da die Grenzen gewissermaßen über den Unschärfebereich UBR „verschmiert“ sind.
• 9B zeigt einen Elektrodenfinger EF mit ebenfalls schräg abfallendem Kantenprofil und einem Dielektrikum DK, welches im Gap-Bereich aufgebracht ist und zusätzlich noch zumindest einen Teil des Randbereichs RB überdeckt. Die zum Überlappungsbereich UB weisende Kante des Dielektrikums fällt mit gleicher Neigung wie die Metallisierung am Ende des Elektrodenfingers EF ab, sodass auch hier an der Grenze zwischen Dielektrikum und Elektrodenfinger ein Unschärfebereich UBR ausgebildet ist. Das Dielektrikum erstreckt sich in dieser Ausführung nicht über die obere Kante des Elektrodenfingerendes, endet also im Unschärfebereich UBR.
• 9C zeigt ebenfalls ein den oder die Elektrodenfinger EF im Unschärfebereich UBR überlappend aufgebrachtes Dielektrikum DK, allerdings hier mit geringerer Schichtdicke als die Metallisierung des Elektrodenfingers EF.
• 10 zeigt zwei weitere mögliche Querschnitte durch Elektrodenfinger EF, Dielektrikum DK und Stummelfinger SF. Hier ist der Kantenwinkel der Elektrodenfinger größer als 90°. Solche erhält man stets, wenn man die Metallisierung für die Elektrodenfinger auf eine bestehende Dielektrikumsschicht aufbringt, deren Kanten schräg abfallen. In 10A weisen Dielektrikum DK und Elektrodenfinger EF dieselbe Schichtdicke auf. In 10B sind die
• 11 zeigt in Draufsicht verschiedene Ausführungen eines im Gapbereich nur zwischen den Fingerenden fleckenförmig aufgebrachten Dielektrikums DK_F. In 11A ist das fleckenförmige Dielektrikum schmaler als der Elektrodenfinger. In 11B sind fleckenförmiges Dielektrikum und Elektriodenfinger von gleicher Breite. Das Dielektrikum ist somit genau zwischen Elektrodenfinger und Stummelfinger und nur dort angeordnet. In 11C ist das fleckenförmige Dielektrikum breiter als der Elektrodenfinger.
• 12 zeigt im oberen Abschnitt a den Realteil der Admittanz und im unteren Bereich b den entsprechenden Betrag der Admittanz eines erfindungsgemäßen z.B. gemäß 2 ausgebildeten Wandlers im Vergleich zu der eines bekannten Wandlers gemäß 1. Es zeigt sich, dass die Kurven nahezu deckungsgleich sind. Es treten bei der Erfindung keine zusätzlichen Abstrahlverluste oder sonstige ungünstige Veränderungen gegenüber dem bekannten Wandler auf. Im Gegenteil sind in beiden Darstellungen die Peaks für einen erfindungsgemäßen Wandler bei Resonanzfrequenz schärfer und mit höherer Amplitude ausgebildet, was für eine höhere Admittanz des erfindungsgemäßen Wandlers spricht.
• Somit ist klar, dass durch das erfindungsgemäße Fingerenden-Design, welches den ESD Schutz erhöht, nicht nur keine Verschlechterung des elektrischen Wandlerverhaltens auftritt, so dass bekannte eckige Fingerenden ohne Verluste oder andere Nachteile durch Finger mit abgerundeten Enden ersetzt werden können. Vielmehr verbessern sich die Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Wandlers.
• Besonders vorteilhaft wird die Erfindung bei Resonatorfiltern eingesetzt, insbesondere bei DMS Filtern und Ladder Type Filtern mit SAW Resonatoren.
• Sofern die Elektrodenfinger mittels Photolithographie strukturiert werden, ist bei Wandlern, die für höhere Frequenzen ausgelegt sind, aufgrund der kleineren Strukturen und der begrenzten Auflösung der Lithographie eine geeignete abgerundete Formgebung der Fingerenden nicht mehr exakt möglich. Doch auch angenähert abgerundete Fingerenden zeichnen sich bereits durch erhöhte ESD Festigkeit aus. Strukturen für Frequenzen bis typischerweise 2 GHz können aber sicher in erfindungsgemäßer Form strukturiert werden.
• Bezugszeichenliste

BE

Buselektrode

DKS, DKF

Dielektrikumsschicht

EF

Elektrodenfinger

GB

Gapbereich

RB

Randbereich

REF

Reflektor

SF

Stummelfinger

UB

Überlappungsbereich

UBR

Unschärfebereich

Claims (10)

1. Elektroakustischer Wandler, - mit zwei auf einem Substrat angeordneten Elektrodenkämmen, die jeweils mit einer Buselektrode (BE) verbundene Elektrodenfinger (EF) aufweisen, wobei die beiden Elektrodenkämme so ineinander geschobenen angeordnet sind, dass sich deren Elektrodenfinger (EF) in einem transversalen Überlappungsbereich (UB) gegenseitig überlappen, - bei dem die von der jeweiligen Buselektrode (BE) weg weisenden Enden der Elektrodenfinger abgerundet sind, - bei dem zwischen den Enden der Elektrodenfinger (EF) eines Elektrodenkamms und der gegenüber liegenden Buselektrode (BE) des zweiten Elektrodenkamms oder zwischen den Enden der Elektrodenfinger (EF) eines Elektrodenkamms und den gegenüberliegenden Enden nicht-überlappender Elektrodenfinger (SF) ein Gap (GP) ausgebildet ist, - bei dem ein Dielektrikum (DK) so auf dem Substrat aufgebracht ist, dass das Gap (GP) vollständig damit ausgefüllt ist, der transversale Überlappungsbereich (UB) der Elektrodenfinger aber davon nicht bedeckt ist, und - bei dem die transversale Position der Gaps schwankt, um die Anregung störender Moden im Gap-Bereich zu unterdrücken, wobei die Schwankung der Gap-Position maximal 5 % der Überlappungslänge beträgt.
2. Wandler nach dem vorangehenden Anspruch, - bei dem sich auf einer gegebenen longitudinalen Position jeweils das Ende des mit einem ersten Elektrodenkamm verbundenen Elektrodenfingers und das Ende des mit einem zweiten Elektrodenkamm verbundenen Elektrodenfingers gegenüberstehen, und - bei dem die einander gegenüberstehen Enden der Elektrodenfinger beide abgerundet sind.
3. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem das Dielektrikum (DK) bezüglich Material und Schichtdicke so ausgewählt ist, dass eine akustische Welle im transversalen Überlappungsbereich (UB) und im Gapbereich (GB) annähernd die gleiche akustische Impedanz erfährt.
4. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, - bei dem das Dielektrikum (DK) SiO₂ oder Siliziumnitrid umfasst - bei dem die Metallisierung der Elektrodenfinger (EF) Al, Cu oder Ti umfasst, - bei dem die Metallisierung einen Mehrschichtaufbau aus den unterschiedlichen Bestandteilen in Reinform oder in Form von miteinander gebildeter Legierungen umfasst - bei dem die Höhe der Dielektrikumsschicht 10-500% der Höhe der Metallisierung entspricht.
5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, - bei dem das Dielektrikum (DK) SiO₂ umfasst oder aus SiO₂ besteht - bei dem die Höhe der Dielektrikumsschicht 50-150% der Höhe der Metallisierung entspricht.
6. Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufgebaut auf einem Substrat, das Lithiumtantalat umfasst.
7. Wandler nach Anspruch 6, bei dem das Lithiumtantalat einen Kristallschnitt LT WI rot YX aufweist, wobei WI den Schnittwinkel bezeichnet und wobei für WI gilt 39° ≤ WI ≦ 46°, wobei WI insbesondere aus 39°, 42° und 46° ausgewählt ist.
8. Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Überlappungsbereich (UB) eine Breite von weniger als 25λ aufweist, wobei λ die Wellenlänge der akustischen Welle ist, wobei die Apertur vorzugsweise zwischen 5λ und weniger als 25λ beträgt.
9. Frequenzfilter, umfassend zumindest einen Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche.
10. Frequenzfilter nach Anspruch 9, ausgebildet als Resonatorfilter, dessen Resonatoren Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8 umfassen.

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