DE102017012407B3

DE102017012407B3 - SAW-Vorrichtung mit unterdrückten Störmodensignalen

Info

Publication number: DE102017012407B3
Application number: DE102017012407.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias Knapp; Ingo Bleyl
Original assignee: RF360 Europe GmbH
Current assignee: RF360 Singapore Pte Ltd
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2037-05-25

Abstract

SAW-Vorrichtung, welche Folgendes umfasst:- ein Trägersubstrat (SU), umfassend ein kristallines Silicium, welches einen geschnittenen Kristallentsprechend Euler-Winkeln von (0° ± 10°, 0° ± 10°, 45° ± 10°), oderentsprechend Euler-Winkeln von (45° ± 10°, 54° ± 10°, 0° ± 10°) umfasst,- eine piezoelektrische Schicht (PL), die auf dem Trägersubstrat angeordnet ist, und- eine IDT-Elektrode (IT), die auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist.

Description

Heutzutage müssen SAW-Vorrichtungen, die in Frequenzfiltern für Drahtloskommunikationsvorrichtungen verwendet werden, eine Anzahl von Spezifikationen erfüllen. Neu eingeführte Standards oder neue Entwicklungen machen es ständig erforderlich, die Spezifikationen anzupassen und die Vorrichtungen zu verbessern. Der Betrieb von Drahtlosvorrichtungen in mehreren Bändern, die in einem Trägeraggregationsmodus gekoppelt werden können, erfordert eine hohe Frequenzstabilität unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen und eine gute Unterdrückung von Außerband-Störmoden. Insbesondere dann, wenn die SAW-Vorrichtung bei einem hohen Leistungspegel betrieben wird, sind jeweilige Lösungen erforderlich, die häufig in einer Vorrichtung kombiniert werden müssen.
SAW-Vorrichtungen, die streuende Leckwellen (leaky surface waves) verwenden, zeigen Verluste infolge einer unerwünschten Abstrahlung akustischer Energie in das Bulk-Substrat. Ferner können zusätzliche Bulk-Moden die Elektroden des Wandlers erreichen und ein Parasitärsignal erzeugen, das den Betrieb im verwendeten Frequenzband stören kann. Weitere Verluste sind auf die Anregung höherer Moden in der Art von Plattenmoden oder zweiten Harmonischen, häufig als H2-Mode bezeichnet, zurückzuführen.
Ein Ansatz, um diese Verluste zu verringern und Parasitärsignale aufzuheben, besteht in der Verwendung eines piezoelektrischen Films an der Oberfläche eines Trägersubstrats. Bei einer solchen Schichtstruktur kann die parasitäre Bulk-Mode innerhalb des Substrats und nicht in der Nähe der oberen Fläche des piezoelektrischen Films, wo die SAW-Wandlerelektroden angeordnet sind, geführt werden, so dass sich unerwünschte Störsignale ergeben.
Weitere Probleme treten auf, falls weitere funktionelle Schichten in die Schichtstruktur der SAW-Vorrichtung eingebracht werden, beispielsweise eine Kompensationsschicht zum Verringern des Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF) und demgemäß zum Verbessern der Temperaturstabilität der Vorrichtung. Eine Schicht, welche den Temperaturkoeffizienten verringern kann, umfasst vorzugsweise ein Material mit einem positiven TCF in der Art beispielsweise von Siliciumoxid. Jede weitere Schicht in einer solchen Mehrschichtstruktur erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass unerwünschte Bulk-Moden oder andere Störmoden innerhalb einer solchen Struktur erzeugt werden.
Aus der veröffentlichten US-Patentanmeldung US2015/0102705 A1 ist eine Elastische-Oberflächenwelle-Vorrichtung bekannt, die es ermöglicht, die Hauptmode der elastischen Welle innerhalb eines Schichtsystems einzusperren. Diese Elastische-Oberflächenwelle-Vorrichtung weist einen Film mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit, einen Film mit einer geringen akustischen Geschwindigkeit und einen piezoelektrischen Film auf, die in dieser Reihenfolge auf einem Trägersubstrat angeordnet sind, um das gewünschte Ziel zu erreichen. Dennoch wurde der Einfluss des offenbarten Schichtstapels auf die Anregung und die Position zusätzlicher höherer Moden in der Art von Plattenmoden oder zweiten Harmonischen nicht untersucht.
Die US-Patentanmeldung US 2009 0236935 A1 betrifft eine akustische Grenzwellenvorrichtung, die beispielsweise für einen Resonator oder einen Bandpassfilter verwendet wird. Insbesondere bezieht sich die Anmeldung auf eine akustische Grenzwellenvorrichtung, die eine akustische Grenzwelle verwendet, die sich an der Grenze zwischen einer piezoelektrischen Schicht und einer dielektrischen Schicht ausbreitet.
Die US-Patentanmeldung US 2015 0028720 A1 betrifft eine Vorrichtung für elastische Wellen für Komponenten wie einen Resonator und einen Bandpassfilter und ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung für elastische Wellen und insbesondere eine Vorrichtung für elastische Wellen mit einer Struktur, in der andere Materialien zwischen einem Lithiumniobatfilm und einem Trägersubstrat vorgesehen sind, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung für elastische Wellen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Signale, die von Störmoden in der Art von Plattenmoden oder der H2-Mode ausgehen, sowie Signale, die sich aus Bulk-Moden ergeben, zu verringern.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird durch eine SAW-Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Verbesserte Ausführungsformen, die andere Aufgaben lösen können, sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung sieht eine SAW-Vorrichtung vor, die ein Trägersubstrat, eine auf dem Trägersubstrat angeordnete piezoelektrische Schicht und eine auf der piezoelektrischen Schicht angeordnete IDT-Elektrode umfasst. Die Erfinder haben herausgefunden, dass eine geeignete Auswahl eines Materials für das Trägersubstrat die SAW-Vorrichtung in Bezug auf die Verringerung von Störsignalen, die sich aus Störmoden in der Art höherer Harmonischer und Bulk-Moden ergeben, verbessern kann. Eine geeignete Auswahl eines Materials für das Substrat ermöglicht es, die Energie der Hauptmode der SAW-Vorrichtung in eine piezoelektrische Schicht oder in ein Schichtsystem einzusperren, wobei das Schichtsystem die piezoelektrische Schicht umfasst und auf dem Trägersubstrat angeordnet ist. Gleichzeitig ermöglicht dieses Material, dass höhere Moden oder Bulk-Moden in das Substrat streuen, so dass die Amplituden von Störmodensignalen erheblich verringert werden. Daher wird das Material des Trägersubstrats so ausgewählt, dass die Wellenenergie einer Störmode in das Trägersubstrat eingestrahlt wird, während die Wellenenergie der verwendeten Hauptmode in der Nähe der oberen Fläche der piezoelektrischen Schicht lokalisiert wird.
Ein geeignetes Material, das für das Trägersubstrat verwendet werden kann, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, umfasst kristallines Silicium mit ausgewählten Euler-Winkeln, die innerhalb eines gegebenen Bereichs gewählt sind. Ein erstes verwendbares Material stellt einen entsprechend Euler-Winkeln von (0° ± 10°, 0° ± 10°, 45° ± 10°) geschnittenen Kristall bereit.
Ein zweites Material, das verwendet werden kann, stellt einen entsprechend Euler-Winkeln von (45° ± 10°, 54° ± 10°, 0° ± 10°) geschnittenen Kristall bereit. Diese beiden Siliciummaterialien mit ausgewählten Kristallschnitten unterstützen das Streuen höherer Moden und Bulk-Moden in das Trägersubstrat und verringern daher die Ausbreitung dieser Störmoden in der Nähe der oberen Fläche der SAW-Vorrichtung. Dadurch wird verhindert, dass die Störmoden die IDT-Elektroden erreichen, und daher verhindert, dass sie Störsignale erzeugen. Eine weitere Wirkung des vorgeschlagenen neuen Trägersubstratmaterials besteht darin, dass die Frequenz der Störmoden, wenngleich sie erheblich verringert sind, in einen Frequenzbereich verschoben werden kann, welcher den Betrieb der SAW-Vorrichtung in einem anderen Frequenzband, wofür die SAW-Vorrichtung ausgelegt ist, nicht stört. Es wurde herausgefunden, dass die Euler-Winkel eines kristallinen Substratmaterials einen Einfluss auf die bevorzugte Ausbreitungsrichtung einer akustischen Mode innerhalb des ausgewählten Substratmaterials haben. Weil der Einfluss eines Substratmaterials mit bevorzugten Euler-Winkeln auf die Ausbreitung von akustischen Wellen für die Hauptmode und die Stör- oder Bulk-Moden unterschiedlich gemacht werden kann, wird die Ausbreitung der Hauptmode von der Ausbreitung der Bulk- oder Störmode entkoppelt. Am wichtigsten ist die Tatsache, dass durch geeignete Auswahl des Substratmaterials die Hauptmode in Bezug auf die Frequenz, Amplitude und Flankenschärfe des jeweiligen Signals nicht beeinflusst wird. Als Beweis für diese Wirkung kann gezeigt werden, dass die Energieverteilung der Hauptmode innerhalb der Schichtstruktur der SAW-Vorrichtung in einer erfindungsgemäßen SAW-Vorrichtung unverändert ist und von der jeweiligen Energieverteilung für Stör- oder Bulk-Moden verschieden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit zwischen dem Trägersubstrat und der piezoelektrischen Schicht der SAW-Vorrichtung angeordnet. Das Material der Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit ist so gewählt, dass die akustische Geschwindigkeit in der Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit höher ist als im Trägersubstrat. Es wurde herausgefunden, dass abhängig vom Material der Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit und von der Dicke dieser Schicht Signale, die sich aus Störmoden ergeben, weiter unterdrückt werden können.
Ein für die Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit verwendbares Material ist polykristallines Silicium. Eine bevorzugte Dicke der Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit reicht von 0,05 x λ bis 1,0 x λ, wobei λ die Wellenlänge der Hauptmode der akustischen Welle innerhalb der Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit ist. Abhängig von der akustischen Geschwindigkeit innerhalb der Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit kann ihre Dicke optimiert werden, um eine gewünschte Modenunterdrückung zu erzielen.
Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen SAW-Vorrichtung umfasst eine TCF-Kompensationsschicht, die einen positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz aufweist. Diese TCF-Kompensationsschicht ist vorzugsweise zwischen der Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit und der piezoelektrischen Schicht angeordnet. Eine weitere mögliche Anordnung ist oberhalb der IDT-Elektrode.
Die TCF-Kompensationsschicht umfasst ein Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz in der Art von SiO₂, mit Fluor dotiertem SiO₂ oder unter Verwendung anderer Dotierungsstoffe dotiertem SiO₂. Abhängig von der Dicke der TCF-Kompensationsschicht breitet sich ein jeweiliger Anteil der Welle innerhalb der TCF-Kompensationsschicht aus. Weil der positive TCF dieser Schicht den negativen TCF der meisten piezoelektrischen Materialien kompensiert, kann die TCF-Kompensation durch Erhöhen der Dicke dieser Schicht verbessert werden.
Eine bevorzugte Dicke der TCF-Kompensationsschicht reicht von 0,05 × λ bis 1,0 × λ.
Ein weiterer Parameter, der innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung geändert werden kann, ist die Dicke der piezoelektrischen Schicht. Ein Vorteil einer Verringerung der Dicke der piezoelektrischen Schicht ist eine verbesserte Führung der Leckwelle (leaky surface wave). Zusätzlich kann die Kopplungskonstante durch Optimieren der Dicke des piezoelektrischen Films verbessert werden. Ferner kann die TCF-Kompensation durch Verringern der Dicke der piezoelektrischen Schicht und daher durch Erhöhen des Dickenverhältnisses zwischen der TCF-Kompensationsschicht und der piezoelektrischen Schicht verbessert werden.
Wenn die erfindungsgemäße SAW-Vorrichtung weiter optimiert wird, müssen Materialien und relative Dicken aller Schichten der Mehrschichtstruktur der SAW-Vorrichtung betrachtet und berücksichtigt werden. Es ist klar, dass die genaue Mehrschichtstruktur in Bezug auf das Material und die Dicke der einzelnen Schichten einen großen Einfluss auf die Anregung und Ausbreitung der Hauptmode und höherer Moden und Störmoden hat. Dadurch kann eine andere Schichtstruktur einer SAW-Vorrichtung andere Moden hervorrufen, die sich innerhalb des Systems ausbreiten können, so dass verschiedene Moden unterdrückt werden müssen oder ihre Signale aufgehoben werden müssen.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf spezifische Ausführungsformen und die anliegenden Figuren detaillierter erläutert. Es zeigen:

1 verschiedene Beispiele von SAW-Vorrichtungen gemäß der Erfindung in einem schematischen Querschnitt,
2 den Realteil einer Admittanzkurve einer SAW-Vorrichtung gemäß der Erfindung,
3 einen jeweiligen Absolutteil der Admittanz derselben SAW-Vorrichtung in dB,
4 die Wellenenergie abhängig von der Tiefe unter der oberen Fläche der SAW-Vorrichtung für die Frequenz der Hauptmode,
5 die Amplitude der Störmode abhängig von der Tiefe unter der oberen Fläche der SAW-Vorrichtung,
6 eine Admittanzkurve einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung,
7 den Absolutteil derselben Admittanzkurve in dB und
8 die Amplitude einer Bulk-Mode abhängig von der Tiefe unter der oberen Fläche der SAW-Vorrichtung.

1A zeigt eine SAW-Vorrichtung gemäß der einfachsten Ausführungsform der Erfindung in einem schematischen Querschnitt. Die SAW-Vorrichtung umfasst ein Trägersubstrat SU, eine piezoelektrische Schicht PL, die auf dem Trägersubstrat SU angeordnet ist, und eine Interdigitalwandlerelektrode IT, die auf der piezoelektrischen Schicht PL angeordnet ist. Das Material des Trägersubstrats SU ist aus Silicium mit einem speziellen Bereich von Schnittwinkeln entsprechend Euler-Winkeln von (0° ± 10°, 0° ± 10°, 45° ± 10°) ausgewählt. Eine ähnliche Arbeitsausführungsform umfasst ein Substratmaterial aus Silicium mit Euler-Winkeln von (45° ± 10°, 54° ± 10°, 0° ± 10°). Die Dicke des Trägersubstrats wird festgelegt, um eine ausreichende mechanische Festigkeit bereitzustellen, um die auf dem Trägersubstrat angeordneten Schichten und Strukturen zu tragen.
Die piezoelektrische Schicht PL kann ein beliebiges piezoelektrisches Material umfassen, das für eine SAW-Vorrichtung geeignet ist. Beispielhafte Ausführungsformen umfassen Lithiumtantalat oder Lithiumniobat. Es sind auch andere piezoelektrische Materialen wie AlN und ZnO möglich.
Die Interdigitalwandlerelektrode IT ist nur schematisch mit einigen Elektrodenfingern dargestellt und kann mehr Elektrodenfinger und einen oder mehrere Interdigitalwandler, einen Reflektor oder eine andere Elektrodenstruktur, die üblicherweise auf SAW-Vorrichtungen verwendet wird, umfassen. Die Dicke der piezoelektrischen Schicht PL wird abhängig von der Resonanzfrequenz und von Resonatorspezifikationen vorzugsweise bei etwa 2 µm oder weniger gewählt.
Eine SAW-Vorrichtung gemäß 1A ist in Bezug auf das Führen der akustischen Hauptmode und einer störenden Bulk-Mode oder einer anderen Störmode verbessert. Die Hauptmode, welche das gewünschte Signal der SAW-Vorrichtung erzeugt, wird konzentriert und in der Nähe der Oberfläche der piezoelektrischen Schicht PL eingeschlossen, während der größte Teil der Stör- oder Bulk-Mode in das Substrat SU leckt und somit nicht mehr zur Übertragungskurve der SAW-Vorrichtung beiträgt und kein Störsignal erzeugt.
1B zeigt eine verbesserte Ausführungsform, wobei eine TCF-Kompensationsschicht TC zwischen der piezoelektrischen Schicht PL und dem Trägersubstrat SU angeordnet ist, wie in 1A gezeigt ist. Diese TCF-Kompensationsschicht kann aus einem Material mit einem positiven TCF oder einem TCF, der zumindest höher ist als der TCF der piezoelektrischen Schicht PL, ausgewählt werden. Eine Schicht, welche den Temperaturkoeffizienten TCF verringern kann, umfasst vorzugsweise Siliciumoxid. Eine bevorzugte Dicke X3 dieser Schicht liegt innerhalb des Bereichs von 0,1 λ bis 1,0 λ.
Eine weitere Verbesserung der Erfindung ist in 1C dargestellt. Eine weitere funktionelle Schicht HV ist in die Mehrschichtstruktur der erfindungsgemäßen SAW-Vorrichtung eingefügt. Eine Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit ist zwischen dem Trägersubstrat SU und einer TCF-Kompensationsschicht TC angeordnet.
Eine bevorzugte Dicke X2 dieser Schicht liegt innerhalb des Bereichs von 0,05 λ bis 1,0 λ.
Die 2 und 3 zeigen die Admittanzkurven für einen SAW-Eintor-Resonator gemäß 1B. 2 zeigt den Realteil der Admittanz, wobei Kurve 1 als Referenz mit einer in 1A dargestellten SAW-Vorrichtung übereinstimmt, die auf einem Siliciummaterial mit Euler-Winkeln von (0°, 0°, 0°) gebildet ist. Kurve 2 bezieht sich auf eine erfindungsgemäße SAW-Vorrichtung mit einem Siliciummaterial, das Euler-Winkel von (0°, 0°, 45°) aufweist. Wie am besten aus 2 ersichtlich ist, ist bei einer SAW-Vorrichtung gemäß der Erfindung ein Störmodensignal bei etwa 2300 MHz erheblich verringert. Die Hauptmode bei etwa 1900 MHz bleibt unverändert und liefert ein scharfes Signal. 3 zeigt den Absolutteil der Admittanz derselben Vorrichtung in dB, wobei Kurve 1 die Admittanz des Referenzbeispiels ist, während Kurve 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht. Es ist ersichtlich, dass auch störende Spitzen bei etwa 2600 bis 2700 MHz eine erheblich verringerte Amplitude aufweisen.
Die positive Wirkung der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen SAW-Vorrichtung kann am besten mit Bezug auf die 4 und 5 erklärt werden. 4 zeigt die Verteilung der Wellenenergie der akustischen Hauptmode abhängig von der Tiefe, welche der Abstand zur oberen Fläche des Piezoelektrikums PL ist. Im linken Teil von 4 ist eine SAW-Vorrichtung mit einem üblicherweise verwendeten Siliciumsubstrat dargestellt, während im rechten Teil von 4 die Hauptmode in einer erfindungsgemäßen SAW-Vorrichtung mit einem Siliciummaterial mit einem spezifischen Euler-Winkel dargestellt ist. Die Hauptmode hat eine Frequenz um 1900 MHz.
Ein Vergleich des linken Teils gemäß dem Stand der Technik mit dem rechten Teil gemäß der Erfindung zeigt, dass die Energie der Hauptmode in der Nähe der Oberfläche der piezoelektrischen Schicht konzentriert ist und demgemäß nicht in das Trägersubstrat eindringt. Die Konzentration der Energie der Hauptmode in der Nähe der oberen Fläche garantiert geringe Verluste, weil ein hoher Anteil der Hauptmode an der Interdigitalelektrode als ein elektrisches Signal zurückgewonnen wird.
In 5 werden die beiden Vorrichtungen bei einer Frequenz von etwa 2600 MHz entsprechend einer Störmode, die in der Admittanzkurve der SAW-Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik vorhanden ist, betrachtet. In diesem Fall konzentriert die bekannte SAW-Vorrichtung die Energie der Störmode in einem anderen Bereich, der in der Nähe des Oberfläche des Siliciumträgersubstrats liegt. Wenn der rechte Teil aus 5 entsprechend einer erfindungsgemäßen SAW-Vorrichtung betrachtet wird, ist ersichtlich, dass die Energie der Störmode tiefer in die SAW-Vorrichtung und das Trägersubstrat SU eindringen kann und sich nicht mehr nur in der Nähe der Oberfläche davon konzentriert. Beim Vergleichen der Kurven aus 4 und 5 wird klar, dass die Hauptmode bei der Implementation der Erfindung nahezu unverändert bleibt. Allerdings wird die Störmode tiefer in das SAW-Substrat (Trägersubstrat) als zuvor gezogen, und es wird daher verhindert, dass sie die IDT-Elektroden erreicht und dein Störsignal erzeugt.
Gemäß einer weiteren Verbesserung der Struktur aus 1C ist eine weitere funktionelle Schicht in die Mehrschichtstruktur der erfindungsgemäßen SAW-Vorrichtung eingebracht. Eine Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit ist zwischen dem Trägersubstrat SU und der TCF-Kompensationsschicht TC angeordnet. Diese Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit stellt eine hohe Geschwindigkeit des akustischen Signals bereit, welche höher ist als die akustische Geschwindigkeit derselben Welle im Trägersubstrat sowie in der piezoelektrischen Schicht. Ein bevorzugtes Material für diese Schicht umfasst polykristallines Silicium. Es ist bevorzugt, diese Schicht dünn auszubilden, so dass sie höchstens eine Wellenlänge beträgt. Eine bevorzugte Dicke X2 dieser Schicht liegt innerhalb des Bereichs von 0,05 λ bis 1,0 λ. Es wurde herausgefunden, dass diese Ausführungsform eine weitere Verbesserung der Modenunterdrückung in einem Hochfrequenzgebiet oberhalb der Frequenz der Hauptmode, also oberhalb des Durchlassbands der SAW-Vorrichtung erbringt.
6 zeigt den Realteil der Admittanzkurve dieser Ausführungsform als Kurve 2. Als Referenz zeigt Kurve 1 die Admittanz einer SAW-Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik. Es ist klar ersichtlich, dass bei einer Frequenz von etwa 2300 MHz eine erhebliche Verringerung eines Störsignals erreicht wird. Signale von höheren Moden der SAW-Vorrichtung bei etwa 2600 MHz und darüber bleiben erhalten, sind jedoch frequenzverschoben.
7 zeigt den Absolutteil der Admittanz derselben SAW-Vorrichtung in dB. Die vorteilhafteste Wirkung dieser Ausführungsform tritt bei einer Frequenz von 2300 MHz auf, wo in der Graphik (Kurve 2) eine Störmode, die bei Kurve 1 sichtbar ist, vollständig unterdrückt wird. Die Hauptresonanz der SAW-Vorrichtung entsprechend ihrer Durchlassbandfrequenz bleibt unverändert. Das Verschwinden der Störmode ist eine Folge von sich ändernden Geschwindigkeitsdifferenz und daher von unterschiedlichen Randbedingungen infolge der Einbringung einer zusätzlichen Schicht mit einer hohen Geschwindigkeit.
8 zeigt das Tiefenprofil der Störmode bei einer erfindungsgemäßen SAW-Vorrichtung mit einer akustischen Hochgeschwindigkeitsschicht HV verglichen mit einer SAW-Vorrichtung ohne diese Schicht. Die Kurve bei der Letztgenannten ist im linken Teil von 8 dargestellt, während die Kurve gemäß der SAW-Vorrichtung mit der funktionellen Schicht HV im rechten Teil von 8 dargestellt ist. Es ist ersichtlich, dass die Störmode tiefer in das Trägersubstrat gezogen wird, weil das Maximum der Kurve tiefer innerhalb des Trägersubstrats der SAW-Vorrichtung liegt. Diese Störmode stimmt mit der Bulk-Welle überein, und ihre schädliche Wirkung wird beseitigt, weil die Anregung der Bulk-Mode gemäß dieser Ausführungsform minimiert wird.
Bezugszeichenliste

SU: Trägersubstrat
IT: IDT-Elektrode
PL: piezoelektrische Schicht
TC: Temperaturkompensationsschicht
HV: Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit
1: Admittanz der Referenzprobe
2: Admittanz des Resonators gemäß der Erfindung

Im Folgenden werden weitere Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben:

1. SAW-Vorrichtung, welche Folgendes umfasst:
- - ein Trägersubstrat (SU), umfassend ein kristallines Silicium, welches einen geschnittenen Kristall entsprechend Euler-Winkeln von (0° ± 10°, 0° ± 10°, 45° ± 10°), oder entsprechend Euler-Winkeln von (45° ± 10°, 54° ± 10°, 0° ± 10°) umfasst,
- - eine piezoelektrische Schicht (PL), die auf dem Trägersubstrat angeordnet ist, und
- - eine IDT-Elektrode (IT), die auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist.
2. SAW-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Beispiel, wobei das Material des Trägersubstrats (SU) so ausgewählt ist, dass die Wellenenergie einer Störmode innerhalb des Trägersubstrats abgestrahlt wird, während die Wellenenergie der verwendeten Hauptmode in einem Oberflächenbereich der piezoelektrischen Schicht lokalisiert ist.
3. SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei eine Schicht (HV) mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit zwischen dem Trägersubstrat und der piezoelektrischen Schicht (PL) angeordnet ist, wobei die akustische Geschwindigkeit in der Schicht (HV) mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit höher ist als im Trägersubstrat (SU) .
4. SAW-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Beispiel, wobei die Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit eine Dicke x2 entsprechend 0,05λ x2 < λ aufweist, wobei λ die Wellenlänge der Hauptmode der akustischen Welle ist.
5. SAW-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Beispiel, wobei die Schicht (HV) mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit polykristallines Silicium umfasst.
6. SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, welche eine TCF-Kompensationsschicht (TC) mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz umfasst, die zwischen der Schicht (HV) mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit und der piezoelektrischen Schicht (PL) oder oberhalb der IDT-Elektrode (IT) angeordnet ist.
7. SAW-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Beispiel, wobei die TCF-Kompensation durch SiO₂, mit Fluor dotiertes SiO₂ oder andere auf SiO₂ basierende dotierte Materialien geschieht.
8. SAW-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Beispiel, wobei die TCF-Kompensationsschicht (TC) eine Dicke x3 entsprechend 0,05 λ < x3 < λ aufweist.
9. SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die piezoelektrische Schicht (PL) eine Dicke x4 entsprechend 0,1 λ < x4 < λ aufweist.
10. SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die IDT-Elektrode (IT) eine Mehrschichtstruktur umfasst, die hauptsächlich aus Aluminium besteht, wobei die IDT-Elektrode eine Dicke x5 entsprechend 0,05 λ < x5 < 0,2 λ aufweist.

Claims

SAW-Vorrichtung, welche Folgendes umfasst: - ein Trägersubstrat (SU), umfassend ein kristallines Silicium, welches einen geschnittenen Kristall entsprechend Euler-Winkeln von (0° ± 10°, 0° ± 10°, 45° ± 10°), oder entsprechend Euler-Winkeln von (45° ± 10°, 54° ± 10°, 0° ± 10°) umfasst, - eine piezoelektrische Schicht (PL), die auf dem Trägersubstrat angeordnet ist, und - eine IDT-Elektrode (IT), die auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist.
SAW-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Material des Trägersubstrats (SU) so ausgewählt ist, dass die Wellenenergie einer Störmode innerhalb des Trägersubstrats abgestrahlt wird, während die Wellenenergie der verwendeten Hauptmode in einem Oberflächenbereich der piezoelektrischen Schicht lokalisiert ist.
SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Schicht (HV) mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit zwischen dem Trägersubstrat und der piezoelektrischen Schicht (PL) angeordnet ist, wobei die akustische Geschwindigkeit in der Schicht (HV) mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit höher ist als im Trägersubstrat (SU).
SAW-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Schicht mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit eine Dicke x2 entsprechend 0,05 λ < x2 < λ aufweist, wobei λ die Wellenlänge der Hauptmode der akustischen Welle ist.
SAW-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Schicht (HV) mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit polykristallines Silicium umfasst.
SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine TCF-Kompensationsschicht (TC) mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz umfasst, die zwischen der Schicht (HV) mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit und der piezoelektrischen Schicht (PL) oder oberhalb der IDT-Elektrode (IT) angeordnet ist.
SAW-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die TCF-Kompensation durch SiO2, mit Fluor dotiertes SiO2 oder andere auf SiO2 basierende dotierte Materialien geschieht.
SAW-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die TCF-Kompensationsschicht (TC) eine Dicke x3 entsprechend 0,05 λ < x3 < λ aufweist.
SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die piezoelektrische Schicht (PL) eine Dicke x4 entsprechend 0,1 λ < x4 < λ aufweist.
SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die IDT-Elektrode (IT) eine Mehrschichtstruktur umfasst, die hauptsächlich aus Aluminium besteht, wobei die IDT-Elektrode eine Dicke x5 entsprechend 0,05 λ < x5 < 0,2 λ aufweist.