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Die vorliegende Erfindung betrifft SAW-Resonatoren (SAW: Surface Acoustic Wave - akustische Oberflächenwelle), die eine verbesserte Leistungsbeständigkeit und eine verbesserte Wärmeresistenz aufweisen und die eine entsprechende Vorrichtung vor einem Versagen schützen. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf HF-Filter, die wenigstens einen solchen Resonator umfassen.
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In Mobilkommunikationssystemen werden HF-Filter benötigt, um zwischen gewollten HF-Signalen und ungewollten HF-Signalen zu unterscheiden. HF-Filter können in Frontend-Systemen von Mobilkommunikationsvorrichtungen genutzt werden. Zum Beispiel wird ein Übertragungsfilter zwischen einem Leistungsverstärker und einem Antennenport verwendet, um nur Übertragungssignale zu einem Antennenport propagieren zu lassen. In einem Empfangssignalpfad wird ein Empfangssignal verwendet, um Empfangssignale weiterzugeben und insbesondere um den Empfangsport für Übertragungssignale zu isolieren.
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HF-Filter, wie etwa HF-Filter, die mit akustischen Wellen arbeiten, umfassen elektroakustische Resonatoren. Insbesondere umfassen SAW-Resonatoren, die mit akustischen Oberflächenwellen arbeiten, Elektrodenstrukturen, die auf einem piezoelektrischen Material angeordnet sind. Die Elektrodenstrukturen umfassen fingerartig verschränkte Elektroden mit Elektrodenfingern, die mit einer Sammelschiene verbunden sind. Resonatoren von HF-Filtern werden HF-Leistung ausgesetzt. Ohmsche Verluste in den Elektroden oder andere Energiedissipationseffekte führen zu einer Energieumwandlung von HF-Energie zu Wärme. Entsprechend erleiden erwärmte Resonatoren eine Verschiebung von charakteristischen Frequenzen, wie etwa einer Resonanzfrequenz oder einer Antiresonanzfrequenz, aufgrund einer Ausdehnung der piezoelektrischen Schicht und einer Änderung von Materialeigenschaften, z. B. elastischer Steifigkeit, bei angehobenen Temperaturen. Ferner wird, falls der Resonator zum Beispiel Teil einer Bandpassfilterkonfiguration ist, dann das Durchlassband frequenzverschoben und führt die entsprechende Selbsterwärmung des Resonators zu zusätzlichen Verlusten. Falls die Temperaturzunahme einen gewissen kritischen Wert überschreitet, ist es dann möglich, dass ein permanenter Schaden auftritt, was zu einem permanenten Versagen der entsprechenden Filterkomponenten führt.
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Temperaturänderungen sind für elektroakustische Filter problematisch, weil Temperaturverschiebungen Verschiebungen von charakteristischen Frequenzen, wie etwa Mittelfrequenzen von Bandpassfiltern, verursachen. Ferner verursacht eine Temperaturzunahme üblicherweise eine erhöhte Einfügedämpfung, was zu einer reduzierten Leistungseffizienz führt.
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Elektroakustische Resonatorstrukturen sind hinsichtlich erhöhter Temperaturen empfindlich, weil ihre gestapelte Konstruktion gefährdet werden kann, z. B. durch Akustomigration von Atomen.
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Insbesondere die Entwicklung zur Miniaturisierung hin führt zu einer erhöhten Anzahl an Funktionalitäten in einem reduzierten Volumen, was zu einer Zunahme der Leistungsdichte führt. Eine erhöhte Leistungsdichte verursacht üblicherweise eine Zunahme der Leistungsdissipationsdichte, die die miniaturisierten elektroakustischen Strukturen weiter gefährdet.
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Dementsprechend wird ein SAW-Resonator mit verbesserter Leistungsbeständigkeit und einer verbesserten Wärmeresistenz benötigt, und welcher vor Versagen geschützt ist und welcher Spezifikationen entspricht, die temperaturinduzierte Frequenzdrifts betreffen.
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Zu diesem Zweck werden ein SAW-Resonator und ein HF-Filter, das einen SAW-Resonator umfasst, gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt. Abhängige Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen bereit.
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Der SAW-Resonator umfasst ein Trägersubstrat, eine Elektrodenstruktur und ein piezoelektrisches Material, das zwischen dem Trägersubstrat und der Elektrodenstruktur angeordnet ist. Ferner umfasst der Resonator einen Shunt-Pfad parallel zu der Elektrodenstruktur, der bereitgestellt ist, um zu ermöglichen, dass ein HF-Signal die Elektrodenstruktur umgeht. Der Shunt-Pfad weist eine temperaturabhängige (elektrische) Konduktanz auf. In einem solchen Resonator kann die Elektrodenstruktur die fingerartig verschränkten Elektroden herstellen, die Elektrodenfinger umfassen, die auf dem piezoelektrischen Material angeordnet und mit einer Sammelschiene verbunden sind. Insbesondere sind Elektrodenfinger, die zu entgegengesetzten Polaritäten gehören, entsprechend mit entgegengesetzten Sammelschienen verbunden.
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Das Trägersubstrat wirkt als ein Träger zum Stützen der entsprechenden funktionalen Strukturen, die oberhalb des Substrats angeordnet sind. Das piezoelektrische Material stellt eine piezoelektrische Achse bereit, die in Kombination mit der Orientierung der Elektrodenstruktur - aufgrund des piezoelektrischen Effekts - zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen umwandelt, falls HF-Signale an die Elektrodenstruktur angelegt werden.
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Die Temperaturabhängigkeit der Konduktanz des Shunt-Pfades liefert eine ordnungsgemäße Funktion des Resonators bei normalen Betriebsparametern. Es wird bevorzugt, dass die Konduktanz des Shunt-Pfades mit zunehmender Temperatur zunimmt. Dementsprechend ist die Konduktanz des Shunt-Pfades bei hohen Temperaturen, z. B. bei Temperaturen, die eine kritische Temperatur überschreiten, ausreichend hoch, um HF-Leistung zum Schutz der empfindlichen funktionalen Strukturen des Resonators umzuleiten.
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Ein solcher SAW-Resonator weist - aufgrund des Shunt-Pfades mit einer temperaturabhängigen Konduktanz - eine verbesserte Leistungsbeständigkeit und eine verbesserte Wärmeresistenz auf und weist einen intrinsischen Schutz vor Versagen auf. Dementsprechend kann ein solcher Resonator ein entsprechendes HF-Filter oder eine HF-Filterkomponente vor temperaturinduziertem Versagen schützen.
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Falls ein solcher Resonator Teil eines HF-Filters eines Mobilkommunikationssystems ist, ist es möglich, dass bei übermäßig hohen Temperaturen Telefonanrufe oder Datenübertragungen temporär unterbrochen werden und dass die entsprechende Batterie schneller leer wird. Jedoch wird ein permanentes Versagen verhindert, nachdem normale Betriebstemperaturen erreicht wurden, und wird eine normale Funktionalität ohne permanenten Schaden an der entsprechenden Vorrichtung wiederhergestellt.
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Dementsprechend wird ein elektrisch leitfähiger Pfad eingeführt, damit dieser temporär als ein Shunt-Pfad wirkt. Selbsterwärmung und Zerstörung aufgrund von Energiedissipation innerhalb der empfindlichen Strukturen, z. B. aufgrund von ohmschen und akustischen Verlusten, sind reduziert und ein irreversibler Schaden ist verhindert, was zu einem intrinsischen Selbstschutz führt. Die Leitfähigkeit des Shunt-Pfades kann auf eine solche Weise maßgeschneidert werden, dass eine spezifizierte Schutzleistungsfähigkeit innerhalb eines spezifizierten Leistungs- und Temperaturbereichs gegeben wird.
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Es ist möglich, dass der SAW-Resonator ferner Reflexionsstrukturen umfasst. Die Elektrodenstruktur des Resonators kann zwischen den Reflexionsstrukturen angeordnet sein.
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Die Reflexionsstrukturen helfen dabei, die akustische Energie in dem Resonator zu begrenzen. Die Reflexionsstrukturen verhindern, dass akustische Energie eine akustische Spur des Resonators in Längsrichtung verlässt. Ferner ist es möglich, dass die Reflexionsstrukturen in der Nähe der Elektrodenstruktur angeordnet sind und mit einem Massepotential verbunden sind. Dementsprechend ist es möglich, dass die masseverbundenen Reflexionsstrukturen den Shunt-Pfad - wenigstens teilweise - herstellen.
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Es ist möglich, dass das piezoelektrische Material in einer piezoelektrischen Schicht enthalten ist und dass der SAW-Resonator ein TF-SAW-Resonator (TF-SAW: Thin Film-Surface Acoustic Wave - Dünnfilm-akustische-Oberflächenwelle) ist.
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TF-SAW-Resonatoren sind dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Material nicht als ein Volumenmaterial bereitgestellt ist, wie z. B. in dem Fall eines herkömmlichen SAW-Resonators, sondern dadurch, dass das piezoelektrische Material als ein dünner Film bereitgestellt ist. Ein Dünnfilmmaterial ist dadurch gekennzeichnet, dass es unter Nutzung von Waferbonden oder Dünnfilmmaterialabscheidungstechniken, z. B. Sputtern, physikalischer Dampfphasenabscheidung, chemischer Gasphasenabscheidung, Molekularstrahlepitaxie oder dergleichen, bereitgestellt wird.
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TF-SAW-Resonatoren stellen die Besonderheit bereit, dass der entsprechende Shunt-Pfad mit einfachen konstruktiven Mitteln eingeführt werden kann, wie unten ausführlicher erklärt wird.
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Es ist möglich, dass der BAW-Resonator ein Schutzelement umfasst. Das Schutzelement weist eine temperaturabhängige Konduktanz auf und stellt ein Element des Shunt-Pfades her.
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Das Schutzelement kann ein einzelnes Schaltkreiselement sein, das zum Bereitstellen der spezifischen Temperaturabhängigkeit der Konduktanz dediziert ist.
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Jedoch ist es auch möglich, dass das Schutzelement durch unterschiedliche Strukturen des SAW-Resonators realisiert ist, die dazu bereit sind, die Temperaturabhängigkeit der Konduktanz bereitzustellen.
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Entsprechend ist es möglich, dass der SAW-Resonator eine Gestapelte-Schicht-Konfiguration aufweist.
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Elektrodenstrukturen, Kontaktstrukturen und weitere leitende Strukturen stellen Teile von Signalleitungen her, die auf dem piezoelektrischen Material angeordnet sind. Der herkömmliche Pfad für HF-Leistung eines Resonators besteht darin, in den Resonator an einer Eingangselektrode einzudringen, die funktionale Struktur des Resonators zu durchlaufen und den Resonator an einer Ausgangselektrode zu verlassen. Die funktionalen Hauptstrukturen sind die Elektrodenfinger, die auf dem piezoelektrischen Material angeordnet sind.
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In herkömmlichen SAW-Resonatoren wurden die Materialien unterhalb der Elektrodenstrukturen so gestaltet, dass sie einen hohen spezifischen Widerstand aufweisen, um die Einfügedämpfung des Resonators, insbesondere innerhalb eines Durchlassbandes, zu verbessern. Im Gegensatz dazu kann der Shunt-Pfad wenigstens teilweise zu Strukturen oder Schichten unterhalb der Elektrodenstruktur führen, was in Anbetracht der üblichen Art zum Gestalten von SAW-Resonatoren kontraintuitiv ist.
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Es ist möglich, dass das Trägersubstrat Silicium umfasst.
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Silicium ist ein aus dem Gebiet von Halbleitervorrichtungen wohlbekanntes Material und kann mit einer hohen Reinheit und guter kristalliner Endoberflächenqualität bereitgestellt werden.
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Es ist möglich, dass der SAW-Resonator eine Shunt-Schicht zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen Material umfasst.
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Insbesondere kann die Shunt-Schicht eine Temperaturabhängigkeit ihrer Konduktanz aufweisen, sodass der Shunt-Pfad des SAW-Resonators wenigstens teilweise durch die Shunt-Schicht unterhalb der Elektrodenstruktur führt.
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Es ist möglich, dass die Shunt-Schicht polykristallines Silicium umfasst.
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Es ist möglich, dass die Shunt-Schicht eine Leitfähigkeit unterhalb von 10-3 1/Ω cm bei einer Temperatur unterhalb von 100 °C und eine Leitfähigkeit oberhalb von 10-3 1/Ω cm bei einer Temperatur oberhalb von 200 °C aufweist.
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Es ist möglich, dass die Temperaturabhängigkeit der Konduktanz des Shunt-Pfades durch Dotieren erhalten wird.
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Es ist möglich, dass innerhalb der Shunt-Schicht oder an einer Grenzfläche der Shunt-Schicht ein zweidimensionales Elektronengas eine Schicht mit parasitärer Oberflächenleitung (PSC: Parasitic Surface Conduction) bildet, die die bevorzugte Temperaturabhängigkeit der Konduktanz bereitstellt. Die Eigenschaften der Ladungsträger können mittels Dotieren oder Auswählen eines angemessenen Materials mit einer geeigneten Kristallstruktur gewählt werden.
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Es ist möglich, dass der SAW-Resonator eine Kompensationsschicht zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen Material umfasst.
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Die Kompensationsschicht kann eine Temperaturkompensationsschicht zum Kompensieren von temperaturinduzierten Drifts der charakteristischen Frequenzen sein.
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Falls sich die Temperatur eines herkömmlichen SAW-Resonators ändert, werden Materialeigenschaften, wie etwa Steifigkeitsparameter des Materials und Dichten des Materials, dann modifiziert, sodass Abmessungen und Wellengeschwindigkeiten negativ beeinflusst werden. Dies führt zu einem Frequenzdrift von charakteristischen Frequenzen, wie etwa Durchlassbandmittelfrequenzen oder der Frequenzposition von Durchlassbandflanken.
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Um diesen negativen temperaturinduzierten Änderungen entgegenzuwirken, ist die Kompensationsschicht bereitgestellt, die derartige intrinsische Temperaturabhängigkeiten von charakteristischen Eigenschaften aufweist, dass eine Temperaturkompensation erhalten werden kann und ein Gesamtdrift der charakteristischen Frequenzen reduziert oder sogar beseitigt werden kann.
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Es ist möglich, dass die Kompensationsschicht ein Material umfasst, das aus einem Siliciumoxid, einem dotierten Siliciumoxid, Siliciumdioxid, dotiertem Siliciumdioxid, fluordotiertem Siliciumdioxid ausgewählt ist.
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Die Kompensationsschicht kann eine Dicke zwischen 0,01 A und 1 A aufweisen, wobei A die Wellenlänge der akustischen Hauptmode des Resonators ist.
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Die Shunt-Schicht kann eine Dicke zwischen 0,01 λ und 1 A aufweisen.
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Es ist möglich, dass der SAW-Resonator eine Shunt-Schicht zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen Material umfasst, wobei sich das piezoelektrische Material in einer piezoelektrischen Schicht befindet. Dementsprechend ist der Resonator ein TF-SAW-Resonator. Ferner weist der Resonator eine Kompensationsschicht zwischen der Shunt-Schicht und der piezoelektrischen Schicht auf. Das Trägersubstrat umfasst Silicium oder besteht aus Silicium.
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Die Shunt-Schicht umfasst polykristallines Silicium und weist eine Dicke zwischen 0,01 A und 1,0 A auf. Die Kompensationsschicht umfasst Siliciumoxid und weist eine Dicke zwischen 0,01 λ und 1,0 A auf. Die piezoelektrische Schicht umfasst Lithiumtantalat und weist eine Dicke zwischen 0,01 λ und 1,0 A auf. Die Elektrodenstruktur umfasst Aluminium als ihren Hauptbestandteil und weist eine Dicke zwischen 0,02 λ und 0,2 A auf. Hier ist λ die akustische Wellenlänge der Hauptmode des Resonators.
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Andere Materialien als Lithiumtantalat sind ebenfalls möglich. Dementsprechend ist es möglich, dass das piezoelektrische Material Lithiumniobat oder Quarz oder ähnliche Materialien umfasst oder daraus besteht.
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Es ist möglich, dass das Trägersubstrat, das z. B. Silicium umfasst, so orientiert ist, dass die Euler-Winkel folgende sind:
(0° ± 10°, 0° ± 10°, 45° ± 10°) oder (45° ± 10°, 54° ± 10°, 0° ± 10°) mit Bezug auf die akustische Propagationsrichtung der Hauptmode des Resonators.
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In diesem Fall sind die Euler-Winkel (λ, µ, θ) wie folgt definiert: ein Satz von Achsen x, y, z, die die kristallografischen Achsen des Substrats sind, wird zuerst als eine Basis genommen.
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Der erste Winkel, λ, spezifiziert den Betrag, um den die x-Achse und die y-Achse um die z-Achse rotiert werden, wobei die x-Achse in der Richtung der y-Achse rotiert wird. Ein neuer Satz von Achsen x', y', z' entsteht entsprechend, wobei z = z' gilt.
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In einer weiteren Rotation werden die z'-Achse und die y'-Achse um die x'-Achse um den Winkel µ rotiert. In diesem Fall wird die y'-Achse in der Richtung der z'-Achse rotiert. Ein neuer Satz von Achsen x'', y'', z'' entsteht entsprechend, wobei x' = x'' gilt.
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In einer dritten Rotation werden die x''-Achse und die y''-Achse um die z''-Achse um den Winkel θ rotiert. In diesem Fall wird die x''-Achse in der Richtung der y''-Achse rotiert. Ein dritter Satz von Achsen x''', y''', z''' entsteht dementsprechend, wobei z'' = z''' gilt.
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In diesem Fall sind die x'''-Achse und die y'''-Achse parallel zu der Oberfläche des Substrats. Die z'''-Achse ist die Normale zu der Oberfläche des Substrats. Die x'''-Achse spezifiziert die Propagationsrichtung der akustischen Wellen.
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Die Definition stimmt mit dem internationalen Standard IEC 62276, 2005-05, Anhang A1 überein.
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Es ist möglich, dass ein HF-Filter einen oder mehrere SAW-Resonatoren, wie oben beschrieben, umfasst.
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Das HF-Filter kann eine abzweigtypartige Konfiguration mit einem oder mehreren Reihenresonatoren, die elektrisch in einem Signalpfad in Reihe verbunden sind, und einem oder mehreren Parallelresonatoren in einer entsprechenden Anzahl an Shunt-Pfaden, die den Signalpfad elektrisch mit Masse verbinden, aufweisen.
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Innerhalb des HF-Filters kann ein einziger SAW-Resonator gegenüber temperaturinduziertem Versagen geschützt sein. Jedoch ist es möglich, dass zwei oder mehr oder alle Resonatoren über den Shunt-Pfad nebengeschlossen werden.
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Zentrale Aspekte des SAW-Resonators oder des HF-Filters und Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsformen sind in den begleitenden schematischen Figuren gezeigt.
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In den Figuren gilt:
- 1 zeigt das Grundprinzip des Shunt-Pfades;
- 2 veranschaulicht eine Implementierung in einem HF-Filter;
- 3 veranschaulicht die Möglichkeit eines dedizierten Schutzelements;
- 4 zeigt mögliche und bevorzugte Pfade für den Shunt-Pfad;
- 5 veranschaulicht ein äquivalentes Schaltbild eines Grundelements einer abzweigtypartigen Konfiguration.
- 6 bis 8 veranschaulichen elektrische Eigenschaften der Grundstruktur, die in 5 gezeigt ist, für unterschiedliche Temperatur- und dementsprechend Leitfähigkeitskonfigurationen;
- 9 bis 11 veranschaulichen die reversiblen Effekte einer Temperaturzunahme.
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1 zeigt eine grundlegende Möglichkeit des Nutzens einer maßgeschneiderten Leitfähigkeit eines Materials unterhalb der Elektrodenstrukturen, um die Elektrodenstrukturen vor einem permanenten Schaden zu schützen. Der SAW-Resonator SAWR umfasst Elektrodenstrukturen ES, wie etwa Elektrodenfinger EF, die in Sagittalebene der entsprechenden Komponente gezeigt sind. Die Elektrodenstrukturen ES sind auf dem piezoelektrischen Material PM angeordnet, das in einer piezoelektrischen Schicht PL enthalten ist. Das piezoelektrische Material PM ist auf einem Trägersubstrat S angeordnet. Der Shunt-Pfad folgt einem parallelen Leitungsschutzpfad PCPP (Parallel Conduction Protection Path) von einem Elektrodenelement vor den Elektrodenstrukturen ES zu einer Stelle nach den Elektrodenstrukturen ES. Dementsprechend kann ein Überschuss einer HF-Leistung nebengeschlossen werden, um empfindliche Strukturen des Resonators zu schützen.
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2 veranschaulicht eine abzweigtypartige Konfiguration eines HF-Filters in einer Draufsichtperspektive. Zwischen einem Eingangsport IN und einem Ausgangsport OUT sind drei Reihenresonatoren SR elektrisch in Reihe verbunden. Ferner verbinden drei parallele Pfade, die jeweils einen Parallelresonator PR umfassen, den Signalpfad elektrisch mit Masse. Der parallele Konduktanzschutzpfad PCPP stellt die Möglichkeit her, einen Überschuss an HF-Leistungen bei höheren Temperaturen von dem Eingangsport IN direkt zu dem Massepotential zu leiten, sodass kein permanenter Schaden an den Resonatoren erfolgt.
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3 veranschaulicht die Möglichkeit des Bereitstellens eines dedizierten Schutzelements PE, das in dem parallelen Konduktanzschutzpfad PCPP integriert ist. Das Schutzelement weist eine spezifische temperaturabhängige Konduktanzcharakteristik auf. Das Schutzelement kann als auf dem piezoelektrischen Material angeordnet, oberhalb des piezoelektrischen Materials angeordnet oder unterhalb der Oberfläche des piezoelektrischen Materials eingebettet bereitgestellt werden.
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4 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform, wobei eine Shunt-Schicht SL zwischen dem Trägersubstrat S und der piezoelektrischen Schicht PL bereitgestellt ist. Die Shunt-Schicht weist eine derartige Dicke und eine derartige temperaturabhängige Leitfähigkeit auf, dass die charakteristische gewünschte Konduktanz erhalten wird.
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Optional weist der Resonator eine Kompensationsschicht CL auf. Die Kompensationsschicht kann zwischen dem Trägersubstrat S und der piezoelektrischen Schicht PL angeordnet sein. Insbesondere ist es möglich, dass die Kompensationsschicht CL zwischen der Shunt-Schicht SL und der piezoelektrischen Schicht PL angeordnet ist. Jedoch ist es auch möglich, dass die Kompensationsschicht CL zwischen dem Trägersubstrat S und der Shunt-Schicht SL angeordnet ist.
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Aufgrund des endlichen spezifischen Widerstands des piezoelektrischen Materials, des Materials der Kompensationsschicht und des Materials des Trägersubstrats können auch entsprechende weitere parallele Teil-Shunt-Pfade existieren. Jedoch ist es möglich, dass ein spezieller dedizierter Shunt-Pfad bereitgestellt ist, der den Großteil der überschüssigen HF-Leistung, z. B. 90 % oder mehr der überschüssigen HF-Leistung, die um die empfindlichen Strukturen herumgeführt werden sollte, führt.
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5 veranschaulicht ein äquivalentes Schaltbild eines Grundelements einer abzweigtypartigen Konfiguration. In dem Signalpfad zwischen dem Eingangsport IN und dem Ausgangsport OUT in dem Basiselement ist ein Reihenresonator SR verbunden.
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Ferner ist ein Parallelresonator PR in einem Parallelpfad verbunden, der den Signalpfad SP elektrisch mit Masse verbindet. Die Umgebung des entsprechenden Resonators wird durch eine Reihenkonfiguration moduliert, die ein kapazitives Element CE, ein resistives Element RE und ein weiteres kapazitives Element CE umfasst. Die Reihenkonfiguration ist elektrisch parallel mit dem Reihenresonator bzw. dem Parallelresonator verbunden.
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Das in 5 gezeigte äquivalentes Schaltbild ist die Grundlage für die Überlegungen mit Bezug auf 6 bis 11.
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In 6 sind Matrixelemente Sij (Transmission: S21 und Reflexion: S11 ) und entsprechende Werte für Leistung, Strom und Spannung gezeigt. Insbesondere veranschaulicht Kurve 1 die Einfügedämpfung (S21 ). Kurve 2 veranschaulicht die Reflektivität (S11 ). Kurven 3 und 4 repräsentieren die Leistungsverluste P, wobei Kurve 3 die Leistungsverluste in dem Reihenresonator repräsentiert und Kurve 4 die Leistungsverluste in dem Parallelresonator repräsentiert.
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In dem unteren Teil aus 6 sind entsprechende Werte für Strom (durchgezogene Linien) und Spannung (gestrichelte Linien) bereitgestellt. Kurve 3 repräsentiert den Reihenresonator und Kurve 4 repräsentiert den Parallel-SAW-Resonator. Die in 6 gezeigten Charakteristiken repräsentieren eine Konfiguration der niedrigen Leitfähigkeit des Shunt-Pfades, der durch das resistive Element und das kapazitive Element in 5 repräsentiert wird. Dementsprechend veranschaulicht 6 ein Modell eines normalen Betriebs und normaler Betriebstemperaturen.
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Im Gegensatz dazu veranschaulicht 7 die entsprechenden Kurven für eine erhöhte Temperatur, die zu einer erhöhten Leitfähigkeit der Shunt-Pfade um jeden Resonator herum führt. Es ist klar ersichtlich, dass die dissipierte Leistung signifikant reduziert ist.
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Des Weiteren veranschaulicht 8 die Charakteristiken bei einem Hochtemperaturszenario, bei dem die Leitfähigkeit hoch ist. Dissipierte Leistung ist hauptsächlich gleich Null und der Reflexionskoeffizient ist hauptsächlich gleich 100 %.
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9 veranschaulicht die Einfügedämpfung in einer nichtbelasteten Schaltkreiskonfiguration (S21) und in einer belasteten Schaltkreiskonfiguration (S'21) für eine normale Betriebstemperatur.
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Im Gegensatz dazu veranschaulicht 10 die gleiche Situation für eine erhöhte Temperatur aufgrund von Selbsterwärmung des Resonators, die durch die erheblich erhöhte Einfügedämpfung für die belastete Schaltkreiskonfiguration S'21 klar gezeigt ist.
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Des Weiteren veranschaulicht 11 die Einfügedämpfungen nach dem Abkühlen der Resonatoren. Die in 9 gezeigten anfänglichen Filtercharakteristiken sind beinah wiederhergestellt. Ein permanenter Schaden wurde verhindert.
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Der SAW-Resonator und das HF-Filter sind nicht auf die oben erklärten und in den Figuren gezeigten Einzelheiten beschränkt. Der Resonator kann weitere Elemente umfassen. Insbesondere kann die Elektrodenstruktur eine Mehrschichtkonstruktion umfassen, die dabei hilft, die akustische Hauptmode zu formen, und die dabei hilft, ungewollte akustische Moden zu unterdrücken. Das HF-Filter kann weitere Schaltkreiselemente, wie etwa weitere Filterstufen, umfassen und insbesondere ist eine Kaskadierung von Resonatoren möglich, um die Beanspruchung der Resonatoren weiter zu reduzieren.
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Bezugszeichenliste
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- CE:
- kapazitives Element
- CL:
- (Temperatur-) Kompensationsschicht
- EF:
- Elektrodenfinger
- ES:
- Elektrodenstruktur
- GND:
- Massepotential
- IN:
- Eingangsport
- OUT:
- Ausgangsport
- PCPP:
- Shunt-Pfad, paralleler Konduktanzschutzpfad
- PE:
- Schutzelement
- PL:
- piezoelektrische Schicht
- PM:
- piezoelektrisches Material
- PP
- Parallelpfad
- PR:
- Parallelresonator
- RE:
- resistives Element
- S:
- Trägersubstrat
- SAWR:
- SAW-Resonator
- SL:
- Shunt-Schicht
- SP:
- Signalpfad
- SR:
- Reihenresonator
