DE102018111013B4 - SAW-Vorrichtung für ultrahohe Frequenzen - Google Patents
SAW-Vorrichtung für ultrahohe Frequenzen Download PDFInfo
- Publication number
- DE102018111013B4 DE102018111013B4 DE102018111013.8A DE102018111013A DE102018111013B4 DE 102018111013 B4 DE102018111013 B4 DE 102018111013B4 DE 102018111013 A DE102018111013 A DE 102018111013A DE 102018111013 B4 DE102018111013 B4 DE 102018111013B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- saw device
- tcf
- compensation layer
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 28
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 6
- 229910004521 HfMo Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 5
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 4
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 4
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 34
- 239000010408 film Substances 0.000 description 7
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 229910016036 BaF 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910012463 LiTaO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 ScF 3 -BaF2-YF3 Chemical class 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 150000003623 transition metal compounds Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02574—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
- H03H9/02834—Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
- H03H9/02866—Means for compensation or elimination of undesirable effects of bulk wave excitation and reflections
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
- H03H9/6406—Filters characterised by a particular frequency characteristic
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02559—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of lithium niobate or lithium-tantalate substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02566—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of semiconductor substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02582—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of diamond substrates
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
SAW-Vorrichtung, welche Folgendes umfasst:- ein Trägersubstrat,- eine dielektrische TCF-Kompensationsschicht mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz, die auf dem Trägersubstrat angeordnet ist und eine Dicke x2 in Bezug auf die Wellenlänge λ der akustischen Welle von 0,01 λ < x2 < 0,5 λ aufweist,- eine piezoelektrische Dünnfilmschicht, die auf der TCF-Kompensationsschicht angeordnet ist und eine Dicke von 5 nm bis 300 nm aufweist,- eine IDT-Elektrodenstruktur, die auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist und einen Resonator bildet, der bei einer Arbeitsfrequenz zwischen 3 GHz und 8 GHz arbeitet, wobei das Trägersubstrat eine Wellengeschwindigkeit des Trägersubstrats höher als jene eines Standard-Si-Wafers aufweist.
Description
- Heutzutage müssen in Frequenzfiltern für Drahtloskommunikationsvorrichtungen verwendete SAW-Vorrichtungen eine Anzahl von Spezifikationen erfüllen. Neu eingeführte Normen oder neue Entwicklungen machen es ständig erforderlich, dass die Spezifikationen angepasst werden und die Vorrichtungen verbessert werden. Für den Betrieb von Drahtlosvorrichtungen in mehreren Bändern, die in einem Trägeraggregationsmodus gekoppelt werden können, sind eine hohe Frequenzstabilität unter verschiedenen Temperaturbedingungen und eine gute Unterdrückung von Außerband-Störmoden erforderlich. Insbesondere wenn die SAW-Vorrichtung bei hohen Leistungspegeln betrieben wird, sind entsprechende Lösungen erforderlich, die häufig in einer Vorrichtung kombiniert werden müssen.
- SAW-Vorrichtungen, die Leckwellen verwenden, zeigen infolge einer unerwünschten Abstrahlung akustischer Energie in das Bulksubstrat Verluste. Ferner können zusätzliche Bulkmoden 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 zweiter Harmonischer, welche häufig als H2-Mode bezeichnet werden, zurückzuführen.
- Ein Ansatz zur Verringerung dieser Verluste und zur Löschung parasitärer Signale besteht in der Verwendung eines piezoelektrischen Films an der Oberfläche eines Trägersubstrats. Bei einer solchen geschichteten Struktur kann die parasitäre Bulkmode innerhalb des piezoelektrischen Films selbst und nicht in der Nähe der Oberfäche des piezoelektrischen Films, wo sich die SAW-Wandlerelektroden befinden, was zu unerwünschten Störsignalen führt, geleitet werden.
- Weitere Probleme ergeben sich, falls weitere funktionelle Schichten in die geschichtete Struktur der SAW-Vorrichtung aufgenommen werden, beispielsweise eine Temperaturkompensationsschicht zum Verringern des Temperaturkoeffizienten der Frequenz und damit zum Verbessern der Temperaturstabilität der Vorrichtung. Eine Schicht, welche den Temperaturkoeffizienten verringern kann, weist vorzugsweise ein Material mit einem positiven TCF wie beispielsweise Siliciumdioxid auf. Jede weitere Schicht in einer solchen Mehrschichtstruktur erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass unerwünschte Bulkmoden oder andere Störmoden innerhalb einer solchen Struktur erzeugt werden.
- In der
US 2012/0194032 A1 sind SAW Bauelemente untersucht, die verschiedene Substrat/Piezoschicht-Kombinationen aufweisen und eine TCF Kompensationsschicht umfassen können. Aus derUS 2018/0034439 A1 sind SAW Bauelemente bekannt, die relativ dicke piezoelektrische Schichten in Kombination mit TCF Kompensationsschichten aufweisen. - Aus der veröffentlichten US-Patentanmeldung
US 2015/0102705 A1 ist eine Elastische-Oberflächenwellen-Vorrichtung bekannt, die es ermöglicht, die Hauptmode der elastischen Welle innerhalb eines Schichtsystems einzuschließen. Diese Elastische-Oberflächenwellen-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 den gewünschten Zweck zu erreichen. Dennoch wurde der Einfluss des offenbarten Schichtstapels auf die Anregung und die Position zusätzlicher Störmoden höherer Ordnung in der Art von Plattenmoden oder zweiter Harmonischer nicht untersucht. - Die Entwicklung von Mobilkommunikationssystemen der nächsten Generation erfordert Vorrichtungen mit einer ausgezeichneten Kombination verschiedener Leistungskriterien, beispielsweise Betrieb bei einer hohen Frequenz, hoher Qualitätsfaktor der Vorrichtungen, große elektromechanische Kopplung (k2) des piezoelektrischen Materials und niedriger Temperaturkoeffizient der Frequenz (TCF). Gegenwärtig werden typischerweise eingesetzte SAW-Vorrichtungen auf der Grundlage von Bulksubstraten aus Lithiumtantalat (LT), Lithiumniobat (LN) oder Quarz weit verbreitet bei Nieder- und Mittelband-LTE-Anwendungen, beispielsweise im Bereich von 1 GHz bis 2,5 GHz, verwendet. Künftige Anwendungen erfordern jedoch Vorrichtungen von bis zu 6 GHz, die durch herkömmliche SAW-Vorrichtungen bisher nicht unterstützt werden können.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine für UHF geeignete SAW-Vorrichtung bereitzustellen.
- Zumindest eine dieser Aufgaben wird durch eine SAW-Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Verbesserte Ausführungsformen, die andere Aufgaben lösen können, sind in abhängigen Unteransprüchen angegeben.
- Es wird eine SAW-Vorrichtung vorgeschagen, die in der Lage ist, akustische Wellen mit einer Geschwindigkeit auszubreiten, die höher ist als bei herkömmlich verwendeten SAW-Vorrichtungen oder piezoelektrischen Materialien. Für diesen Zweck wird ein gestapelter Entwurf funktioneller Schichten auf einem Trägersubstrat, das ausgewählt ist, eine hohe akustische Geschwindigkeit bereitzustellen, verwendet. Der Stapel weist ferner eine TCF-Kompensationsschicht, eine piezoelektrische Schicht und auf der piezoelektrischen Schicht einen Satz von Interdigitalelektroden auf, die eingerichtet sind, eine akustische Hauptmode anzuregen.
- Der Gesamtschichtstapel stellt eine Kombination überlegener Eigenschaften bereit, beispielsweise hohe Geschwindigkeit, hohen k2-Wert und geringe Verluste.
- Die TCF-Kompensationsschicht und die piezoelektrische Schicht werden dünn genug ausgebildet, damit sich die akustische Welle hauptsächlich innerhalb des „Hochgeschwindigkeits“-Materials des Trägermaterials ausbreitet. Die Wellengeschwindigkeit des Trägersubstrats ist höher als jene eines Standard-Si-Wafers.
- Der Vorteil des „Hochgeschwindigkeits“-Trägersubstrats und der geringen Schichtdicke besteht darin, dass sich ein hoher Anteil der akustischen Welle im Hochgeschwindigkeitsmaterial ausbreitet und eine hohe Geschwindigkeit der akustischen Welle erreicht wird. Eine höhere Geschwindigkeit geht mit einer längeren Wellenlänge einher. Wenn geeignete Materialien und ein geeigneter Stapelentwurf verwendet werden, wird die Wellenlänge lang genug, um durch eine IDT-Elektrode mit einer technisch reproduzierbaren hohen Teilung selbst bei ultrahohen Arbeitsfrequenzen von etwa 6 GHz erzeugt zu werden. Trotz der hohen möglichen Arbeitsfrequenzen kann die SAW-Vorrichtung zuverlässig mit gegenwärtigen lithographischen Techniken hergestellt werden.
- Eine solche SAW-Vorrichtung kann mit einer hervorragenden Leistungsfähigkeit, beispielsweise einer hohen Geschwindigkeit, einem hohen elektromechanischen Kopplungskoefizienten k2 und einem hohen Qualitätsfaktor Q, hergestellt werden. Ein überraschender weiterer Vorteil, der sich aus der Verwendung lediglich einer begrenzten Anzahl von Schichten ergibt, die insbesondere durch Dünnfilme verwirklicht sind, besteht darin, dass die Anregung von Bulkwellen ganz vermieden werden kann.
- Das Trägersubstrat weist wenigstens eine Schicht aus dem Hochgeschwindigkeitsmaterial auf, welche dick genug ist, um zu ermöglichen, dass sich ein wesentlicher Teil der Welle innerhalb dieses Materials ausbreitet. Eine geeignete Dicke wird daher bei 3 λ oder höher gewählt, wobei λ die Wellenlänge in diesem Material ist. Vorzugsweise besteht das Trägersubstrat vollständig aus diesem Material.
- Bei einem bevorzugten Trägersubstratmaterial ist die Wellengeschwindigkeit der akustischen Welle höher als bei einem Standard-Si-Wafer. Ein solches Material kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Saphir, Graphen, Diamant, SiC, polykristallinem Silicium, diamantartigem Kohlenstoff und AlN besteht.
- Gemäß einer Ausführungsform wird das Material der TCF-Kompensationsschicht aus der Gruppe ausgewählt, die aus SiO2, dotiertem SiO2, GeO2, ScYF ZrWzO8, ZrMo2O8, HfMo2O8, ScW3O12, AIW3O12, Zr (WO4) (PO4)2, Zeolith und B2O3 besteht. Diese Materialien weisen alle einen positiven TCF auf, welcher dem negativen TCF des verwendeten piezoelektrischen Materials entgegenwirken kann. Überdies weisen sie zum größten Teil einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, was insbesondere für Materialien gilt, die aus Übergangsmetallverbindungen und Verbindungen von Seltenerdmetallen ausgewählt sind. Überraschenderweise zeigen solche Materialien einen hohen positiven Temperaturkoeffizienten ihres E-Moduls, wobei es sich um eine erhöhte Steifigkeit bei höheren Temperaturen handelt.
- Ein anderes Material, das zur Bildung der TCF-Kompensationsschicht verwendbar ist, ist ein Glas auf ScF3-Basis. Dieses Material hat eine ausreichende Härte, ist mechanisch stabil genug und kann leicht abgeschieden werden.
- Mit Yttrium dotiertes ScF3 mit einer allgemeinen Formel Sc(1-x)YxF3, wobei x so festgelegt ist, dass die Beziehung 0 < x ≤ 0,25 erfüllt ist, stellt einen besonders hohen Temperaturkoeffizienten seines E-Moduls bereit.
- Der Index x, der den Y-Anteil bereitstellt, hängt von der Löslichkeit von YF3 in ScF3 ab und kann in einem geeigneten Material höher sein. Am vorteilhaftesten ist ein Anteil x von etwa 0,2. Dann erreicht der Temperaturkoeffizient seines E-Moduls einen hohen Wert von etwa 1500 ppm/K, wobei dieser Wert etwa fünf Mal so hoch ist wie jener von SiO2.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Temperaturkompensationsschicht ein Material auf, das ein oxidisches Netzwerk bildet. Dieses zeigt einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein abnormes thermochemisches Verhalten einhergehend mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Steifigkeit und des E-Moduls. Beispiele sind ZrW2O8, ZrMo2O8, HfMo2O8, ScW3O12, AlW3O12, Zr (WO4) (PO4)2 sowie viele Zeolithe und B2O3.
- Weitere Verbindungen mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften sind nicht-oxidische Netzwerk bildende Verbindungen auf Fluorbasis in der Art von ScF3-BaF2-YF3, ScF3-BaF2-ZnF2, ScF3-BaF2- InF3, ScF3-MgF2, YbF3-ScF3, LuF3-ScF3, Zn(CN)2 und BeF2 sowie einige Cyanide in der Art von Zn(CN)2.
- Die SAW-Vorrichtung weist vorzugsweise eine IDT-Elektrodenstruktur auf, die wenigstens einen bei einem Frequenzband oberhalb von 2,5 GHz arbeitenden SAW-Resonator bildet.
- Bei einer spezifizierteren Ausführungsform ist das Trägersubstrat ein aus Saphir, Graphen, Diamant, SiC, polykristallinem Silicium, diamantartigem Kohlenstoff und AlN ausgewähltes Bulkmaterial. Darauf ist eine dielektrische TCF-Kompensationsschicht mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz angeordnet. Diese Schicht besteht aus SiO2, dotiertem SiO2, GeO2, ScYF ZrW2O8, ZrMo2O8, HfMo2O8, ScW3O12, AIW3O12, Zr(WO4) (PO4)2, Zeolith oder B2O3. Ihre Dicke beträgt etwa 5 nm bis 200 nm. Eine piezoelektrische Dünnfilmschicht ist auf der TCF-Kompensationsschicht angeordnet und aus einem piezoelektrischen Material mit einer hohen Kopplung in der Art von Lithiumtantalat und Lithiumniobat mit einem geeigneten Schnittwinkel ausgewählt. Die piezoelektrische Schicht hat eine Dicke von 5 nm bis 300 nm. Eine auf der piezoelektrischen Schicht angeordnete IDT-Elektrodenstruktur bildet einen Resonator, der bei einer Arbeitsfrequenz zwischen 3 GHz und 8 GHz arbeitet.
- Die SAW-Vorrichtung kann Teil einer Filterschaltung sein, wobei die Filterschaltung ein SAW-Filter, einen Duplexer oder einen Multiplexer aufweist.
- Nachfolgend wird die Erfindung in weiteren Einzelheiten mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen und die anliegenden Figuren erläutert. In den Figuren können einige Einzelheiten für ein besseres Verständnis vergrößert sein, so dass die Figuren nicht maßstabsgerecht gezeichnet sind.
-
1 zeigt einen gestapelten Typ einer SAW-Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem schematischen Querschnitt, -
2a zeigt die Frequenzabhängigkeit von der Dicke eines piezoelektrischen Dünnfilms bei Verwendung eines SAW-Resonators gemäß der Erfindung, -
2b zeigt die Abhängigkeit von k2 von der Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms bei Verwendung eines SAW-Resonators gemäß der Erfindung, -
3 zeigt den Absolutwert und den Realteil der Admittanz eines SAW-Resonators gemäß der Erfindung, und -
4 zeigt eine Ausführungsform ähnlich3 , welche jedoch eine TCL-Schicht für verschiedene Umgebungstemperaturen gemäß der Erfindung aufweist. -
1 zeigt eine SAW-Vorrichtung mit gestapeltem Design gemäß der Erfindung in einem schematischen Querschnitt. Ein Trägersubstrat SUB weist ein Material mit einer hohen akustischen Geschwindigkeit auf. Die Dicke ist ausreichend, damit es für die Weiterverarbeitung und den Betrieb der SAW-Vorrichtung mechanisch stabil ist. Eine dünne TCF-Kompensationsschicht TCL ist auf das Substrat aufgebracht und weist einen positiven TCF auf, der geeignet ist, den negativen TCF anderer Materialien im Stapel zu kompensieren. - Die nächste Schicht ist eine piezoelektrische Dünnfilmschicht PEL, die eine geeignete Wellenanregung bereitstellen muss und eine angemessen hohe elektromechanische Kopplung aufweist. Oben sind Interdigitalelektroden IDE angeordnet, die eine Metallisierung aufweisen, welche dafür geeignet ist, die SAW-Bauelementfunktion bereitzustellen, die darin besteht, eine SAW anzuregen und davon ein elektrisches Signal abzuleiten. Vorzugsweise bilden die Interdigitalelektroden IDE einen Resonator. Mehrere Resonatoren können ein Filter eines Leitertyps oder einer Gittertypanordnung bilden. Die Interdigitalelektroden IDE können jedoch eine andere SAW-Vorrichtung, beispielsweise ein DMS-Filter, einen Duplexer oder einen Multiplexer, verwirklichen.
- Gemäß einer spezifischeren Ausführungsform ist ein SAW-Resonator ausgebildet, der einen piezoelektrischen Dünnfilm unter Verwendung von LiTaO3 oder LiNbO3 auf einem Trägersubstrat aufweist, wobei Saphir verwendet wird. Aluminiumbasierte Elektroden werden für die SAW-Anregung verwendet.
- Die
2a und2b zeigen die Abhängigkeit der Frequenz (2a) und k2 (2b) von der Dicke eines LiTaO3 Dünnfilms und eines LiNbO3 Dünnfilms verglichen mit einem Resonator, der ein LiTaO3-Bulkmaterial aufweist. Die Verwendung eines piezoelektrischen Films mit einer verhältnismäßig geringen Dicke bietet verglichen mit dem LiTaO3-Bulkmaterial erhöhte Geschwindigkeiten. Diese kann durch Auswählen eines geeigneten Materials und einer geeigneten Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms mit einem erhöhten k2 kombiniert werden. - Gemäß einer spezifischeren Ausführungsform ist ein SAW-Resonator mit den folgenden Merkmalen und Abmessungen versehen:
- ein Trägersubstrat SUB aus Saphir mit einem spezifizierten Schnitt, eine dünne piezoelektrische Schicht PEL aus LiTaO3 mit einer Dicke von etwa 5 nm - 300 nm und einem spezifizierten Schnitt.
- IDT-Elektrodenstrukturen IDE bestehen aus Al und/oder Kupfer und bilden einen Ein-Port-Resonator mit einer Resonanzfrequenz von etwa 5 GHz.
- Eine Simulation des Realteils und des Absolutwerts der Admittanz dieser Ausführungsform ist in
3 dargestellt. Diese SAW-Vorrichtung zeigt einen hohen k2-Wert und hat infolge der Wellenleitung des Schichtstapels niedrige Verluste, so dass sie für Hochfrequenzanwendungen geeignet ist, die sich mit der vorliegenden Ausführungsform verwirklichen lassen. Eine Rayleigh-Störmode ist oberhalb der Hauptresonanz bei 5 GHz sichtbar. Eine weitere Optimierung dieses Rohentwurfs wird diese Störanregung sicher unterdrücken. - Abgesehen von diesem Störsignal wird keine zusätzliche Störmode angeregt, und es ist in einem breiten Frequenzbereich kein weiteres Störsignal sichtbar. Dies ist für mögliche hochentwickelte SAW-Lösungen in der Art einer Trägeraggregation vorteilhaft.
- Die Ausführungsform wird durch eine TCF-Kompensationsschicht TCL aus etwa 5 nm - 200 nm SiO2 erweitert. Es wird eine SAW-Vorrichtung mit einer verbesserten Temperaturstabilität der Arbeitsfrequenz erreicht.
4 zeigt den Absolutwert der Admittanz dieser Ausführungsform in einer schmalbandigen Darstellung für zwei verschiedene Umgebungstemperaturen. - Trotz der beschränkten Anzahl der beschriebenen Ausführungsformen ist der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die Ausführungsformen aus den Figuren beschränkt. Abweichungen von den vorgeschlagenen Materialien und Abmessungen sind für Fachleute vorstellbar und liegen innerhalb ihres Wissens. Mögliche Abweichungen, die innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen, sind ausschließlich durch die Ansprüche definiert, wobei Anspruch 1 den breitesten Schutzumfang bereitstellt.
Claims (7)
- SAW-Vorrichtung, welche Folgendes umfasst: - ein Trägersubstrat, - eine dielektrische TCF-Kompensationsschicht mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz, die auf dem Trägersubstrat angeordnet ist und eine Dicke x2 in Bezug auf die Wellenlänge λ der akustischen Welle von 0,01 λ < x2 < 0,5 λ aufweist, - eine piezoelektrische Dünnfilmschicht, die auf der TCF-Kompensationsschicht angeordnet ist und eine Dicke von 5 nm bis 300 nm aufweist, - eine IDT-Elektrodenstruktur, die auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist und einen Resonator bildet, der bei einer Arbeitsfrequenz zwischen 3 GHz und 8 GHz arbeitet, wobei das Trägersubstrat eine Wellengeschwindigkeit des Trägersubstrats höher als jene eines Standard-Si-Wafers aufweist.
- SAW-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die TCF-Kompensationsschicht eines oder mehrere von SiO2, dotiertem SiO2, GeO2, ScYF ZrW2O8, ZrMo2O8, HfMo2O8, ScW3O12, AlW3O12, Zr(WO4) (PO4)2, Zeolith und B2O3 umfasst.
- SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material des Trägersubstrats aus der Gruppe Saphir, Graphen, Diamant, SiC, polykristallines Silicium, diamantartiger Kohlenstoff und AlN ausgewählt ist.
- SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die piezoelektrische Schicht aus einem Material mit einem hohen k2-Wert in der Art von LT und LN ausgewählt ist.
- SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die piezoelektrische Schicht eine Dicke x3 in Bezug auf die Wellenlänge λ der akustischen Welle von 0,01 λ < x3 <0,5 λ aufweist.
- SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche einen Schichtstapel aus einem Trägersubstrat aus einem Bulkmaterial, das aus Saphir, Graphen, Diamant, SiC, polykristallinem Silicium, diamantartigem Kohlenstoff und AlN ausgewählt ist, einer dielektrischen TCF-Kompensationsschicht mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz, die auf dem Trägersubstrat angeordnet ist und aus SiO2, dotiertem SiO2, GeO2, ScYF ZrW2O8, ZrMo2O8, HfMo2O8, ScW3O12, AlW3O12, Zr (WO4) (PO4)2, Zeolith und B2O3 besteht, wobei die TCF-Kompensationsschicht eine Dicke von 5 nm bis 200 nm aufweist, und einer piezoelektrischen Dünnfilmschicht, die auf der TCF-Kompensationsschicht angeordnet ist, welche aus Lithiumtantalat und Lithiumniobat ausgewählt ist.
- Filterschaltung, welche die SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, welche als SAW-Filter, Duplexer oder Multiplexer verwirklicht ist.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102018111013.8A DE102018111013B4 (de) | 2018-05-08 | 2018-05-08 | SAW-Vorrichtung für ultrahohe Frequenzen |
| EP19719878.1A EP3791473A1 (de) | 2018-05-08 | 2019-04-25 | Sägevorrichtung mit verbundsubstrat für ultrahohe frequenzen |
| PCT/EP2019/060636 WO2019214961A1 (en) | 2018-05-08 | 2019-04-25 | Saw device with composite substrate for ultra high frequencies |
| US17/053,768 US11394365B2 (en) | 2018-05-08 | 2019-04-25 | Saw device with composite substrate for ultra high frequencies |
| CN201980030634.2A CN112088490A (zh) | 2018-05-08 | 2019-04-25 | 用于超高频的具有复合衬底的saw装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102018111013.8A DE102018111013B4 (de) | 2018-05-08 | 2018-05-08 | SAW-Vorrichtung für ultrahohe Frequenzen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102018111013A1 DE102018111013A1 (de) | 2019-11-14 |
| DE102018111013B4 true DE102018111013B4 (de) | 2024-05-02 |
Family
ID=66290460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102018111013.8A Active DE102018111013B4 (de) | 2018-05-08 | 2018-05-08 | SAW-Vorrichtung für ultrahohe Frequenzen |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11394365B2 (de) |
| EP (1) | EP3791473A1 (de) |
| CN (1) | CN112088490A (de) |
| DE (1) | DE102018111013B4 (de) |
| WO (1) | WO2019214961A1 (de) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017111448B4 (de) * | 2017-05-24 | 2022-02-10 | RF360 Europe GmbH | SAW-Vorrichtung mit unterdrückten Störmodensignalen |
| DE102018132862A1 (de) * | 2018-12-19 | 2020-06-25 | RF360 Europe GmbH | Akustischer Oberflächenwellenresonator und Multiplexer, der diesen umfasst |
| US11588463B2 (en) * | 2020-09-24 | 2023-02-21 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Surface acoustic wave devices with ultra-thin transducers |
| CN112615603B (zh) * | 2020-12-18 | 2024-02-09 | 广东广纳芯科技有限公司 | 一种具有poi结构的掺钪氮化铝高频谐振器及制造方法 |
| CN112737543A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-30 | 广东广纳芯科技有限公司 | 一种基于poi结构的高性能声表面波谐振器及制造方法 |
| CN112737541B (zh) * | 2020-12-24 | 2023-09-29 | 北京航天微电科技有限公司 | 一种tc-saw谐振器、制作方法和滤波器 |
| CN112702040B (zh) * | 2021-02-09 | 2024-03-12 | 中电科技集团重庆声光电有限公司 | 单晶薄膜声表面波滤波器及降低基带提高带外抑制的方法 |
| CN117581476A (zh) * | 2021-11-18 | 2024-02-20 | 华为技术有限公司 | 一种saw谐振器及saw滤波器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120194032A1 (en) | 2009-10-13 | 2012-08-02 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Surface acoustic wave device |
| US20150102705A1 (en) | 2012-06-22 | 2015-04-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Elastic wave device |
| US20180034439A1 (en) | 2015-08-25 | 2018-02-01 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Acoustic wave resonator |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003273691A (ja) * | 1993-03-15 | 2003-09-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 表面弾性波素子 |
| JP2003107622A (ja) | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Fuji Photo Film Co Ltd | 熱現像感光材料 |
| JP2006046457A (ja) | 2004-08-03 | 2006-02-16 | Ntn Corp | 回転伝達装置 |
| JP2007228225A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Seiko Epson Corp | 弾性表面波デバイス |
| JP5850137B2 (ja) | 2012-03-23 | 2016-02-03 | 株式会社村田製作所 | 弾性波装置及びその製造方法 |
| CN107636961B (zh) * | 2015-06-22 | 2021-02-23 | 株式会社村田制作所 | 弹性波滤波器装置 |
| JP2019102883A (ja) * | 2017-11-29 | 2019-06-24 | 株式会社村田製作所 | 弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置 |
-
2018
- 2018-05-08 DE DE102018111013.8A patent/DE102018111013B4/de active Active
-
2019
- 2019-04-25 US US17/053,768 patent/US11394365B2/en active Active
- 2019-04-25 EP EP19719878.1A patent/EP3791473A1/de not_active Withdrawn
- 2019-04-25 CN CN201980030634.2A patent/CN112088490A/zh active Pending
- 2019-04-25 WO PCT/EP2019/060636 patent/WO2019214961A1/en unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120194032A1 (en) | 2009-10-13 | 2012-08-02 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Surface acoustic wave device |
| US20150102705A1 (en) | 2012-06-22 | 2015-04-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Elastic wave device |
| US20180034439A1 (en) | 2015-08-25 | 2018-02-01 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Acoustic wave resonator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112088490A (zh) | 2020-12-15 |
| DE102018111013A1 (de) | 2019-11-14 |
| US20210265971A1 (en) | 2021-08-26 |
| WO2019214961A1 (en) | 2019-11-14 |
| US11394365B2 (en) | 2022-07-19 |
| EP3791473A1 (de) | 2021-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102018111013B4 (de) | SAW-Vorrichtung für ultrahohe Frequenzen | |
| DE102015117953B4 (de) | Eine akustische Volumenwellen-Resonatoreinrichtung, die eine Temperaturkompensationsanordnung mit einer Schicht von niedriger akustischer Impedanz umfasst | |
| DE112016004042T5 (de) | Schallwellenvorrichtung, Hochfrequenz-Frontend-Schaltung und Kommunikationsvorrichtung | |
| DE102017111448B4 (de) | SAW-Vorrichtung mit unterdrückten Störmodensignalen | |
| DE102012213892B4 (de) | Bulk Acoustic Wave Resonator aufweisend eine innerhalb einer piezoelektrischen Schicht gebildeten Brücke | |
| DE112013003118B4 (de) | Bauelement für elastische Wellen | |
| DE102011004528B4 (de) | Akustische Kopplungsschicht für gekoppelte Resonator Filter und Verfahren zum Fabrizieren einer akustischen Kopplungsschicht | |
| DE102018105290B4 (de) | Schichtsystem, Herstellungsverfahren und auf dem Schichtsystem ausgebildetet SAW-Bauelement | |
| DE112011104736T5 (de) | Oberflächenschallwellenfilterbauelement | |
| DE10262056A1 (de) | Akustischer Reflektor für einen BAW-Resonator | |
| DE112010003229B4 (de) | Oberflächenschallwellenvorrichtung | |
| DE102015116224B4 (de) | SAW-Filter mit zusätzlichem Pol | |
| DE102018109833A1 (de) | SAW-Resonator, HF-Filter, Multiplexer und Verfahren zur Herstellung eines SAW-Resonators | |
| DE112007001259T5 (de) | Schallwellenvorrichtung | |
| DE102017108483B4 (de) | Akustisches Oberflächenwellen (SAW) Verbund-Gerät mit absorbierender Schicht zur Unterdrückung von störenden Antworten | |
| DE112007002113B4 (de) | Grenzflächenschallwellenvorrichtung | |
| DE112007001405T5 (de) | Oberflächenschallwellenvorrichtung | |
| DE112020001723T5 (de) | Akustische oberflächenwellenvorrichtungen hoher ordnung | |
| DE102018118384A1 (de) | Hochfrequenzfilter | |
| WO2022042464A1 (zh) | 温补滤波器优化方法和温补滤波器、多工器、通信设备 | |
| DE102012111121A1 (de) | Elektroakustisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung | |
| DE102019109031A1 (de) | SAW-Vorrichtung | |
| DE102018132862A1 (de) | Akustischer Oberflächenwellenresonator und Multiplexer, der diesen umfasst | |
| DE102019130779A1 (de) | SAW-Bauteil | |
| EP1419576B1 (de) | Filteranordnung mit volumenwellen-resonator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: BARDEHLE PAGENBERG PARTNERSCHAFT MBB PATENTANW, DE |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: RF360 SINGAPORE PTE. LTD., SG Free format text: FORMER OWNER: RF360 EUROPE GMBH, 81671 MUENCHEN, DE |
|
| R018 | Grant decision by examination section/examining division |