DE102018124157B4 - SAW device designed for high frequencies - Google Patents

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Abstract

SAW-Vorrichtung,
- mit einem Substrat, das eine piezoelektrische Schicht auf der Oberseite umfasst oder aus einem piezoelektrischen Bulkmaterial gebildet ist
- mit Interdigitalwandlern - IDT - auf der Oberseite des Substrats
- mit einer SiO2-Schicht auf der Oberseite des IDT
- wobei die SAW-Vorrichtung ein Filter vom Leitertyp ist, das aus SAW-Resonatoren gebildet ist, die Reihen- und Parallel-Resonatoren umfassen,
- wobei mindestens einer der Resonatoren so ausgelegt ist, dass er die Anregung der Plattenmode ermöglicht, indem die Höhe der SiO2-Schicht auf einen Wert eingestellt ist, der das Anregen eines wesentlichen Ausmaßes einer entsprechenden Plattenmode erleichtert, die sich im Schichtsystem ausbreiten kann,
- wobei die übrigen Resonatoren in der Hauptmode anregen
- wobei die SAW-Vorrichtung dazu ausgelegt ist, die Resonanzfrequenz der Plattenmode und der Hauptmode zu Filterzwecken zu verwenden.

Figure DE102018124157B4_0000
SAW device,
- with a substrate that includes a piezoelectric layer on the top or is formed from a piezoelectric bulk material
- with interdigital transducers - IDT - on the top of the substrate
- with a SiO 2 layer on the top of the IDT
- wherein the SAW device is a ladder type filter formed from SAW resonators including series and parallel resonators,
- wherein at least one of the resonators is designed to enable the excitation of the plate mode by setting the height of the SiO 2 layer to a value which facilitates the excitation of a substantial extent of a corresponding plate mode which can propagate in the layer system,
- the remaining resonators excite in the main mode
- wherein the SAW device is designed to use the resonance frequency of the plate mode and the main mode for filtering purposes.
Figure DE102018124157B4_0000

Description

Die Durchlassfrequenz eines typischen SAW-Filters hängt hauptsächlich von dem Pitch (Finger-Finger-Abstand) seines eingebauten IDT (IDT = Interdigitalwandler) ab und ist somit aufgrund von photolithographischen Beschränkungen bei der Herstellung solcher IDT derart beschränkt, dass sie eine maximale Frequenz nicht überschreitet. Eine typische maximale Frequenz liegt bei etwa 3-4 GHz. Bisher können höhere Frequenzen nur mit anderen Vorrichtungen als SAW betrieben werden, d.h. mit BAW-Vorrichtungen. Mit SAW-Vorrichtungen ist es nicht möglich, ein Durchlassband bei Frequenzen aufzubauen, die eine Grenze von etwa 5GHz überschreiten.The pass frequency of a typical SAW filter depends primarily on the pitch (finger-finger distance) of its built-in IDT (IDT = interdigital transducer) and is therefore limited to not exceeding a maximum frequency due to photolithographic limitations in the production of such IDT . A typical maximum frequency is around 3-4 GHz. To date, higher frequencies can only be operated with devices other than SAW, i.e. with BAW devices. With SAW devices it is not possible to establish a passband at frequencies exceeding a limit of approximately 5GHz.

DE 112010003229 T5 offenbart eine SAW-Vorrichtung mit einer Schichtstruktur mit mindestens zwei dielektrischen Schichten auf der IDT-Elektrode, um eine höhere Wellen Mode zu erzeugen und die Hauptmode zu unterdrücken. Damit soll ein Bauelement mit einer höheren Wellengeschwindigkeit geschaffen werden. DE 112010003229 T5 discloses a SAW device having a layer structure with at least two dielectric layers on the IDT electrode to generate a higher wave mode and suppress the main mode. The aim is to create a component with a higher wave speed.

US 2011/0109196 A1 offenbart ein Plattenwellenelement mit einem piezoelektrischen Substrat, das zwischen zwei mittleren Schichten angeordnet ist. Die Elektrode erregt eine Lamb-welle als Teil einer Plattenmode. US 2011/0109196 A1 discloses a plate wave element with a piezoelectric substrate disposed between two middle layers. The electrode excites a Lamb wave as part of a plate mode.

Es ist somit eine Aufgabe, eine SAW-Vorrichtung bereitzustellen, die nicht an diese obere Frequenzgrenze gebunden ist und mit höheren Frequenzen arbeiten kann.It is therefore a task to provide a SAW device that is not bound to this upper frequency limit and can operate at higher frequencies.

Diese und andere Aufgaben werden von einer SAW-Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Spezielle weitere Merkmale der neuen SAW-Vorrichtung sowie vorteilhafte Ausführungsformen können aus den abhängigen Ansprüchen entnommen werden. These and other tasks are solved by a SAW device according to claim 1. Specific further features of the new SAW device as well as advantageous embodiments can be found in the dependent claims.

Die allgemeine Idee besteht darin, eine höhere Mode, wie z.B. die Plattenmode PM eines SAW-Resonators zu verwenden, um ein Bandpass-/Bandsperrfilter zu konstruieren, das bei höheren Frequenzen funktioniert, was bei SAW-Vorrichtungen, die nur die Hauptmode MM des Resonators verwenden, möglicherweise nicht realisierbar ist.The general idea is to use a higher mode, such as the plate mode PM of a SAW resonator, to construct a bandpass/bandstop filter that operates at higher frequencies, which is common in SAW devices that only use the main mode MM of the resonator use may not be feasible.

Der Durchlassbereich eines typischen SAW-Filters hängt vor allem von dem Pitch oder dem Fingerabstand dessen eingebauter IDT ab und ist somit auf der Seite der höheren Frequenz aufgrund von photolithographischen Beschränkungen bei der Herstellung solcher IDT begrenzt, typischerweise auf etwa 4-5 GHz.The passband of a typical SAW filter depends primarily on the pitch or finger spacing of its built-in IDT and is thus limited on the higher frequency side, typically to around 4-5 GHz, due to photolithographic limitations in the fabrication of such IDT.

Resonatoren, die bestimmte Schichtstapel verwenden, die Metall, SiO2 und SiN auf LiNbO3-Substraten umfassen, besitzen jedoch neben der Hauptmode auch eine zweite Mode, die sogenannte z-Mode oder Plattenmode. Die Resonanzfrequenz und die Amplitude der PM hängen von geometrischen Parametern des Resonators, wie z.B. dem Pitch und dem Metallisierungsverhältnis, sowie von den Höhen der einzelnen Schichten in dem Stapel ab. Insbesondere ist die Resonanzfrequenz der PM meist viel höher als die der MM, typischerweise etwa 20-30% über der Hauptmode. Die Amplitude der PM hängt hauptsächlich von der Höhe der SiO2- und der SiN-Schicht ab. Abhängig von dem darunter liegenden Substrat und dem Schichtstapel kann die Resonanzfrequenz der PM sogar einen höheren Q-Faktor aufweisen als die der MM.However, resonators that use certain layer stacks that include metal, SiO 2 and SiN on LiNbO 3 substrates also have a second mode, the so-called z-mode or plate mode, in addition to the main mode. The resonance frequency and amplitude of the PM depend on geometric parameters of the resonator, such as the pitch and the metallization ratio, as well as on the heights of the individual layers in the stack. In particular, the resonant frequency of the PM is usually much higher than that of the MM, typically about 20-30% above the main mode. The amplitude of the PM mainly depends on the height of the SiO 2 and SiN layers. Depending on the underlying substrate and layer stack, the resonant frequency of the PM can even have a higher Q factor than that of the MM.

Andererseits wird von Filtern, die die Plattenmode PM eines Resonators verwenden, eine höhere Leistungsbeständigkeit erwartet, da sich die PM hauptsächlich in der dielektrischen Schicht über dem IDT befindet. Somit beeinflusst die Wellenenergie den IDT nicht so stark wie die Hauptmode, die sich hauptsächlich in der Piezo-Schicht und direkt in der Ebene des IDT ausbreitet.On the other hand, filters using the plate mode PM of a resonator are expected to have higher performance durability because the PM is located primarily in the dielectric layer above the IDT. Thus, the wave energy does not affect the IDT as much as the main mode, which propagates mainly in the piezo layer and directly in the plane of the IDT.

Die neue SAW-Vorrichtung hat einen Schichtstapel, der ein Substrat mit einer piezoelektrischen Schicht auf der Oberseite umfasst oder aus einem piezoelektrischen Massematerial gebildet ist. Ein interdigitaler Wandler - IDT - ist oben auf dem Substrat angeordnet und eine SiO2-Schicht bedeckt die Oberfläche des IDT und die Verbindungspads. Die Höhe der SiO2-Schicht und optional die Höhe weiterer Schichten, die Teil des Stapels bilden, wie z.B. die vorstehend genannte SiN-Schicht, wird/werden auf einen Wert eingestellt, der das Anregen eines wesentlichen Anteils einer entsprechenden Plattenmode ermöglicht, die sich in dem Schichtstapelsystem ausbreiten kann. Die SAW-Vorrichtung ist dazu ausgelegt, die Resonanzfrequenz der Plattenmode zu Filterzwecken zu nutzen.The new SAW device has a layer stack comprising a substrate with a piezoelectric layer on top or formed from a piezoelectric bulk material. An interdigital transducer - IDT - is placed on top of the substrate and a SiO 2 layer covers the surface of the IDT and the interconnect pads. The height of the SiO 2 layer and optionally the height of other layers that form part of the stack, such as the above-mentioned SiN layer, is/are set to a value that enables the excitation of a substantial portion of a corresponding plate mode, which is can spread in the layer stack system. The SAW device is designed to utilize the resonant frequency of the plate mode for filtering purposes.

Das Substrat kann ein monokristalliner piezoelektrischer Chip mit einem geeigneten Schnittwinkel sein. Alternativ kann das Substrat auch einen Träger und einen Dünnfilm aus einem piezoelektrischen Material umfassen, der auf den Träger aufgebracht ist.The substrate may be a monocrystalline piezoelectric chip with a suitable cutting angle. Alternatively, the substrate may also comprise a carrier and a thin film made of a piezoelectric material applied to the carrier.

Häufig wird eine SiO2-Schicht verwendet, um die Temperaturdrift der Frequenz oder den TCF zu kompensieren. Solche TCF-kompensierten SAW-Filter werden in der Regel aufgrund der besseren Kopplung dieses Piezomaterials auf einem LiNbO3-Substrat - LN - gebildet. In einer SAW-Vorrichtung, die auf einem LN-Material mit einem Schnittwinkel von z.B. ROT 128 gebildet ist, wird eine Plattenmode angeregt und kann sich ausbreiten.A SiO 2 layer is often used to compensate for the temperature drift of the frequency or the TCF. Such TCF-compensated SAW filters are usually formed on a LiNbO 3 substrate - LN - due to the better coupling of this piezo material. In a SAW device formed on an LN material with an intersection angle of, for example, ROT 128, a plate mode is excited and allowed to propagate.

Ausgehend von einer vorgegebenen SAW-Vorrichtung auf einem solchen Piezomaterial können Konstruktionsparameter, wie z.B. das Metallisierungsverhältnis, der Pitch und Höhen einer oder sämtlicher dielektrischer Schichten, die in dem Schichtstapel vorhanden sind, variiert werden, um die Frequenzen der Hauptmode MM, der Plattenmode PM und der relativen Signalamplituden davon zu verschieben. Durch solche Konstruktionsvariationen ist es möglich, die Plattenmode zu einer dominanten Mode zu machen. Jegliche Stufen zwischen der Anregung nur einer Hauptmode, einer Hauptmode und einer Plattenmode gleichzeitig und nur der Plattenmode sind möglich und werden abhängig von der erwünschten Verwendung der Plattenmode und/oder der Hauptmode eingestellt.Starting from a given SAW device on such a piezo material, design parameters such as the metallization ratio, the pitch and heights of one or all of the dielectric layers present in the layer stack can be varied to adjust the frequencies of the main mode MM, the plate mode PM and of the relative signal amplitudes. Through such design variations it is possible to make the plate fashion a dominant fashion. Any steps between exciting only a main mode, a main mode and a plate mode simultaneously, and only the plate mode are possible and are adjusted depending on the desired use of the plate mode and/or the main mode.

Gemäß einer Ausführungsform der SAW-Vorrichtung wird die Resonanzfrequenz der Plattenmode zum Bilden eines Durchlassbands eines Filters verwendet. Somit umfasst die SAW-Vorrichtung mindestens einen Resonator, der so ausgelegt ist, dass die Plattenmode ein beträchtliches Ausmaß hat, dominiert oder sogar diejenige Mode ist, die sich hauptsächlich in dem Schichtstapel ausbreiten kann.According to an embodiment of the SAW device, the resonant frequency of the plate mode is used to form a passband of a filter. Thus, the SAW device includes at least one resonator designed so that the plate mode has a significant extent, dominates or is even the mode that can propagate mainly in the layer stack.

In einer anderen Ausführungsform ist die SAW-Vorrichtung als ein Filter vom Leitertyp ausgelegt, das Resonatoren umfasst, die dazu ausgelegt sind, die Anregung der Hauptmode und der Plattenmode gleichzeitig zu ermöglichen. Die Resonanzfrequenzen der beiden bestehenden Moden, d.h. der Plattenmode und der Hauptmode, werden zur Bildung eines Doppel-Bandpassfilters verwendet. Ein solches Bandpassfilter arbeitet optimal, wenn die Amplituden beider Moden auf vergleichbar oder gleich eingestellt sind. Das Verschieben einer oder beider Resonanzfrequenzen der beiden Moden, wie vorstehend erwähnt, kann ein SAW-Filter mit zwei Durchlassbändern mit einem breiten Bereich möglicher Frequenzabstände bereitstellen.In another embodiment, the SAW device is designed as a ladder-type filter comprising resonators designed to enable excitation of the main mode and the plate mode simultaneously. The resonance frequencies of the two existing modes, i.e. the plate mode and the main mode, are used to form a double bandpass filter. Such a bandpass filter works optimally when the amplitudes of both modes are set to be comparable or the same. Shifting one or both resonant frequencies of the two modes, as mentioned above, can provide a dual passband SAW filter with a wide range of possible frequency spacings.

Die neue SAW-Vorrichtung ist nicht auf Bandpassfilter beschränkt, sondern kann auch als Bandsperrfilter ausgeführt sein. Ein solches Filter kann als ein Filter vom Leitertyp ausgelegt sein, das Reihen- und/oder Parallel-Resonatoren umfasst, die so ausgelegt sind, dass sie die gleichzeitige Anregung einer Hauptmode und einer Plattenmode ermöglichen. In dieser Ausführungsform werden die Resonanzfrequenzen der Plattenmode und der Hauptmode zur Bildung eines Doppel-Bandsperrfilters verwendet.The new SAW device is not limited to bandpass filters, but can also be designed as a band stop filter. Such a filter may be designed as a ladder-type filter comprising series and/or parallel resonators designed to enable simultaneous excitation of a main mode and a plate mode. In this embodiment, the resonant frequencies of the plate mode and the main mode are used to form a double bandstop filter.

Aber auch dann, wenn die Plattenmode nicht die dominante Mode eines Filters ist, kann sie dennoch zusammen mit der Hauptmode verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die SAW-Vorrichtung ein Filter vom Leitertyp, das aus SAW-Resonatoren mit Reihen- und Parallel-Resonatoren gebildet ist. Mindestens einer der Resonatoren ist so ausgelegt, dass er die Anregung der Plattenmode ermöglicht. Während die Resonanzfrequenz der Hauptmode zum Bilden des Durchlassbands des Filters verwendet wird, wird die Resonanzfrequenz der Plattenmode zum Verbessern der Selektivität des Filters verwendet. Das Einstellen der Hauptmode auf die Durchlassfrequenz und das Verschieben der Resonanz der Plattenmode von mindestens einem Parallel-Resonator, was das Anregen einer Plattenmode auf eine Frequenz ermöglicht, bei der eine zusätzliche Dämpfung erforderlich ist, führt zu einem Filter mit verbesserter Selektivität oberhalb des Durchlassbands.However, even if the plate mode is not the dominant mode of a filter, it can still be used together with the main mode. According to one embodiment, the SAW device is a ladder-type filter formed of SAW resonators with series and parallel resonators. At least one of the resonators is designed to enable plate mode excitation. While the resonant frequency of the main mode is used to form the passband of the filter, the resonant frequency of the plate mode is used to improve the selectivity of the filter. Setting the main mode to the pass frequency and shifting the resonance of the plate mode of at least one parallel resonator, allowing a plate mode to be excited to a frequency at which additional attenuation is required, results in a filter with improved selectivity above the pass band.

Alternativ kann die Selektivität unterhalb des Durchlassbands verbessert werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die SAW-Vorrichtung ein Filter vom Leitertyp, das aus SAW-Resonatoren mit Reihen- und Parallel-Resonatoren gebildet ist. Mindestens einer der Reihen-Resonatoren ist so ausgelegt, dass er die Anregung der Plattenmode ermöglicht, wobei die Resonanzfrequenz der Plattenmode zum Bilden des Durchlassbands verwendet wird. Gleichzeitig wird die Resonanzfrequenz der Hauptmode verwendet, um die Selektivität des Filters bei der Resonanzfrequenz der Hauptmode zu verbessern, die normalerweise unterhalb der Durchlassfrequenzen liegt.Alternatively, selectivity can be improved below the passband. According to one embodiment, the SAW device is a ladder-type filter formed of SAW resonators with series and parallel resonators. At least one of the series resonators is designed to enable plate mode excitation, with the resonant frequency of the plate mode being used to form the pass band. At the same time, the main mode resonant frequency is used to improve the selectivity of the filter at the main mode resonant frequency, which is normally below the pass frequencies.

Das SAW-Filter kann als ein Bandsperrfilter ausgelegt sein. In einem solchen Filter sind SAW-Resonatoren in einer Anordnung vom Leitertyp von Reihen- und Parallel-Resonatoren angeordnet, wodurch eine geeignete Resonanzfrequenzposition von Reihen- und Parallel-Resonatoren eingehalten wird.The SAW filter can be designed as a band stop filter. In such a filter, SAW resonators are arranged in a ladder type arrangement of series and parallel resonators, thereby maintaining an appropriate resonance frequency position of series and parallel resonators.

Weiterhin ist es möglich, einen Resonator zu verwenden, der eine Hauptmode und eine Plattenmode aufweist. Die Resonanzfrequenz der Plattenmode dieses Resonators wird verwendet, um eine Kerbe zu erzeugen, indem der Resonator als Parallel-Resonator in einer üblichen Filterschaltung vom Leitertyp verschaltet wird. Durch entsprechendes Verschieben der Resonanzfrequenz der Plattenmode kann die Plattenmode direkt auf oder nahe einer Frequenz eingestellt werden, bei der eine höhere Unterdrückung eines parasitären Signals erforderlich ist.Furthermore, it is possible to use a resonator that has a main mode and a plate mode. The plate mode resonant frequency of this resonator is used to create a notch by connecting the resonator as a parallel resonator in a common ladder-type filter circuit. By appropriately shifting the resonant frequency of the plate mode, the plate mode can be tuned directly to or near a frequency at which higher rejection of a parasitic signal is required.

Der Hauptvorteil, der mit den meisten der Ausführungsformen erreicht werden kann, ist, dass die Resonanzfrequenz der Plattenmode viel höher ist als die der Hauptmode. Wenn eine SAW-Vorrichtung mit einem IDT mit minimalem Pitch gebildet ist, der ein Pitch ist, der in einem Herstellungsprozess noch sicher reproduziert werden kann, liegt die mit diesem minimalen Pitch angeregte Plattenmode bei einer Frequenz weit über der Hauptmode, die in einem solchen Filter normalerweise angeregt wird. Solche hohen Betriebsfrequenzen wurden bisher mit bekannten Filtern nicht erreicht. Der vorgeschlagene SAW-Resonator kann somit für die Konstruktion eines Bandpassfilters oder eines Bandsperrfilters mit einer Durchlass-/Sperrfrequenz verwendet werden, die höher ist als eine bisher mit einer SAW-Vorrichtung erreichte maximale Frequenz. Die maximale Frequenz ist die Resonanzfrequenz eines Resonators, der seine Hauptmode verwendet, die für die höchstmögliche Frequenz optimiert ist, die mit einem vorgegebenen Strukturierungsverfahren sicher reproduziert werden kann.The main advantage that can be achieved with most of the embodiments is that the resonant frequency of the plate mode is much higher than that of the main mode. When a SAW device is formed with a minimum pitch IDT, which is a pitch that can still be safely reproduced in a manufacturing process, the plate mode excited with this minimum pitch is at a frequency well above the main mode, which is in normally stimulated by such a filter. Such high operating frequencies have not previously been achieved with known filters. The proposed SAW resonator can thus be used for constructing a bandpass filter or a bandstop filter with a pass/stop frequency higher than a maximum frequency previously achieved with a SAW device. The maximum frequency is the resonant frequency of a resonator using its main mode optimized for the highest possible frequency that can be safely reproduced with a given patterning method.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Plattenmoden erzeugende SAW-Vorrichtung nicht nur für die Konstruktion kompletter Filter, sondern auch nur zur Verbesserung der Selektivität jeglicher anderer Filterschaltungen verwendet werden. Somit kann ein SAW-Resonator mit einem beträchtlichen Ausmaß an Plattenmode in einer Schaltung verwendet werden, die ein DMS-Filter als Hauptfilterkomponente umfasst. Die Plattenmode des Resonators wird verwendet, um die Selektivität des DMS-Filters bei einer Frequenz oberhalb des Durchlassbands zu verbessern.According to another embodiment, the plate mode generating SAW device can be used not only for the construction of complete filters but also for improving the selectivity of any other filter circuits. Thus, a SAW resonator with a significant amount of plate mode can be used in a circuit that includes a DMS filter as the main filter component. The plate mode of the resonator is used to improve the selectivity of the DMS filter at a frequency above the passband.

Im Folgenden wird die Erfindung in Bezug auf Ausführungsformen und die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

  • 1A bis 1C zeigen die Admittanz eines SAW-Resonators mit einem Schichtstapel, die dreifach als Realteil, Imaginärteil und Größe dargestellt ist, wobei die Höhe einer Schicht des Schichtstapels variiert wird.
  • 2A bis 2C zeigen die P-Matrix-Elemente S21, S11 und S22 und entsprechende Smith-Diagramme eines SAW-Filters mit zwei vergleichbaren Durchlassbändern.
  • 3A bis 3C zeigen die P-Matrix-Elemente S21, S11 und S22 und entsprechende Smith-Diagramme eines SAW-Bandsperrfilters mit zwei vergleichbaren Sperrbändern.
  • 4A bis 4C zeigen die P-Matrix-Elemente S21, S11 und S22 und entsprechende Smith-Diagramme eines SAW-Bandpassfilters mit verbesserter Selektivität unterhalb des Durchlassbands.
The invention is explained in more detail below with reference to embodiments and the accompanying drawings.
  • 1A until 1C show the admittance of a SAW resonator with a layer stack, which is shown three times as a real part, an imaginary part and a size, with the height of a layer of the layer stack being varied.
  • 2A until 2C show the P-matrix elements S21, S11 and S22 and corresponding Smith diagrams of a SAW filter with two comparable passbands.
  • 3A until 3C show the P-matrix elements S21, S11 and S22 and corresponding Smith diagrams of a SAW bandstop filter with two comparable stopbands.
  • 4A until 4C show the P-matrix elements S21, S11 and S22 and corresponding Smith diagrams of a SAW bandpass filter with improved selectivity below the passband.

1A bis 1C zeigen Admittanzen eines SAW-Resonators mit einer ähnlichen Schichtstruktur, die einen Schichtstapel mit einer Piezo-Schicht, einem IDT, einer SiO2-Schicht und einer SiN-Schicht als Trimm- und/oder Passivierungsschicht umfasst, die dreifach als Realteil, Imaginärteil und Größe dargestellt ist, wobei die Höhe einer Schicht des Schichtstapels variiert wird. Im oberen Teil - 1A - ist der Realteil der Admittanz dieses Resonators dargestellt. 1B und 1C zeigen entsprechend den Imaginärteil und die Größe davon. Jedes Diagramm zeigt drei Kurven a bis c, die mit einer unterschiedlichen Höhe der SiO2-Schicht gemessen werden. Die Höhe wird zwischen 460 und 520 nm variiert. Die Figuren zeigen deutlich, dass Signalamplitude und Frequenz der Plattenmode durch eine geeignete Einstellung der Höhe der SiO2-Schicht eingestellt werden können. Für jede Kurve a bis c sind zwei Admittanzmaximalwerte vorhanden. Die Spitze auf der Niederfrequenzseite bei etwa 2700 MHz wird der jeweiligen Hauptmode zugeordnet, während die Plattenmode bei Frequenzen zwischen etwa 3200 und 3400 MHz auftritt. 1A until 1C show admittances of a SAW resonator with a similar layer structure, which includes a layer stack with a piezo layer, an IDT, an SiO 2 layer and a SiN layer as a trimming and / or passivation layer, which is triple as a real part, an imaginary part and a size is shown, wherein the height of a layer of the layer stack is varied. In the upper part - 1A - the real part of the admittance of this resonator is shown. 1B and 1C show the imaginary part and the size of it accordingly. Each diagram shows three curves a to c, which are measured with a different height of the SiO 2 layer. The height is varied between 460 and 520 nm. The figures clearly show that the signal amplitude and frequency of the plate mode can be adjusted by appropriately adjusting the height of the SiO 2 layer. For each curve a to c there are two admittance maximum values. The peak on the low frequency side at around 2700 MHz is assigned to the respective main mode, while the plate mode occurs at frequencies between around 3200 and 3400 MHz.

2A bis 2C zeigen die P-Matrix-Elemente S21, S11 und S22 und entsprechende Smith-Diagramme eines SAW-Bandpassfilters, das zwei vergleichbare Durchlassbänder aufweist. Das Filter ist auf übliche Weise als Anordnung von Reihen- und Parallel-SAW-Resonatoren vom Leitertyp ausgelegt. Die verwendeten Resonatoren sind jedoch entsprechend der vorgeschlagenen Idee ausgelegt und weisen zwei vergleichbare Signalamplituden auf, die einer Hauptmode und einer Plattenmode zugeordnet sind. Dementsprechend weist das entstehende Filter vom Leitertyp zwei Durchlassbänder mit nahezu gleicher Amplitude auf. Solche Doppel-Bandpassfilter können als Duplexer oder Multiplexer mit einer wesentlich einfacheren Topologie verwendet werden, da keine separaten Resonatoren für Tx und Rx erforderlich sind. 2A until 2C show the P-matrix elements S21, S11 and S22 and corresponding Smith diagrams of a SAW bandpass filter that has two comparable pass bands. The filter is designed in the usual way as an array of series and parallel ladder-type SAW resonators. However, the resonators used are designed according to the proposed idea and have two comparable signal amplitudes, which are assigned to a main mode and a plate mode. Accordingly, the resulting ladder-type filter has two passbands with almost equal amplitude. Such double bandpass filters can be used as duplexers or multiplexers with a much simpler topology since separate resonators for Tx and Rx are not required.

3A bis 3C zeigen die P-Matrix-Elemente S21, S11 und S22 und entsprechende Smith-Diagramme eines SAW-Bandsperrfilters, das zwei vergleichbare Sperrbänder aufweist. Das Filter ist in üblicher Weise als Anordnung von Reihen- und Parallel-SAW-Resonatoren vom Leitertyp ausgelegt. Die verwendeten Resonatoren sind jedoch entsprechend der vorgeschlagenen Idee ausgelegt und weisen entsprechend zwei vergleichbare Signalamplituden auf, die einer Hauptmode und einer Plattenmode zugeordnet sind. 3A until 3C show the P-matrix elements S21, S11 and S22 and corresponding Smith diagrams of a SAW bandstop filter that has two comparable stopbands. The filter is designed in the usual way as an arrangement of series and parallel ladder-type SAW resonators. However, the resonators used are designed according to the proposed idea and have two comparable signal amplitudes, which are assigned to a main mode and a plate mode.

Andererseits wird von Filtern, die die PM verwenden, eine höhere Leistungsbeständigkeit erwartet, da sich die PM hauptsächlich in der dielektrischen Schicht über dem IDT befindet.On the other hand, filters using the PM are expected to have higher performance consistency because the PM is located primarily in the dielectric layer above the IDT.

Neben der Hauptanwendung kann die PM auch gleichzeitig mit der Hauptmode kombiniert werden, um ein Doppel-Bandpassfilter oder ein Doppel-Kerbfilter zu schaffen oder die Selektivität auf der rechten oder linken Seite des Durchlassbands/Sperrbands eines Filters zu verbessern.In addition to the main application, the PM can also be combined simultaneously with the main mode to create a double bandpass filter, a double notch filter, or to improve selectivity on the right or left side of a filter's passband/stopband.

4A bis 4C zeigen die P-Matrix-Elemente S21, S11 und S22 und entsprechende Smith-Diagramme eines SAW-Bandpassfilters mit verbesserter Selektivität unterhalb des Durchlassbands. Hier wird die Plattenmode der SAW-Resonatoren verwendet, um das Durchlassband zu bilden. Die Hauptmode einiger Resonatoren wird verwendet, um das untere Sperrband weiter zu verbessern, indem die Resonanzfrequenz der entsprechenden Hauptmode einiger Resonatoren verwendet wird, die hauptsächlich als Parallel-Resonatoren in entsprechenden Nebenschlussarmen der Filterschaltung vom Leitertyp verschaltet sind. 4A until 4C show the P-matrix elements S21, S11 and S22 and corresponding Smith diagrams of a SAW bandpass filter with verbes increased selectivity below the passband. Here the plate mode of the SAW resonators is used to form the pass band. The main mode of some resonators is used to further improve the lower stop band by using the resonance frequency of the corresponding main mode of some resonators connected mainly as parallel resonators in corresponding shunt arms of the ladder type filter circuit.

Abweichend von den vorstehenden Beispielen ist es möglich, die allgemeine Idee zur Konstruktion eines Bandpassfilters vom DMS-Typ zu nutzen, indem man die Plattenmode der DMS-Wandler verwendet, um ein Durchlassband mit einer höheren Frequenz zu erreichen, als dies bisher mit einem SAW-Filter möglich war. Alternativ kann die Hauptmode der Resonatoren eines DMS-Filters zur Schaffung des Durchlassbands und die Plattenmode der Resonatoren zur Verbesserung der Selektivität verwendet werden.Deviating from the above examples, it is possible to exploit the general idea of constructing a DMS-type bandpass filter by using the plate mode of the DMS converters to achieve a higher frequency passband than was previously possible with a SAW Filter was possible. Alternatively, the main mode of the resonators of a DMS filter can be used to create the passband and the plate mode of the resonators to improve selectivity.

Andererseits können Anpassungselemente, wie z.B. Induktoren und Kondensatoren, mit den Resonatoren verbunden (in Reihe oder parallel geschaltet) werden, um die Resonanz oder Antiresonanz der Hauptmode zu verschieben, um sie auf die erwünschten Frequenzen einzustellen.On the other hand, matching elements such as inductors and capacitors can be connected to the resonators (connected in series or parallel) to shift the resonance or anti-resonance of the main mode to tune it to the desired frequencies.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen dargestellt, ist aber nicht auf spezielle Merkmale einer Ausführungsform beschränkt. Darüber hinaus kann die Erfindung im Allgemeinen auch auf BAW-Filter angewendet werden. Die Ausführungsformen dienen nur zur Veranschaulichung und der Offenbarungsbereich der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.The invention has been illustrated with reference to a limited number of embodiments, but is not limited to specific features of any embodiment. In addition, the invention can generally also be applied to BAW filters. The embodiments are for illustrative purposes only and the scope of the invention is defined only by the claims.

Claims (13)

SAW-Vorrichtung, - mit einem Substrat, das eine piezoelektrische Schicht auf der Oberseite umfasst oder aus einem piezoelektrischen Bulkmaterial gebildet ist - mit Interdigitalwandlern - IDT - auf der Oberseite des Substrats - mit einer SiO2-Schicht auf der Oberseite des IDT - wobei die SAW-Vorrichtung ein Filter vom Leitertyp ist, das aus SAW-Resonatoren gebildet ist, die Reihen- und Parallel-Resonatoren umfassen, - wobei mindestens einer der Resonatoren so ausgelegt ist, dass er die Anregung der Plattenmode ermöglicht, indem die Höhe der SiO2-Schicht auf einen Wert eingestellt ist, der das Anregen eines wesentlichen Ausmaßes einer entsprechenden Plattenmode erleichtert, die sich im Schichtsystem ausbreiten kann, - wobei die übrigen Resonatoren in der Hauptmode anregen - wobei die SAW-Vorrichtung dazu ausgelegt ist, die Resonanzfrequenz der Plattenmode und der Hauptmode zu Filterzwecken zu verwenden.SAW device, - with a substrate that includes a piezoelectric layer on the top or is formed from a piezoelectric bulk material - with interdigital transducers - IDT - on the top of the substrate - with an SiO 2 layer on the top of the IDT - where the SAW device is a conductor type filter formed from SAW resonators comprising series and parallel resonators, at least one of the resonators being designed to enable excitation of the plate mode by increasing the height of the SiO 2 -Layer is set to a value that facilitates the excitation of a substantial extent of a corresponding plate mode that can propagate in the layer system, - with the remaining resonators exciting in the main mode - with the SAW device being designed to control the resonance frequency of the plate mode and the main mode for filtering purposes. SAW-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Resonanzfrequenz der Plattenmode zum Bilden eines Durchlassbands eines Filters verwendet wird.A SAW device according to the preceding claim, wherein the resonant frequency of the plate mode is used to form a passband of a filter. SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Resonanzfrequenzen der Plattenmode und der Hauptmode zum Bilden eines Doppel-Bandpassfilters verwendet werden.A SAW device according to any one of the preceding claims, wherein the resonant frequencies of the plate mode and the main mode are used to form a double bandpass filter. SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als ein Filter vom Leitertyp ausgelegt ist, die Resonatoren umfasst, die so ausgelegt sind, dass sie die gleichzeitige Anregung von Hauptmode und Plattenmode ermöglichen, wobei die Resonanzfrequenzen der Plattenmode und der Hauptmode zum Bilden eines Doppel-Bandsperrfilters verwendet werden.SAW device according to one of the preceding claims, which is designed as a ladder type filter, comprising resonators designed to enable simultaneous excitation of main mode and plate mode, where the resonant frequencies of the plate mode and the main mode are used to form a double bandstop filter. SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Resonanzfrequenz der Hauptmode zum Bilden des Durchlassbands verwendet wird, wobei die Resonanzfrequenz der Plattenmode zum Verbessern der Selektivität des Filters bei der Resonanzfrequenz der Plattenmode verwendet wird.SAW device according to one of the preceding claims, where the resonant frequency of the main mode is used to form the pass band, wherein the plate mode resonant frequency is used to improve the selectivity of the filter at the plate mode resonant frequency. SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Resonanzfrequenz der Plattenmode zum Bilden des Durchlassbands verwendet wird, wobei die Resonanzfrequenz der Hauptmode zum Verbessern der Selektivität des Filters bei der Resonanzfrequenz der Hauptmode verwendet wird.SAW device according to one of the preceding claims, where the resonant frequency of the plate mode is used to form the pass band, wherein the main mode resonant frequency is used to improve the selectivity of the filter at the main mode resonant frequency. SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die SAW-Vorrichtung ein Bandsperrfilter ist, das aus SAW-Resonatoren gebildet ist, die in einer Anordnung von Reihen- und Parallel-Resonatoren vom Leitertyp angeordnet sind, wobei mindestens einer der Resonatoren so ausgelegt ist, dass er die Anregung der Plattenmode ermöglicht, wobei die Resonanzfrequenz der Hauptmode zum Bilden des Sperrbands verwendet wird, wobei die Resonanzfrequenz der Plattenmode zum Verbessern der Selektivität des Filters bei der Resonanzfrequenz der Plattenmode verwendet wird.SAW device according to one of the preceding claims, wherein the SAW device is a bandstop filter formed of SAW resonators arranged in an array of series and parallel ladder-type resonators, wherein at least one of the resonators is designed to enable excitation of the plate mode, where the resonant frequency of the main mode is used to form the stop band, wherein the plate mode resonant frequency is used to improve the selectivity of the filter at the plate mode resonant frequency. SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die SAW-Vorrichtung ein Bandsperrfilter ist, das aus SAW-Resonatoren gebildet ist, die in einer Anordnung von Reihen- und Parallel-Resonatoren vom Leitertyp angeordnet sind, wobei mindestens einer der Resonatoren so ausgelegt ist, dass er die Anregung der Plattenmode ermöglicht, wobei die Resonanzfrequenz der Plattenmode zum Bilden des Sperrbands verwendet wird, wobei die Resonanzfrequenz der Hauptmode zum Verbessern der Selektivität des Filters bei der Resonanzfrequenz der Hauptmode verwendet wird.SAW device according to one of the preceding claims, wherein the SAW device is a bandstop filter formed from SAW resonators arranged in a Arrangement of series and parallel resonators of the conductor type are arranged, at least one of the resonators being designed to enable the excitation of the plate mode, the resonant frequency of the plate mode being used to form the stop band, the resonant frequency of the main mode being used to improve the Selectivity of the filter at the resonant frequency of the main mode is used. SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen Resonator umfasst, der eine Hauptmode und eine Plattenmode aufweist, wobei die Resonanzfrequenz der Plattenmode dieses Resonators verwendet wird, um einen Notch zu erzeugen, indem der Resonator als ein Parallel-Resonator in einer Filterschaltung verschaltet ist, wobei die Plattenmode auf eine Frequenz eingestellt ist, bei der eine höhere Unterdrückung eines parasitären Signals erforderlich ist.SAW device according to one of the preceding claims, which comprises a resonator having a main mode and a plate mode, the resonant frequency of the plate mode of this resonator being used to generate a notch by connecting the resonator as a parallel resonator in a filter circuit, the plate mode being set to a frequency is where a higher level of suppression of a parasitic signal is required. SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die SAW-Filter umfasst, die Anregungen einer Hauptmode, einer Plattenmode oder beider gleichzeitig aufweisen, wobei die Resonanzfrequenz der Hauptmode verwendet wird, um einen Notch zu erzeugen, indem der Resonator als ein Parallel-Resonator in einer Filterschaltung verschaltet ist, wobei die Hauptmode auf eine Frequenz eingestellt ist, bei der eine weitere Unterdrückung eines parasitären Signals erforderlich ist.SAW device according to one of the preceding claims, which includes SAW filters that have excitations of a main mode, a plate mode or both simultaneously, wherein the resonant frequency of the main mode is used to create a notch by connecting the resonator as a parallel resonator in a filter circuit, wherein the main mode is set to a frequency at which further suppression of a parasitic signal is required. SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Anpassungselemente, wie z.B. Induktoren und Kondensatoren, mit den Resonatoren in Reihe oder parallel geschaltet sind, um die Resonanz oder Antiresonanz der Hauptmode auf eine erwünschte Frequenz zu verschieben.A SAW device according to any one of the preceding claims, wherein matching elements such as inductors and capacitors are connected in series or parallel with the resonators to shift the resonance or anti-resonance of the main mode to a desired frequency. Verwendung einer SAW-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrfilter mit einer Durchlass-/Sperrfrequenz, die höher als eine maximale Frequenz ist, wobei die maximale Frequenz die Resonanzfrequenz eines Resonators ist, der die Hauptmode nur für die höchstmögliche Frequenz optimiert verwendet, die mit einem vorgegebenen Strukturierungsverfahren sicher reproduziert werden kann.Use of a SAW device according to one of the preceding claims for a bandpass filter or a bandstop filter with a pass/stop frequency which is higher than a maximum frequency, the maximum frequency being the resonance frequency of a resonator which optimizes the main mode only for the highest possible frequency used, which can be safely reproduced using a given structuring process. Verwendung eines SAW-Resonators nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Schaltung, die ein DMS-Filter als eine Hauptfilterkomponente umfasst, wobei die Plattenmode des Resonators verwendet wird, um die Selektivität des DMS-Filters bei einer Frequenz oberhalb des Durchlassbands zu verbessern.Use of a SAW resonator according to any one of the preceding claims in a circuit comprising a DMS filter as a main filter component, wherein the plate mode of the resonator is used to improve the selectivity of the DMS filter at a frequency above the passband.
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