DE102018124372A1

DE102018124372A1 - Elektroakustischer Resonator

Info

Publication number: DE102018124372A1
Application number: DE102018124372.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Huck; Matthias Pernpeintner
Original assignee: RF360 Europe GmbH
Current assignee: RF360 Europe GmbH
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2020-04-02
Also published as: WO2020069805A1

Abstract

Ein elektroakustischer Resonator, wie etwa ein Piston-Mode-SAW-Resonator, umfasst eine Elektrodenanordnung, die einen Hauptspurteil (111), Fallenteile (112a, 112b) und Barriereteile (113a, 113b) beinhaltet. Eine geeignete Wahl der Barrieregeschwindigkeit (Vbarriere) bewirkt eine Reduzierung von Störmoden in den Fallenteilen (112a, 113b), während die Transversalmodenunterdrückung in dem Hauptspurteil (111) beibehalten wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen elektroakustischen Resonator. Speziell betrifft die vorliegende Offenbarung einen Akustische-Oberflächenwelle-Resonator, der Maßnahmen zum Reduzieren von Störmoden beinhaltet.
Hintergrund
SAW-Resonatoren (SAW: Surface Acoustic Wave - akustische Oberflächenwelle) werden weithin in elektronischen Kommunikationsvorrichtungen zum Bilden von HF-Filtern oder zum Durchführen anderer HF-Funktionen verwendet. Ein SAW-Resonator umfasst einen Metallwandler, der aus wenigstens zwei Elektroden mit verschränkten Fingern auf einem piezoelektrischen Substrat gebildet ist. Durch das Anlegen eines elektrischen Signals an die Wandlerelektroden wird eine resonierende akustische Welle in dem piezoelektrischen Substrat erzeugt.
Während des Betriebs des SAW-Resonators werden akustische Störmoden zusätzlich zu der akustischen Hauptmode erzeugt. Die Störmoden können die Leistungsfähigkeit von HF-Filtern, die auf den Resonatoren basieren, erheblich verschlechtern. Störmoden können Ursprünge aufweisen wie etwa Moden mit einer Wellenpolarisation, die von der Hauptmode verschieden ist, Transversalmoden der Hauptmode oder der unterschiedlich polarisierten Störmoden, Volumenmoden, Plattenmoden usw. Verschiedene Ansätze sind in Abhängigkeit von der tatsächlichen Resonatortechnologie und den piezoelektrischen und anderen involvierten Materialien verfügbar, um Störmoden zu reduzieren oder zu unterdrücken. Einige Typen von Störmoden können durch eine Optimierung des Schichtstapels des SAW-Resonators und der lateralen Geometrie der Elektroden, wie etwa der Höhe oder Dicke der Metallschicht und des Metallisierungsverhältnisses, reduziert werden. Transversalmoden können durch eine Piston-Mode-Gestaltung unterdrückt werden, die eine spezielle Unterteilung und Gestaltung der Elektroden einsetzt.
Die Elektroden eines SAW-Resonators mit einer Piston-Mode-Gestaltung umfassen einige transversale Unterabschnitte, wie etwa einen Hauptspurteil, Fallenteile, die an beiden Enden des Hauptspurteils angeordnet sind, und Barriereteile, die an beiden Enden der Fallenteile angeordnet sind. Gemäß einem Piston-Mode-Konzept kann das Fallengebiet so gebildet werden, dass eine vorbestimmte Differenz zwischen der akustischen Geschwindigkeit des Hauptspurteils und des Fallenteils durch eine geeignete Auswahl von Metallisierungshöhen, Metallisierungsverhältnissen und Metallisierungsmaterialien eingerichtet wird, so dass es möglich ist, die Transversalmoden der Hauptmode stark zu unterdrücken. In Abhängigkeit von der Langsamkeit des tatsächlichen Materialsystems wird die Beziehung von Geschwindigkeiten eingerichtet. Im Fall einer konvexen Langsamkeit weist das Fallengebiet eine geringere akustische Geschwindigkeit als das Spurgebiet auf. Im Fall einer konkaven Langsamkeit weist das Fallengebiet eine höhere akustische Geschwindigkeit als das Spurgebiet auf. Kombinieren einer Schichtstapeloptimierung und einer Piston-Mode-Gestaltung führt zu einer guten Unterdrückung der relevantesten Störmoden, wie etwa unterschiedlich polarisierter Moden bzw. Transversalmoden der Hauptmode.
Die US-Patentveröffentlichung US 9,257,960 B2 beschreibt mehrere Möglichkeiten der Gestaltung der Elektroden für einen Piston-Mode-SAW-Resonator. Die noch nicht veröffentliche DE-Patentanmeldung 10 2018 109 346.2 , eingereicht am 19. April 2018, beschreibt einen Ansatz zum Realisieren einer Piston-Mode-Gestaltung innerhalb einer vorbestimmten Frequenzbandbreite.
Eine zusätzliche Störmode wird jedoch in dem Fallengebiet der Elektrodenanordnung eines Piston-Mode-SAW-Resonators angeregt. Die Störfallenmode kann eine andere Wellenpolarisierung als die Hauptmode haben, so dass sie die Leistungsfähigkeit eines Filters erheblich stören kann, der aus Piston-Mode-SAW-Resonatoren besteht. Die Störfallenmode, die sich in dem Fallengebiet befindet, kann in Anhängigkeit von dem tatsächlich vorliegenden Materialsystem von einem horizontalen Scher(SH: Shear Horizontal)- oder Rayleigh-Typ sein.
Gemäß der in der Anmeldung DE 10 2018 109 346.2 beschriebenen Lösung wird eine spezielle Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den akustischen Geschwindigkeiten in der Hauptspur und den Barrieregebieten so gewählt, dass Transversalmoden der Hauptmode auf einem hohen Niveau unterdrückt werden, jedoch ohne die Anregungsstärke der Störmoden in dem Fallengebiet zu berücksichtigen. Diese Störmoden können die Leistungsfähigkeit eines HF-Filters in sowohl den Durchlassband- als auch den Sperrbandgebieten beeinflussen. In dem Durchlassband können Abschwächungssenken in dem Filtertransmissionsteil erscheinen, die eine lokal erhöhte Einfügedämpfung, Gruppenlaufzeitwelligkeit und reduzierte Leistungsbeständigkeit verursachen. Sperrbandeffekte werden in Filtern für zukünftige elektronische Kommunikationsvorrichtungen kritischer, die eine größere Selektivität zwischen Frequenzbändern erfordern.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, einen elektroakustischen Resonator bereitzustellen, der eine verbesserte Unterdrückung von Störmoden aufzeigt.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Offenbarung, einen elektroakustischen Resonator bereitzustellen, der eine Störfallenmode unterdrückt.
Es ist ein noch anderes Ziel der vorliegenden Offenbarung, einen Piston-Mode-SAW-Resonator mit unterdrückter Störfallenmode bereitzustellen.
Zusammenfassung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden eines oder mehrere der oben genannten Ziele mit einem elektroakustischen Resonator erreicht, der die Merkmale aus Anspruch 1 aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein elektroakustischer Resonator eine Elektrodenanordnung, die auf einem piezoelektrischen Material angeordnet ist. Die Elektrodenanordnung umfasst einige Transversalteile, die aneinander angrenzend angeordnet sind. Ein Hauptspurteil kann in dem Zentrum der Elektrodenanordnung angeordnet sein. Fallenteile können angrenzend an den Hauptspurteil angeordnet sein, wodurch der Hauptspurteil flankiert wird. Barriereteile können angrenzend an die Fallenteile angeordnet sein, wodurch die Fallenteile flankiert werden. Jeder Teil, der Hauptspurteil, die Fallenteile und die Barriereteile, sind dazu konfiguriert, resonierende akustische Wellen mit einer Wellengeschwindigkeit einzurichten. Die Beziehung von Wellengeschwindigkeiten zwischen einem Hauptspurteil, Fallenteilen und Barriereteilen ist so gewählt, dass eine Piston-Mode-Unterdrückung von Transversalmoden erreicht wird. Außerdem ist die Beziehung von Wellengeschwindigkeiten zwischen einem Hauptspurteil, Fallenteilen und Barriereteilen so gewählt, dass eine Unterdrückung von Störfallenmoden erreicht wird.
Die Wellengeschwindigkeiten in dem Hauptspurteil, den Fallenteilen und den Barriereteilen kann durch Vspur, Vfalle bzw. Vbarriere repräsentiert werden. Die Wandlerelektroden des Resonators sind so konfiguriert, dass die Beziehung zwischen Wellengeschwindigkeiten den Hauptspur- und Barriereteilen wie folgt ist: $4,0 % < abs (Vbarriere - Vspur) / Vspur < 8,5% .$
Die oben gegebene Bedingung zeigt auf, dass der Piston-Mode-Arbeitspunkt für die Transversalmodenunterdrückung eines SAW-Resonators der Piston-Mode-Gestaltung im Vergleich zu dem herkömmlichen Piston-Mode-Ansatz geändert wird. Dies impliziert, dass die Barrieregeschwindigkeit gemäß der oben genannten Beziehung im Vergleich zu einer herkömmlichen idealen Piston-Mode-Gestaltung verringert wird. Die Transversalmodenunterdrückung der Hauptmode wird jedoch zu einem Ausmaß modifiziert, dass die Reduzierung der Anregung der Störfallenmode gegenüber möglichen Effekten bei der Transversalmodenunterdrückung der Hauptmode überwiegt. Überraschenderweise werden die Gesamtleistungsfähigkeit des Resonators und die Funktion eines Resonators in einem HF-Filter durch die Reduzierung der Anregungsstärke der Fallenmode trotz einer geringfügigen Reduzierung der Unterdrückung der Transversalmode der Hauptmode verbessert. Das Ändern der Barrieregeschwindigkeit kann durch verschiedene Mittel erreicht werden, wie etwa eine Anpassung des Metallisierungsverhältnisses in dem Barrieregebiet und/oder der Hinzufügung einer Dielektrikummaterialschicht in dem Barrieregebiet.
Der Ausdruck „abs“ repräsentiert den Absolutwert der Differenz Vbarriere - Vspur, so dass die Formel für Systeme mit konvexer und konkaver Langsamkeit gilt. Im Fall einer konvexen Langsamkeit ist Vbarriere größer als Vspur (Vbarriere > Vspur) und in dem Fall einer konkaven Langsamkeit ist Vspur größer als Vbarriere (Vbarriere < Vspur).
Ein Ansatz zum Erreichen der Unterdrückung von einigen Störmoden einschließlich der Störfallenmode kann die folgenden Schritte beinhalten. Anfänglich kann eine Schichtstapeloptimierung des SAW-Resonators durchgeführt werden, um die Anregungsstärke von Moden mit anderer Polarisierung als jene der Hauptmode (im Folgenden „unterschiedlich polarisierte Störmoden“ genannt) in der Hauptspur zu reduzieren. Dies kann zu einem speziellen Wert für die Schichthöhen und das Metallisierungsverhältnis in der Hauptspur (im Folgenden „Spurarbeitspunkt“ genannt) führen. Dann kann eine Piston-Mode-Optimierung durchgeführt werden, um eine Unterdrückung der Transversalmoden der Hauptmode zu erreichen, was einer geringeren Geschwindigkeit in dem Fallengebiet entspricht. Dies erreicht einen definierten Piston-Mode-Arbeitspunkt des SAW-Resonators. Der Piston-Mode-Arbeitspunkt wird hauptsächlich durch die Geschwindigkeiten in der Spur, der Falle und der Barriere und die Fallenlänge bestimmt. Durch eine angemessene Auswahl einer Fallengeschwindigkeit und Fallenlänge in Bezug auf eine Spurgeschwindigkeit und Barrieregeschwindigkeit wird eine Breitbandunterdrückung von Transversalmoden der Hauptmode erreicht.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung wird der Piston-Mode-Arbeitspunkt so geändert, dass die Anregungsstärke von Störmoden, wie etwa die Störfallenmode von z. B. dem Rayleigh/SH-Typ, reduziert wird. Dies erfordert eine angemessene Änderung der Barrieregeschwindigkeit. Das Wählen einer kleineren Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Spurgeschwindigkeit und Barrieregeschwindigkeit und einer angemessenen Anpassung der Fallengeschwindigkeit und der Fallenlänge führt zu einer Verschiebung des Fallenarbeitspunktes, der sich näher zu dem Spurarbeitspunkt bewegt. Infolgedessen wird die Störmodenkopplung (elektroakustische Kopplung k2) an dem Fallenarbeitspunkt verringert.
Gemäß einer Ausführungsform erreicht die Geschwindigkeit akustischer Wellen in dem Fallengebiet relativ zu der Spurgeschwindigkeit die folgende Gleichung: $1,4 % < abs (Vfalle - Vspur) / Vspur < 3,1% .$
Der Ausdruck „abs“ repräsentiert den Absolutwert der Differenz Vfalle - Vspur, so dass die Formel für Systeme mit konvexer und konkaver Langsamkeit gilt. Im Fall einer konvexen Langsamkeit ist Vspur größer als Vfalle (Vfalle < Vspur) und in dem Fall einer konkaven Langsamkeit ist Vfalle größer als Vspur (Vfalle > Vspur).
Die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Barriere- und Spurgebieten und Fallen- und Spurgebieten kann voneinander abhängen, so dass ein SAW-Resonator gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung beide der oben genannten Bedingungen erfüllt, so dass eine gute, jedoch geringfügig reduzierte Unterdrückung von Transversalmoden der Hauptmode und eine verbesserte Unterdrückung der Störfallenmode erreicht wird.
Die Modifikation des Piston-Mode-Arbeitspunktes wird die Transversalmodenunterdrückung der Hauptmode nahe ihrer Resonanzfrequenz nicht erheblich verschlechtern, wird jedoch die Transversalmodenunterdrückungsbandbreite beeinflussen, die von der Barrieregeschwindigkeit abhängt. Insbesondere für Reihenresonatoren in einem HF-Filter kann dieser Effekt zum Vorteil einer verbesserten Unterdrückung der Störfallenmode akzeptabel sein.
Gemäß Ausführungsformen kann eine Modifikation der Fallen- und Barrieregeschwindigkeiten durch einige hier nachfolgend beschriebene Ansätze erreicht werden. Gemäß Ausführungsformen werden die Störmoden in dem Fallengebiet durch Verwenden eines anderen Piston-Mode-Arbeitspunktes reduziert, der erfordert, dass die Barrieregeschwindigkeit geändert wird.
Eine Elektrodenanordnung umfasst im Einzelnen erste und zweite Elektroden, die verschränkte Finger aufweisen, die mit einer jeweiligen Sammelschiene verbunden sind. Jeder Finger umfasst einen Hauptspurteil, Fallenteile, die mit dem Hauptspurteil verbunden sind und den Hauptspurteil flankieren, und wenigstens einen Barriereteil, der zwischen einem der Fallenteile und der Sammelschiene der entsprechenden Finger angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Metallisierungshöhe der Fallenteile der verschränkten Finger geändert, um eine modifizierte Fallengeschwindigkeit zu erreichen. Insbesondere ist die Metallisierungshöhe des Fallenteils größer als die Metallisierungshöhe des Hauptspurteils der Finger.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Metallisierungshöhe des Barriereteils eines verschränkten Fingers größer als die Metallisierungshöhe des Hauptspurteils des Fingers.
Insbesondere ist die Metallisierungshöhe des Barriereteils zwischen 15 % und 30 % größer als die Metallisierungshöhe des Hauptspurteils des Fingers. Spezieller kann die Metallisierungshöhe zwischen 20 % und 25 % größer als die Metallisierungshöhe des Hauptspurteils sein.
Gemäß Ausführungsformen kann das Metallisierungsverhältnis des Barriereteils geändert werden, um die Barrieregeschwindigkeit zu reduzieren und die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Barriere und Spur zu reduzieren. Das Metallisierungsverhältnis in dem Barriereteil ist das Verhältnis zwischen der Fläche, die mit Metall bedeckt ist, und der gesamten Fläche des Barriereteils. Das Metallisierungsverhältnis des Barriereteils der verschränkten Finger ist größer als das Metallisierungverhältnis des Hauptspurteils der verschränkten Finger. Insbesondere ist das Metallisierungsverhältnis des Barriereteils zwischen 15 % und 30 % größer als das Metallisierungsverhältnis des Hauptspurteils. Spezieller ist das Metallisierungsverhältnis des Barriereteils zwischen 20 % und 25 % größer als das Metallisierungsverhältnis des Hauptspurteils.
Gemäß Ausführungsformen kann der Barriereteil mit einem dielektrischen Material bedeckt sein. Das dielektrische Material kann sich streifenartig entlang des Barriereteils einer Wandlerelektrodenanordnung erstrecken. Speziell kann das dielektrische Material eine Schicht aus Hafniumoxid, wie etwa Hafniumdioxid (HfO₂), umfassen. Hafniumdioxid kann im Fall einer konvexen Langsamkeit verwendet werden. Im Fall einer konkaven Langsamkeit kann Siliziumdioxid (SiO₂) oder Siliziumnitrid (Si₃N₄) stattdessen verwendet werden. Die Dicke der Schicht aus Hafniumdioxid kann zwischen 10 % und 25 % der Metallisierungshöhe des Barriereteils der Elektrodenanordnung betragen. Spezieller kann die Dicke der dielektrischen Schicht zwischen 15 % und 20 % der Metallisierungshöhe des Hauptspurteils betragen.
Eine spezielle Gestaltung eines temperaturkompensierten SAW-Resonators kann Folgendes umfassen: ein piezoelektrisches Substrat, wie etwa ein Lithiumniobatsubstrat mit 170° gedrehtem YX-Schnitt. Die Elektrodenanordnung kann eine intermetallische kupferbasierte oder Aluminium-Kupfer-Phase mit einer Dicke oder Metallisierungshöhe zwischen 6 % und 15 % der Wellenlänge der Hauptmode, spezieller zwischen 8 % und 11 %, sein. Das Metallisierungsverhältnis der Metallschicht der Hauptspur kann in dem Bereich von 0,45 bis 0,55, spezieller bei etwa 0,5, liegen. Das Metallisierungsverhältnis in jedem Transversalteil ist als das Verhältnis einer metallisierten Fläche zu der gesamten Fläche innerhalb des entsprechenden Transversalteils definiert. Ein Metallisierungsverhältnis von 0,5 bedeutet, dass die Hälfte der verfügbaren Fläche mit Metall bedeckt ist und die Hälfte der verfügbaren Fläche nicht mit Metall bedeckt ist. Die Elektrodenanordnung kann mit zusätzlichen Schichten zur Temperaturkompensation und Passivierung, z. B. einem Siliziumoxid (SiO, SiO₂) oder einem Siliziumnitrid (Si₃N₄), bedeckt sein.
Um eine Reduzierung der Barrieregeschwindigkeit zu erreichen, können die folgenden Gestaltungsparameter innerhalb des Barriereteils nützlich sein. Das Metallisierungsverhältnis der Metallschicht des Barriereteils ist im Vergleich zu dem Hauptspurteil um 15 % bis 40 % erhöht. Die Metallisierungshöhe der Metallschicht des Barriereteils ist im Vergleich zu dem Hauptspurteil zwischen 15 % bis 30 % erhöht. Eine Schicht aus einem dielektrischen Material, wie etwa Hafniumdioxid, ist in dem Barriereteil mit einer Dicke zwischen 10 % und 25 % der Dicke der Metallschicht des Hauptspurteils angeordnet. Ein einziger oder eine Kombination aus zwei oder mehreren der oben genannten drei Gestaltungsansätze kann verwendet werden, um eine Barrieregeschwindigkeitsreduzierung zu erzielen.
Die Piston-Mode-Gestaltungsänderungen gemäß der vorliegenden Offenbarung können auf einen beliebigen SAW-Resonator zutreffen. Speziell können die oben genannten Maßnahmen auf temperaturkompensierte SAW-Resonatoren mit einem piezoelektrischen Volumensubstrat sowie auf Dünnfilm-SAW-Resonatoren mit einem dünnen piezoelektrischen Film, der auf einem Trägersubstrat angeordnet ist, angewandt werden. Bei einem temperaturkompensierten SAW-Resonator kann die Elektrodenschicht mit einer dielektrischen oder isolierenden Schicht bedeckt sein, die einen Temperaturkoeffizienten verschieden von oder entgegengesetzt zu dem Temperaturkoeffizienten des piezoelektrischen Substrats aufweist, um eine Temperaturkompensation zu erzielen. Bei einem Dünnfilm-SAW-Resonator kann eine temperaturkompensierende dielektrische Schicht zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sein. Andere funktionale Schichten können ebenfalls zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen Dünnfilm angeordnet sein.
Es versteht sich, dass sowohl die vorausgehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung lediglich beispielhaft sind und eine Übersicht oder eine Rahmenstruktur zum Verständnis des Wesens und der Beschaffenheit der Ansprüche bereitstellen. Die begleitenden Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis zu vermitteln und sind in dieser Beschreibung aufgenommen und stellen einen Teil von dieser dar. Die Zeichnungen veranschaulichen eine oder mehrere Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und des Betriebs der verschiedenen Ausführungsformen. Die gleichen Elemente in unterschiedlichen Figuren der Zeichnungen sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figurenliste
In den Zeichnungen gilt:

1 zeigt eine Draufsicht eines Teils eines BAW-Resonators gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung einschließlich Bereichen für Akustische-Welle-Geschwindigkeiten;
2 zeigt einen Querschnitt durch den SAW-Resonator entlang einer Linie A-A aus 1;
3 zeigt die Auswirkung der Metallisierungshöhe und des Metallisierungsverhältnisses auf die Geschwindigkeit der Hauptmode, wobei die Spur- und Fallenarbeitspunkte repräsentiert sind;
4 zeigt die Auswirkung der Metallisierungshöhe und des Metallisierungsverhältnisses auf die Störmodenanregung, wobei die Spur- und Fallenarbeitspunkte repräsentiert sind;
5 zeigt die ideale Geschwindigkeitsdifferenz der Spur- und Fallenteile in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsdifferenz der Barriere- und Spurteile für unterschiedliche Barriere/Spur-Arbeitspunkte;
6 zeigt die Störmodenkopplung in Abhängigkeit von der Barrieregeschwindigkeit relativ zu der Spurgeschwindigkeit für in 3 und 4 dargestellte Spur- und Fallenarbeitspunkte; und
7 zeigt die Störmodenkopplung in Abhängigkeit von der Hauptmodengeschwindigkeit für in 3 und 4 dargestellte Spur- und Fallenarbeitspunkte.

Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Die vorliegende Offenbarung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, die Ausführungsformen der Offenbarung zeigen, umfassender beschrieben. Die Offenbarung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen umgesetzt werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen begrenzt ausgelegt werden. Vielmehr sind diese Ausführungsformen bereitgestellt, damit die Offenbarung den Schutzumfang der Offenbarung einem Fachmann vollständig vermittelt. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, sondern sind dazu konfiguriert, die Offenbarung klar zu veranschaulichen.
1 veranschaulicht eine Draufsicht auf einen SAW-Resonator gemäß einer Piston-Mode-Gestaltung. Der SAW-Resonator 100 ist auf einem piezoelektrischen Material 103 angeordnet, auf dem eine Elektrodenanordnung aus Elektroden 140, 150 angeordnet ist, die mehrere verschränkte Finger, wie etwa Finger 142, 152, aufweisen. Der SAW-Resonator kann bis zu einigen hundert Fingern aufweisen, sodass die in 1 gezeigte Struktur nur eine Teilmenge davon ist. Die Elektroden erstrecken sich in einer Longitudinalrichtung 102, in der die akustische Hauptmodenwelle propagiert. Die Finger erstrecken sich in einer Transversalrichtung 101 senkrecht zu der Longitudinalrichtung 102. Die Elektrodenanordnung umfasst einen zentralen Anregungsbereich 111, der der Hauptspurteil der Elektrodenstruktur ist. Auf beiden Seiten des Hauptspurteils 111 sind Fallenteile 112a, 112b angeordnet. Die Fallenteile 112a, 112b flankieren den Hauptspurteil 111. Die Barriereteile 113a, 113b flankieren die Fallenteile 112a, 112b und sind angrenzend an die Fallenteile 112a, 112b angeordnet. Jede Elektrode 140, 150 umfasst eine Sammelschiene 141, 151, mit der die Elektrodenfinger verbunden sind. Die Elektrode 142 ist mit der Sammelschiene 141 verbunden und umfasst von links nach rechts: einen inneren Barriereteil 1423a, eine inneren Fallenteil 1422a, ein Hauptspurteil 1421, einen äußeren Fallenteil 1422b, einen äußeren Barriereteil 1423b. Während der innere Barriereteil 1423a ein Metall zum Bereitstellen eines elektrischen Kontaktes umfasst, wird der äußere Barriereteil 1423b durch eine transversale Lücke gebildet, die sich zwischen dem äußeren Fallenteil 1422b und der Sammelschiene 151 der anderen Elektrode 150 befindet. Entsprechend umfasst der Elektrodenfinger 152 der anderen Elektrode 150 einen inneren Barriereteil 1523a, einen inneren Fallenteil 1522a, einen Hauptfallenteil 1521, einen äußeren Fallenteil 1522b. Eine Lücke 1523b ist zwischen dem äußeren Fallenteil 1522a und der Sammelschiene 141 der Elektrode 140 bereitgestellt, um den äußeren Barriereteil 1523b einzurichten. Allgemein sind die inneren Teile nahe der Sammelschiene, mit der der Teil verbunden ist, sind die äußeren Teile fern von dieser Sammelschiene und nahe der Sammelschiene der anderen Elektrode.
Das piezoelektrische Substrat kann ein Volumensubstrat sein, das Lithiumtantalat, Lithiumniobat oder ein anderes piezoelektrisches Material umfasst. Das piezoelektrische Substrat kann einen Dünnfilm aus einem piezoelektrischen Material umfassen, der auf einem Trägersubstrat angeordnet ist. Das piezoelektrische Substrat kann auch aus einem geschichteten System gebildet sein, das ein oder einige piezoelektrische Materialien und zusätzliche funktionale Schichten umfasst. Die Elektrodenstruktur 140, 150 ist aus einer Metallschicht gebildet, die auf Kupfer, Aluminium oder einer intermetallischen Phase davon basiert. Durch das Anlegen eines elektrischen Signals an die Elektroden 140, 150 werden resonierende akustische Wellen in oder auf der Oberfläche des piezoelektrischen Materials erzeugt, die eine frequenzselektive Funktion an den elektrischen Signalen durchführen. Die hauptsächlich gewollte akustische Welle propagiert entlang der Longitudinalrichtung 102, während weitere nichtgewollte Moden mit einer Propagationsrichtung in der Ebene zwischen den Richtungen 101, 102 eingerichtet werden (nachfolgend „Transversalmoden“ genannt). Diese nichtgewollten Moden propagieren möglicherweise nicht genau entlang der Richtung 102. Unterschiedliche Massenbelegungen in den Teilen der Finger oder den Teilen der Elektrodenanordnung, wie etwa dem Hauptspurteil 111, den Fallenteilen 112a, 112b, den Barriereteilen 113a, 113b, bewirken unterschiedliche Propagationsgeschwindigkeiten der akustischen Wellen.
Es wird angemerkt, dass die Hauptmode genau entlang der Richtung 102 propagiert. Die Transversalmoden der Hauptmode sind nichtgewollte Moden, die wie die Hauptmode polarisiert sind und in der 101-102-Ebene propagieren und nicht genau entlang der Richtung 102. Störmoden sind nichtgewollte Moden, die anders als die Hauptmode polarisiert sind und entlang der Richtung 102 propagieren. Transversalmoden der Störmoden sind nichtgewollte Moden, die anders als die Hauptmode polarisiert sind und in der 101-102-Ebene propagieren und nicht genau entlang der Richtung 102. Die Störfallenmode ist eine ungewollte Mode, die anders als die Hauptmode polarisiert ist und hauptsächlich in dem Fallengebiet lokalisiert ist.
Der obere Teil aus 1 stellt ein Diagramm dar, das die Verteilung von Geschwindigkeiten über die Transversalrichtung der Elektrodenanordnung veranschaulicht. Die akustische Geschwindigkeit Vspur in dem Spurgebiet 111 befindet sich in der Mitte zwischen der akustischen Geschwindigkeit Vbarriere in dem Barrieregebiet und der akustischen Geschwindigkeit Vfalle in dem Fallengebiet. In dem dargestellten Fall ist die Fallengeschwindigkeit Vfalle niedriger als die Spurgeschwindigkeit Vspur, wobei die Barrieregeschwindigkeit Vbarriere höher als die Spurgeschwindigkeit Vspur ist. Diese Verteilung akustischer Geschwindigkeiten stellt einen SAW-Resonator mit konvexer Langsamkeit dar. Ein SAW-Resonator mit einer konkaven Langsamkeit (nicht gezeigt) zeigt eine Fallengeschwindigkeit, die höher als die Spurgeschwindigkeit ist, und eine Barrieregeschwindigkeit, die niedriger als die Spurgeschwindigkeit ist, auf. Die spezielle Verteilung von Geschwindigkeiten stellt eine sogenannte Piston-Mode-Gestaltung des SAW-Resonators her, die eine Unterdrückung von Transversalmoden erreicht, die sich ansonsten in der Transversalrichtung 101 erstrecken und die Funktion eines HF-Filters, der den Resonator 100 beinhaltet, verschlechtern würden.
Herkömmliche SAW-Resonatoren sind für eine Unterdrückung von Transversalmoden so gut wie möglich optimiert, was eine spezielle Beziehung zwischen Spur-, Barriere- und Fallengeschwindigkeiten ergibt. Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Barriere und Spur, Vbarriere - Vspur, und die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Falle und Spur, Vspur - Vfalle, reduziert, wie mit den Pfeilen 171, 172 symbolisiert ist. Als eine Auswirkung weicht der Arbeitspunkt für eine Transversalmodenunterdrückung geringfügig von seinem Optimum ab, jedoch wird eine verbesserte Unterdrückung von unterschiedlichen Störmoden, die in den Fallengebieten 112a, 112b lokalisiert sind, erreicht. Eine quantitative Analyse der Änderungen, die für Barriere- und Fallengeschwindigkeiten relativ zu der Spurgeschwindigkeit notwendig ist, ist hier in Verbindung mit 3 bis 7 nachfolgend beschrieben. Eine mögliche Art des Realisierens der Geschwindigkeitsbereiche ist in Verbindung mit 2 beschrieben.
Unter Zuwendung zu 3 ist die Hauptmodengeschwindigkeit als eine Funktion der Metallisierungshöhe hmet und des Metallisierungsverhältnisses Eta, η, gezeigt. Das Metallisierungsverhältnis ist ein Verhältnis einer Fläche, die mit Metall bedeckt ist, zu der gesamten Fläche, einschließlich der Fläche, die mit Metall bedeckt ist, und der Fläche, die nicht mit Metall bedeckt ist. Die Stelle A stellt den Arbeitspunkt des Hauptspurteils 111 aus 1 dar. Der Hauptspurarbeitspunkt A zeigt eine Geschwindigkeit von etwa 3400 m/s der Hauptmode auf. Die Hauptmodenspurgeschwindigkeit der Stelle A wird durch eine Metallisierungshöhe hmet von 500 nm und ein Metallisierungsverhältnis Eta von 0,5 in dem Teil 111 erreicht. Die Stelle B repräsentiert die Hauptmodengeschwindigkeit in dem Fallenteil eines herkömmlichen Piston-Mode-Resonators, die geringfügig unterhalb von 3300 m/s liegt. Die Stelle C repräsentiert die Hauptmodengeschwindigkeit des Fallenarbeitspunktes des Fallenteils 112a, 112b aus 1 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung, die eine höhere Geschwindigkeit von etwa 3330 m/s als in dem herkömmlichen Fall von Stelle B aufweist. Die höhere Geschwindigkeit wird durch eine kleinere Metallisierungshöhe als bei Stelle B in dem Bereich von 530 nm und ein geringfügig niedrigeres Metallisierungsverhältnis als in dem herkömmlichen Fall von Stelle B von etwa 0,55 erreicht. Ein Effekt des Reduzierens der Fallengeschwindigkeit von der Stelle B zu der Stelle C in 3 ist in dem Diagramm aus 4 veranschaulicht.
Nun unter Zuwendung zu 4 ist die Störmodenanregung basierend auf dem Kopplungsfaktor k2 in Abhängigkeit von der Metallisierungshöhe hmet und dem Metallisierungsverhältnis Eta, η, dargestellt. Die Stelle A stellt die Störmodenanregung des Hauptspurarbeitspunktes dar, der bei 0,0 % verschwindet. Die Stelle B betrifft den Fallenarbeitspunkt des herkömmlichen Falls, von dem die Störmodenanregung in Form eines Kopplungsfaktors k2 von etwa 0,10 %. Die Stelle C betrifft den Fallenarbeitspunkt eines Resonators gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung, der einen reduzierten Kopplungsfaktor k2 von etwa 0,05 % aufweist. Dieses Halbieren der Störmodenanregung in dem Fallenteil kann durch die obigen Maßnahmen, d. h. eine Metallisierungshöhe von etwa 530 nm und ein Metallisierungsverhältnis von etwa 0,55, erreicht werden.
Nun unter Zuwendung zu 5 ist ein Diagramm gezeigt, das Geschwindigkeitsdifferenzen repräsentiert. 5 zeigt die erforderliche Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Spur und Falle in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Barriere und Spur für eine ideale Transversalmodenunterdrückung. Während der herkömmliche Fallenarbeitspunkt der Stelle B relativ hohe Geschwindigkeitsdifferenzen Vbarriere - Vspur und Vspur - Vfalle aufweist, weist der Arbeitspunkt der Stelle C gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung erheblich reduzierte Geschwindigkeitsdifferenzen auf. Der Bereich der Geschwindigkeitsdifferenzen für die Stelle C für die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Barrieregeschwindigkeit und der Spurgeschwindigkeit, Vbarriere - Vspur, liegt zwischen 154 m/s bis 328 m/s (in 5 ist nicht der volle Bereich gezeigt), das heißt $154 m/s < Vbarriere - Vspur < 328 m/s .$
Der entsprechende Bereich der Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen der Spurgeschwindigkeit und der Fallengeschwindigkeit, Vspur - Vfalle, liegt zwischen 54 m/s bis 120 m/s (in 5 ist nicht der volle Bereich gezeigt), das heißt $54 m/s < Vspur - Vfalle < 120 m/s .$
Es kann aus 5 resümiert werden, dass die Fallengeschwindigkeit in den Fallenteilen 112a, 112b mit der Barrieregeschwindigkeit in den Barriereteilen 113a, 113b in Zusammenhang steht. Um eine reduzierte Fallengeschwindigkeit gemäß der Stelle C in 3 zu erreichen, was zu einer reduzierten Störmodenanregungsrate oder einem reduzierten Kopplungsfaktor k2 führt, wie bei Stelle C in 4 gezeigt, muss die Barrieregeschwindigkeit Vbarriere im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall reduziert werden. Dieser Effekt ist in 6 gezeigt.
Nun unter Zuwendung zu 6 ist die Störmodenanregung oder Störmodenkopplung gemäß dem Kopplungsfaktor k2 in Abhängigkeit von der Barrieregeschwindigkeit Vbarriere relativ zu der Spurgeschwindigkeit Vspur gezeigt. Die Stelle A repräsentiert den Spurarbeitspunkt bei der Spurgeschwindigkeit. Aufgrund einer Parameteroptimierung für den Spurarbeitspunkt befindet sich die Störmodenkopplung bei 0,00 % für das Spurgebiet 111 bei dem Spurarbeitspunkt A. Da die horizontale Achse der Grafik in 5 relativ zu der Spurgeschwindigkeit Vspur gezeigt ist, befindet sich die Stelle A des Spurarbeitspunkts bei einer Position von 0 %. Während der Fallenarbeitspunkt der Stelle B eines herkömmlichen Resonators eine Störmodenkopplung von k2 > 0 (etwa 0,10 % bei diesem speziellen Beispiel) aufweist, weist der Fallenarbeitspunkt der Stelle C gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung eine Störmodenkopplung von etwa 0,05 % auf. Dies erfordert eine reduzierte Barrieregeschwindigkeit, wie in 6 gezeigt ist. Die Barrieregeschwindigkeit sollte in einem Bereich relativ zu der Spurgeschwindigkeit zwischen 4 % und 8,5 % liegen, wie bei 510 gezeigt ist, um einen Kopplungsfaktor k2 zwischen etwa 0,02 % und etwa 0,08, wie bei 520 gezeigt, zu erreichen. Das heißt $4,0 % < abs (Vbarriere - Vspur) / Vspur < 8,5 % .$
Der Bereich der relativen Barrieregeschwindigkeit, definiert als abs(Vbarriere - Vspur)/Vspur zwischen 4,0 % und 8,5 % der Spurgeschwindigkeit, ist ein geeigneter Bereich für den Fallenarbeitspunkt der Stelle C. Der herkömmliche Fallenarbeitspunkt der Stelle B zeigt eine größere relative Barrieregeschwindigkeit auf, das heißt, die relative Barrieregeschwindigkeit ist in dem Bereich von größer als 8,5 % der Spurgeschwindigkeit.
Für eine ideale Transversalmodenunterdrückung stehen die Fallengeschwindigkeit und die Barrieregeschwindigkeit in Zusammenhang miteinander, wie aus 5 entnommen werden kann. Eine Verringerung der relativen Barrieregeschwindigkeit erfordert auch eine Reduzierung der relativen Fallengeschwindigkeit, die als abs(Vspur - Vfalle)/Vspur definiert ist, im Vergleich zu einem herkömmlichen Resonator. Es zeigt sich, dass die relative Fallengeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 1,4 % und 3,1 % liegen sollte, das heißt $1,4 % < abs (Vspur - Vfalle) /Vfalle < 3,1 % .$
Ein Auswählen der Barrieregeschwindigkeit und der Fallengeschwindigkeit in den oben genannten Bereichen erzielt eine geringere Störmodenkopplung in dem Fallengebiet, während die Störmodenunterdrückung und Transversalmodenunterdrückung in dem Spurgebiet im Wesentlichen beibehalten wird, was durch die in 3 bis 5 dargestellten Grafiken verifiziert wird. Die Beziehung von Geschwindigkeiten kann durch eine geeignete Auswahl von Metallisierungshöhen (hmet), Metallisierungsverhältnissen (Eta, η) und/oder durch die Aufbringung einer dielektrischen Schicht in dem Barriere- und/oder Fallengebiet erreicht werden. In den genannten Fällen gelten die folgenden Bedingungen für konvexe und konkave Langsamkeit:

Konvexe Langsamkeit: Vbarriere > Vspur

Vfalle < Vspur

Konkave Langsamkeit: Vbarriere < Vspur

Vfalle > Vspur
7 stellt eine Beziehung zwischen der Hauptmodengeschwindigkeit und der Störmodenkopplung des Spurarbeitspunkts (Stelle A), einen herkömmlichen Fallenarbeitspunkt (Stelle B) und einen Fallenarbeitspunkt gemäß Prinzipien der vorliegenden Offenbarung (Stelle C) dar. Die Stelle A repräsentiert eine Hauptmodengeschwindigkeit von 3400 m/s mit einer Störmodenkopplung von 0 %. Die Stelle B repräsentiert eine Hauptmodengeschwindigkeit geringfügig niedriger als 3300 m/s mit einer Störmodenkopplung von etwa 0,1 %. Die Stelle C repräsentiert eine Hauptmodengeschwindigkeit von etwa 3330 m/s mit einer Störmodenkopplung von 0,05 %, die im Vergleich zu dem herkömmlichen Fallenarbeitspunkt der Stelle B erheblich reduziert ist.
Wieder unter Zuwendung zu 1 und 2 stellt 2 einen Querschnitt entlang einer Linie A-A der Draufsicht auf den in 1 veranschaulichten SAW-Resonator dar. Die Beziehung der Geschwindigkeiten, wie oben in Verbindung mit 3 bis 7 erklärt, kann durch eine geeignete Metallisierungshöhe und/oder ein geeignetes Metallisierungsverhältnis in den Fallen-, den Spur- und den Barrieregebieten der Elektrode erreicht werden. Außerdem ist die Abscheidung einer dielektrischen Schicht in dem Fallen- und/oder Barrieregebiet möglich.
Der Querschnitt aus 2 zeigt ein piezoelektrisches Substrat oder ein geschichtetes Substrat, das ein oder mehrere piezoelektrische Materialien 210 umfasst, auf denen die Metallelektrodenanordnung 220 angeordnet ist. Das Substrat kann aus Lithiumtantalat, Lithiumniobat oder anderen piezoelektrischen Materialen gebildet sein oder diese enthalten. Bei einer Ausführungsform kann das Substrat Lithiumniobat mit einem 170° gedrehten XY-Schnitt sein. Gemäß einer Ausführungsform ist die Elektrodenstruktur aus Kupfer, Aluminium oder einer intermetallischen Phase davon gefertigt. Das Substrat 210 kann ein Volumensubstrat oder ein Dünnfilmsubstrat sein. Das Letztere ist auf einem zusätzlichen Trägersubstrat, wie etwa Silizium, angeordnet. Zusätzliche Schichten zur Temperaturkompensation oder andere Funktionen können auch in dem Schichtstapel enthalten sein. Eine Temperaturkompensationsschicht, wie etwa Siliziumdioxid (nicht gezeigt), die einen Temperaturkoeffizienten verschieden von oder entgegengesetzt zu dem Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht aufweist, kann zwischen dem Trägersubstrat und der piezoelektrischen Dünnfilmschicht angeordnet sein oder in dem Fall eines piezoelektrischen Volumensubstrats auf der Elektrodenschicht angeordnet sein. Die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung sind für einen Dünnfilm-SAW-Resonator oder einen temperaturkompensierten SAW-Resonator nützlich. Andere SAW-Schichtstrukturen sind ebenfalls nützlich.
Bei einer Ausführungsform beträgt die Metallisierungshöhe oder -dicke des Hauptspurteils 111 der Elektrodenstruktur, die bei 231 in 2 dargestellt ist, etwa 500 nm. Um die notwendigen Geschwindigkeitsprofile in den Fallen- und Barrieregebieten 112a, 112b und 113a, 113b zu erreichen, ist die Metallisierungshöhe in dem Fallengebiet höher als die Metallisierungshöhe 231 in dem Spurgebiet. Die Metallisierungshöhen in Fallen- und Barrieregebieten sind in 2 bei 232a, 232b bzw. 233a dargestellt. Zusätzlich oder alternativ zu der erhöhten Metallisierungshöhe kann das Metallisierungsverhältnis erhöht werden. Das Metallisierungsverhältnis in dem Hauptspurteil 111 der Elektrodenstruktur ist die Beziehung zwischen einer Fläche, die durch die bei 171 dargestellte Metallelektrode bedeckt wird, und der gesamten verfügbaren Fläche. In dem Hauptteil 111 beträgt das Metallisierungsverhältnis Eta, η, etwa 0,5 bei einer Ausführungsform. In den Fallengebieten ist das Metallisierungsverhältnis insofern erhöht, dass die Elektrode in dem Fallengebiet eine erhöhte Breite entlang der Longitudinalrichtung 102 aufweist. Der Endteil eines Fingers kann eine Hammerkopfgestaltung aufweisen, wie bei 173 dargestellt ist. Das Metallisierungsverhältnis in dem Fallengebiet ist die Beziehung zwischen der Fläche, die durch die Metallisierung bedeckt wird, wie etwa 173, und der verfügbaren Fläche. Das Metallisierungsverhältnis in dem Fallengebiet ist im Vergleich zu dem Spurgebiet erhöht, jedoch ist es im Vergleich zu dem Metallisierungsverhältnis in dem Fallengebiet eines herkömmlichen Resonators (3 und 4) reduziert. Auf eine ähnliche Weise ist das Metallisierungsverhältnis in dem Barrieregebiet das Verhältnis zwischen Flächen, die durch die Metallisierung bedeckt sind, wie etwa 176, und der verfügbaren Fläche. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Barrieregebiet 113a, 113b auch mit einer Schicht eines dielektrischen Materials 161, 162 bedeckt sein, um die Barrieregeschwindigkeit zu beeinflussen. Die dielektrische Schicht kann aus Hafniumoxid gefertigt sein, das ein Material mit einer relativ niedrigen akustischen Geschwindigkeit ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Barrieregeschwindigkeit um eines oder mehrere der unten erwähnten Merkmale reduziert:

- Erhöhen der Metallisierungshöhe in dem Barrieregebiet im Vergleich zu der Metallisierungshöhe in dem Spurgebiet zwischen 15 % und 30 %, bevorzugt zwischen 20 % und 25 %.
- Erhöhen des Metallisierungsverhältnisses Eta in dem Barrieregebiet im Vergleich zu dem Metallisierungsverhältnis Eta in dem Hauptspurgebiet um 15 % bis 40 %, bevorzugt 25 % bis 30 %.
- Bilden einer Schicht aus Hafniumdioxid (HfO₂) 161, 162 in dem Barrieregebiet einer Dicke zwischen 10 % bis 25 %, bevorzugt 15 % bis 20 %, der Metallisierungshöhe in dem Barrieregebiet.

In dem Spurgebiet können die Spurfingerteile ein Rastermaß von etwa 2,7 µm aufweisen. Das Metallisierungsverhältnis Eta in dem Spurgebiet kann zwischen 0,3 und 0,7, bevorzugt zwischen 0,4 und 0,6, liegen. Die Metallisierungshöhe in dem Spurgebiet kann zwischen 6 % und 15 %, bevorzugt zwischen 8 % und 11 %, der Wellenlänge der Hauptmode liegen. Wie in 2 gezeigt, ist die Metallisierungshöhe des Barriereteils 233a höher als die Metallisierungshöhe in dem Spurteil 231. Die Metallisierungshöhe des Fallenteils 232a, 232b kann auch im Vergleich zu der Spurgebiethöhe 231 erhöht werden.
Schlussfolgernd reduziert eine Reduzierung einer relativen Barrieregeschwindigkeit, die auch eine Reduzierung der relativen Fallengeschwindigkeit im Vergleich zu einer herkömmlichen Piston-Mode-Gestaltung erfordert, die Störmodenkopplung in den Fallenteilen einer Elektrodenanordnung eines SAW-Resonators, während die Transversalmodenunterdrückung in dem Spurgebiet im Wesentlichen beibehalten wird. Die entsprechenden Geschwindigkeiten von Barriere und Falle können durch das Metallisierungsverhältnis und/oder die Metallisierungshöhe der entsprechenden Elektrodenteile und/oder die Anordnung einer dielektrischen Schicht in den entsprechenden Elektrodenteilen gewählt werden.
Es wird dem Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen oder dem Schutzumfang der Offenbarung, wie in den angehängten Ansprüchen dargelegt, abzuweichen. Da Modifikationen, Kombinationen, Unterkombinationen und Variationen der offenbarten Ausführungsformen, die das Wesen und den Kerngedanken der Offenbarung einbeziehen, dem Fachmann ersichtlich sein können, sollte die Offenbarung so ausgelegt werden, dass sie alles innerhalb des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche einschließt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9257960 B2 [0005]
DE 102018109346 [0005, 0007]

Claims

Elektroakustischer Resonator, der umfasst: - ein piezoelektrisches Material (103, 210); - eine auf dem Material angeordnete Elektrodenanordnung (140, 150), wobei die Elektrodenanordnung umfasst: - einen Hauptspurteil (111), wobei der Hauptspurteil dazu konfiguriert ist, akustische Wellen in dem Hauptspurteil mit einer durch Vspur repräsentierten Wellengeschwindigkeit auszubilden; - Fallenteile (112a, 112b), die angrenzend an den Hauptspurteil angeordnet sind, wobei die Fallenteile dazu konfiguriert sind, akustische Wellen in den Fallenteilen mit einer durch Vfalle repräsentierten Wellengeschwindigkeit auszubilden; und - Barriereteile (113a, 113b), die angrenzend an die Fallenteile angeordnet sind, wobei die Barriereteile dazu konfiguriert sind, akustische Wellen in den Barriereteilen mit einer durch Vbarriere repräsentierten Wellengeschwindigkeit auszubilden; und wobei die Wellengeschwindigkeiten gemäß der folgenden Bedingung ausgewählt werden: $4,0 % < abs (Vbarriere - Vspur) / Vspur < 8,5 % .$
Elektroakustischer Resonator nach Anspruch 1, wobei die Wellengeschwindigkeiten ferner gemäß der folgenden Bedingung ausgewählt werden: $1,4 % < abs (Vspur - Vfalle) / Vfalle < 3,1% .$
Elektroakustischer Resonator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrodenanordnung eine erste (140) und eine zweite (150) Elektrode umfasst, wobei jede Elektrode verschränkte Finger (142, 152) umfasst, die mit einer Sammelschiene (141, 151) verbunden sind, wobei jeder Finger einen Hauptspurteil (1521, 1421), Fallenteile (1522a, 1522b, 1422a, 1422b), die mit dem Hauptspurteil verbunden sind, und Barriereteile (1423a, 1423b, 1523a, 1523b), die zwischen einem der Fallenteile und einer der Sammelschienen angeordnet sind, umfasst.
Elektroakustischer Resonator nach Anspruch 3, wobei die Metallisierungshöhe (232a, 232b) der Fallenteile (1522a, 1522b, 1422a, 1422b) der verschränkten Finger größer als die Metallisierungshöhe (231) des Hauptspurteils (1521, 1421) der verschränkten Finger ist.
Elektroakustischer Resonator nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Metallisierungshöhe (233a) innerer Barriereteile (1423a, 1523a) der verschränkten Finger größer als die Metallisierungshöhe (231) des Hauptspurteils (1521, 1421) der verschränkten Finger ist.
Elektroakustischer Resonator nach Anspruch 5, wobei die Metallisierungshöhe (233a) der inneren Barriereteile (1423a, 1523a) der verschränkten Finger zwischen 15 % und 30 % größer oder bevorzugt zwischen 20 % und 25 % größer als die Metallisierungshöhe (231) des Hauptspurteils der verschränkten Finger ist.
Elektroakustischer Resonator nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das Metallisierungsverhältnis der Barriereteile (113a, 113b) der Elektrodenanordnung größer als das Metallisierungsverhältnis des Hauptspurteils (111) der Elektrodenanordnung ist.
Elektroakustischer Resonator nach Anspruch 7, wobei das Metallisierungsverhältnis der Barriereteile (113a, 113b) der Elektrodenanordnung zwischen 15 % und 40 % größer oder bevorzugt zwischen 25 % und 30 % größer als das Metallisierungsverhältnis des Hauptspurteils (111) der Elektrodenanordnung ist.
Elektroakustischer Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Barriereteile (113a, 113b) der Elektrodenanordnung mit einem dielektrischen Material (161, 162) bedeckt sind.
Elektroakustischer Resonator nach Anspruch 9, wobei das dielektrische Material (161, 162) eine Schicht aus Hafniumoxid mit einer Höhe zwischen 10 % bis 25 % oder bevorzugt zwischen 15 % bis 20 % der Metallisierungshöhe der Spurteile der Elektroden umfasst.
Elektroakustischer Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei - das piezoelektrische Material durch ein Volumensubstrat aus Lithiumniobat mit gedrehtem XY-Schnitt mit einem Schnittwinkel zwischen 165° und 175°, bevorzugt bei 170°, bereitgestellt ist; - die Metallisierungshöhe einer Metallschicht des Hauptspurteils (111) der Elektrodenanordnung in dem Bereich von 6 % bis 15 % der Wellenlänge der Hauptmode oder bevorzugt 8 % bis 11 % der Wellenlänge der Hauptmode liegt; - das Metallisierungsverhältnis der Metallschicht des Hauptspurteils (111) in dem Bereich von 0,3 bis 0,7 oder bevorzugt 0,4 bis 0,6, liegt; - wobei der Barriereteil eine Metallschicht umfasst, die eines oder mehrere von Folgendem aufweist: - eine Zunahme des Metallisierungsverhältnisses der Metallschicht des Barriereteils (113a, 113b) um 15 % bis 40 % im Vergleich zu dem Hauptspurteil (111); - eine Zunahme der Metallisierungshöhe der Metallschicht des Barriereteils (113a, 113b) um 15 % bis 30 % im Vergleich zu dem Hauptspurteil (111); und - eine Schicht aus Hafniumoxid (161, 162), die auf der Metallschicht des Barriereteils (113a, 113b) einer Höhe von 10 % bis 25 % der Metallisierungshöhe der Metallschicht in dem Hauptspurteil (111) angeordnet ist.
Elektroakustischer Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das piezoelektrische Material ein Volumensubstrat oder ein geschichtetes System umfasst, das einen Dünnfilm aus einem piezoelektrischen Material auf einem Trägersubstrat angeordnet umfasst, wobei die Elektrodenanordnung auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist.
Elektroakustischer Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Elektrodenanordnung (140, 150) auf dem piezoelektrischen Material (103, 210) angeordnet ist und eine dielektrische Schicht auf der Elektrodenanordnung angeordnet ist, die einen Temperaturkoeffizienten verschieden von oder entgegengesetzt zu dem Temperaturkoeffizienten des piezoelektrischen Materials aufweist.