DE102022113663A1

DE102022113663A1 - Transversal angeregte akustische filmvolumenresonatoren mit geringem verlust und filter

Info

Publication number: DE102022113663A1
Application number: DE102022113663.9A
Authority: DE
Inventors: Bryant Garcia; Greg Dyer
Original assignee: Resonant Inc
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-06-03
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2022-12-08
Also published as: JP2022186631A; CN115441847A; JP7416126B2

Abstract

Eine akustische Resonatorvorrichtung umfasst eine Membran, die einen Teil der piezoelektrischen Platte enthält, der einen Hohlraum in einem Substrat überspannt. Eine Leiterstruktur auf einer Oberfläche der piezoelektrischen Platte umfasst einen Interdigitalwandler (IDT) mit einer ersten Sammelschiene, einer zweiten Sammelschiene und einer Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern, wobei sich die Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern abwechselnd von der ersten und der zweiten Sammelschiene erstrecken und Teile der Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern auf der Membran überlappen. Die Leiterstruktur umfasst auch ein erstes und zweites Reflektorelement auf der Membran in der Nähe und parallel zu einem ersten Finger der Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern und ein drittes und viertes Reflektorelement auf der Membran in der Nähe und parallel zu einem letzten Finger der Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern.

Description

HINWEIS AUF URHEBERRECHTE UND HANDELSAUFMACHUNG
Ein Teil der Offenbarung dieser Patentschrift enthält Material, das dem Urheberrechtsschutz unterliegt. Diese Patentschrift kann Gegenstände zeigen und/oder beschreiben, die Handelsaufmachung des Inhabers ist oder werden kann. Der Inhaber des Urheberrechts und der Handelsaufmachung hat keine Einwände gegen die Faksimile-Reproduktion der Patentoffenbarung, wie sie in den Patentakten oder -aufzeichnungen des Patent- und Markenamts erscheint, durch jedermann, behält sich aber ansonsten alle Rechte am Urheberrecht und Handelsaufmachung vor.
INFORMATION ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Dieses Patent beansprucht Priorität der vorläufigen Patentanmeldung 63/196,645, eingereicht am 3. Juni 2021, mit dem Titel XBAR-N79-FILTERGITTERELEMENTE (XBAR N79 FILTER GRATING ELEMENTS). Dieses Patent ist auch eine Teilfortsetzung der Anmeldung 17/229,767, eingereicht am 13. April 2021, mit dem Titel KLEINE TRANSVERSAL ANGEREGTE AKUSTISCHE FILMVOLUMENRESONATOREN MIT VERBESSERTEM Q-FAKTOR (SMALL TRANSVERSLEY-EXCITED FILM BULK ACOUSTIC RESONATORS WITH ENHANCED Q-FACTOR), die Priorität der folgenden vorläufigen Patentanmeldungen beansprucht: Anmeldung Nr. 63/012,849, eingereicht am 20. April 2020, mit dem Titel KLEINE XBAR-RESONATOREN MIT HOHEM Q-FAKTOR (SMALL HIGH Q XBAR RESONATORS); Anmeldung Nr. 63/066,520, eingereicht am 17. August 2020, mit dem Titel KLEINE REFLEKTOREN ZUR VERBESSERUNG DES XBAR-VERLUSTS (SMALL REFLECTORS TO IMPROVE XBAR LOSS); und Anmeldung Nr. 63/074,991, eingereicht am 4. September 2020, mit dem Titel KLEINE REFLEKTOREN ZUR VERBESSERUNG DER LEISTUNG VON TRANSVERSAL ANGEREGTEN AKUSTISCHEN FILMVOLUMENRESONATOREN BEI EINER BESTIMMTEN FREQUENZ (SMALL REFLECTORS TO IMPROVE PERFORMANCE OF TRANSVERSELY-EXCITED FILM BUILK ACOUSTIC RESONATORS AT A SPECIFIED FREQUENCY). Alle diese Anmeldungen werden hier durch Bezugnahme aufgenommen.
HINTERGRUND
Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich auf Hochfrequenzfilter, die akustische Wellenresonatoren verwenden, und insbesondere auf Filter zur Verwendung in Kommunikationsausrüstung.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Ein Hochfrequenzfilter (HF-Filter) ist ein Zwei-Port-Gerät, das so eingerichtet ist, dass es einige Frequenzen durchlässt und andere Frequenzen sperrt, wobei „Durchlassen“ Übertragen mit relativ geringem Signalverlust bedeutet und „Sperren“ Blockieren oder wesentliches Dämpfen bedeutet. Der Bereich der von einem Filter durchgelassenen Frequenzen wird als „Durchlassband“ des Filters bezeichnet. Der Bereich der von einem solchen Filter gesperrten Frequenzen wird als „Sperrband“ des Filters bezeichnet. Ein typisches HF-Filter hat mindestens ein Durchlassband und mindestens ein Sperrband. Spezifische Anforderungen an ein Durchlass- oder Sperrband hängen von der Anwendung ab. Zum Beispiel kann ein „Durchlassband“ als ein Frequenzbereich definiert werden, in dem die Einfügungsdämpfung eines Filters besser als ein definierter Wert wie 1 dB, 2 dB oder 3 dB ist. Ein „Sperrband“ kann als ein Frequenzbereich definiert werden, in dem die Unterdrückung eines Filters je nach Anwendung größer als ein definierter Wert wie 20 dB, 30 dB, 40 dB oder mehr ist.
HF-Filter werden in Kommunikationssystemen verwendet, in denen Informationen über drahtlose Verbindungen übertragen werden. HF-Filter finden sich beispielsweise in den HF-Frontends von Mobilfunk-Basisstationen, Mobiltelefonen und Computergeräten, Satellitentransceivern und Bodenstationen, IoT-Geräten (Internet der Dinge), Laptops und Tablets, Festpunktfunkverbindungen und anderen Kommunikationssystemen. HF-Filter werden auch in Radar- und elektronischen und informationstechnischen Kriegsführungssystemen eingesetzt.
HF-Filter erfordern in der Regel viele Design-Kompromisse, um für jede spezifische Anwendung den besten Kompromiss zwischen Leistungsparametern wie Einfügungsdämpfung, Unterdrückung, Isolierung, Belastbarkeit, Linearität, Größe und Kosten zu erzielen. Spezifische Design- und Fertigungsmethoden und -verbesserungen können gleichzeitig einer oder mehreren dieser Anforderungen zugutekommen.
Leistungsverbesserungen an den HF-Filtern in einem Drahtlossystem können sich auf die Systemleistung auf breiter Front auswirken. Verbesserungen bei HF-Filtern können genutzt werden, um die Systemleistungsverbesserungen vorzusehen, wie z. B. größere Zellen, längere Batterielebensdauer, höhere Datenraten, größere Netzwerkkapazität, niedrigere Kosten, verbesserte Sicherheit, höhere Zuverlässigkeit usw. Diese Verbesserungen können auf vielen Ebenen des Drahtlossystems sowohl einzeln als auch in Kombination realisiert werden, wie zum Beispiel auf der Ebene des HF-Moduls, des HF-Transceivers, des mobilen oder festen Subsystems oder des Netzwerks.
Hochleistungs-HF-Filter für aktuelle Kommunikationssysteme enthalten üblicherweise akustische Wellenresonatoren, einschließlich akustische Oberflächenwellenresonatoren (Surface Acoustic Wave Resonator, SAW-Resonator), akustische Volumenwellenresonatoren (Bulk Acoustic Wave Resonator, BAW-Resonator), akustische Filmvolumenwellenresonatoren (Film Bulk Acoustic Wave Resonator, FBAR-Resonator) und andere Arten von akustischen Resonatoren. Diese bestehenden Technologien sind jedoch nicht gut für den Einsatz bei den höheren Frequenzen und Bandbreiten geeignet, die für zukünftige Kommunikationsnetze vorgeschlagen werden.
Der Wunsch nach größeren Kommunikationskanalbandbreiten führt unweigerlich zur Nutzung höherer Frequenzkommunikationsbänder. Die Funkzugangstechnologie für Mobilfunknetze wurde von der 3GPP (3rd Generation Partnership Project) standardisiert. Die Funkzugangstechnologie für Mobilfunknetze der 5. Generation (5G) ist im Standard 5G NR (New Radio) definiert. Der 5G NR-Standard definiert mehrere neue Kommunikationsbänder. Zwei dieser neuen Kommunikationsbänder sind n77, das den Frequenzbereich von 3300 MHz bis 4200 MHz nutzt, und n79, das den Frequenzbereich von 4400 MHz bis 5000 MHz nutzt. Sowohl das Band n77 als auch das Band n79 verwenden das Zeitduplexverfahren (TDD), so dass ein Kommunikationsgerät, das im Band n77 und/oder Band n79 arbeitet, dieselben Frequenzen für Uplink- und Downlink-Übertragungen verwendet. Die Bandpassfilter für die Bänder n77 und n79 müssen in der Lage sein, die Sendeleistung des Kommunikationsgeräts zu verarbeiten. WiFi-Bänder bei 5 GHz und 6 GHz erfordern ebenfalls eine hohe Frequenz und große Bandbreite. Der 5G NR-Standard definiert auch Millimeterwellen-Kommunikationsbänder mit Frequenzen zwischen 24,25 GHz und 40 GHz.
Der transversal angeregte akustische Filmvolumenresonator (XBAR) ist eine Struktur eines akustischen Resonators zur Verwendung bei Mikrowellenfiltern. Der XBAR ist im Patent US 10,491,291 mit dem Titel TRANSVERSAL ANGEREGTER AKUSTISCHER FILMVOLUMENRESONATOR (TRANSVERSELY EXCITED FILM BULK ACOUSTIC RESONATOR) beschrieben. Ein XBAR-Resonator umfasst einen Interdigitalwandler (Interdigital Transducer, IDT), der auf einer dünnen schwimmenden Schicht oder Membran aus einem einkristallinen piezoelektrischen Material gebildet ist. Der IDT enthält einen ersten Satz paralleler Finger, die sich von einer ersten Sammelschiene erstrecken, und einen zweiten Satz paralleler Finger, die sich von einer zweiten Sammelschiene erstrecken. Der erste und der zweite Satz von parallelen Fingern sind ineinander verschachtelt. Ein an den IDT angelegtes Mikrowellensignal regt eine primäre akustische Scherwelle in der piezoelektrischen Membran an. XBAR-Resonatoren bieten eine sehr hohe elektromechanische Kopplung und Hochfrequenzfähigkeit. XBAR-Resonatoren können in einer Vielzahl von HF-Filtern eingesetzt werden, darunter Bandsperrfilter, Bandpassfilter, Duplexer und Multiplexer. XBAR sind gut geeignet zur Verwendung in Filtern für Kommunikationsbänder mit Frequenzen über 3 GHz.
Figurenliste

1 enthält eine schematische Draufsicht, zwei schematische Querschnittsansichten und eine Detailansicht eines transversal angeregten akustischen Filmvolumenresonators (XBAR).
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Bandpassfilters mit akustischen Resonatoren.
3 ist ein Diagramm der Beziehungen zwischen dem Q-Faktor eines XBAR und der Anzahl von Fingern im Interdigitalwandler (IDT) des XBAR.
4 ist eine schematische Draufsicht auf einen IDT mit Reflektorelementen.
5 ist eine schematische Draufsicht auf einen anderen IDT mit Reflektorelementen.
6 ist ein Diagramm, in dem der normalisierte Q-Faktor eines XBAR mit und ohne Reflektorelemente bei der Resonanzfrequenz verglichen wird.
7 ist ein Diagramm, in dem der normalisierte Q-Faktor eines XBAR mit und ohne Reflektorelemente bei der Antiresonanzfrequenz verglichen wird.
8 ist ein Diagramm, das den relativen Q-Faktor als Funktion des Abstands der Reflektorelemente und der Marke für einen repräsentativen XBAR bei einer Frequenz von 5150 MHz zeigt.
9 ist ein Diagramm, das den relativen Q-Faktor als Funktion der Frequenz und der Marke der Reflektorelemente für einen XBAR mit zwei Reflektorelementen an jedem Ende zeigt.
10 ist ein Diagramm, das den relativen Q-Faktor als Funktion der Frequenz und der Marke der Reflektorelemente für einen XBAR mit einem Reflektorelement an jedem Ende zeigt.
11 ist ein Diagramm, das den relativen Q-Faktor als Funktion der Frequenz und der Marke der Reflektorelemente für einen XBAR mit fünf Reflektorelementen an jedem Ende zeigt.
12 ist ein Diagramm, in dem die Leistung von zwei Bandpassfiltern mit XBAR mit und ohne Reflektorelemente verglichen wird.
13 ist eine schematische Draufsicht auf einen anderen IDT mit Reflektorelementen.
14A und 14B sind Diagramme, in denen die Leistung von Bandpassfiltern mit XBAR mit und ohne Reflektorelemente verglichen werden.
15 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines XBAR oder eines Filters unter Verwendung von XBAR.

In dieser Beschreibung werden Elementen, die in Zeichnungen erscheinen, drei- oder vierstellige Bezugsbezeichner zugewiesen, wobei die beiden niedrigstwertigen Ziffern für das Element spezifisch sind und die ein oder zwei höchstwertigen Ziffern die Zeichnungsnummer sind, bei der das Element zuerst eingeführt wird. Bei einem Element, das nicht in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben wird, kann davon ausgegangen werden, dass es dieselben Merkmale und dieselbe Funktion wie ein zuvor beschriebenes Element mit demselben Bezugsbezeichner hat.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Vorrichtungsbeschreibung
1 zeigt eine vereinfachte schematische Draufsicht und orthogonale Querschnittsansichten eines XBAR 100. XBAR-Resonatoren wie der Resonator 100 können in einer Vielfalt von HF-Filtern verwendet werden, darunter Bandsperrfilter, Bandpassfilter, Duplexer und Multiplexer.
Der XBAR 100 besteht aus einer Dünnfilm-Leiterstruktur, das auf einer Oberfläche einer piezoelektrischen Platte 110 mit parallelen Vorder- und Rückflächen 112 bzw. 114 gebildet wird. Die piezoelektrische Platte ist eine dünne einkristalline Schicht aus einem piezoelektrischen Material wie Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Lanthangalliumsilikat, Galliumnitrid oder Aluminiumnitrid. Die piezoelektrische Platte wird so geschnitten, dass die Orientierung der X-, Y- und Z-Kristallachsen in Bezug auf die Vorder- und Rückfläche bekannt und konsistent ist. Die piezoelektrische Platte kann Z-geschnitten sein, d. h. die Z-Achse steht senkrecht zu der Vorder- und Rückfläche. Die piezoelektrische Platte kann gedreht Z-geschnitten oder gedreht YX-geschnitten sein. XBAR können auf piezoelektrischen Platten mit anderen kristallographischen Ausrichtungen hergestellt werden.
Die Rückfläche 114 der piezoelektrischen Platte 110 ist an einer Fläche eines Substrats 120 angebracht, mit Ausnahme eines Bereichs der piezoelektrischen Platte 110, der eine Membran 115 bildet, die einen im Substrat gebildeten Hohlraum 140 überspannt. Der Bereich der piezoelektrischen Platte, der den Hohlraum überspannt, wird hier aufgrund seiner physikalischen Ähnlichkeit mit der Membran eines Mikrophons als „Membran“ 115 bezeichnet. Wie in 1 gezeigt, grenzt die Membran 115 an den Rest der piezoelektrischen Platte 110 um den gesamten Umfang 145 des Hohlraums 140 an. In diesem Zusammenhang bedeutet „angrenzend“ „durchgehend verbunden ohne ein dazwischenliegendes Element“. In anderen Konfigurationen kann die Membran 115 um mindestens 50 % des Umfangs 145 des Hohlraums 140 an die piezoelektrische Platte angrenzen.
Das Substrat 120 bietet eine mechanische Unterstützung für die piezoelektrische Platte 110. Das Substrat 120 kann zum Beispiel aus Silizium, Saphir, Quarz oder einem anderen Material oder einer Kombination von Materialien bestehen. Die Rückfläche 114 der piezoelektrischen Platte 110 kann mit Hilfe eines Wafer-Bonding-Verfahrens auf das Substrat 120 gebondet werden. Alternativ kann die piezoelektrische Platte 110 auf dem Substrat 120 aufgewachsen oder auf andere Weise auf dem Substrat angebracht werden. Die piezoelektrische Platte 110 kann direkt auf dem Substrat oder über eine oder mehrere Materialzwischenschichten (in 1 nicht gezeigt) auf dem Substrat 120 angebracht werden.
„Hohlraum" hat die herkömmliche Bedeutung von „einem leeren Raum innerhalb eines festen Körpers“. Der Hohlraum 140 kann ein Loch sein, das vollständig durch das Substrat 120 geht (wie in Abschnitt A-A und Abschnitt B-B gezeigt), oder eine Aussparung im Substrat 120 unter der Membran 115. Der Hohlraum 140 kann zum Beispiel durch selektives Ätzen des Substrats 120 vor oder nach dem Anbringen der piezoelektrischen Platte 110 und des Substrats 120 gebildet werden.
Die Leiterstruktur des XBAR 100 enthält einen Interdigitalwandler (IDT) 130. Der IDT 130 umfasst eine erste Vielzahl von parallelen Fingern, wie z. B. Finger 136, die sich von einer ersten Sammelschiene 132 erstrecken, und eine zweite Vielzahl von Fingern, die sich von einer zweiten Sammelschiene 134 erstrecken. Der Begriff „Sammelschiene“ bezeichnet einen Leiter, von dem aus sich die Finger eines IDT erstrecken. Die erste und zweite Vielzahl von parallelen Fingern sind ineinander verschachtelt. Die ineinander verschachtelten Finger überlappen über eine Distanz AP, die allgemein als „Apertur“ des IDT bezeichnet wird. Der Mitte-zu-Mitte-Abstand L zwischen den äußersten Fingern des IDT 130 ist die „Länge“ des IDT.
Die erste und zweite Sammelschiene 132, 134 dienen als Anschlüsse des XBAR 100. Ein Hochfrequenz- oder Mikrowellensignal, das zwischen den beiden Sammelschienen 132, 134 des IDT 130 angelegt wird, regt eine primäre akustische Mode innerhalb der piezoelektrischen Platte 110 an. Die primäre akustische Mode ist eine Volumen-Schermode, bei der sich akustische Energie entlang einer Richtung ausbreitet, die im Wesentlichen orthogonal zur Oberfläche der piezoelektrischen Platte 110 verläuft, die auch senkrecht bzw. quer zur Richtung des von den IDT-Fingern erzeugten elektrischen Feldes verläuft. Daher wird der XBAR als transversal angeregter Filmvolumenwellenresonator betrachtet.
Der IDT 130 ist auf der piezoelektrischen Platte 110 so positioniert, dass zumindest die Finger des IDT 130 auf der Membran 115 angeordnet sind, die den Hohlraum 140 überspannt oder darüber aufgehängt ist. Wie in 1 gezeigt, weist der Hohlraum 140 eine rechteckige Form mit einer Ausdehnung auf, die größer ist als die Apertur AP und Länge L des IDT 130. Ein Hohlraum eines XBAR kann eine andere Form aufweisen, wie z. B. ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Vieleck. Der Hohlraum eines XBAR kann mehr oder weniger als vier Seiten aufweisen, die gerade oder gekrümmt sein können.
Zur Vereinfachung der Darstellung in 1 ist der geometrische Abstand und die geometrische Breite der IDT-Finger in Bezug auf die Länge (Dimension L) und Apertur (Dimension AP) des XBAR stark übertrieben. Ein typischer XBAR hat mehr als zehn parallele Finger im IDT 130. Ein XBAR kann Hunderte, möglicherweise Tausende, parallele Fingern im IDT 130 aufweisen. Ebenso sind die Dicken der IDT-Finger und der piezoelektrischen Platte in den Querschnittsansichten stark übertrieben dargestellt.
Bezug nehmend auf die detaillierte schematische Querschnittsansicht kann eine vorderseitige dielektrische Schicht 150 optional auf der Vorderseite der piezoelektrischen Platte 110 gebildet werden. Die „Vorderseite“ des XBAR ist per Definition die vom Substrat abgewandte Fläche. Die vorderseitige dielektrische Schicht 150 kann nur zwischen den IDT-Fingern (z. B. IDT-Finger 138b) gebildet werden oder als Deckschicht aufgebracht werden, so dass die dielektrische Schicht sowohl zwischen als auch über den IDT-Fingern (z. B. IDT-Finger 138a) gebildet wird. Die vorderseitige dielektrische Schicht 150 kann ein nichtpiezoelektrisches dielektrisches Material sein, wie z. B. Siliziumdioxid, Aluminium oder Siliziumnitrid. Eine Dicke der vorderseitigen piezoelektrischen Schicht 150 ist typischerweise kleiner als ein Drittel der Dicke der piezoelektrischen Platte 110. Die vorderseitige dielektrische Schicht 150 kann aus mehreren Schichten von zwei oder mehr Materialien gebildet werden. Bei einigen Anwendungen kann eine rückseitige dielektrische Schicht (nicht gezeigt) auf der Rückseite der dielektrischen Platte 110 gebildet werden.
Die IDT-Finger 138a und 138b können aus einer oder mehreren Schichten aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung, Beryllium, Gold, Wolfram, Molybdän, Chrom, Titan oder einem anderen leitfähigen Material bestehen. Die IDT-Finger werden als „im Wesentlichen aus Aluminium“ betrachtet, wenn sie aus Aluminium oder einer Legierung mit mindestens 50 % Aluminium bestehen. Die IDT-Finger werden als „im Wesentlichen aus Kupfer“ betrachtet, wenn sie aus Kupfer oder einer Legierung mit mindestens 50 % Kupfer bestehen. Dünne (im Verhältnis zur Gesamtdicke der Leiter) Schichten aus Metallen, wie z. B. Chrom oder Titan, können unter und/oder über und/oder als Schichten innerhalb der Finger gebildet werden, um die Haftung zwischen den Fingern und der piezoelektrischen Platte 110 zu verbessern und/oder die Finger zu passivieren oder zu verkapseln und/oder die Leistungsaufnahme zu verbessern. Die Sammelschienen (132, 134 in 1) des IDT können aus den gleichen oder anderen Materialien wie die Finger bestehen.
Dimension p ist der Mitte-zu-Mitte-Abstand oder „Abstand“ („Pitch“) der IDT-Finger, die als der Abstand des IDT und/oder als der Abstand des XBAR bezeichnet werden kann. Dimension m ist die Breite oder „Marke“ („Mark“) der IDT-Finger. In einigen Ausführungsformen kann der Abstand und/oder die Marke der IDT-Finger über die Länge des IDT leicht variieren. In solchen Fällen sind die Dimensionen p und m der Durchschnitt des Abstands bzw. der Marke. Die Geometrie des IDT eines XBAR unterscheidet sich wesentlich von den in Oberflächenwellenresonatoren (Surface Acoustic Wave Resonatoren, SAW-Resonatoren) verwendeten IDT. In einem SAW-Resonator beträgt der Abstand des IDT die Hälfte der akustischen Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz. Darüber hinaus liegt das Marke-zu-Abstand-Verhältnis eines SAW-Resonator-IDT typischerweise nahe 0,5 (d. h. die Marke oder Fingerbreite beträgt etwa ein Viertel der akustischen Wellenlänge bei Resonanzfrequenz). Bei einem XBAR kann der Abstand p des IDT das 2- bis 20-Fache der Breite w der Finger sein. Der Abstand p ist typischerweise das 3,3- bis 5-Fache der Breite w der Finger. Darüber hinaus kann der Abstand p des IDT typischerweise das 2- bis 20-Fache der Dicke der piezoelektrischen Platte 210 sein. Der Abstand p des IDT ist typischerweise das 5- bis 12,5-Fache der Dicke der piezoelektrischen Platte 210. Die Breite m der IDT-Finger in einem XBAR ist nicht auf etwa ein Viertel der akustischen Wellenlänge bei Resonanz beschränkt. Beispielsweise kann die Breite der XBAR-IDT-Finger 500 nm oder mehr betragen, so dass der IDT ohne Weiteres mittels optischer Lithographie hergestellt werden kann. Die Dicke der IDT-Finger kann von 100 nm bis etwa gleich der Breite m betragen. Die Dicke der Sammelschienen (132, 134) des IDT kann gleich oder größer als die Dicke tm der IDT-Finger sein.
2 ist ein schematischer Schaltplan und Layout für ein Hochfrequenz-Bandpassfilter 200 mit XBAR. Das Filter 200 hat eine herkömmliche Leiterfilterarchitektur mit drei Serienresonatoren 210A, 210B, 210C und zwei Shunt-Resonatoren 220A, 220B. Die drei Serienresonatoren 210A, 210B und 210C sind zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss in Reihe geschaltet (daher der Begriff „Serienresonator“). In 2 sind der erste und der zweite Anschluss mit „In“ bzw. „Out“ beschriftet. Das Filter 200 ist jedoch bidirektional und jeder Anschluss kann als Eingang oder Ausgang des Filters dienen. Die beiden Shunt-Resonatoren 220A, 220B sind von den Knoten zwischen den Serienresonatoren an Masse geschaltet. Ein Filter kann zusätzliche reaktive Komponenten enthalten, wie Kapazitäten und Induktivitäten, die in 2 nicht gezeigt sind. Alle Shunt-Resonatoren und Serienresonatoren sind XBAR. Die Einbeziehung von drei Serien- und zwei Shunt-Resonatoren ist beispielhaft. Ein Filter kann mehr oder weniger als fünf Gesamtresonatoren, mehr oder weniger als drei Serienresonatoren und mehr oder weniger als zwei Shunt-Resonatoren aufweisen. Typischerweise sind alle Serienresonatoren in Reihe zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Filters geschaltet. Alle Shunt-Resonatoren sind typischerweise zwischen Masse und dem Eingang, dem Ausgang oder einem Knoten zwischen zwei Serienresonatoren geschaltet.
In dem beispielhaften Filter 200 sind die drei Serienresonatoren 210A, B, C und die beiden Shunt-Resonatoren 220A, B des Filters 200 auf einer einzigen Platte 230 aus piezoelektrischem Material gebildet, die an ein Siliziumsubstrat (nicht sichtbar) gebondet ist. Bei einigen Filtern können die Serienresonatoren und Shunt-Resonatoren auf verschiedenen Platten aus piezoelektrischem Material gebildet sein. Jeder Resonator enthält einen entsprechenden IDT (nicht gezeigt), wobei zumindest die Finger des IDT über einem Hohlraum im Substrat angeordnet sind. In diesem und ähnlichen Zusammenhängen bedeutet der Begriff „jeweils“ „zueinander in Beziehung stehend“, d. h. mit einer Eins-zu-Eins-Entsprechung. In 2 sind die Hohlräume schematisch als gestrichelte Rechtecke (z. B. das Rechteck 235) dargestellt. In diesem Beispiel ist jedes IDT über einem entsprechenden Hohlraum angeordnet. In anderen Filtern können die IDT von zwei oder mehr Resonatoren über einem einzigen Hohlraum angeordnet sein.
Jeder der Resonatoren 21 0A, 210B, 210C, 220A, 220B in dem Filter 200 weist eine Resonanz auf, bei der die Admittanz des Resonators sehr hoch ist, und eine Antiresonanz, bei der die Admittanz des Resonators sehr niedrig ist. Die Resonanz und die Antiresonanz treten bei einer Resonanzfrequenz bzw. einer Antiresonanzfrequenz auf, die für die verschiedenen Resonatoren im Filter 200 gleich oder unterschiedlich sein können. Stark vereinfacht kann jeder Resonator bei seiner Resonanzfrequenz als Kurzschluss und bei seiner Antiresonanzfrequenz als offener Stromkreis betrachtet werden. Die Eingangs-Ausgangs-Übertragungsfunktion wird bei den Resonanzfrequenzen der Shunt-Resonatoren und bei den Antiresonanzfrequenzen der Serienresonatoren nahe Null sein. In einem typischen Filter liegen die Resonanzfrequenzen der Shunt-Resonatoren unterhalb des unteren Randes des Durchlassbandes des Filters und die Antiresonanzfrequenzen der Serienresonatoren liegen oberhalb des oberen Randes des Durchlassbandes. Bei einigen Filtern kann eine vorderseitige dielektrische Schicht (auch „Frequenzeinstellschicht“ genannt), dargestellt durch das gestrichelte Rechteck 270, auf den Shunt-Resonatoren gebildet sein, um die Resonanzfrequenzen der Shunt-Resonatoren im Verhältnis zu den Resonanzfrequenzen der Serienresonatoren niedriger einzustellen.
Der Q-Faktor eines akustischen Resonators ist allgemein definiert als die während eines Zyklus des angelegten HF-Signals gespeicherte Spitzenenergie geteilt durch die während des Zyklus abgeleitete oder verlorene Gesamtenergie. Der Q-Faktor eines XBAR ist eine komplexe Funktion zahlreicher Parameter, einschließlich der Länge bzw. der Anzahl der Finger im IDT des XBAR.
Zu den möglichen Verlustmechanismen in einem akustischen Resonator gehören Widerstandsverluste in dem IDT und in anderen Leitern, viskose oder akustische Verluste in der piezoelektrischen Platte, den IDT-Fingern und anderen Materialien sowie das Entweichen akustischer Energie aus der Resonatorstruktur. Die in einem Resonator gespeicherte Spitzenenergie ist proportional zur Kapazität des Resonators. In einem XBAR-Resonator ist die Kapazität proportional zur Anzahl der IDT-Finger. Widerstandsverluste und viskose Verluste sind ebenfalls proportional zur Anzahl der IDT-Finger. Akustische Energie, die in der Querrichtung (d. h. der Richtung parallel zu den IDT-Fingern) aus dem Resonator entweicht, ist proportional zur Länge des Resonators und damit auch proportional zur Anzahl der IDT-Finger. Im Gegensatz dazu ist der Energieverlust an den Enden des IDT in der Längsrichtung (d. h. in der Richtung senkrecht zu den IDT-Fingern) unabhängig von der Anzahl der IDT-Finger in etwa konstant. Wenn die Anzahl der IDT-Finger und die in einem XBAR gespeicherte Spitzenenergie reduziert werden, wird der Verlust an akustischer Energie in der Längsrichtung zu einem immer größeren Anteil der gespeicherten Spitzenenergie.
3 ist ein Diagramm des normalisierten Q-Faktors eines repräsentativen XBAR als Funktion der Anzahl der Finger in dem IDT des XBAR. Der „normalisierte Q-Faktor“ ist der Q-Faktor des XBAR mit einer endlichen Anzahl von IDT-Fingern geteilt durch den Q-Faktor eines hypothetischen XBAR mit derselben Struktur und einer unendlichen Anzahl von IDT-Fingern. In 3 ist der normalisierte Q-Faktor als Prozentsatz des Q-Faktors des XBAR mit einer unendlichen Anzahl von IDT-Fingern quantifiziert. Die durchgezogene Kurve 310 ist eine Darstellung des normalisierten Q-Faktors bei der Resonanzfrequenz und die gestrichelte Kurve 320 ist eine Darstellung des normalisierten Q-Faktors bei der Antiresonanzfrequenz. Die Daten in 3 stammen aus Simulationen mit der Finite-Elemente-Methode.
3 zeigt, dass der normalisierte Q-Faktor eines XBAR mit einer endlichen Anzahl von IDT-Fingern weniger als 100 % beträgt, d. h. der Q-Faktor eines XBAR mit einer endlichen Anzahl von IDT-Fingern ist geringer als der Q-Faktor eines ähnlichen XBAR mit einer unendlichen Anzahl von IDT-Fingern. Obwohl in 3 nicht dargestellt, kann sich der normalisierte Q-Faktor eines XBAR bei einer sehr großen Anzahl von IDT-Fingern asymptotisch 100 % annähern. Wie zu erwarten, hängt der normalisierte Q-Faktor von der Anzahl der IDT-Finger ab. Insbesondere nimmt der normalisierte Q-Faktor für XBAR mit weniger als 20 IDT-Fingern aufgrund der zunehmenden Bedeutung des Verlusts an akustischer Energie in der Längsrichtung sprunghaft ab.
4 ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Leiterstruktur 400, die den Verlust an akustischen Energie in der Längsrichtung an den Enden eines XBAR reduziert. Die Leiterstruktur 400 umfasst einen IDT 430 und vier Reflektorelemente 462, 464, 466, 468. Der IDT 430 umfasst eine erste Sammelschiene 432, eine zweite Sammelschiene 434 und eine Vielzahl von n ineinander verschachtelten IDT-Fingern, die sich abwechselnd von der ersten und der zweiten Sammelschiene erstrecken. In diesem Beispiel ist n, die Anzahl der IDT-Finger, gleich 24. Bei anderen XBAR kann n in einem Bereich von 20 bis 100 oder mehr IDT-Fingern liegen. Der IDT-Finger 436 ist der erste Finger und der IDT-Finger 438 ist der n-te Finger. Die Nummerierung der IDT-Finger von links nach rechts (wie in 4 dargestellt) ist willkürlich, und die Bezeichnungen des ersten und des n-ten Fingers können auch umgekehrt sein.
Wie in 4 dargestellt, erstrecken sich die ungeraden IDT-Finger von der ersten Sammelschiene 432 und die geraden IDT-Finger von der zweiten Sammelschiene 434. Der IDT 430 hat eine gerade Anzahl von IDT-Fingern, so dass sich der erste und der n-te IDT-Finger 436, 438 von verschiedenen Sammelschienen erstrecken. In einigen Fällen kann ein IDT eine ungerade Anzahl von IDT-Fingern haben, so dass sich der erste und der n-te IDT-Finger und alle Reflektorelemente von derselben Sammelschiene erstrecken.
Insgesamt sind vier Reflektorelemente außerhalb des Umfangs des IDT 430 vorgesehen. Ein erstes Reflektorelement 462 befindet sich in der Nähe und parallel zum ersten IDT-Finger 436 am linken Ende des IDT 430. Ein zweites Reflektorelement 466 befindet sich in der Nähe und parallel zum n-ten IDT-Finger 438 am rechten Ende des IDT 430. Ein optionales drittes Reflektorelement 464 befindet sich parallel zum ersten Reflektorelement 462. Ein optionales viertes Reflektorelement 468 befindet sich parallel zum zweiten Reflektorelement 466.
Das erste und das dritte Reflektorelement 462, 464 erstrecken sich von der ersten Sammelschiene 432 und liegen somit auf demselben elektrischen Potenzial wie der erste IDT-Finger 436. In ähnlicher Weise erstrecken sich das zweite und das vierte Reflektorelement 466 und 468 von der zweiten Sammelschiene 430 und liegen somit auf demselben elektrischen Potenzial wie der n-te IDT-Finger 438.
Die Reflektorelemente 462, 464, 466, 468 sind so eingerichtet, dass sie die akustische Energie auf den Bereich des IDT 430 beschränken und somit die Verluste an akustischer Energie in der Längsrichtung verringern. Zu diesem Zweck ist der Abstand pr zwischen benachbarten Reflektorelementen und zwischen den Reflektorelementen 462 und 466 und den benachbarten ersten bzw. n-ten IDT-Fingern typischerweise größer als der Abstand p der IDT-Finger. Die Breite oder Marke mr der Reflektorelemente 462, 464, 466, 468 ist nicht unbedingt gleich der Marke m der IDT-Finger. Wie später beschrieben wird, kann die Marke mr der Reflektorelemente so gewählt sein, dass der Q-Faktor bei einer bestimmten Frequenz oder einem bestimmten Frequenzbereich optimiert wird.
5 ist eine Draufsicht auf eine andere Leiterstruktur 500, die den Verlust an akustischer Energie in der Längsrichtung an den Enden eines XBAR reduziert. Die Leiterstruktur 500 umfasst einen IDT 530 und vier Reflektorelemente 562, 564, 566, 568. Der IDT 530 umfasst eine erste Sammelschiene 532, eine zweite Sammelschiene 534 und eine Vielzahl von ineinander verschachtelten IDT-Fingern, die sich, wie zuvor beschrieben, abwechselnd von der ersten und der zweiten Sammelschiene erstrecken. Die IDT-Finger 536 und 538 sind der erste und n-te IDT-Finger am linken und rechten Ende (wie in 5 dargestellt) des IDT 530.
Insgesamt sind vier Reflektorelemente außerhalb des Umfangs des IDT 530 vorgesehen. Das erste und das dritte Reflektorelement 562 und 564 befinden sich in der Nähe und parallel zum ersten IDT-Finger 536 am linken Ende des IDT 530. Das erste und das dritte Reflektorelement 562, 564 sind miteinander verbunden, aber nicht mit einer der beiden Sammelschienen 532, 534. Das erste und das dritte Reflektorelement 562, 564 sind kapazitiv mit dem ersten IDT-Finger 536 gekoppelt und liegen daher im Wesentlichen auf demselben elektrischen Potenzial wie der erste IDT-Finger 536. Die Reflektorelemente liegen im Wesentlichen auf demselben Potenzial, falls das Potenzial zwischen den Reflektorelementen und dem ersten IDT-Finger im Vergleich zu dem Potenzial zwischen benachbarten IDT-Fingern gering ist, wenn ein HF-Signals zwischen den Sammelschienen 532, 534 angelegt ist.
In ähnlicher Weise befinden sich das zweite und das vierte Reflektorelement 566 und 568 in der Nähe und parallel zum n-ten IDT-Finger 538 am rechten Ende des IDT 530. Das zweite und das vierte Reflektorelement 566, 568 sind miteinander verbunden und nicht miteinander oder mit einer der Sammelschienen 532, 534 verbunden. Das zweite und das vierte Reflektorelement 566, 568 sind kapazitiv miteinander und mit dem n-ten IDT-Finger 538 gekoppelt und liegen daher auf nahezu demselben elektrischen Potenzial wie der n-te IDT-Finger 538.
Die Reflektorelemente 562, 564, 566, 568 sind so eingerichtet, dass die akustische Energie auf den Bereich des IDT 530 beschränkt und somit der Verlust an akustischer Energie in der Längsrichtung verringert wird. Zu diesem Zweck ist der Abstand pr zwischen benachbarten Reflektorelementen und zwischen den Reflektorelementen 562 und 566 und den benachbarten IDT-Fingern typischerweise größer als der Abstand p der IDT-Finger. Die Breite oder Marke mr der Reflektorelemente 562, 564, 566, 568 ist nicht unbedingt gleich der Marke m der IDT-Finger. Die Marke mr der Reflektorelemente kann so gewählt sein, dass der Q-Faktor für eine bestimmte Frequenz oder einen bestimmten Frequenzbereich optimiert wird.
6 ist ein Diagramm des normalisierten Q-Faktors als Funktion der Anzahl der IDT-Finger für einen anderen XBAR mit und ohne Reflektorelemente, die den in 4 gezeigten Reflektorelementen ähnlich sind. Insbesondere ist die durchgezogene Kurve 610 eine Darstellung des normalisierten Q-Faktors eines XBAR ohne Reflektorelemente bei seiner Resonanzfrequenz. Die gestrichelte Kurve 620 ist eine Darstellung des normalisierten Q-Faktors bei der Resonanzfrequenz für einen ähnlichen XBAR mit zwei Reflektorelementen auf jeder Seite des IDT. In beiden Fällen besteht die piezoelektrische Platte aus 400 nm dickem Lithiumniobat, die IDT-Finger aus 500 nm dickem Aluminium, der IDT-Abstand ist p = 4 Mikrometer und die Marke der IDT-Finger ist m = 1 Mikrometer. Für den XBAR mit Reflektorelementen sind pr = 4,2 Mikrometer und mr = 0,735 Mikrometer. Mit Reflektorelementen kann ein XBAR mit nur 10 Fingern einen normalisierten Q-Faktor von bis zu 80 % aufweisen.
7 ist ein Diagramm des normalisierten Q-Faktors als Funktion der Anzahl der IDT-Finger für einen anderen XBAR mit und ohne Reflektorelemente, die den in 4 gezeigten Reflektorelementen ähnlich sind. Insbesondere ist die durchgezogene Kurve 710 eine Darstellung des normalisierten Q-Faktors eines XBAR ohne Reflektorelemente bei seiner Antiresonanzfrequenz. Die gestrichelte Kurve 720 ist eine Darstellung des normalisierten Q-Faktors bei der Antiresonanzfrequenz für einen ähnlichen XBAR mit zwei Reflektorelementen auf jeder Seite des IDT. In beiden Fällen besteht die piezoelektrische Platte aus 400 nm dickem Lithiumniobat, die IDT-Finger sind aus 500 nm dickem Aluminium, der IDT-Abstand istp = 4 Mikrometer und die Marke der IDT-Finger ist m = 1 Mikrometer. Für den XBAR mit Reflektorelementen sind pr = 8 Mikrometer und mr = 0,80 Mikrometer. Mit Reflektorelementen kann ein XBAR mit nur 14 Fingern einen normalisierten Q-Faktor von bis zu 80 % aufweisen.
8 zeigt ein Diagramm 800, das die Beziehung zwischen dem Abstand pr und der Marke mr der Reflektorelemente einer beispielhaften XBAR-Vorrichtung bei einer festen Frequenz von 5150 MHz veranschaulicht. Die beispielhafte XBAR-Vorrichtung hat eine piezoelektrische Platte aus Lithiumniobat mit einer Dicke von 400 nm und IDT- und Reflektorelemente aus Aluminium mit einer Dicke von 500 nm. Der Abstand und die Marke der IDT-Finger betragen 4 Mikrometer bzw. 1 Mikrometer. An jedem Ende des IDT befinden sich zwei Reflektorelemente. Die heller schattierten Bereiche 810A, 810B, 810C, 810D kennzeichnen Kombinationen von pr und mr, bei denen der normalisierte Q-Faktor größer oder gleich 85 % ist. Die dunkler schattierten Bereiche 820A, 820B, 820C, 820D kennzeichnen Kombinationen von pr und mr, bei denen der normalisierte Q-Faktor größer oder gleich 90 % ist. Zum Vergleich: Der normalisierte Q-Faktor dieses XBAR ohne Reflektorelemente beträgt 74 % bei 5150 MHz. Obwohl in 8 nicht gekennzeichnet, gibt es Kombinationen von pr und mr, bei denen der normalisierte Q-Faktor weniger als 75 % beträgt, was darauf hinweist, dass falsch eingerichtete Reflektorelemente den Q-Faktor des XBAR verschlechtern können.
Es gibt mehrere Kombinationen von pr und mr, die den normalisierten Q-Faktor auf 85 % oder 90 % anheben. Um einen normalisierten Q-Faktor von größer oder gleich 90 % zu erreichen, muss pr größer oder gleich dem 1,2-Fachen des Abstands p der IDT-Finger sein. Für pr = 6 Mikrometer (1,5p) gibt es mindestens vier Werte von mr, die den normalisierten Q-Faktor auf über 90 % anheben.
9 zeigt ein Diagramm 900, das die Beziehung zwischen der Marke mr der Reflektorelemente und der Frequenz für eine beispielhafte XBAR-Vorrichtung mit zwei Reflektorelementen auf jeder Seite eines IDT und pr = 5,2 Mikrometer veranschaulicht. Wie in den vorangegangenen Beispielen hat die beispielhafte XBAR-Vorrichtung eine piezoelektrische Platte aus Lithiumniobat mit einer Dicke von 400 nm und IDT- und Reflektorelemente aus Aluminium mit einer Dicke von 500 nm. Der Abstand und die Marke der IDT-Finger betragen 4 Mikrometer bzw. 1 Mikrometer. Heller schattierte Bereiche wie der Bereich 910 kennzeichnen Kombinationen von Frequenz und mr, bei denen der normalisierte Q-Faktor größer oder gleich 85 % ist. Dunkler schattierte Bereiche wie der Bereich 920 kennzeichnen Kombinationen von Frequenz und mr, bei denen der normalisierte Q-Faktor größer oder gleich 90 % ist. Zum Vergleich: Der normalisierte Q-Faktor dieses XBAR ohne Reflektorelemente beträgt 74 % bei 5150 MHz.
Das Diagramm 900 zeigt, dass für einen bestimmten Abstand der Reflektorelemente pr die Marke der Reflektorelemente mr unter Berücksichtigung der Frequenz gewählt werden muss, bei der der Q-Faktor eines XBAR einer Verbesserung bedarf. Beispielsweise ergibt die Wahl von mr = 0,95 Mikrometer einen normalisierten Q-Faktor von mehr als 90 % über einen Frequenzbereich von etwa 4980 MHz bis über 5200 MHz. Die Wahl von mr = 1,7 Mikrometer ergibt einen normalisierten Q-Faktor von mehr als 90 % in einem Frequenzbereich von weniger als 4700 MHz bis etwa 4950 MHz. Allerdings kann die Wahl von mr = 1,7 Mikrometer den Q-Faktor bei 5200 MHz im Vergleich zu einem XBAR ohne Reflektorelemente tatsächlich verringern.
10 zeigt ein Diagramm 11000, das die Beziehung zwischen der Marke mr der Reflektorelemente und der Frequenz für eine beispielhafte XBAR-Vorrichtung mit einem Reflektorelement auf jeder Seite eines IDT und pr = 5,2 Mikrometer veranschaulicht. Die beispielhafte XBAR-Vorrichtung ist dieselbe wie in den vorherigen Beispielen. Wie in 9 kennzeichnen heller schattierte Bereiche wie der Bereich 1010 Kombinationen von Frequenz und mr, bei denen der normalisierte Q-Faktor größer oder gleich 85 % ist. Dunkler schattierte Bereiche wie der Bereich 1020 kennzeichnen Kombinationen von Frequenz und mr, bei denen der normalisierte Q-Faktor größer oder gleich 90 % ist.
Der Vergleich von 9 und 10 zeigt, dass ein einzelnes Reflektorelement im Allgemeinen weniger effektiv ist als zwei Reflektorelemente, um den normalisierten Q-Faktor zu verbessern. In einigen Anwendungen kann jedoch ein Reflektorelement an jedem Ende eines IDT ausreichend sein. In diesem Beispiel sorgt ein Reflektorelement (an jedem Ende des IDT) mit mr = 0,75 Mikrometer für eine wesentliche Verbesserung des normalisierten Q-Faktors für einen Frequenzbereich von etwa 4770 MHz bis 4970 MHz.
11 zeigt ein Diagramm 1100, das die Beziehung zwischen der Marke mr der Reflektorelemente und der Frequenz für eine beispielhafte XBAR-Vorrichtung mit fünf Reflektorelementen an jedem Ende eines IDT und pr = 5,2 Mikrometer veranschaulicht. Die beispielhafte XBAR-Vorrichtung ist dieselbe wie in den vorherigen Beispielen. Wie in 9 kennzeichnen heller schattierte Bereiche wie der Bereich 1110 Kombinationen von Frequenz und mr, bei denen der normalisierte Q-Faktor größer oder gleich 85 % ist. Dunkler schattierte Bereiche wie der Bereich 1120 kennzeichnen Kombinationen von Frequenz und mr, bei denen der normalisierte Q-Faktor größer oder gleich 90 % ist.
Ein Vergleich von 9 und 11 zeigt, dass fünf Reflektorelemente keine signifikante Verbesserung gegenüber zwei Reflektorelementen darstellen.
12 ist ein Diagramm der Leistung eines beispielhaften XBAR-Bandpassfilters mit und ohne Reflektorelemente. Insbesondere ist die durchgezogene Linie 1210 eine Darstellung des Betrags von S₂₁ (der Eingangs-Ausgangs-Übertragungsfunktion) eines Band-n77-Filters mit zwei Reflektorelementen an jedem Ende des XBAR im Filter. Die Reflektorelemente der Shunt-Resonatoren wurden für eine Frequenz von 3,35 GHz und die Reflektorelemente der Serienresonatoren für eine Frequenz von 4,2 GHz optimiert. Diese Frequenzen liegen an oder in der Nähe der Ränder des n77-Bandes, wo es in der Regel am schwierigsten ist, die Anforderungen an ein minimales S₂₁ zu erreichen. Die gestrichelte Linie 1220 ist eine Darstellung der Größe von S₂₁ für dasselbe Filter ohne Reflektorelemente auf dem XBAR. Alle Daten wurden durch Simulationen der Filter mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode ermittelt.
Die Einbeziehung von Reflektorelementen verbessert S₂₁ um 0,2 dB bei 3,35 GHz und um 0,4 dB bei 4,2 GHz. Es ist jedoch zu beachten, dass die Einbeziehung der Reflektorelemente S₂₁ bei anderen Frequenzen um bis zu 0,25 dB verringert, was einen Kompromiss veranschaulicht, der bei der Entwicklung eines XBAR-Filters eingegangen werden muss. In dem beispielhaften Bandpassfilter von 12 wurden die Reflektorelemente für alle Shunt-Resonatoren so gewählt, dass der maximale Q-Faktor bei derselben Frequenz (3,35 GHz) liegt, und die Reflektorelemente für alle Serienresonatoren wurden so gewählt, dass der maximale Q-Faktor bei derselben Frequenz (4,2 GHz) liegt. Weitere Verbesserungen der Filterübertragungsfunktion sind wahrscheinlich, wenn die Reflektorelemente für jeden Resonator unabhängig voneinander optimiert werden.
13 ist eine Draufsicht auf eine weitere beispielhafte Leiterstruktur 1300, die den Verlust an akustischer Energie in der Längsrichtung an den Enden eines XBAR reduziert. Die Leiterstruktur 1300 umfasst einen IDT 1330 und ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Reflektorelement 1362, 1364, 1366, 1368. Der IDT 1330 umfasst eine erste Sammelschiene 1332, eine zweite Sammelschiene 1334 und eine Vielzahl von ineinander verschachtelten IDT-Fingern, die sich abwechselnd von der ersten und der zweiten Sammelschiene erstrecken. In diesem Beispiel ist die Anzahl der IDT-Finger gleich 24. Bei anderen XBAR kann die Anzahl der Finger in einem Bereich von 20 bis 100 oder mehr IDT-Fingern liegen. Überlappende Teile der ineinander verschachtelten IDT-Finger und des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Reflektorelements 1362, 1364, 1366, 1368 befinden sich auf der Membran eines XBAR. Der IDT-Finger 1336 ist der erste Finger und der IDT-Finger 1338 ist der letzte Finger. Die Bezeichnungen des ersten und des letzten IDT-Fingers sind willkürlich, und die Bezeichnungen des ersten und des letzten Fingers könnten auch umgekehrt sein.
Insgesamt sind vier Reflektorelemente außerhalb des Umfangs des IDT 1330 vorgesehen. Das erste und das zweite Reflektorelement 1362, 1364 befinden sich in der Nähe und parallel zum ersten IDT-Finger 1336 am linken Ende (wie in der Abbildung dargestellt) des IDT 1330. Das dritte und das vierte Reflektorelement 1366, 1368 befinden sich in der Nähe und parallel zum letzten IDT-Finger 1338 am rechten Ende (wie dargestellt) des IDT 1330.
Das erste und das zweite Reflektorelement 1362, 1364 erstrecken sich von einer anderen Sammelschiene als der erste IDT-Finger. In diesem Beispiel erstrecken sich das erste und das zweite Reflektorelement 1362, 1364 von der zweiten Sammelschiene 1334 und der erste IDT-Finger 1336 erstreckt sich von der ersten Sammelschiene 1332. Somit ist das elektrische Potenzial an dem ersten und dem zweiten Reflektorelement 1362, 1364 dem Potenzial am ersten IDT-Finger 1336 entgegengesetzt. In ähnlicher Weise erstrecken sich das dritte und das vierte Reflektorelement 1366, 1368 über eine andere Sammelschiene als der letzte IDT-Finger 1338. Daher ist das elektrische Potenzial an dem dritten und dem vierten Reflektorelement 1366, 1368 dem Potenzial an dem letzten IDT-Finger 1338 entgegengesetzt.
Die Reflektorelemente 1362, 1364, 1366, 1368 sind so eingerichtet, dass sie die akustische Energie auf den Bereich des IDT 1330 beschränken und somit die Verluste an akustischer Energie in der Längsrichtung reduzieren. Zu diesem Zweck ist der Mitte-zu-Mitte-Abstand pr1 zwischen benachbarten Reflektorelementen (d. h. zwischen dem ersten und dem zweiten Reflektorelement und zwischen dem dritten und dem vierten Reflektorelement) typischerweise größer oder gleich dem 1,2-Fachen des Abstands p der IDT-Finger und kleiner oder gleich dem 1,5-Fachen von p.
Der Mitte-zu-Mitte-Abstand pr2 zwischen den Reflektorelementen und den benachbarten IDT-Fingern (d. h. zwischen dem ersten Reflektorelement und dem ersten IDT-Finger und zwischen dem dritten Reflektorelement und dem letzten IDT-Finger) ist normalerweise größer als p und kleiner als pr1. In einigen Fällen kann pr2 der Durchschnitt von p und pr1 sein.
Die Breite oder Marke mr der Reflektorelemente 1362, 1364, 1366, 1368 ist nicht unbedingt gleich der Marke m der IDT-Finger. Wie bereits beschrieben, kann die Marke mr der Reflektorelemente zur Optimierung des Q-Faktors bei einer bestimmten Frequenz oder einem bestimmten Frequenzbereich gewählt werden.
14A ist ein Diagramm 1400 der Größe von S21 (der Eingangs-/Ausgangsübertragungsfunktion) als Funktion der Frequenz für ein erstes Paar XBAR-Filter mit und ohne Reflektorfinger. Die Filter sind so ausgelegt, dass sie das 5G-NR-Band n79 durchlassen. Der Frequenzbereich des Bandes n79 ist angegeben.
Die durchgezogene Kurve 1410 ist die Größe von S21 für ein Filter mit Reflektorfingern an allen Serienresonatoren. Für jeden Serienresonator ist pr1 = 1,3p und pr2 = 1,15p. mr wurde unabhängig für jeden Resonator optimiert, um den Verlust am oberen Bandrand (5,0 GHz) zu minimieren. Die gestrichelte Kurve 1420 ist die Größe von S21 für dasselbe Filter ohne Reflektorfinger an einem der Resonatoren. Das Vorhandensein von Reflektorfingern an den Serienresonatoren (durchgezogene Kurve 1410) verringert die Verluste (d. h. erhöht S21) am oberen Bandrand um etwa 0,4 dB im Vergleich zum Filter ohne Reflektorfinger (gestrichelte Kurve 1420).
14B ist ein Diagramm 1450 der Größe von S21 (der Eingangs-/Ausgangsübertragungsfunktion) als Funktion der Frequenz für ein zweites Paar XBAR-Filter mit und ohne Reflektorfinger. Die Filter sind unabhängig vom ersten Filterpaar so ausgelegt, dass sie das 5G-NR-Band n79 durchlassen. Der Frequenzbereich des Bandes n79 ist angegeben.
Die durchgezogene Kurve 1460 ist die Größe von S21 für ein Filter mit Reflektorfingern an allen Serienresonatoren. Für jeden Serienresonator ist pr1 = 1,3p und pr2 = 1,15p. mr wurde unabhängig für jeden Resonator optimiert, um den Verlust am oberen Bandrand (5,0 GHz) zu minimieren. Die gestrichelte Kurve 1470 ist die Größe von S21 für dasselbe Filter ohne Reflektorfinger an einem der Resonatoren. Das Vorhandensein von Reflektorfingern an den Serienresonatoren (durchgezogene Kurve 1460) verringert die Verluste (d. h. erhöht S21) am oberen Bandrand um etwa 0,3 dB im Vergleich zum Filter ohne Reflektorfinger (gestrichelte Kurve 1470).
Verfahrensbeschreibung
15 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das ein Verfahren 1500 zur Herstellung einer Filtervorrichtung mit XBAR zusammenfasst. Insbesondere dient das Verfahren 1500 zur Herstellung einer Filtervorrichtung mit mehreren XBAR, von denen einige eine dielektrische Frequenzeinstellschicht enthalten können. Das Verfahren 1500 beginnt bei 1505 mit einem Vorrichtungssubstrat und einer dünnen Platte aus piezoelektrischem Material, die auf einem Opfersubstrat angeordnet ist. Das Verfahren 1500 endet bei 1595 mit einer fertigen Filtervorrichtung. Das Flussdiagramm in 15 enthält nur die wichtigsten Verfahrensschritte. Verschiedene herkömmliche Verfahrensschritte (z. B. Oberflächenvorbereitung, Reinigung, Inspektion, Einbrennen, Ausglühen, Überwachung, Prüfung usw.) können vor, zwischen, nach und während der in 15 dargestellten Schritte durchgeführt werden.
Während in 15 allgemein ein Verfahren zur Herstellung einer einzelnen Filtervorrichtung beschrieben wird, können mehrere Filtervorrichtungen gleichzeitig auf einem gemeinsamen Wafer (bestehend aus einer piezoelektrischen Platte, die mit einem Substrat verbunden ist) hergestellt werden. In diesem Fall kann jeder Schritt des Verfahrens 1500 gleichzeitig an allen Filtervorrichtungen auf dem Wafer durchgeführt werden.
Das Flussdiagramm in 15 zeigt drei Varianten des Verfahrens 1500 zur Herstellung eines XBAR, die sich darin unterscheiden, wann und wie die Hohlräume im Vorrichtungssubstrat gebildet werden. Die Hohlräume können in den Schritten 1510A, 1510B oder 1510C gebildet werden. In jeder der drei Varianten des Verfahrens 1500 wird nur einer dieser Schritte durchgeführt.
Die piezoelektrische Platte kann z. B. aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalat bestehen, die beide Z-geschnitten, gedreht Z-geschnitten oder gedreht YX-geschnitten sein können. Die piezoelektrische Platte kann auch aus einem anderen Material bestehen und/oder einen anderen Schnitt haben. Das Vorrichtungssubstrat kann vorzugsweise aus Silizium bestehen. Das Vorrichtungssubstrat kann aus einem anderen Material bestehen, das die Bildung tiefer Hohlräume durch Ätzen oder andere Bearbeitung ermöglicht.
In einer Variante des Verfahrens 1500 werden ein oder mehrere Hohlräume in dem Vorrichtungssubstrat bei 1510A gebildet, bevor die piezoelektrische Platte bei 1515 mit dem Substrat verbunden wird. Für jeden Resonator in einer Filtervorrichtung kann ein separater Hohlraum gebildet werden. Die ein oder mehreren Hohlräume können mit herkömmlichen photolithographischen Techniken und Ätztechniken hergestellt werden. In der Regel durchdringen die bei 1510A gebildeten Hohlräume das Vorrichtungssubstrat nicht.
Bei 1515 wird die piezoelektrische Platte an das Vorrichtungssubstrat gebondet. Die piezoelektrische Platte und das Vorrichtungssubstrat können durch ein Wafer-Bonding-Verfahren gebondet werden. In der Regel sind die Kontaktflächen des Vorrichtungssubstrats und der piezoelektrischen Platte hochglanzpoliert. Eine oder mehrere Schichten aus Zwischenmaterialien, wie z. B. ein Oxid oder Metall, können auf der Kontaktfläche der piezoelektrischen Platte und/oder des Vorrichtungssubstrats gebildet oder abgeschieden werden. Eine oder beide Kontaktflächen können z. B. durch ein Plasmaverfahren aktiviert werden. Die Kontaktflächen können dann mit erheblicher Kraft zusammengepresst werden, um molekulare Bindungen zwischen der piezoelektrischen Platte und dem Vorrichtungssubstrat oder den Zwischenschichten herzustellen.
Bei 1520 kann das Opfersubstrat entfernt werden. Bei der piezoelektrischen Platte und dem Opfersubstrat kann es sich beispielsweise um einen Wafer aus piezoelektrischem Material handeln, in den Ionen implantiert wurden, um Defekte in der Kristallstruktur entlang einer Ebene zu erzeugen, die eine Grenze zwischen der späteren piezoelektrischen Platte und dem Opfersubstrat definiert. Bei 1520 kann der Wafer entlang der Defektebene gespalten werden, z. B. durch einen thermischen Schock, wobei das Opfersubstrat abgelöst wird und die piezoelektrische Platte an das Vorrichtungssubstrat gebondet bleibt. Die freiliegende Oberfläche der piezoelektrischen Platte kann poliert oder auf andere Weise bearbeitet werden, nachdem das Opfersubstrat abgelöst wurde.
Dünne Platten aus einkristallinen piezoelektrischen Materialien, die auf ein nichtpiezoelektrisches Substrat laminiert sind, sind im Handel erhältlich. Zum Zeitpunkt dieser Anmeldung sind sowohl Lithiumniobat- als auch Lithiumtantalatplatten erhältlich, die auf verschiedene Substrate wie Silizium, Quarz und Quarzglas gebondet sind. Dünne Platten aus anderen piezoelektrischen Materialien können jetzt oder in Zukunft verfügbar sein. Die Dicke der piezoelektrischen Platte kann zwischen 300 nm und 1000 nm betragen. Besteht das Substrat aus Silizium, kann eine Schicht aus SiO₂ zwischen der piezoelektrischen Platte und dem Substrat angeordnet werden. Wenn ein handelsübliches Laminat aus piezoelektrischer Platte und Vorrichtungssubstrat verwendet wird, entfallen die Schritte 1510A, 1515 und 1520 des Verfahrens 1500.
Eine erste Leiterstruktur, die die IDT und Reflektorelemente jedes XBAR enthält, wird bei 1545 durch Abscheiden und Strukturieren einer oder mehrerer Leiterschichten auf der Vorderseite der piezoelektrischen Platte gebildet. Die Leiterschicht kann z. B. aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung oder einem anderen leitfähigen Metall bestehen. Optional können eine oder mehrere Schichten aus anderen Materialien unterhalb (d. h. zwischen der Leiterschicht und der piezoelektrischen Platte) und/oder oberhalb der Leiterschicht angeordnet sein. So kann beispielsweise ein dünner Film aus Titan, Chrom oder einem anderen Metall verwendet werden, um die Haftung zwischen der Leiterschicht und der piezoelektrischen Platte zu verbessern. Eine zweite Leiterstruktur aus Gold, Aluminium, Kupfer oder einem anderen Metall mit höherer Leitfähigkeit kann über Teilen der ersten Leiterstruktur (z. B. den IDT-Sammelschienen und den Verbindungen zwischen den IDT) gebildet werden.
Jede Leiterstruktur kann bei 1545 durch Abscheidung der Leiterschicht und gegebenenfalls einer oder mehrerer anderer Metallschichten nacheinander auf der Oberfläche der piezoelektrischen Platte gebildet werden. Das überschüssige Metall kann dann durch Ätzen durch den strukturierten Photoresist entfernt werden. Die Leiterschicht kann z. B. durch Plasmaätzen, reaktives Ionenätzen, nasschemisches Ätzen oder andere Ätztechniken geätzt werden.
Alternativ kann jede Leiterstruktur bei 1545 mit einem Lift-off-Verfahren gebildet werden. Auf die piezoelektrische Platte kann Photoresist abgeschieden und mit einer Struktur versehen werden, um die Leiterstruktur zu definieren. Die Leiterschicht und gegebenenfalls eine oder mehrere andere Schichten können nacheinander auf die Oberfläche der piezoelektrischen Platte abgeschieden werden. Der Photoresist kann dann entfernt werden, wodurch das überschüssige Material entfernt wird und die Leiterstruktur übrig bleibt.
Bei 1550 können eine oder mehrere dielektrische Frequenzeinstellschicht(en) gebildet werden, indem eine oder mehrere Schichten aus dielektrischem Material auf der Vorderseite der piezoelektrischen Platte abgeschieden werden. Beispielsweise kann eine dielektrische Schicht über den Shunt-Resonatoren gebildet werden, um die Frequenzen der Shunt-Resonatoren im Verhältnis zu den Frequenzen der Serienresonatoren zu senken. Die eine oder mehreren dielektrische Schichten können mit einem herkömmlichen Abscheidungsverfahren wie der physikalischen Gasphasenabscheidung, der Atomlagenabscheidung, der chemischen Gasphasenabscheidung oder einem anderen Verfahren abgeschieden werden. Ein oder mehrere lithographische Verfahren (unter Verwendung von Photomasken) können verwendet werden, um die Abscheidung der dielektrischen Schichten auf ausgewählte Bereiche der piezoelektrischen Platte zu beschränken. Beispielsweise kann eine Maske verwendet werden, um eine dielektrische Schicht so zu begrenzen, dass sie nur die Shunt-Resonatoren bedeckt.
Bei 1555 wird eine dielektrische Passivierungs-/Abstimmungsschicht über der piezoelektrischen Platte und den Leiterstrukturen abgeschieden. Die dielektrische Passivierungs-/Abstimmungsschicht kann die gesamte Oberfläche des Filters bedecken, mit Ausnahme der Pads für die elektrischen Verbindungen zu Schaltkreisen außerhalb des Filters. In einigen Ausführungsformen des Verfahrens 1500 kann die dielektrische Passivierungs-/Abstimmungsschicht gebildet werden, nachdem die Hohlräume im Vorrichtungssubstrat entweder bei 1510B oder 1510C geätzt wurden.
In einer zweiten Variante des Verfahrens 1500 werden ein oder mehrere Hohlräume auf der Rückseite des Vorrichtungssubstrats bei 1510B gebildet. Für jeden Resonator in einer Filtervorrichtung kann ein separater Hohlraum gebildet werden. Die ein oder mehreren Hohlräume können durch anisotropes oder orientierungsabhängiges Trocken- oder Nassätzen gebildet werden, um Löcher durch die Rückseite des Vorrichtungssubstrats zur piezoelektrischen Platte zu öffnen. In diesem Fall haben die resultierenden Resonatorvorrichtungen einen Querschnitt wie in 1 dargestellt.
In einer dritten Variante des Verfahrens 1500 können ein oder mehrere Hohlräume in Form von Vertiefungen im Vorrichtungssubstrat bei 1510C durch Ätzen des Substrats mit einem durch Öffnungen in der piezoelektrischen Platte eingeführten Ätzmittel gebildet werden. Für jeden Resonator in einer Filtervorrichtung kann ein separater Hohlraum gebildet werden. Der oder die bei 1510C gebildeten Hohlräume durchdringen das Vorrichtungssubstrat nicht.
Im Idealfall erfüllen nach der Herstellung der Hohlräume bei 1510B oder 1510C die meisten oder alle Filtervorrichtungen auf einem Wafer eine Reihe von Leistungsanforderungen. Normale Verfahrenstoleranzen führen jedoch zu Abweichungen bei Parametern wie der Dicke der dielektrischen Schicht, die bei 1550 und 1555 gebildet wird, zu Abweichungen bei der Dicke und den Linienbreiten von Leitern und IDT-Fingern, die bei 1545 gebildet werden, sowie zu Abweichungen bei der Dicke der piezoelektrischen Platte. Diese Schwankungen tragen dazu bei, dass die Leistung der Filtervorrichtung von den Leistungsanforderungen abweicht.
Zur Verbesserung der Ausbeute an Filtervorrichtungen, die die Leistungsanforderungen erfüllen, kann die Frequenzabstimmung durch selektives Einstellen der Dicke der Passivierungs-/Abstimmungsschicht erfolgen, die über den Resonatoren bei 1555 abgeschieden wird. Die Frequenz des Durchlassbereichs einer Filtervorrichtung kann durch Hinzufügen von Material zur Passivierungs-/Abstimmungsschicht gesenkt werden, und die Frequenz des Durchlassbereichs der Filtervorrichtung kann durch Entfernen von Material zur Passivierungs-/Abstimmungsschicht erhöht werden. Typischerweise ist das Verfahren 1500 so ausgerichtet, dass Filtervorrichtungen mit Durchlassbändern hergestellt werden, die anfänglich niedriger sind als ein erforderlicher Frequenzbereich, die aber durch Entfernen von Material von der Oberfläche der Passivierungs-/Abstimmungsschicht auf den gewünschten Frequenzbereich abgestimmt werden können.
Bei 1560 kann eine Testkarte oder ein anderes Mittel verwendet werden, um elektrische Verbindungen mit dem Filter herzustellen, um Hochfrequenz (HF)-Tests und Messungen von Filtereigenschaften wie der Eingangs-Ausgangs-Übertragungsfunktion zu ermöglichen. Typischerweise werden HF-Messungen an allen oder einem großen Teil der Filtervorrichtungen vorgenommen, die gleichzeitig auf einer gemeinsamen piezoelektrischen Platte und einem gemeinsamen Substrat hergestellt werden.
Bei 1565 kann eine globale Frequenzabstimmung durchgeführt werden, indem Material von der Oberfläche der Passivierungs-/Abstimmungsschicht mit einem selektiven Materialabtragungswerkzeug wie z. B. einer Ionenfräse, wie zuvor beschrieben, entfernt wird. Die „globale“ Abstimmung erfolgt mit einer räumlichen Auflösung, die gleich oder größer ist als die einer einzelnen Filtervorrichtung. Ziel der globalen Abstimmung ist es, den Durchlassbereich jeder Filtervorrichtung in Richtung eines gewünschten Frequenzbereichs zu verschieben. Die Testergebnisse von 1560 können verarbeitet werden, um eine globale Konturenkarte zu erstellen, die die Menge des abzutragenden Materials als Funktion der zweidimensionalen Position auf dem Wafer angibt. Das Material wird dann entsprechend der Konturenkarte mit dem selektiven Materialabtragungswerkzeug abgetragen.
Bei 1570 kann die lokale Frequenzabstimmung zusätzlich zu oder anstelle der globalen Frequenzabstimmung bei 1565 durchgeführt werden. Die „lokale“ Frequenzabstimmung wird mit einer räumlichen Auflösung durchgeführt, die kleiner ist als die einer einzelnen Filtervorrichtung. Die Testergebnisse von 1560 können verarbeitet werden, um eine Karte zu erstellen, die die Menge an Material angibt, die an jeder Filtervorrichtung abgetragen werden muss. Die lokale Frequenzabstimmung kann die Verwendung einer Maske erfordern, um die Größe der Bereiche, von denen Material abgetragen wird, zu begrenzen. Beispielsweise kann eine erste Maske verwendet werden, um die Abstimmung nur auf Shunt-Resonatoren zu beschränken, und eine zweite Maske kann anschließend verwendet werden, um die Abstimmung nur auf Serienresonatoren zu beschränken (oder umgekehrt). Dies würde eine unabhängige Abstimmung des unteren Bandrandes (durch Abstimmung von Shunt-Resonatoren) und des oberen Bandrandes (durch Abstimmung von Serienresonatoren) der Filtervorrichtungen ermöglichen.
Nach der Frequenzabstimmung bei 1565 und/oder 1570 wird die Filtervorrichtung bei 1575 fertiggestellt. Zu den Maßnahmen, die bei 1575 durchgeführt werden können, gehören das Bilden von Bondpads oder Lötstellen oder anderen Mitteln zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Vorrichtung und externen Schaltkreisen (falls solche Pads nicht bei 1545 hergestellt wurden), das Herausschneiden einzelner Filtervorrichtungen aus einem Wafer, der mehrere Filtervorrichtungen enthält, andere Verpackungsschritte und zusätzliche Tests. Nachdem jedes Filterelement fertiggestellt ist, endet der Prozess bei 1595.
Abschließende Bemerkungen
In dieser gesamten Beschreibung sollten die gezeigten Ausführungsformen und Beispiele als Muster betrachtet werden und nicht als Einschränkungen der offenbarten oder beanspruchten Vorrichtungen und Vorgehensweisen. Obwohl viele der hier dargestellten Beispiele spezifische Kombinationen von Verfahrenstätigkeiten oder Systemelementen beinhalten, sollte verstanden werden, dass diese Tätigkeiten und diese Elemente auf andere Weise kombiniert werden können, um die gleichen Ziele zu erreichen. Im Hinblick auf Flussdiagramme können zusätzliche und weniger Schritte unternommen werden, und die gezeigten Schritte können kombiniert oder weiter verfeinert werden, um die hier beschriebenen Verfahren zu erreichen. Tätigkeiten, Elemente und Merkmale, die nur im Zusammenhang mit einer Ausführungsform diskutiert werden, sollen nicht von einer ähnlichen Rolle in anderen Ausführungsformen ausgeschlossen werden.
Wie hier verwendet, bedeutet „Vielzahl“ zwei oder mehr. Wie hier verwendet, kann ein „Satz“ von Elementen einen oder mehrere solcher Elemente umfassen. In der hier verwendeten Form, sei es in der schriftlichen Beschreibung oder in den Ansprüchen, sind die Begriffe „umfassend“, „einschließend“, „tragend“, „aufweisend“, „enthaltend“, „einbeziehend“ und dergleichen so zu verstehen, dass sie unbegrenzt sind, d. h. dass sie einschließen, aber nicht darauf beschränkt sind. Nur die Übergangsphrasen „bestehend aus“ bzw. „bestehend im Wesentlichen aus“ sind geschlossene oder halbgeschlossene Übergangsphrasen mit Bezug auf Ansprüche. Die Verwendung von ordinalen Ausdrücken wie „erster“, „zweiter“, „dritter“ usw. in den Ansprüchen, um ein Anspruchselement zu ändern, bedeutet an sich keine Priorität, keinen Vorrang oder keine Reihenfolge eines Anspruchselements gegenüber einem anderen oder die zeitliche Reihenfolge, in der die Tätigkeiten eines Verfahrens ausgeführt werden, sondern sie werden lediglich als Kennzeichnungen verwendet, um ein Anspruchselement mit einem bestimmten Namen von einem anderen Element mit demselben Namen zu unterscheiden (aber für die Verwendung des ordinalen Ausdrucks), um die Anspruchselemente zu unterscheiden. Wie hier verwendet, bedeutet „und/oder“, dass die aufgelisteten Elemente Alternativen sind, aber die Alternativen enthalten auch jede Kombination der aufgelisteten Elemente.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10491291 [0010]

Claims

Akustische Resonatorvorrichtung, umfassend: eine Membran, umfassend einen Teil einer piezoelektrischen Platte, die einen Hohlraum in einem Substrat überspannt; und eine Leiterstruktur, die auf einer Oberfläche der piezoelektrischen Platte gebildet ist, wobei die Leiterstruktur umfasst: einen Interdigitalwandler (IDT), umfassend eine erste Sammelschiene, eine zweite Sammelschiene und eine Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern, wobei sich die Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern abwechselnd von der ersten und der zweiten Sammelschiene erstrecken und Teile der Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern auf der Membran überlappen; ein erstes und zweites Reflektorelement auf der Membran in der Nähe und parallel zu einem ersten Finger der Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern; und ein drittes und viertes Reflektorelement auf der Membran in der Nähe und parallel zu einem letzten Finger der Vielzahl ineinander verschachtelten Fingern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich der erste Finger von der ersten Sammelschiene erstreckt, sich das erste und das zweite Reflektorelement von der zweiten Sammelschiene erstrecken, sich der letzte Finger von einer der ersten und zweiten Sammelschiene erstreckt, und sich das dritte und das vierte Reflektorelement von der anderen der ersten und zweiten Sammelschiene erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei pr1 ein Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Reflektorelement und ein Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen dem dritten und dem vierten Reflektorelement ist, p ein Abstand der Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern ist, und 1,2p≤pr1≤1,5p ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei pr2 ein Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen dem ersten Reflektorelement und dem ersten Finger und ein Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen dem dritten Reflektorelement und dem letzten Finger ist, und p≤pr2≤pr1 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei pr2 = (pr1+p)/2 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Marke mr des ersten, zweiten, dritten und vierten Reflektorelements so eingerichtet ist, dass ein Q-Faktor der Vorrichtung bei einer vorbestimmten Frequenz verbessert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung ein Serienresonator in einer Leiter-Bandpassfilterschaltung mit einem Durchlassbereich ist, und mr so gewählt ist, dass ein Q-Faktor der Vorrichtung an einem oberen Rand des Durchlassbereichs verbessert wird.
Bandpassfilter, umfassend: eine Vielzahl von akustischen Resonatoren, umfassend einen oder mehrere Serienresonatoren und einen oder mehrere Shunt-Resonatoren, die in einer Leiterfilterschaltung verbunden sind, wobei jeder der mehreren akustischen Resonatoren umfasst: eine entsprechende Membran, umfassend einen Teil einer piezoelektrischen Platte, die einen entsprechenden Hohlraum in einem Substrat überspannt, und einen Interdigitalwandler (IDT), der auf einer Oberfläche der piezoelektrischen Platte gebildet ist, wobei der IDT eine erste Sammelschiene, eine zweite Sammelschiene und eine Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern umfasst, die sich abwechselnd von der ersten und der zweiten Sammelschiene erstrecken und Teile der Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern auf der jeweiligen Membran überlappen, wobei mindestens einer der ein oder mehreren Serienresonatoren ferner umfasst: ein erstes und zweites Reflektorelement auf der jeweiligen Membran in der Nähe und parallel zu einem ersten Finger der Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern; und ein drittes und viertes Reflektorelement auf der jeweiligen Membran in der Nähe und parallel zu einem letzten Finger der Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern.
Filter nach Anspruch 8, wobei für jeden Serienresonator, der ein erstes bis viertes Reflektorelement umfasst: sich der erste Finger von der ersten Sammelschiene erstreckt, sich das erste und das zweite Reflektorelement von der zweiten Sammelschiene erstrecken, sich der letzte Finger von einer der ersten und zweiten Sammelschiene erstreckt, und sich das dritte und das vierte Reflektorelement von der anderen der ersten und zweiten Sammelschiene erstrecken.
Filter nach Anspruch 8, wobei für jeden Serienresonator, der ein erstes bis viertes Reflektorelement umfasst: pr1 ein Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Reflektorelement und ein Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen dem dritten und dem vierten Reflektorelement ist, p ein Abstand der Vielzahl von ineinander verschachtelten Fingern ist, und 1,2p≤pr1≤1,5p ist.
Filter nach Anspruch 10, wobei pr2 ein Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen dem ersten Reflektorelement und dem ersten Finger und ein Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen dem dritten Reflektorelement und dem letzten Finger ist, und p≤pr2≤pr1 ist.
Filter nach Anspruch 11, wobei pr2=(pr1+p)/2 ist.
Filter nach Anspruch 8, wobei für jeden Serienresonator, der ein erstes bis viertes Reflektorelement umfasst: eine Marke mr des ersten, zweiten, dritten und vierten Reflektorelements so eingerichtet ist, dass eine Eingangs-/Ausgangsübertragungsfunktion des Filters bei einer vorbestimmten Frequenz verbessert wird.
Filter nach Anspruch 13, wobei mr so gewählt ist, dass die Eingangs-/Ausgangsübertragungsfunktion des Filters an einem oberen Rand des Durchlassbereichs verbessert wird.
Filter nach Anspruch 8, wobei alle der ein oder mehreren Serienresonatoren jeweils ein erstes bis viertes Reflektorelement umfassen.