DE112017005316T5

DE112017005316T5 - Elastikwellenvorrichtung mit einer piezoelektrischen schicht mit subwellenlängendicke

Info

Publication number: DE112017005316T5
Application number: DE112017005316.1T
Authority: DE
Inventors: Rei GOTO; Jie Zou; Hiroyuki Nakamura; Chun Sing Lam
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2037-10-19
Also published as: CN109891612A; US20180159507A1; GB2569082A; TWI752102B; TW201830740A; SG11201903365SA; KR20190058680A; GB202118878D0; DE112017005316B4; US11996821B2; US20180159494A1; JP2018074575A; GB201905101D0; GB2600838A; US10778181B2; WO2018075682A1; US20210050840A1

Abstract

Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf eine elastische Wellenvorrichtung. Die elastische Wellenvorrichtung beinhaltet eine subwellenlängendicke piezoelektrische Schicht, eine interdigitale Wandlerelektrode auf der piezoelektrischen Schicht und eine Hochgeschwindigkeitsschicht mit einer höheren Volumengeschwindigkeit als die Geschwindigkeit einer elastischen Welle. Die Hochgeschwindigkeitsschicht kann verhindern, dass eine elastische Welle bei Antiresonanz aus der piezoelektrischen Schicht austritt.

Description

QUERVERWEIS AUF PRIORITÄTSANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 20. Oktober 2016 eingereichten U.S. Provisional Patent Application Nr. 62/410,804 mit dem Titel „ELASTIC WAVE DEVICE“, deren Offenbarung hier durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird. Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 17. November 2016 eingereichten U.S. Provisional Patent Application Nr. 62/423,705 mit dem Titel „ELASTIC WAVE DEVICE“, deren Offenbarung hier durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
HINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen dieser Offenbarung beziehen sich auf eine elastische Wellenvorrichtung (auch als Elastikwellenvorrichtung bezeichnet).
Beschreibung der zugehörigen Technologie
Eine elastische Wellenvorrichtung (Vorrichtung für elastische Wellen) kann einen akustischen Oberflächenwellenresonator implementieren. Ein akustischer Oberflächenwellenresonator kann eine interdigitale Wandler-Elektrode auf einem piezoelektrischen Substrat beinhalten. Der akustische Oberflächenwellenresonator kann eine akustische Oberflächenwelle auf einer Oberfläche der piezoelektrischen Schicht erzeugen, auf der die interdigitale Transduktor-Elektrode (Wandler-Elektrode) angeordnet ist. Akustische Oberflächenwellenresonatoren können ein akustisches Oberflächenwellenfilter implementieren.
Oberflächenwellenresonatoren können in hochfrequenten elektronischen Systemen eingesetzt werden. So können beispielsweise Filter in einem Hochfrequenz-Frontend eines Mobiltelefons Oberflächenwellenfilter beinhalten. Die Entwicklung eines akustischen Oberflächenwellenresonators, der die Designspezifikationen für solche Hochfrequenzsysteme erfüllt oder übertrifft, kanneine Herausforderung darstellen.
ZUSAMMENFASSUNG BESTIMMTER ERFINDERISCHER ASPEKTE
Die in den Ansprüchen beschriebenen neuartigen Merkmale weisen jeweils mehrere Merkmale auf, von denen keine einzelne allein für ihre wünschenswerten Eigenschaften verantwortlich ist. Ohne den Umfang der Ansprüche einzuschränken, werden nun einige herausstehende Merkmale dieser Offenbarung kurz beschrieben.
Ein Aspekt dieser Offenbarung ist eine elastische Wellenvorrichtung, die eine piezoelektrische Schicht, eine interdigitale Wandlerelektrode auf der piezoelektrischen Schicht und eine Hochgeschwindigkeitsschicht in physikalischem Kontakt mit der piezoelektrischen Schicht beinhaltet. Die piezoelektrische Schicht hat einen Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 60°. Die interdigitale Wandlerelektrode ist konfiguriert, um eine elastische Welle mit einer Wellenlänge von λ zu erzeugen. Die piezoelektrische Schicht hat eine Dicke in einem Dickenbereich von 0,35λ bis 0,8Ä. Die Hochgeschwindigkeitsschicht hat eine höhere Volumengeschwindigkeit (Bulk Velocity) als eine Geschwindigkeit der elastischen Welle.
Die piezoelektrische Schicht kann eine Lithiumniobatschicht beinhalten. Die piezoelektrische Schicht kann eine Lithium-Tantalatschicht beinhalten. Die Dicke der piezoelektrischen Schicht kann im Bereich von 0,4λ bis 0,75λ liegen.
Die Hochgeschwindigkeitsschicht kann eine Siliziumschicht sein.
Der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht kann im Bereich von -10° bis 50° liegen. Der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht kann im Bereich von -10° bis 30° liegen. Der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht kann im Bereich von 0° bis 30° liegen. Der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht kann im Bereich von 10° bis 30° liegen. Der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht kann im Bereich von 20° bis 30° liegen. Der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht kann im Bereich von 30° bis 40° liegen.
Die interdigitale Wandlerelektrode kann Aluminium beinhalten. In einigen Fällen kann das Material der interdigitalen Wandlerelektrode eine Aluminiumlegierung sein. Die interdigitale Wandlerelektrode kann eine Dicke in einem zweiten Dickenbereich von 0,02λ bis 0,1λ aufweisen.
Die elastische Wellenvorrichtung kann ferner eine Temperaturkompensationsschicht beinhalten, die so angeordnet ist, dass die interdigitale Wandlerelektrode zwischen der Temperaturkompensationsschicht und der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist. Die Temperaturkompensationsschicht kann Siliziumdioxid beinhalten. Die Temperaturkompensationsschicht kann eine Dicke von weniger als 0,5λ aufweisen.
Ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung ist eine elastische Wellenvorrichtung, die eine Lithiumniobatschicht, eine interdigitale Wandlerelektrode auf der Lithiumniobatschicht und ein Siliziumsubstrat in physikalischem Kontakt mit der Lithiumniobatschicht beinhaltet. Die Lithiumniobatschicht weist einen Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 60° auf. Die interdigitale Wandlerelektrode ist konfiguriert, um eine elastische Welle mit einer Wellenlänge von λ zu erzeugen. Die Lithiumniobatschicht hat eine Dicke in einem Dickenbereich von 0,35λ bis 0,8λ.
Der Schnittwinkel der Lithiumniobatschicht kann im Bereich von -10° bis 30° liegen. Der Schnittwinkel der Lithiumniobatschicht kann im Bereich von 15° bis 35° liegen. Der Schnittwinkel der Lithiumniobatschicht kann im Bereich von 20° bis 30° liegen.
Die Dicke der Lithiumniobatschicht kann im Bereich von 0,4λ bis 0,75λ liegen.
Die interdigitale Wandlerelektrode kann Aluminium beinhalten. Die interdigitale Wandlerelektrode kann eine Dicke in einem zweiten Dickenbereich von 0,02λ bis 0,1λ aufweisen.
Die elastische Wellenvorrichtung kann ferner eine Temperaturkompensationsschicht beinhalten, die so angeordnet ist, dass die interdigitale Wandlerelektrode zwischen der Temperaturkompensationsschicht und der Lithiumniobatschicht angeordnet ist. Die Temperaturkompensationsschicht kann Siliziumdioxid beinhalten. Die Temperaturkompensationsschicht kann eine Dicke von weniger als 0,5λ aufweisen.
Ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung ist eine elastische Wellenvorrichtung, die eine Lithiumniobatschicht, eine interdigitale Wandlerelektrode auf der Lithiumniobatschicht, eine Hochgeschwindigkeitsschicht mit einer höheren Voumengeschwindigkeit (Bulk Velocity) als eine Geschwindigkeit der elastischen Welle und eine Temperaturkompensationsschicht zwischen der Hochgeschwindigkeitsschicht und der Lithiumniobatschicht beinhaltet. Die Lithiumniobatschicht weist einen Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von - 10° bis 60° auf. Die interdigitale Wandlerelektrode ist konfiguriert, um eine elastische Welle mit einer Wellenlänge von λ zu erzeugen. Die Lithiumniobatschicht hat eine Dicke in einem Dickenbereich von 0,35λ bis 0,8λ. Die Hochgeschwindigkeitsschicht ist konfiguriert, um das Austreten der elastischen Welle aus der Lithiumniobatschicht bei Antiresonanz zu verhindern. Die Temperaturkompensationsschicht weist einen positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz auf. Die elastische Wellenvorrichtung ist so angeordnet, dass sie einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten von mindestens 26% aufweist.
Die Hochgeschwindigkeitsschicht kann eine Siliziumschicht sein.
Die Temperaturkompensationsschicht kann eine Siliziumdioxidschicht sein. Die Temperaturkompensationsschicht kann eine Dicke von weniger als 0,5λ aufweisen.
Die interdigitale Wandlerelektrode kann Aluminium beinhalten.
Der Schnittwinkel der Lithiumniobatschicht kann im Bereich von 15° bis 35° liegen. Der Schnittwinkel der Lithiumniobatschicht kann im Bereich von 20° bis 30° liegen. Der Schnittwinkel der Lithiumniobatschicht kann im Bereich von -10° bis 30° liegen-.
Die Dicke der Lithiumniobatschicht kann im Bereich von 0,4λ bis 0,75A liegen.
Der elektromechanische Kopplungskoeffizient kann mindestens 28% betragen. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient kann weniger als 30% betragen. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient kann weniger als 35% betragen.
Ein Qualitätsfaktor (auch als Gütefaktor bezeichnet) der akustischen Welleneinrichtung kann im Bereich von 2000 bis 5000 liegen.
Ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung ist eine elastische Wellenvorrichtung, die eine Lithium-Tantalatschicht, eine interdigitale Wandlerelektrode auf der Lithium-Tantalatschicht, eine Hochgeschwindigkeitsschicht mit einer höheren Volumengeschwindigkeit (Bulk Velocity) als eine Geschwindigkeit der elastischen Welle und eine Temperaturkompensationsschicht zwischen der Hochgeschwindigkeitsschicht und der Lithium-Tantalatschicht beinhaltet. Die Lithium-Tantalatschicht weist einen Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 50° auf. Die interdigitale Wandlerelektrode ist konfiguriert, um eine elastische Welle mit einer Wellenlänge von λ zu erzeugen. Die Lithium-Tantalatschicht hat eine Dicke, die kleiner als λ ist. Die Hochgeschwindigkeitsschicht ist konfiguriert, um zu verhindern, dass die elastische Welle bei Anti-Resonanz aus der Lithium-Tantalatschicht austritt. Die Temperaturkompensationsschicht weist einen positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz auf.
Die Hochgeschwindigkeitsschicht kann eine Siliziumschicht sein.
Die Temperaturkompensationsschicht kann eine Siliziumdioxidschicht sein. Die Temperaturkompensationsschicht kann eine Dicke von weniger als 0,5λ aufweisen.
Die interdigitale Wandlerelektrode kann Aluminium beinhalten. Die interdigitale Wandlerelektrode kann eine Dicke in einem zweiten Dickenbereich von 0,02λ bis 0,1λ aufweisen.
Der Schnittwinkel der Lithium-Tantalatschicht kann im Bereich von -10° bis 30° liegen-. Der Schnittwinkel der Lithium-Tantalatschicht kann im Bereich von 0° bis 30° liegen. Der Schnittwinkel der Lithium-Tantalatschicht kann im Bereich von 10° bis 30° liegen. Der Schnittwinkel der Lithium-Tantalatschicht kann im Bereich von 30° bis 40° liegen. Der Schnittwinkel der Lithium-Tantalatschicht kann im Bereich von 15° bis 35° liegen. Der Schnittwinkel der Lithium-Tantalatschicht kann im Bereich von 20° bis 30° liegen.
Die Dicke der Lithium-Tantalatschicht kann im Bereich von 0,25λ bis 0,8λ liegen. Die Dicke der Lithium-Tantalatschicht kann im Bereich von 0,35λ bis 0,8λ liegen. Die Dicke der Lithium-Tantalatschicht kann im Bereich von 0,4λ bis 0,75λ liegen.
Ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung ist eine elastische Wellenvorrichtung, die eine piezoelektrische Schicht, eine interdigitale Wandlerelektrode auf der piezoelektrischen Schicht und eine Hochgeschwindigkeitsschicht mit einer höheren Volumen- bzw. Bulkgeschwindigkeit als eine Geschwindigkeit der elastischen Welle beinhaltet und konfiguriert ist, um das Austreten der elastischen Welle aus der piezoelektrischen Schicht bei Antiresonanz zu verhindern-. Die piezoelektrische Schicht hat einen Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 60°. Die interdigitale Wandlerelektrode ist konfiguriert, um eine elastische Welle mit einer Wellenlänge von λ zu erzeugen. Die interdigitale Wandlerelektrode hat eine Dicke in einem ersten Dickenbereich von 0,02λ bis 0,1 λ. Die piezoelektrische Schicht hat eine Dicke, die kleiner ist als λ.
Die Hochgeschwindigkeitsschicht kann eine Siliziumschicht sein.
Die piezoelektrische Schicht kann eine Lithiumniobatschicht beinhalten. Die piezoelektrische Schicht kann eine Lithium-Tantalatschicht beinhalten.
Die Dicke der interdigitalen Wandlerelektrode kann zwischen 0,05A und 0,1λ liegen. Die interdigitale Wandlerelektrode kann Aluminium beinhalten.
Der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht kann im Bereich von -10° bis 30° liegen. Der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht kann im Bereich von 0° bis 30° liegen. Der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht kann im Bereich von 15° bis 35° liegen. Der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht kann im Bereich von 20° bis 30° liegen. Der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht kann im Bereich von 30° bis 40° liegen.
Die Dicke der piezoelektrischen Schicht kann in einem zweiten Dickenbereich von 0,25λ bis 0,8λ liegen. Die Dicke der piezoelektrischen Schicht kann im Bereich von 0,35λ bis 0,8λ liegen. Die Dicke der piezoelektrischen Schicht kann von 0,4λ bis 0,75λ reichen.
Die Hochgeschwindigkeitsschicht kann mit der piezoelektrischen Schicht verbunden/gebondet und in physikalischem Kontakt mit ihr sein. Die Hochgeschwindigkeitsschicht kann ein Siliziumsubstrat sein.
Die elastische Wellenvorrichtung kann ferner eine Temperaturkompensationsschicht beinhalten, die zwischen der Hochgeschwindigkeitsschicht und der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist. Die Temperaturkompensationsschicht kann Siliziumdioxid beinhalten. Die Temperaturkompensationsschicht kann eine Dicke von weniger als 0,5λ aufweisen.
Die elastische Wellenvorrichtung kann ferner eine Temperaturkompensationsschicht beinhalten, die so angeordnet ist, dass die interdigitale Wandlerelektrode zwischen der Temperaturkompensationsschicht und der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist. Die Temperaturkompensationsschicht kann Siliziumdioxid beinhalten. Die Temperaturkompensationsschicht kann eine Dicke von weniger als 0,5λ aufweisen.
Ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung ist eine elastische Wellenvorrichtung, die eine piezoelektrische Schicht, eine interdigitale Wandlerelektrode auf der piezoelektrischen Schicht, eine Siliziumschicht, die konfiguriert ist, um das Austreten der elastischen Welle aus der piezoelektrischen Schicht bei Antiresonanz zu verhindern,- und eine temperaturkompensierende Schicht mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz beinhaltet-. Die piezoelektrische Schicht hat einen Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 60°. Die interdigitale Wandlerelektrode ist konfiguriert, um eine elastische Welle mit einer Wellenlänge von λ zu erzeugen. Die piezoelektrische Schicht hat eine Dicke in einem Dickenbereich von 0,25λ bis 0,8λ. Die piezoelektrische Schicht ist zwischen der Siliziumschicht und der interdigitalen Wandlerelektrode angeordnet. Die interdigitale Wandlerelektrode ist zwischen der Temperaturkompensationsschicht und der piezoelektrischen Schicht angeordnet.
Die Temperaturkompensationsschicht kann eine Dicke von weniger als 0,5λ aufweisen. Die Temperaturkompensationsschicht kann Siliziumdioxid beinhalten. Die Temperaturkompensationsschicht kann Tellurdioxid beinhalten. Die Temperaturkompensationsschicht kann SiOF beinhalten.
Der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht kann zwischen -10° und 30° liegen. Der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht kann zwischen 15° und 35° liegen. Der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht kann zwischen 20° und 30° liegen.
Die Dicke der piezoelektrischen Schicht kann zwischen 0,35λ und 0,8λ liegen. Die Dicke der piezoelektrischen Schicht kann zwischen 0,4λ und 0,75λ liegen.
Die interdigitale Wandlerelektrode kann eine Dicke zwischen 0,02λ und 0,1λ aufweisen. Die interdigitale Wandlerelektrode kann Aluminium beinhalten.
Die piezoelektrische Schicht kann eine Lithiumniobatschicht sein. Die piezoelektrische Schicht kann eine Lithium-Tantalatschicht sein.
Die Siliziumschicht kann in physikalischem Kontakt mit der piezoelektrischen Schicht stehen.
Ein Filter kann eine elastische Wellenvorrichtung gemäß den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen beinhalten. Ein Duplexer kann eine elastische Wellenvorrichtung gemäß den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen beinhalten.
Ein verpacktes Modul kann eine elastische Wellenvorrichtung gemäß den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen beinhalten. Das verpackte Modul kann außerdem einen Hochfrequenzschalter beinhalten. Das gepackte Modul kann weiterhin einen Leistungsverstärker beinhalten.
Eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung kann eine elastische Wellenvorrichtung in Übereinstimmung mit allen hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen beinhalten. Das drahtlose Kommunikationsgerät kann ein Mobiltelefon sein. Die elastische Wellenvorrichtung kann in einen Filter und/oder einer Frequenzmultiplexschaltung, wie beispielsweise einem Duplexer, integriert sein.
Zur Zusammenfassung der Offenbarung sind hier bestimmte Aspekte, Vorteile und Neuerungen der neuartigen Merkmale beschrieben worden. Es sei darauf hingewiesen, dass nicht unbedingt alle diese Vorteile in Übereinstimmung mit einer bestimmten Ausführungsform erreicht werden können. Somit können die Innovationen in einer Weise verkörpert oder durchgeführt werden, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, wie hier gelehrt, erreicht oder optimiert, ohne notwendigerweise andere Vorteile zu erzielen, wie sie hier gelehrt oder vorgeschlagen werden.
Figurenliste
Ausführungsformen dieser Offenbarung werden beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

1 ist eine Querschnittsansicht einer elastischen Wellenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.

Die 2A bis 2E sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung aus 1, die eine piezoelektrische Lithium-Tantalatschicht auf einem Siliziumsubstrat beinhaltet, in der eine Dicke der piezoelektrischen Lithium-Tantalatschicht variiert wird. 2A ist ein Diagramm eines Frequenzgangs für verschiedene Lithium-Tantalatdicken und für eine entsprechende Vorrichtung ohne Siliziumsubstrat. 2B ist ein Diagramm des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten im Vergleich zur Lithium-Tantalat-Dicke. 2C ist ein Diagramm des Qualitätsfaktors (Gütefaktors) im Vergleich zur Lithium-Tantalatdicke. 2D ist ein Diagramm der Leistungszahl (Figure of Merit) im Vergleich zur Lithium-Tantalat-Dicke. 2E ist ein Diagramm der Geschwindigkeit im Verhältnis zur Lithium-Tantalat-Dicke.
Die 3A bis 3E sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung aus 1, die eine piezoelektrische Lithium-Tantalat-Schicht auf einem Siliziumsubstrat beinhaltet, in der die Dicke einer interdigitalen Wandlerelektrode variiert wird. 3A ist ein Diagramm eines Frequenzgangs für verschiedene interdigitale Wandlerelektrodendicken und für eine entsprechende Vorrichtung ohne Siliziumsubstrat. 3B ist ein Diagramm des elektromechanischen Koppelkoeffizienten gegenüber der Elektrodendicke des interdigitalen Wandlers. 3C ist ein Diagramm des Qualitätsfaktors im Vergleich zur Dicke der Elektroden des interdigitalen Wandlers. 3D ist ein Diagramm der Leistungszahl im Vergleich zur Dicke der Elektroden des interdigitalen Wandlers. 3E ist ein Diagramm der Geschwindigkeit im Verhältnis zur Dicke der Elektroden des interdigitalen Wandlers.
Die 4A bis 4E sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung aus 1, die eine piezoelektrische Lithiumtantalatschicht auf einem Siliziumsubstrat beinhaltet, in der ein Schnittwinkel variiert wird. 4A ist ein Diagramm eines Frequenzgangs für verschiedene Schnittwinkel und für eine entsprechende Vorrichtung ohne Siliziumsubstrat. 4B ist ein Diagramm des elektromechanischen Koppelkoeffizienten über dem Schnittwinkel. 4C ist ein Diagramm des Qualitätsfaktors im Verhältnis zum Schnittwinkel. 4D ist ein Diagramm der Leistungszahl (Figure of Merit) im Vergleich zum Schnittwinkel. 4E ist ein Diagramm der Geschwindigkeit über dem Schnittwinkel.
Die 5A bis 5E sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung aus 1, die eine piezoelektrische Lithiumniobatschicht auf einem Siliziumsubstrat beinhaltet, in der eine Dicke der piezoelektrischen Lithiumniobatschicht variiert wird. 5A ist ein Diagramm eines Frequenzgangs für verschiedene Lithiumniobatdicken und für eine entsprechende Vorrichtung ohne Siliziumsubstrat. 5B ist ein Diagramm des elektromechanischen Koppelkoeffizienten gegenüber der Lithiumniobatdicke. 5C ist ein Diagramm des Qualitätsfaktors im Vergleich zur Lithiumniobatdicke. 5D ist ein Diagramm der Leistungszahl im Vergleich zur Lithiumniobatdicke. 5E ist ein Diagramm der Geschwindigkeit im Verhältnis zur Lithiumniobatdicke.
Die 6A bis 6E sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung aus 1, die eine piezoelektrische Lithiumniobatschicht auf einem Siliziumsubstrat beinhaltet, in der die Dicke einer interdigitalen Wandlerelektrode variiert wird. 6A ist ein Diagramm eines Frequenzgangs für verschiedene interdigitale Wandlerelektrodendicken und für eine entsprechende Vorrichtung ohne Siliziumsubstrat. 6B ist ein Diagramm des elektromechanischen Koppelkoeffizienten gegenüber der Elektrodendicke des interdigitalen Wandlers. 6C ist ein Diagramm des Qualitätsfaktors im Vergleich zur Dicke der Elektroden des interdigitalen Wandlers. 6D ist ein Diagramm der Leistungszahl (Figure of Merit) im Vergleich zur Dicke der Elektroden des interdigitalen Wandlers. 6E ist ein Diagramm der Geschwindigkeit im Verhältnis zur Dicke der Elektroden des interdigitalen Wandlers.
Die 7A bis 7E sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung aus 1, die eine piezoelektrische Lithiumniobatschicht auf einem Siliziumsubstrat beinhaltet, in der ein Schnittwinkel verändert wird. 7A ist ein Diagramm eines Frequenzgangs für verschiedene Schnittwinkel und für eine entsprechende Vorrichtung ohne Siliziumsubstrat. 7B ist ein Diagramm des elektromechanischen Koppelkoeffizienten über dem Schnittwinkel. 7C ist ein Diagramm des Qualitätsfaktors im Verhältnis zum Schnittwinkel. 7D ist ein Diagramm der Leistungszahl im Vergleich zum Schnittwinkel. 7E ist ein Diagramm der Geschwindigkeit über dem Schnittwinkel.
Die 8A bis 8F vergleichen Simulationsergebnisse für eine elastische Wellenvorrichtung aus 1, die eine piezoelektrische Lithium-Tantalatschicht beinhaltet, mit einer elastischen Wellenvorrichtung aus 1, die eine piezoelektrische Lithium-Niobatschicht beinhaltet. 8A ist ein Diagramm des elektromechanischen Koppelkoeffizienten im Vergleich zur piezoelektrischen Schichtdicke. 8B ist ein Diagramm des elektromechanischen Koppelkoeffizienten gegenüber der Elektrodendicke des interdigitalen Wandlers. 8C ist ein Diagramm des elektromechanischen Koppelkoeffizienten über dem Schnittwinkel. 8D ist eine grafische Darstellung drs Güte im Vergleich zur piezoelektrischen Schichtdicke. 8E ist ein Diagramm der Leistungszahl im Vergleich zur Dicke der Elektroden des interdigitalen Wandlers. 8F ist ein Diagramm der Leistungszahl im Vergleich zum Schnittwinkel.
9 ist ein Diagramm der Phasengeschwindigkeit über der piezoelektrischen Schichtdicke für eine elastische Wellenvorrichtung aus 1 mit einer LT-piezoelektrischen Schicht mit einem Schnittwinkel von 42° auf einem Siliziumsubstrat.
10 ist ein Diagramm von k² über der piezoelektrischen Schichtdicke für eine elastische Wellenvorrichtung aus 1 mit einer LT-piezoelektrischen Schicht mit einem Schnittwinkel von 42° auf einem Siliziumsubstrat.
11A ist ein Diagramm des Qualitätsfaktors gegenüber der piezoelektrischen Schichtdicke für eine elastische Wellenvorrichtung aus 1 mit einer LT-piezoelektrischen Schicht mit einem Schnittwinkel von 42° auf einem Siliziumsubstrat. 11B ist ein Diagramm, das veranschaulicht, dass Wellen auf der Oberfläche einer elastischen Wellenvorrichtung aus 1 mit einer piezoelektrischen LT-Schicht mit einem Schnittwinkel von 42° auf einem Siliziumsubstrat eingeschlossen werden können. 11C veranschaulicht, dass elastische Wellen in das Substrat für eine ähnliche elastische Wellenvorrichtung, die kein Siliziumsubstrat beinhaltet, austreten können.
Die 12A bis 12D veranschaulichen Störungsmoden (auch als unechte oder Spurious Modes bezeichnet) für eine elastische Wellenvorrichtung aus 1 mit einer LT-Piezoelektrikschicht auf einem Siliziumsubstrat. 12A veranschaulicht einen Störmode für eine Lithium-Tantalatdicke von 0,05λ. 12B veranschaulicht einen Störmodus oder Störmode für eine Lithium-Tantalatdicke von 0,75λ. 12C veranschaulicht einen Störmodus für eine Lithium-Tantalatdicke von 0,25λ. 12D veranschaulicht einen Störmodus für eine Lithium-Tantalatdicke von 1λ.
Die 13A bis 13C veranschaulichen einen Einfluss der Dicke einer Aluminium-IDT-Elektrode auf eine elastische Wellenvorrichtung aus 1 mit einer LT-piezoelektrischen Schicht auf einem Siliziumsubstrat für verschiedene Dicken der LT-Schicht. 13A veranschaulicht einen Einfluss der IDT-Elektrodendicke auf Q. 13B veranschaulicht einen Einfluss der IDT-Elektrodicke auf die Phasengeschwindigkeit (Vp). 13C veranschaulicht einen Einfluss der IDT-Elektrodendicke auf den k² .
14A veranschaulicht die normierte durchschnittliche Oberflächenverschiebung fp für eine elastische Wellenvorrichtung mit einem Lithiumniobatsubstrat. 14B veranschaulicht die normierte durchschnittliche Oberflächenverschiebung fp für eine elastische Wellenvorrichtung aus 1 mit einem Lithiumniobatsubstrat auf einem Siliziumsubstrat.
Die 15A bis 15D sind Diagramme für Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung aus 1 mit einer piezoelektrischen LN-Schicht auf einem Siliziumsubstrat für die Dicke der LN-Schicht und verschiedene Parameter. 15A veranschaulicht k² als Funktion der Dicke der LN-Schicht. 15B veranschaulicht Qp als Funktion der Dicke der LN-Schicht. 15C veranschaulicht Qs als Funktion der Dicke der LN-Schicht. 15D veranschaulicht v0 als Funktion der Dicke der LN-Schicht.
Die 16A bis 16K sind Diagramme der Admittanz über der Frequenz für eine elastische Wellenvorrichtung aus 1 mit einer piezoelektrischen LN-Schicht auf einem Siliziumsubstrat für verschiedene Schnittwinkel der piezoelektrischen LN-Schicht. 16A entspricht einem Schnittwinkel von -30°. 16B entspricht einem Schnittwinkel von -20°. 16C entspricht einem Schnittwinkel von -10°. 16D entspricht einem Schnittwinkel von 0°. 16E entspricht einem Schnittwinkel von 10°. 16F entspricht einem Schnittwinkel von 20°. 16G entspricht einem Schnittwinkel von 30°. 16H entspricht einem Schnittwinkel von 40°. 161 entspricht einem Schnittwinkel von 50°. 16J entspricht einem Schnittwinkel von 60°. 16K entspricht einem Schnittwinkel von 70°.
17A ist ein Diagramm von k² für bestimmte Schnittwinkel einer elastischen Wellenvorrichtung aus 1 mit einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist.
17B ist ein Diagramm von v0 für bestimmte Schnittwinkel einer elastischen Wellenvorrichtung aus 1 mit einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist.
Die 18A bis 18C sind Diagramme für Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung aus 1 mit einer piezoelektrischen LN-Schicht mit einem Schnittwinkel von 128° auf einem Siliziumsubstrat. 18A veranschaulicht einen Frequenzgang für eine LN-Schicht mit einer Dicke von 0,7λ. 18B veranschaulicht einen Frequenzgang für eine LN-Schicht mit einer Dicke von 1λ. 18C veranschaulicht einen Frequenzgang für eine LN-Schicht mit einer theoretisch unendlichen Dicke.
19 ist ein Diagramm der Geschwindigkeit der elastischen Wellenvorrichtung von 1 in Abhängigkeit von der Dicke der piezoelektrischen Schicht.
Die 20A und 20B sind Diagramme für die Simulation von Q als Funktion der Dicke der piezoelektrischen Schicht einer elastischen Wellenvorrichtung aus 1 für bestimmte piezoelektrische Schichten auf einem Siliziumsubstrat. 20A ist ein Diagramm von Qs als eine Funktion der Dicke bestimmter piezoelektrischer Schichten. 20B ist ein Diagramm von Qp als Funktion der Dicke bestimmter piezoelektrischer Schichten.
21 ist eine Querschnittsansicht einer elastischen Wellenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
22A ist eine Grafik von k² als Funktion der 42LT-Dicke für verschiedene Dicken einer Siliziumdioxidschicht der elastischen Wellenvorrichtung von 21.
22B ist ein Diagramm von v_P-OPEN als Funktion der 42LT-Dicke für verschiedene Dicken einer Siliziumdioxidschicht der elastischen Wellenvorrichtung von 21.
23A veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qs und 42LT-Dicken für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken der elastischen Wellenvorrichtung aus 21.
23B veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qp- und 42LT-Dicken für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken der elastischen Wellenvorrichtung aus 21.
Die 24A und 24B veranschaulichen die Beziehungen zwischen (1) TCF und der Dicke der Siliziumdioxidschicht und (2) k² und der Dicke der Siliziumdioxidschicht der elastischen Wellenvorrichtung aus 21. 24A entspricht 42LT mit einer Dicke von 0,25λ. 24B entspricht 42LT mit einer Dicke von 0,5λ.
Die 25A bis 25C veranschaulichen störende Moden (Spurious Modes) in Frequenzgängen für verschiedene 42LT- und Siliziumdioxiddicken der elastischen Wellenvorrichtung aus 21. 25A zeigt einen relativ reinen Frequenzgang für eine 42LT-Schicht mit einer Dicke von 0,15λ und einer Siliziumdioxiddicke von 0.2λ. 25B zeigt eine Rayleigh-Welle in einem Durchlassband, wenn die 42LT-Schicht eine Dicke von weniger als 0,03λ aufweist. 25C zeigt eine Plattenwelle in einem Durchlassbereich, wenn die 42LT-Schicht eine Dicke von mehr als 0,8λ aufweist.
26A ist ein Konturdiagramm für Vo für die elastische Wellenvorrichtung von 21. 26B ist ein Konturdiagramm für k² für die elastische Wellenvorrichtung aus 21.
27A ist ein Konturdiagramm für Qs für die elastische Wellenvorrichtung von 21. 27B ist ein Konturdiagramm für Qp für die elastische Wellenvorrichtung von 21.
28A ist ein Konturdiagramm für Qavg für die elastische Wellenvorrichtung von 21. 28B ist ein Konturdiagramm für FOM für die elastische Wellenvorrichtung aus 21.
Die 29A bis 29D veranschaulichen, dass die Verschiebung auf die Oberfläche der piezoelektrischen Schicht für 42LT- und 5LN-Piezoschichten in der elastischen Wellenvorrichtung von 21 beschränkt ist, während die Verschiebung bei ähnlichen elastischen Wellenvorrichtungen ohne eine Hochgeschwindigkeitsschicht und einer temperaturausgleichenden Schicht nicht so stark auf die Oberfläche beschränkt ist. 29A veranschaulicht die Verschiebung in einer elastischen Wellenvorrichtung mit einem 42LT-Substrat. 29B veranschaulicht die Verschiebung in einer elastischen Wellenvorrichtung von 21 mit einer 42LT piezoelektrischen Schicht, einer Siliziumdioxid-Temperaturkompensationsschicht und einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist. 29C veranschaulicht die Verschiebung in einer elastischen Wellenvorrichtung mit einem 5LN-Substrat. 29D veranschaulicht die Verschiebung in einer elastischen Wellenvorrichtung von 21 mit einer 5LN piezoelektrischen Schicht, einer Siliziumdioxid-Temperaturkompensationsschicht und einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist.
30A ist ein Diagramm von k² als Funktion der 5LN-Dicke für verschiedene Dicken einer Siliziumdioxidschicht der elastischen Wellenvorrichtung von 21.
30B ist eine Diagramm von v_P-OPEN als Funktion der 5LN-Dicke für verschiedene Dicken einer Siliziumdioxidschicht der elastischen Wellenvorrichtung von 21.
31A veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qs und 5LN-Dicken für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken der elastischen Wellenvorrichtung von 21. 31B veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qp- und 5LN-Dicken für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken der elastischen Wellenvorrichtung aus 21.
Die 32A und 32B veranschaulichen die Beziehungen zwischen (1) TCF und der Dicke der Siliziumdioxidschicht und (2) k² und der Dicke der Siliziumdioxidschicht. 32A entspricht einem 5LN mit einer Dicke von 0,25λ. 32B entspricht einem 5LN mit einer Dicke von 0,5λ.
Die 33A bis 33C veranschaulichen störende Moden (Spurious Modes) im Frequenzgang für verschiedene 5LN-Elastische Wellenvorrichtungen. 33A bezieht sich auf 5LN/Si elastische Wellenvorrichtung mit einer LN-Schicht, die 0,25λ dick ist. 33B bezieht sich auf 5LN/Si elastische Wellenvorrichtung mit einer LN-Schicht, die 1λ dick ist. 33C bezieht sich auf eine 5LN/SiO2/Si elastische Wellenvorrichtung.
34A ist ein Konturdiagramm für Vo für die elastische Wellenvorrichtung von 21. 34B ist ein Konturdiagramm für k² für die elastische Wellenvorrichtung aus 21.
35A ist ein Konturdiagramm für Qs für die elastische Wellenvorrichtung von 21. 35B ist ein Konturdiagramm für Qp für die elastische Wellenvorrichtung aus 21.
36A ist ein Konturdiagramm für Qavg für die elastische Wellenvorrichtung von 21. 36B ist ein Konturdiagramm für FOM für die elastische Wellenvorrichtung aus 21.
Die 37A und 37F sind Diagramme, die verschiedene Parameter für elastische Wellenbauelemente mit einer Siliziumdioxidschicht in verschiedenen Positionen vergleichen. 37A ist ein Diagramm von Vo als Funktion der piezoelektrischen Schichthöhe. 37B ist ein Diagramm von k² als Funktion der piezoelektrischen Schichthöhe. 37C ist ein Diagramm von Qs als Funktion der piezoelektrischen Schichthöhe. 37D ist ein Diagramm von Qp als Funktion der piezoelektrischen Schichthöhe. 37E ist ein Diagramm von Qavg als Funktion der piezoelektrischen Schichthöhe. 37F ist ein Diagramm von FOM als Funktion der piezoelektrischen Schichthöhe.
38A ist eine Grafik von k² als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung von 21, die ein LN Piezoelektrikum auf einem Siliziumsubstrat mit einer dazwischen angeordneten Siliziumdioxidschicht beinhaltet.
38B ist eine Grafik von v_P-OPEN als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung der 21, die ein LN Piezoelektrikum auf einem Siliziumsubstrat mit einer dazwischen angeordneten Siliziumdioxidschicht beinhaltet.
38C ist ein Diagramm von Qs als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung der 21, das ein piezoelektrisches LN auf einem Siliziumsubstrat mit einer dazwischen angeordneten Siliziumdioxidschicht beinhaltet.
38D ist ein Diagramm von Qp als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung von 21, die ein LN Piezoelektrikum auf einem Siliziumsubstrat mit einer dazwischen angeordneten Siliziumdioxidschicht beinhaltet.
Die 39A bis 39L veranschaulichen die Admittanz über der Frequenz für verschiedene Schnittwinkel von LN pf einer elastischen Wellenvorrichtung aus 21 an, die ein piezoelektrisches LN auf einem Siliziumsubstrat mit einer dazwischen angeordneten Siliziumdioxidschicht beinhaltet. 39A entspricht einem Schnittwinkel von -30°. 39B entspricht einem Schnittwinkel von -20°. 39C entspricht einem Schnittwinkel von -10°. 39D entspricht einem Schnittwinkel von 0°. 39E entspricht einem Schnittwinkel von 10°. 39F entspricht einem Schnittwinkel von 20°. 39G entspricht einem Schnittwinkel von 30°. 39H entspricht einem Schnittwinkel von 40°. 39I entspricht einem Schnittwinkel von 50°. 39J entspricht einem Schnittwinkel von 60°. 39K entspricht einem Schnittwinkel von 70°. 39L entspricht einem Schnittwinkel von 80°.
40 ist eine Querschnittsansicht einer elastischen Wellenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
Die 41A und 41B sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung aus 40 mit einer piezoelektrischen Lithiumniobatschicht, einer Hochgeschwindigkeitsschicht und einer dielektrischen Schicht über der IDT-Elektrode. 41A ist ein Diagramm von k² als Funktion der LN-Dicke für verschiedene Dicken der dielektrischen Schicht. 41B ist ein Diagramm des Temperaturkoeffizienten der Geschwindigkeit (TCV) als Funktion der LN-Dicke für verschiedene Dicken der dielektrischen Schicht.
Die 42A bis 42D sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung aus 40, die Siliziumdioxid über einer piezoelektrischen LN-Schicht auf einem Siliziumsubstrat beinhaltet. 42A entspricht LN mit einem Schnittwinkel von 0°. 42B entspricht LN mit einem Schnittwinkel von 10°. 42C entspricht LN mit einem Schnittwinkel von 20°. 42D entspricht LN mit einem Schnittwinkel von 30°.
Die 43A und 43B veranschaulichen die Zusammenhänge zwischen (1) TCF und der Dicke der Siliziumdioxidschicht und (2) k² und der Dicke der Siliziumdioxidschicht für eine elastische Wellenvorrichtung aus 40 mit einer 5LN piezoelektrischen Schicht. 43A entspricht einer 5LN piezoelektrischen Schicht mit einer Dicke von 0,25λ. 43B entspricht einer 5LN piezoelektrischen Schicht mit einer Dicke von 0,5λ.
44A ist ein Diagramm von k² als Funktion der 5LN-Dicke für verschiedene Dicken einer Siliziumdioxidschicht einer elastischen Wellenvorrichtung aus 40. 44B ist ein Diagramm von v_P-OPEN als Funktion der 5LN-Dicke für verschiedene Dicken einer Siliziumdioxidschicht einer elastischen Wellenvorrichtung von 40.
45A veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qs und 5LN Dicke für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken einer elastischen Wellenvorrichtung aus 40. 45B veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qp- und 5LN-Dicken für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken einer elastischen Wellenvorrichtung aus 40.
Die 46A und 46B veranschaulichen die Beziehungen zwischen (1) TCF und der Dicke einer Siliziumdioxidschicht und (2) k² und der Dicke der Siliziumdioxidschicht für eine elastische Wellenvorrichtung aus 40 mit einer 42LN piezoelektrischen Schicht. 46A entspricht einer 42LT piezoelektrischen Schicht mit einer Dicke von 0,25λ. 46B entspricht einer 42LT piezoelektrischen Schicht mit einer Dicke von 0,5λ.
47A ist ein Diagramm von k² als Funktion der 42LT-Dicke für verschiedene Dicken einer Siliziumdioxidschicht einer elastischen Wellenvorrichtung aus 40. 47B ist ein Diagramm von v_P-OPEN als Funktion der 42LT-Dicke für verschiedene Dicken der Siliziumdioxidschicht einer elastischen Wellenvorrichtung von 40.
48A veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qs und 42LT-Dicke für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken einer elastischen Wellenvorrichtung aus 40. 48B veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qp- und 42LT-Dicken für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken einer elastischen Wellenvorrichtung aus 40.
49A ist ein Diagramm von k² als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung von 40, die eine Siliziumdioxidschicht über einer piezoelektrischen LN-Schicht auf einem Siliziumsubstrat beinhaltet.
49B ist ein Diagramm von v_P-OPEN als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung von 40, die eine Siliziumdioxidschicht über einer piezoelektrischen LN-Schicht auf einem Siliziumsubstrat beinhaltet.
49C ist ein Diagramm von Qs als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung von 40, die eine Siliziumdioxidschicht über einer piezoelektrischen LN-Schicht auf einem Siliziumsubstrat beinhaltet.
49D ist ein Diagramm von Qp als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung von 40, die eine Siliziumdioxidschicht über einer piezoelektrischen LN-Schicht auf einem Siliziumsubstrat beinhaltet.
Die 50A bis 50L veranschaulichen die Admittanz über der Frequenz für verschiedene Schnittwinkel von LN in einer elastischen Wellenvorrichtung der 40, die eine Siliziumdioxidschicht über einer piezoelektrischen LN-Schicht auf einem Siliziumsubstrat beinhaltet. 50A entspricht einem Schnittwinkel von -30°. 50B entspricht einem Schnittwinkel von -20°. 50C entspricht einem Schnittwinkel von -10°. 50D entspricht einem Schnittwinkel von 0°. 50E entspricht einem Schnittwinkel von 10°. 50F entspricht einem Schnittwinkel von 20°. 50G entspricht einem Schnittwinkel von 30°. 50H entspricht einem Schnittwinkel von 40°. 50I entspricht einem Schnittwinkel von 50°. 50J entspricht einem Schnittwinkel von 60°. 50K entspricht einem Schnittwinkel von 70°. 50L entspricht einem Schnittwinkel von 80°.
51 ist eine Draufsicht auf die elastische Wellenvorrichtung aus 40.
52 ist eine Querschnittsansicht einer elastischen Wellenvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform.
53A ist ein schematisches Diagramm eines Filters, das eine elastische Wellenvorrichtung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen beinhaltet.
53B ist ein schematisches Diagramm eines weiteren Filters, das eine elastische Wellenvorrichtung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen beinhaltet.
53C ist ein schematisches Diagramm eines weiteren Filters, das eine elastische Wellenvorrichtung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen beinhaltet.
53D ist ein schematisches Diagramm eines weiteren Filters, das eine elastische Wellenvorrichtung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen beinhaltet.
54A ist ein schematisches Diagramm eines Duplexers, der eine elastische Wellenvorrichtung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen beinhaltet.
54B ist ein schematisches Diagramm eines weiteren Duplexers, der eine elastische Wellenvorrichtung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen beinhaltet.
54C ist ein schematisches Diagramm eines weiteren Duplexers, der eine elastische Wellenvorrichtung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen beinhaltet.
55 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Moduls, das einen Leistungsverstärker, einen Schalter und ein Filter beinhaltet, das eine elastische Welle gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet.
56 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Moduls, das einen Leistungsverstärker, Schalter und ein Filter beinhaltet, das eine elastische Welle gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet.
57 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Moduls, das einen Leistungsverstärker, einen Schalter und einen Duplexer beinhaltet, der eine elastische Welle gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet.
58 ist ein schematisches Blockdiagramm einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung, die ein Filter mit einer elastischen Wellenvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet.
59 ist ein schematisches Diagramm eines Hochfrequenzsystems, das ein Filter mit einer elastischen Wellenvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BESTIMMTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende detaillierte Beschreibung bestimmter Ausführungsformen stellt verschiedene Beschreibungen bestimmter Ausführungsformen dar. Die hier beschriebenen Innovationen können jedoch auf vielfältige Weise verkörpert werden, z.B. durch die Definition und Abdeckung der Ansprüche. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen gleichartige Referenznummern identische oder funktional ähnliche Elemente bezeichnen können. Es versteht sich, dass die in den Figuren dargestellten Elemente nicht unbedingt maßstabsgetreu sind. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass bestimmte Ausführungsformen mehr Elemente beinhalten können, als in einer Zeichnung und/oder einer Teilmenge der in einer Zeichnung dargestellten Elemente dargestellt sind. Darüber hinaus können einige Ausführungsformen jede geeignete Kombination von Merkmalen aus zwei oder mehr Zeichnungen enthalten.
Elastische Wellenvorrichtungen, die Lithiumniobat (LiNbO₃) mit einem relativ niedrigen Schnittwinkel beinhalten, können einen relativ großen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten (k² ) aufweisen. Solche Vorrichtungen können in einem undichten akustischen Oberflächenwellenmodus arbeiten, bei dem horizontale (SH) Scherwellen in ein Substrat unter der Lithiumniobatschicht bei Antiresonanz (fp) eindringen. Bei einer Anti-Resonanzfrequenz kann eine Schwingungsamplitude etwa Null sein. Dies kann dazu führen, dass der Qualitätsfaktor (Q) solcher Geräte relativ niedrig ist. Q kann ein Verhältnis von gespeicherter Leistung zu Verlustleistung darstellen. Q kann frequenzabhängig sein. Ein Qualitätsfaktor bei der Resonanz (Qs) kann sich von einem Qualitätsfaktor bei der Anti-Resonanz (Qp) unterscheiden. Mit einem relativ niedrigen Q können solche elastischen Wellenbauelemente für bestimmte Filteranwendungen ungeeignet sein. Jede der hier vorgestellten elastischen Wellenvorrichtungen kann einen akustischen Oberflächenwellenresonator (SAW-Resonator) implementieren. Somit kann ein SAW-Resonator nach allen hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen implementiert werden.
Kupfer-(Cu)-Elektroden und -Gitter können verwendet werden, um die Phasengeschwindigkeit einer undichten akustischen Oberflächenwelle (leaky surface wave) zu verringern, um Leckagen aus einer piezoelektrischen Schicht, wie beispielsweise einer Lithiumniobatschicht, zu verhindern. Dies kann zu einer weniger undichten SH-Welle führen. Die Verwendung schwerer Elektroden hat zu Schwierigkeiten geführt, die Leckage aus einer piezoelektrischen Schicht ausreichend zu reduzieren und einen Q zu erreichen, der für den Einsatz in einem Filter wünschenswert ist. Darüber hinaus können Rayleigh-Wellen bei solchen Ansätzen relativ nah an der Resonanz sein, was unerwünscht sein kann.
Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf die Verwendung eines Silizium(Si)-Substrats, um ein Austreten aus einer piezoelektrischen Schicht einer elastischen Wellenvorrichtung bei Antiresonanz zu verhindern. Eine Bulk- bzw. Volumen-Geschwindigkeit des Siliziumsubstrats kann deutlich höher sein als eine Geschwindigkeit der SH-Welle, die Leckagen aus einer piezoelektrischen Schicht der elastischen Wellenvorrichtung verhindern kann. Die piezoelektrische Schicht, wie beispielsweise eine Lithiumniobatschicht, kann eine relativ niedrige akustische Impedanz aufweisen und das Siliziumsubstrat eine relativ hohe akustische Impedanz. Ein Unterschied in der akustischen Impedanz der piezoelektrischen Schicht und des Siliziumsubstrats kann eine effektive Reflexion an einer Schnittstelle der piezoelektrischen Schicht und des Siliziumsubstrats erzeugen, um zu verhindern, dass die SH-Welle in das Siliziumsubstrat austritt. Dies kann dazu führen, dass das Anti-Resonanz Q deutlich verbessert wird. Die piezoelektrische Schicht kann eine Dicke aufweisen, die kleiner als die Wellenlänge der SH-Welle ist. Dies kann dazu führen, dass die Plattenwellenspuren von der Resonanz des SH-Wellen-Hauptmodus entfernt sind. Eine Temperaturkompensationsschicht, wie beispielsweise eine Siliziumdioxid-(SiO₂)-Schicht, kann über eine interdigitale Wandlerelektrode der elastischen Wellenvorrichtung und der piezoelektrischen Schicht eingebracht werden, um einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF) der elastischen Wellenvorrichtung zu verbessern.
Ein Aspekt dieser Offenbarung ist eine elastische Wellenvorrichtung, die eine piezoelektrische Schicht, eine interdigitale Wandlerelektrode auf der piezoelektrischen Schicht und eine Hochgeschwindigkeitsschicht in physikalischem Kontakt mit der piezoelektrischen Schicht beinhaltet. Die piezoelektrische Schicht hat einen Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 60°. Die interdigitale Wandlerelektrode ist konfiguriert, um eine elastische Welle mit einer Wellenlänge von λ zu erzeugen. Die piezoelektrische Schicht hat eine Dicke in einem Dickenbereich von 0,35λ bis 0,8λ. Die Hochgeschwindigkeitsschicht hat eine höhere Volumengeschwindigkeit als eine Geschwindigkeit der elastischen Welle. Die Dicke der piezoelektrischen Schicht kann dazu beitragen, einen Qp der elastischen Wellenvorrichtung zu erhöhen. Der Schnittwinkel kann zu relativ hohen k² -, Qp- und Leistungswerten der elastischen Wellenvorrichtung beitragen.
Ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung ist eine elastische Wellenvorrichtung, die eine Lithiumniobatschicht, eine interdigitale Wandlerelektrode auf der Lithiumniobatschicht und ein Siliziumsubstrat in physikalischem Kontakt mit der Lithiumniobatschicht beinhaltet. Die Lithiumniobatschicht weist einen Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 60° auf. Die interdigitale Wandlerelektrode ist konfiguriert, um eine elastische Welle mit einer Wellenlänge von λ zu erzeugen. Die Lithiumniobatschicht hat eine Dicke in einem Dickenbereich von 0,35λ bis 0,8λ. Die Dicke der Lithiumniobatschicht kann dazu beitragen, ein Qp der elastischen Wellenvorrichtung zu erhöhen. Der Schnittwinkel kann zu relativ hohen k² -, Qp- und Leistungswerten der elastischen Wellenvorrichtung beitragen.
Ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung ist eine elastische Wellenvorrichtung, die eine Lithiumniobatschicht, eine interdigitale Wandlerelektrode auf der Lithiumniobatschicht, eine Hochgeschwindigkeitsschicht und eine temperaturausgleichende Schicht beinhaltet. Die Lithiumniobatschicht weist einen Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 60° auf. Die interdigitale Wandlerelektrode ist konfiguriert, um eine elastische Welle mit einer Wellenlänge von λ zu erzeugen. Die Lithiumniobatschicht hat eine Dicke in einem Dickenbereich von 0,35λ bis 0,8λ. Die Hochgeschwindigkeitsschicht hat eine höhere Volumengeschwindigkeit (Bulk Velocity) als eine Geschwindigkeit der akustischen Oberflächenwelle. Die Hochgeschwindigkeitsschicht ist konfiguriert, um zu verhindern, dass die akustische Oberflächenwelle bei Antiresonanz aus der Lithiumniobatschicht austritt-. Die Temperaturkompensationsschicht ist zwischen der Hochgeschwindigkeitsschicht und der Lithiumniobatschicht angeordnet. Die Temperaturkompensationsschicht weist einen positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz auf. Die elastische Vorrichtung ist so angeordnet, dass sie einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten von mindestens 26% aufweist.
Ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung ist eine elastische Wellenvorrichtung, die eine Lithium-Tantalatschicht, eine interdigitale Wandlerelektrode auf der Lithium-Tantalatschicht, eine Hochgeschwindigkeitsschicht und eine temperaturausgleichende Schicht beinhaltet. Die Lithium-Tantalatschicht weist einen Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 50° auf. Die interdigitale Wandlerelektrode ist konfiguriert, um eine elastische Welle mit einer Wellenlänge von λ zu erzeugen. Die Lithium-Tantalatschicht hat eine Dicke, die kleiner als λ ist. Die Hochgeschwindigkeitsschicht hat eine höhere Volumengeschwindigkeit (Bulk Velocity) als eine Geschwindigkeit der akustischen Oberflächenwelle. Die Hochgeschwindigkeitsschicht ist konfiguriert, um zu verhindern, dass die akustische Oberflächenwelle bei Antiresonanz aus der Lithiumniobatschicht austritt-. Die Temperaturkompensationsschicht ist zwischen der Hochgeschwindigkeitsschicht und der Lithium-Tantalatschicht -angeordnet. Die Temperaturkompensationsschicht weist einen positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz auf.
Ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung ist eine elastische Wellenvorrichtung, die eine piezoelektrische Schicht, eine interdigitale Wandlerelektrode auf der piezoelektrischen Schicht und eine Hochgeschwindigkeitsschicht beinhaltet. Die piezoelektrische Schicht hat einen Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 60°. Die interdigitale Wandlerelektrode ist konfiguriert, um eine elastische Welle mit einer Wellenlänge von λ zu erzeugen. Die interdigitale Wandlerelektrode hat eine Dicke in einem Dickenbereich von 0,02λ bis 0,1 λ. Die piezoelektrische Schicht hat eine Dicke, die kleiner als λ ist. Die Hochgeschwindigkeitsschicht hat eine höhere Volumengeschwindigkeit (Bulk Velocity) als eine Geschwindigkeit der elastischen Welle. Die Hochgeschwindigkeitsschicht ist konfiguriert, um zu verhindern, dass die elastische Welle bei Antiresonanz aus der piezoelektrischen Schicht austritt. Die Dicke der interdigitalen Wandlerelektrode kann zu den gewünschten k² -, Qp- und Gütezahl (Figure of Merit) Werten der elastischen Wellenvorrichtung beitragen.
Ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung ist eine elastische Wellenvorrichtung, die eine piezoelektrische Schicht, eine interdigitale Wandlerelektrode auf der piezoelektrischen Schicht, eine Siliziumschicht, die konfiguriert ist, um zu verhindern, dass die elastische Welle bei Antiresonanz aus der piezoelektrischen Schicht austritt, und eine temperaturkompensierende Schicht mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz beinhaltet-. Die piezoelektrische Schicht hat einen Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 60°. Die interdigitale Wandlerelektrode ist konfiguriert, um eine elastische Welle mit einer Wellenlänge von λ zu erzeugen. Die piezoelektrische Schicht hat eine Dicke in einem Dickenbereich von 0,25λ bis 0,8λ. Die piezoelektrische Schicht ist zwischen der Siliziumschicht und der interdigitalen Wandlerelektrode angeordnet. Die interdigitale Wandlerelektrode ist zwischen der Temperaturkompensationsschicht und der piezoelektrischen Schicht angeordnet.
In bestimmten Ausführungsformen kann eine elastische Wellenvorrichtung mit einer Subwellenlängen-dicken Lithiumniobatschicht mit einem -relativ niedrigen Schnittwinkel auf einem Siliziumsubstrat wirksam sein, um das Austreten einer SH-Welle zu verhindern und/oder zu unterbrinden und Energie auf einer Oberfläche der Lithiumniobatschicht einzufangen, auf der eine Interdigitalwandlerelektrode (IDT) angeordnet ist. Der relativ niedrige Schnittwinkel kann in bestimmten Ausführungsformen im Bereich von 20° bis 30° liegen. In solchen elastischen Wellenvorrichtungen kann das Q größer als etwa 2000 und das k² größer als 20% sein. Das Einschließen einer Temperaturkompensationsschicht, wie beispielsweise Siliziumdioxid, über der interdigitalen Wandlerelektrode kann dazu führen, dass der TCF der elastischen Wellenvorrichtung erhöht wird.
Gemäß einigen Ausführungsformen beinhaltet eine elastische Wellenvorrichtung eine Lithiumniobatschicht, die an ein Siliziumsubstrat gebunden ist, gegenüber einer Seite der Lithiumniobatschicht, auf der eine IDT-Elektrode angeordnet ist. In solchen Ausführungsformen kann ein relativ hohes Anti-Resonanz Q (z.B. ein Anti-Resonanz Q von 2000 oder mehr) durch eine Lithiumniobatschicht mit einer Dicke erreicht werden, die kleiner als eine Wellenlänge einer elastischen Welle der elastischen Wellenvorrichtung und des Siliziumsubstrats ist. Gleichzeitig kann ein relativ großer k² (z.B. 20% oder mehr) durch einen relativ niedrigen Schnittwinkel (z.B. einen Schnittwinkel in einem Bereich von 20° bis 30°) erreicht werden.
In einigen anderen Ausführungsformen kann eine elastische Wellenvorrichtung eine dielektrische Schicht (z.B. eine Siliziumdioxidschicht) beinhalten, die zwischen einer Subwellenlängen-dicken Lithiumniobatschicht mit einem relativ niedrigen Schnittwinkel und einem Siliziumsubstrat angeordnet ist. Die dielektrische Schicht kann den TCF näher an Null bringen. Dadurch kann die Frequenzabhängigkeit von der Lithiumniobatdicke reduziert werden.
1 ist eine Querschnittsansicht einer elastischen Wellenvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform. Wie dargestellt, beinhaltet die elastische Wellenvorrichtung 10 eine piezoelektrische Schicht 12, eine IDT-Elektrode 14 und eine Hochgeschwindigkeitsschicht 16.
Die piezoelektrische Schicht 12 kann beispielsweise eine Lithiumniobat- (LiNbO3) oder eine Lithiumtantalat- (LiTaO3) Schicht sein. Die dargestellte piezoelektrische Schicht 12 weist eine Dicke H1 auf, die kleiner ist als die Wellenlänge einer elastischen Welle, die von der IDT-Elektrode 14 der elastischen Wellenvorrichtung 10 erzeugt wird. Die piezoelektrische Schicht 12 kann einen relativ niedrigen Schnittwinkel aufweisen. So kann beispielsweise der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht 12 im Bereich von -10° bis 35° liegen. In einigen Ausführungsformen kann der Schnittwinkel der piezoelektrischen Schicht in einem Bereich von 15° bis 35° oder einem Bereich von 20° bis 30° liegen. Wie hier verwendet, bezieht sich ein „Schnittwinkel“ von N° auf einen N° gedrehten Y-Schnitt in einer Y-Schnitt X-Ausbreitung piezoelektrischen Schicht. Dementsprechend kann für eine piezoelektrische Schicht mit Euler-Winkeln (φ, θ, ψ) der „Schnittwinkel“ in Grad θ minus 90° betragen.
Eine IDT-Elektrode 14 ist auf der piezoelektrischen Schicht 12 angeordnet. Die IDT-Elektrode 14 kann eine elastische Welle auf einer Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 12 erzeugen. Die dargestellte IDT-Elektrode 14 weist einen Abstand L₁ und eine Dicke h auf. Der Abstand L₁ ist die Wellenlänge λ einer elastischen Welle, die von der elastischen Wellenvorrichtung 10 erzeugt wird. Die IDT-Elektrode 14 kann Aluminium und/oder jedes andere geeignete Material für eine IDT-Elektrode 14 beinhalten. So kann beispielsweise das IDT-Elektrodenmaterial Aluminium (AI), Titan (Ti), Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Platin (Pt), Wolfram (W), Molybdän (Mo), Ruthenium (Ru) oder eine geeignete Kombination davon beinhalten. In bestimmten Anwendungen kann die IDT-Elektrode 14 Aluminium beinhalten. So kann beispielsweise die IDT-Elektrode eine Aluminiumlegierung wie Aluminium und Kupfer beinhalten.
In der veranschaulichten elastischen Wellenvorrichtung 10 ist die Hochgeschwindigkeitsschicht 16 mit der piezoelektrischen Schicht 12 verbunden und in physikalischem Kontakt. Die Hochgeschwindigkeitsschicht 16 weist eine höhere Volumengeschwindigkeit (Bulk Velocity) auf als eine Geschwindigkeit der von der IDT-Elektrode 14 erzeugten elastischen Welle. Die Hochgeschwindigkeitsschicht 16 kann eine höhere akustische Impedanz aufweisen als die piezoelektrische Schicht 12. Die Hochgeschwindigkeitsschicht 16 kann eine von der elastischen Wellenvorrichtung 10 erzeugte elastische Welle daran hindern, bei Antiresonanz aus der piezoelektrischen Schicht 12 auszulaufen bzw. herauszutreten. Die Hochgeschwindigkeitsschicht 16 kann eine Siliziumschicht sein. Eine solche Siliziumschicht kann eine relativ hohe Schallgeschwindigkeit, eine relativ große Steifigkeit und eine relativ geringe Dichte aufweisen. Die Siliziumschicht kann in bestimmten Fällen eine polykristalline Siliziumschicht sein.
In einigen Fällen beinhaltet die elastische Wellenvorrichtung 10 eine piezoelektrische Lithium-Tantalat-Schicht, die mit einem Siliziumsubstrat verbunden ist. Die 2A bis 4E veranschaulichen die Simulationsergebnisse, die mit solchen elastischen Wellenvorrichtungen verbunden sind.
Die 2A bis 2E sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 10 mit einer piezoelektrischen Lithiumtantalatschicht mit einem Schnittwinkel von 42°, einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und einer IDT-Elektrode mit einem Abstand L₁ von 2,0 um und einer Dicke h von 160 nm. Der Abstand L₁ ist die Wellenlänge λ der elastischen Welle. Die Dicke h von 160 nm entspricht somit 0,08λ. Die Dicke H₁ der Lithium-Tantalatschicht wurde in dieser elastischen Wellenvorrichtung durchgestimmt bzw. verändert. 2A ist ein Diagramm, das die Frequenzgänge für die Dicke H₁ einer Lithium-Tantalatschicht, die 0,25λ und 0,5λ betragen, und für eine entsprechende Vorrichtung ohne Siliziumsubstrat zeigt, wobei λ die Wellenlänge einer von der IDT-Elektrode erzeugten elastischen Welle ist. Die Wellenlänge λ wird in einigen Figuren durch „L“ dargestellt. 2B zeigt, dass ein maximales k² für die Vorrichtung erreicht wird, wenn die Dicke der Lithium-Tantalatschicht etwa 0,25λ beträgt. 2C veranschaulicht, dass Qs mit zunehmender Dicke H₁ der Lithium-Tantalatschicht zunehmen können. 2D veranschaulicht, dass eine Gütezahl (FOM) einen hohen Wert für einen Dickenbereich H₁ der Lithium-Tantalatschicht von etwa 0,2λ bis 0,3λ hat. 2E veranschaulicht, dass die Empfindlichkeit gegenüber Vs mit einer dünneren Lithium-Tantalatschicht zunehmen kann.
Die 3A bis 3E sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 10 mit einer piezoelektrischen Lithiumtantalatschicht mit einem Schnittwinkel von 42° und einer Dicke H₁ von 0,25λ (wobei λ die Wellenlänge der elastischen Welle ist), einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und einer IDT-Elektrode mit einem Abstand L₁ von 2,0 um. Die Dicke h der IDT-Elektrode wurde in dieser elastischen Wellenvorrichtung verändert. 3A ist ein Diagramm, das die Frequenzgänge für die Dicke h einer IDT-Elektrode von 0,08λ und 0,16λ und für eine entsprechende Vorrichtung ohne das mit der Lithium-Tantalatschicht verbundene Siliziumsubstrat darstellt. 3B zeigt, dass k₂ für die Vorrichtung zu sinken beginnen kann, wenn h kleiner als etwa 0,08λ ist. 3C veranschaulicht, dass Qs und Qp mit größerer IDT-Elektrodendicke h zunehmen können. 3D veranschaulicht, dass die FOM mit größerer IDT-Elektrodendicke h zunehmen kann. 3E veranschaulicht, dass die Empfindlichkeit gegenüber Vs mit einer dünneren IDT-Elektrode zunehmen kann.
Die 4A bis 4E sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 10 mit einer piezoelektrischen Lithiumtantalatschicht mit einer Dicke H₁ von 0,25λ (wobei λ die Wellenlänge der elastischen Welle ist), einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und einer IDT-Elektrode mit einem Abstand L₁ von 2,0 um und einer Höhe h von 0,08λ. Der Schnittwinkel der Lithium-Tantalatschicht wurde in dieser elastischen Wellenvorrichtung geändert. 4A ist ein Diagramm, das die Frequenzgänge für Schnittwinkel von 42° und 120° und für eine entsprechende Vorrichtung ohne das mit der Lithium-Tantalatschicht verbundene Siliziumsubstrat darstellt. 4B zeigt, dass k₂ für die Vorrichtung bei einem Schnittwinkel von etwa 20° maximal sein kann. 4C veranschaulicht Qs und Qp im Verhältnis zum Schnittwinkel. 4D veranschaulicht, dass die FOM ein Maximum für einen Schnittwinkel von etwa 20° bis 30° haben kann. 4E veranschaulicht das Verhältnis von Vs zu Schnittwinkel.
In bestimmten Fällen beinhaltet die elastische Wellenvorrichtung 10 eine piezoelektrische Lithiumniobatschicht, die mit einem Siliziumsubstrat verbunden ist. Die 5A bis 7E veranschaulichen die Simulationsergebnisse, die mit solchen elastischen Wellenvorrichtungen verbunden sind.
Die 5A bis 5E sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 10 mit einer piezoelektrischen Lithiumniobatschicht mit einem Schnittwinkel von 42°, einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und einer IDT-Elektrode mit einem Abstand L₁ von 2,0 um und einer Dicke h von 160 nm oder 0,08λ. Die Dicke H1 der Lithiumniobatschicht wurde in diesem elastischen Wellengerät geändert (Sweeping). 5A ist ein Diagramm, das die Frequenzgänge für die Dicke H₁ einer Lithiumniobatschicht von 0,25λ und 0,5A (wobei λ die Wellenlänge einer von der IDT-Elektrode erzeugten elastischen Welle ist) und für eine entsprechende Vorrichtung ohne Siliziumsubstrat darstellt. 5B zeigt, dass ein maximales k₂ für die Vorrichtung erreicht werden kann, wenn die Dicke der Lithiumniobatschicht etwa 0,25λ beträgt. 5C veranschaulicht, dass Qs zunehmen kann, wenn die Dicke H₁ der Lithiumniobatschicht geringer ist. 5D veranschaulicht, dass eine Gütezahl (FOM) einen relativ hohen Wert für einen Dickenbereich H₁ der Lithium-Tantalatschicht von etwa 0,2λ bis 0,4λ hat. 5E veranschaulicht, dass die Empfindlichkeit gegenüber Vs mit einer dünneren Lithium-Tantalatschicht zunehmen kann.
Die 6A bis 6E sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 10 mit einer piezoelektrischen Lithiumniobatschicht mit einem Schnittwinkel von 42° und einer Dicke H₁ von 0,25λ (wobei λ die Wellenlänge der elastischen Welle ist), einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und einer IDT-Elektrode mit einem Abstand L₁ von 2,0 um. Die Dicke h der IDT-Elektrode wurde in dieser elastischen Wellenvorrichtung geändert. 6A ist ein Diagramm, das die Frequenzgänge für die Dicke h einer IDT-Elektrode von 0,08λ und 0,12λ und für eine entsprechende Vorrichtung ohne das mit der Lithiumniobatschicht verbundene Siliziumsubstrat darstellt. 6B zeigt, dass k² für die Vorrichtung bei dickeren IDT-Elektroden abnehmen kann. 6C veranschaulicht, dass Qs und Qp mit größerer IDT-Elektrodendicke h zunehmen können. 6D veranschaulicht, dass die FOM mit größerer IDT-Elektrodendicke h zunehmen kann. 6E veranschaulicht, dass die Empfindlichkeit gegenüber Vs mit einer dünneren IDT-Elektrode zunehmen kann. Die 6B bis 6E zeigen, dass eine elastische Wellenvorrichtung wünschenswerte Eigenschaften aufweisen kann, wenn die IDT-Elektrode eine Dicke in einem Bereich von 0,02λ bis 0,1λ aufweist.
Die 7A bis 7E sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 10 mit einer piezoelektrischen Lithiumniobatschicht mit einer Dicke H₁ von 0,25λ (wobei λ die Wellenlänge der elastischen Welle ist), einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und einer IDT-Elektrode mit einem Abstand L₁ von 2,0 um und einer Höhe h von 0,08λ. Der Schnittwinkel der Lithiumniobatschicht wurde in diesem elastischen Wellengerät geändert. 7A ist ein Diagramm, das die Frequenzgänge für Schnittwinkel von 42° und 128° und für eine entsprechende Vorrichtung ohne das mit der Lithiumniobatschicht verbundene Siliziumsubstrat darstellt. 7B zeigt, dass k² für die Vorrichtung bei einem Schnittwinkel von etwa 20° maximal sein kann. 7C veranschaulicht Qs und Qp im Verhältnis zum Schnittwinkel. 7D veranschaulicht, dass die FOM bei einem Schnittwinkel von etwa 20° bis 30° ein Maximum haben kann. 7E veranschaulicht das Verhältnis von Vs zu Schnittwinkel.
Die 8A bis 8F vergleichen die Simulationsergebnisse für eine elastische Wellenvorrichtung 10, die eine piezoelektrische Lithium-Tantalat (LT)-Schicht aufweist, mit der elastischen Wellenvorrichtung 10, die eine piezoelektrische Lithium-Niobat (LN)-Schicht aufweist. In diesen und einigen anderen Figuren stellt „L“ die Wellenlänge λ der elastischen Welle dar. 8A zeigt, dass eine elastische Wellenvorrichtung mit einer piezoelektrischen LN-Schicht einen höheren k₂ -Wert aufweisen kann als eine elastische Wellenvorrichtung mit einer piezoelektrischen LT-Schicht für verschiedene piezoelektrische Schichtdicken. 8B zeigt, dass eine elastische Wellenvorrichtung mit einer piezoelektrischen LN-Schicht einen höheren k₂ -Wert aufweisen kann als eine elastische Wellenvorrichtung mit einer piezoelektrischen LT-Schicht für verschiedene IDT-Elektrodendicken. 8C zeigt, dass eine elastische Wellenvorrichtung mit einer piezoelektrischen LN-Schicht einen höheren k₂ -Wert aufweisen kann als eine elastische Wellenvorrichtung mit einer piezoelektrischen LT-Schicht für verschiedene Schnittwinkel. 8D zeigt, dass eine elastische Wellenvorrichtung mit einer piezoelektrischen LN-Schicht eine höhere FOM aufweisen kann als eine elastische Wellenvorrichtung mit einer piezoelektrischen LT-Schicht für verschiedene piezoelektrische Schichtdicken. 8E zeigt, dass eine elastische Wellenvorrichtung mit einer piezoelektrischen LN-Schicht eine höhere FOM aufweisen kann als eine elastische Wellenvorrichtung mit einer piezoelektrischen LT-Schicht für verschiedene IDT-Elektrodendicken. 8F zeigt, dass eine elastische Wellenvorrichtung mit einer piezoelektrischen LN-Schicht einen höheren FOM aufweisen kann als eine elastische Wellenvorrichtung mit einer piezoelektrischen LT-Schicht für verschiedene Schnittwinkel.
9 ist ein Diagramm der Phasengeschwindigkeit (Vp) gegenüber der piezoelektrischen Schichtdicke für eine elastische Wellenvorrichtung 10 mit einer LT-piezoelektrischen Schicht mit einem Schnittwinkel von 42° und einem Siliziumsubstrat als eine Hochgeschwindigkeitsschicht. Wie hier verwendet, kann sich 42LT auf Lithiumtantalat mit einem Schnittwinkel von 42° beziehen. Die Phasengeschwindigkeit (Vp) des elastischen Wellenbauelements kann durch die folgenden Gleichungen modelliert werden: $v_{p, m} \approx f_{s} \times λ$
$v_{p, o} \approx f_{p} \times λ$
Eine SH-Welle kann an der LT/Si-Schnittstelle zur LT-Schicht zurückreflektiert werden und sich bei v_SH, 42LT/Si < VL, Si auf die Oberfläche der LT-Schicht konzentrieren. Eine SH-Welle kann mit dem Bulk-Modus gekoppelt werden und in das Substrat eindringen (leaky SAW) für eine elastische Wellenvorrichtung mit nur einer 42LT-Schicht mit einer IDT-Elektrode.
10 ist ein Diagramm von k² versus piezoelektrischer Schichtdicke für eine elastische Wellenvorrichtung 10 mit einer LT piezoelektrischen Schicht mit einem Schnittwinkel von 42° und einem Siliziumsubstrat als Hochgeschwindigkeitsschicht, k² kann durch die folgende Gleichung modelliert werden: $k^{2} = \frac{π}{2} \frac{f s}{f p} / tan (\frac{π}{2} \frac{f s}{f p})$
In dieser Simulation wird bei einer LT-Schichtdicke von etwa 0,25λ ein maximales k² von etwa 10% erreicht. Lamb-Moden können in einem Durchlassband bei bestimmten Dicken der LT-Schicht vorhanden sein.
11A ist ein Diagramm des Qualitätsfaktors gegenüber der piezoelektrischen Schichtdicke für eine elastische Wellenvorrichtung 10 mit einer LT-Piezoschicht mit einem Schnittwinkel von 42° und einem Siliziumsubstrat als Hochgeschwindigkeitsschicht. Qp wird in einer solchen elastischen Wellenvorrichtung verstärkt, die sich auf ein Substrat bezieht, das nur aus 42LN statt 42LN/Si besteht. 11B veranschaulicht, dass Wellen auf der Oberfläche einer elastischen Wellenvorrichtung 10 mit einer LT-Piezoelektrischen Schicht mit einem Schnittwinkel von 42° und einem Siliziumsubstrat als Hochgeschwindigkeitsschicht eingefangen werden können. Dies kann einer Erhöhung des Qp entsprechen. Im Gegensatz dazu veranschaulicht 11C, dass elastische Wellen in das Substrat für eine ähnliche elastische Wellenvorrichtung, die kein Siliziumsubstrat beinhaltet, austreten können. Mit einem 42LT-Substrat und ohne Siliziumsubstrat können Qs 1846 und Qp 1406 in einigen Fällen sein. Dementsprechend veranschaulicht 11A, dass ein mit einer LT-Schicht verbundenes Siliziumsubstrat dazu führen kann, dass das Qp einer elastischen Wellenvorrichtung deutlich erhöht wird.
Die 12A bis 12D veranschaulichen Störungsmoden (spurious modes) (auch als unechte Moden oder Geistermoden bezeichnet) für eine elastische Wellenvorrichtung 10 mit einer LT-piezoelektrischen Schicht und einem Siliziumsubstrat als Hochgeschwindigkeitsschicht für verschiedene Dicken der LT-Schicht. 12A entspricht der LT-Dicke von 0,05λ, 12B entspricht der LT-Dicke von 0,75λ, 12C entspricht der LT-Dicke von 0,25λ und 12D entspricht der LT-Dicke von 1λ.
In einer elastischen Wellenvorrichtung 10 mit einer LT-Piezoelektrischen Schicht mit einem Schnittwinkel von 42° und einem Siliziumsubstrat als Hochgeschwindigkeitsschicht scheint sich der Temperaturkoeffizient der Frequenz (TCF) mit zunehmender Dicke der LT-Schicht nicht wesentlich zu ändern. TCF scheint vom Siliziumsubstrat nicht wesentlich beeinflusst zu werden.
Die 13A bis 13C veranschaulichen einen Einfluss der Dicke einer Aluminium-IDT-Elektrode auf eine elastische Wellenvorrichtung 10 mit einer LT-Piezoschicht mit einer Dicke von 0,25λ und einem Siliziumsubstrat als Hochgeschwindigkeitsschicht für verschiedene Dicken der LT-Schicht. 13A veranschaulicht einen Einfluss der IDT-Elektrodendicke auf Q. 13B veranschaulicht einen Einfluss der IDT-Elektrodicke auf Vp. 13C veranschaulicht einen Einfluss der IDT-Elektrodendicke auf k₂ .
Während mehrere der oben genannten Simulationen auf einer 2-GHz-Vorrichtung basieren, werden ähnliche Ergebnisse für Vp, k² und Q für elastische Wellenvorrichtungen erwartet, die so angeordnet sind, dass sie elastische Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugen. So wurden die Ergebnisse in Bezug auf die Wellenlänge λ dargestellt. So kann beispielsweise eine elastische Wellenvorrichtung, die zum Erzeugen einer elastischen Welle mit einer Wellenlänge von 2 um und einer Frequenz von etwa 2 GHz angeordnet ist, ähnliche Eigenschaften aufweisen wie eine entsprechende elastische Wellenvorrichtung, die zum Erzeugen einer elastischen Welle mit einer Wellenlänge von 4 um und einer Frequenz von etwa 1 GHz angeordnet ist.
14A veranschaulicht die normierte durchschnittliche Oberflächenverschiebung bei Antiresonanz- (fp) für eine elastische Wellenvorrichtung mit einem Lithiumniobat-(LN)-Substrat mit einer Dicke von 0,5λ und einem Schnittwinkel von 5°. Eine solche Vorrichtung kann, wie in 14A dargestellt, Leckagen in das LN-Substrat aufweisen. 14B veranschaulicht die normierte durchschnittliche Oberflächenverschiebung bei fp für eine elastische Wellenvorrichtung 10 mit einem Lithiumniobat-(LN)-Substrat mit einer Dicke von 0,5λ und einem Schnittwinkel von 5° und einem Siliziumsubstrat für die Hochgeschwindigkeitsschicht. Eine solche Vorrichtung kann elastische Wellen aufweisen, die an einer Oberfläche der LN-Schicht eingefangen sind, wie in 14B dargestellt.
Die 15A bis 15D sind Diagramme für Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 10 mit einer piezoelektrischen LN-Schicht und einem Siliziumsubstrat als Hochgeschwindigkeitsschicht, die Zusammenhänge zwischen der Dicke der LN-Schicht und verschiedenen Parametern zeigen. 15A veranschaulicht k² als Funktion der Dicke der LN-Schicht. 15B veranschaulicht Qp im Verhältnis zur Dicke der LN-Schicht. 15B veranschaulicht relativ hohe Qp-Werte für LN-Dicken in einem Bereich von 0,35λ bis 0,8λ. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² ist für LN-Dicken im Bereich von 0,35λ bis 08λ relativ hoch. 15C veranschaulicht Qs im Verhältnis zur Dicke der LN-Schicht. 15D veranschaulicht v0 im Vergleich zur Dicke der LN-Schicht.
Die 16A bis 16K veranschaulichen die Admittanz über der Frequenz für eine elastische Wellenvorrichtung 10 mit einer piezoelektrischen LN-Schicht mit einer Dicke von 0,5λ und einem Siliziumsubstrat als Hochgeschwindigkeitsschicht für verschiedene Schnittwinkel von LN. Wie in den 16A bis 16E dargestellt, können Rayleigh-Störantworten für Schnittwinkel von -30°, -20°, -10°, 0° und 10° vorhanden sein. Wie in den 16H bis 16K dargestellt, können für Schnittwinkel von 40°, 50°, 60° und 70° S₀ Lamb Störantworten vorhanden sein. Die in 16F und 16G dargestellten Frequenzgänge für Schnittwinkel von 20° und 30° beinhalten keine signifikanten Rayleigh-Störantworten oder S₀ -Lamb-Störantworten. Dementsprechend kann ein Schnittwinkel im Bereich von ca. 15° bis 35° vorteilhaft sein.
17A ist ein Diagramm für Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 10 mit einem Siliziumsubstrat als Hochgeschwindigkeitsschicht, das Zusammenhänge zwischen der Dicke der piezoelektrischen LN- oder LT-Schicht und k₂ für bestimmte Schnittwinkel zeigt. 17A zeigt, dass k² für eine piezoelektrische LN-Schicht mit einem Schnittwinkel von 5° deutlich höher sein kann als eine piezoelektrische LT-Schicht mit einem Schnittwinkel von 42° oder eine piezoelektrische LN-Schicht mit einem Schnittwinkel von 128°.
17B ist ein Diagramm für Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 10 mit einem Siliziumsubstrat als Hochgeschwindigkeitsschicht, das Zusammenhänge zwischen der Dicke der piezoelektrischen LN- oder LT-Schicht und v₀ für bestimmte Schnittwinkel zeigt. 17B zeigt, dass v₀ für eine LN piezoelektrische Schicht mit einem Schnittwinkel von 5° höher sein kann als eine LT piezoelektrische Schicht mit einem Schnittwinkel von 42° oder eine LN piezoelektrische Schicht mit einem Schnittwinkel von 128°.
18A bis 18C sind Diagramme für Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 10 mit einer piezoelektrischen LN-Schicht mit einem Schnittwinkel von 128° und einem Siliziumsubstrat als Hochgeschwindigkeitsschicht. 18A veranschaulicht einen Frequenzgang für eine LN-Schicht mit einer Dicke von 0,7λ. 18B veranschaulicht einen Frequenzgang für eine LN-Schicht mit einer Dicke von 1λ. 18C veranschaulicht einen Frequenzgang für eine LN-Schicht mit einer theoretisch unendlichen Dicke.
19 veranschaulicht die Zusammenhänge zwischen der Geschwindigkeit der elastischen Wellenvorrichtung 10 und der Dicke der piezoelektrischen Schicht.
Die 20A und 20B sind Diagramme für die Simulation von Q als Funktion der Dicke der piezoelektrischen Schicht einer elastischen Wellenvorrichtung 10 für bestimmte piezoelektrische Schichten, wobei ein Siliziumsubstrat die Hochgeschwindigkeitsschicht ist. 20A ist ein Diagramm von Qs als Funktion der Dicke bestimmter piezoelektrischer Schichten. 20B ist ein Diagramm von Qp als Funktion der Dicke bestimmter piezoelektrischer Schichten. Die Punkte auf den 20A und 20B stellen Qs bzw. Qp-Werte für elastische Wellenbauelemente dar, die ähnlich sind, außer dass sie kein Siliziumsubstrat beinhalten.
21 ist eine Querschnittsansicht einer elastischen Wellenvorrichtung 20 gemäß einer Ausführungsform. Wie dargestellt, beinhaltet die elastische Wellenvorrichtung 20 eine piezoelektrische Schicht 12, eine IDT-Elektrode 14 und eine Hochgeschwindigkeitsschicht 16 sowie eine temperaturkompensierende Schicht 22. Die elastische Wellenvorrichtung 20 ist wie die elastische Wellenvorrichtung 10 aus 1, mit der Ausnahme, dass eine Temperaturkompensationsschicht 22 zwischen der piezoelektrischen Schicht 12 und der Hochgeschwindigkeitsschicht 16 angeordnet ist. Wie dargestellt, weist die Temperaturkompensationsschicht 22 eine erste Seite in physikalischem Kontakt mit der piezoelektrischen Schicht 12 und eine zweite Seite in physikalischem Kontakt mit der Hochgeschwindigkeitsschicht 16 auf. Die Temperaturkompensationsschicht 22 kann den TCF der elastischen Wellenvorrichtung 20 gegenüber der elastischen Wellenvorrichtung 10 verbessern.
Die Temperaturkompensationsschicht 22 kann den TFC der elastischen Wellenvorrichtung 20 näher an Null bringen als der TCF einer ähnlichen elastischen Wellenvorrichtung, die die Temperaturkompensationsschicht nicht beinhaltet. Die Temperaturkompensationsschicht 22 kann einen positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz aufweisen. So kann beispielsweise die Temperaturkompensationsschicht 22 eine Siliziumdioxid-(SiO₂)-Schicht sein. Die Temperaturkompensationsschicht 22 kann alternativ eine Telluriumdioxid (TeO₂)-Schicht oder eine SiOF-Schicht sein. Die Temperaturkompensationsschicht 22 kann jede geeignete Kombination von SiO₂, TeO₂ und/oder SiOF beinhalten. Die Temperaturkompensationsschicht 22 kann eine geringere Volumengeschwindigkeit (Bulk Velocity) aufweisen als eine Geschwindigkeit der von der IDT-Elektrode 14 erzeugten elastischen Welle. Die Temperaturkompensationsschicht 22 kann eine dielektrische Schicht sein. Die Temperaturkompensationsschicht 22 kann eine geringere akustische Impedanz aufweisen als die piezoelektrische Schicht 12. Die Temperaturkompensationsschicht 22 kann eine geringere akustische Impedanz aufweisen als die Hochgeschwindigkeitsschicht 16. Die dargestellte Temperaturkompensationsschicht 22 hat eine Dicke H₂ .
Die elastische Wellenvorrichtung 20 aus 21 kann einen höheren Qualitätsfaktor aufweisen als eine elastische Wellenvorrichtung, die aus einer IDT-Elektrode auf einer piezoelektrischen Schicht besteht. So kann beispielsweise eine elastische Wellenvorrichtung 20 mit einer LT- oder LNpiezoelektrischen Schicht auf Siliziumdioxid auf Silizium einen Qualitätsfaktor im Bereich von etwa 2000 bis 5000 aufweisen. Als Beispiel kann eine elastische Wellenvorrichtung 20 einen Qualitätsfaktor von etwa 3000 aufweisen und eine entsprechende elastische Wellenvorrichtung, die aus einer IDT-Elektrode auf einer piezoelektrischen Schicht besteht, kann einen Qualitätsfaktor von etwa 1000 aufweisen. Der Qualitätsfaktor kann prozessabhängig sein.
Die 22A bis 28B sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 20 mit einer piezoelektrischen Lithium-Tantalat-Schicht mit einem Schnittwinkel von 42° (42LT), einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und einer Temperaturkompensationsschicht, die eine Siliziumdioxidschicht ist.
22A ist eine Grafik von k² als Funktion der 42LT-Dicke für verschiedene Dicken der Siliziumdioxidschicht. Ein maximaler k² von etwa 12,5% in diesem Diagramm entspricht einer 42LT-Dicke von etwa 0,15λ und einer Siliziumdioxid-Dicke von 0,2λ.
22B ist ein Diagramm von v_P-OPEN (v_P-Offen) als Funktion der 42LT-Dicke für verschiedene Dicken der Siliziumdioxidschicht. 22B zeigt, dass die Vp-Dispersion bei einer Siliziumdioxiddicke von etwa 0,05λ bis 0,1λ nahezu flach ist.
23A veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qs und 42LT-Dicken für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken. Ein maximales Qs von etwa 1865 in diesem Diagramm entspricht einer 42LT-Dicke von etwa 0,7λ und einer Siliziumdioxid-Dicke von etwa 0,5λ. 23B veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qp- und 42LT-Dicken für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken. Ein maximales Qp von etwa 2015 in diesem Diagramm entspricht einer 42LT-Dicke von etwa 0,65A und einer Siliziumdioxid-Dicke von etwa 0,25λ. Die Punkte in den 23A und 23B zeigen, dass eine ähnliche elastische Wellenvorrichtung ohne das Siliziumsubstrat und die Siliziumdioxidschicht Qs von 1846 bzw. Qp von 1406 aufweist. Dementsprechend können das Siliziumsubstrat und die Siliziumdioxidschicht Qs und Qp verbessern. Wie in diesen Diagrammen dargestellt, kann Qp durch das Siliziumsubstrat und die Siliziumdioxidschicht stärker verbessert werden als Qs.
Die 24A und 24B veranschaulichen die Zusammenhänge zwischen (1) TCF und der Dicke der Siliziumdioxidschicht und (2) k₂ und der Dicke der Siliziumdioxidschicht. 24A entspricht 42LT mit einer Dicke von 0,25λ. Ein durchschnittlicher TCF von 0 tritt bei einer Siliziumdioxiddicke von etwa 0,7λ in 24A auf. 24B entspricht 42LT mit einer Dicke von 0,5λ. Ein durchschnittlicher TCF von 0 tritt bei einer Siliziumdioxiddicke von etwa 0,9λ in 24B auf.
Die 25A bis 25C veranschaulichen störende Moden (spurious Moden) im Frequenzgang für verschiedene 42LT- und Siliziumdioxiddicken. 25A zeigt einen relativ reinen Frequenzgang für eine 42LT-Schicht mit einer Dicke von 0,15λ und einer Siliziumdioxiddicke von 0,2λ. 25B zeigt eine Rayleigh-Welle in einem Durchlassbereich, wenn die 42LT-Schicht eine Dicke von weniger als 0,03λ aufweist. 25C zeigt eine Plattenwelle in einem Durchlassbereich, wenn die 42LT-Schicht eine Dicke von mehr als 0,8λ aufweist. Das Durchlassband kann relativ rein sein, wenn die 42LT-Schicht eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,03λ bis 0,8λ aufweist.
26A ist ein Konturdiagramm für Vo. 26B ist ein Konturdiagramm für k² . 26B zeigt ein maximales k² von etwa 12,5% für eine 42LT-Dicke von etwa 0,15λ und eine Siliziumdioxid-Dicke von etwa 0,2λ.
27A ist ein Konturdiagramm für Qs. 27A zeigt ein Maximum Qs von etwa 1865 für eine 42LT-Dicke von etwa 0,7λ und eine Siliziumdioxid-Dicke von etwa 0,5λ. 27B ist ein Konturdiagramm für Qp. 27B zeigt ein maximales Qp von etwa 2015 für eine 42LT-Dicke von etwa 0,65λ und eine Siliziumdioxid-Dicke von etwa 0,25λ.
28A ist ein Konturdiagramm für Qavg. Qavg kann ein Durchschnitt aus Qp und Qs sein. 28A zeigt ein maximales Qavg von etwa 1935 für eine 42LT-Dicke von etwa 0,65λ und eine Siliziumdioxid-Dicke von etwa 0,3λ. 28B ist ein Konturdiagramm für FOM. 28B zeigt ein maximales FOM von etwa 225 bei einer 42LT-Dicke von etwa 0,175λ und einer Siliziumdioxid-Dicke von etwa 0,2λ.
In der elastischen Wellenvorrichtung 20 von 21 kann Qp relativ zu einer ähnlichen elastischen Wellenvorrichtung ohne die Temperaturkompensationsschicht und die Hochgeschwindigkeitsschicht verstärkt werden. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass die Verschiebung auf die Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 12 der elastischen Wellenvorrichtung 20 beschränkt ist. Die 29A bis 29D veranschaulichen, dass die Verschiebung auf die Oberfläche der piezoelektrischen Schicht für 42LT- und 5LN-Piezoschichten in der elastischen Wellenvorrichtung 20 beschränkt ist, während die Verschiebung bei ähnlichen elastischen Wellenvorrichtungen ohne eine Hochgeschwindigkeitsschicht und eine temperaturausgleichende Schicht nicht so stark auf die Oberfläche beschränkt ist.
Die 30A bis 36B sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 20 mit einer piezoelektrischen Lithiumniobatschicht mit einem Schnittwinkel von 5° (5LN), einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und einer Temperaturkompensationsschicht, die eine Siliziumdioxidschicht ist.
30A ist ein Diagramm von k² als Funktion der 5LN-Dicke für verschiedene Dicken der Siliziumdioxidschicht. Ein maximaler k² von etwa 29,5% in diesem Diagramm entspricht einer Dicke von 5LN von etwa 0,5λ und einer Dicke von 0,05λ.
30B ist ein Diagramm von v_P-OPEN als Funktion der 5LN-Dicke für verschiedene Dicken der Siliziumdioxidschicht.
31A veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qs und 5LN-Dicken für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken. Ein maximales Qs von etwa 1815 in diesem Diagramm entspricht einer 5LN-Dicke von etwa 0,7λ und einer Siliziumdioxid-Dicke von etwa 0,9λ. 31B veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qp- und 5LN-Dicken für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken. Ein maximales Qp von etwa 2460 in diesem Diagramm entspricht einer 5LN-Dicke von etwa 0,55λ und einer Siliziumdioxid-Dicke von etwa 0,2λ. Die Punkte in den 31A und 31B zeigen, dass eine ähnliche elastische Wellenvorrichtung ohne das Siliziumsubstrat und die Siliziumdioxidschicht Qs von 1798 bzw. Qp von 40,5 aufweist. Dementsprechend können das Siliziumsubstrat und die Siliziumdioxidschicht Qp in der elastischen Wellenvorrichtung 20 mit einer 5LN piezoelektrischen Schicht signifikant verstärken.
Die 32A und 32B veranschaulichen die Beziehungen zwischen (1) TCF und der Dicke der Siliziumdioxidschicht und (2) k² und der Dicke der Siliziumdioxidschicht. 32A entspricht einem 5LN mit einer Dicke von 0,25λ. 32B entspricht einem 5LN mit einer Dicke von 0,5λ.
Die 33A bis 33C veranschaulichen störende Moden im Frequenzgang für verschiedene 5LN-Elastische Wellenvorrichtungen. Die 33A und 33B beziehen sich auf 5LN/Si elastische Wellenvorrichtungen. 33C bezieht sich auf eine 5LN/SiO2/Si elastische Wellenvorrichtung. 33A zeigt eine Rayleigh-Welle in einem Durchlassbereich, wenn die 5LN-Schicht eine Dicke von weniger als 0,3λ aufweist. 33B zeigt eine Plattenmode-Antwort in einem Durchlassbereich, wenn die 5LN-Schicht eine Dicke von mehr als 0,9λ aufweist. 33C zeigt einen relativ reinen Frequenzgang für eine 5LN-Schicht mit einer Dicke von 0,5λ und eine Siliziumdioxidschicht mit einer Dicke von 0,05λ. Ein relativ reines Durchlassband kann mit einer 5LN-Schicht mit einer Dicke im Bereich von etwa 0,3λ bis 0,8λ erreicht werden.
34A ist ein Konturdiagramm für Vo. 34B ist ein Konturdiagramm für k² . 34B zeigt ein maximales k² von etwa 29,5% für eine 5LN-Dicke von etwa 0,5λ und eine Siliziumdioxid-Dicke von etwa 0,05λ.
35A ist ein Konturdiagramm für Qs. 35A zeigt ein maximales Qs von etwa 1815 für eine 5LN-Dicke von etwa 0,7λ und eine Siliziumdioxid-Dicke von etwa 0,9λ. 35B ist ein Konturdiagramm für Qp. 35B zeigt ein maximales Qp von etwa 2460 für eine 5LN-Dicke von etwa 0,55λ und eine Siliziumdioxid-Dicke von etwa 0,2λ.
36A ist ein Konturdiagramm für Qavg. 36A zeigt ein maximales Qavg von etwa 2130 bei einer 5LN-Dicke von etwa 0,6λ und einer Siliziumdioxid-Dicke von etwa 0,26λ. 36B ist ein Konturdiagramm für FOM. 36B zeigt eine maximale FOM von etwa 625 für eine 5LN-Dicke von etwa 0,55λ und eine Siliziumdioxid-Dicke von etwa 0,1 λ.
Die 37A und 37F sind Diagramme, die verschiedene Parameter für elastische Wellenbauelemente mit einer Siliziumdioxidschicht an verschiedenen Positionen vergleichen. Diese Diagramme beinhalten jeweils Kurven, die elastischen Wellenvorrichtungen entsprechen, mit (1) einer Aluminium-IDT-Elektrode über einer 5LN piezoelektrischen Schicht über einem Siliziumsubstrat, (2) einer Aluminium-IDT-Elektrode über einer 5LN piezoelektrischen Schicht über einer Siliziumdioxidschicht über einem Siliziumsubstrat, (3) einer Siliziumdioxidschicht über einer Aluminium-IDT-Elektrode über einer 5LN piezoelektrischen Schicht über einem Siliziumsubstrat und (4) einer Aluminium-IDT-Elektrode über einer Siliziumdioxidschicht über einer 5LN piezoelektrischen Schicht über einem Silizium-Substrat. Diese Simulationen verändern die Dicke der 5LN piezoelektrischen Schicht und stellen die Dicke der Siliziumdioxidschicht auf 0,1λ ein.
37A ist ein Diagramm von Vo. Diese Grafik zeigt, dass niedergeschwindigkeitiges Siliziumdioxid am wenigsten an der Wellenausbreitung beteiligt ist. 37B ist ein Diagramm von k² . 37B zeigt, dass k² besonders niedrig ist, wenn eine Siliziumdioxidschicht zwischen einer IDT-Elektrode und einer 5LN-Schicht angeordnet ist. 37C ist ein Diagramm von Qp. 37D ist ein Diagramm von Qp. 37D zeigt, dass die elastische Al/5LN/SiO₂/Si Welle die beste Qp aufweist. Dies kann auf die größte Reflexion an der SiO₂/Si-Schnittstelle zurückzuführen sein, um ein Austreten in das Siliziumsubstrat zu verhindern. 37E ist eine Grafik von Qavg, 37F ist eine Grafik der FOM. Diese Diagramme zeigen, dass SiO₂/Al/5LN/Si als Alternative zu 5LN/SiO2/Si verwendet werden kann, mit etwas geringerem k₂ und Q.
38A ist ein Diagramm von k² als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung 20, die eine piezoelektrische LN-Schicht mit einer Dicke von 0,5λ, eine Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und eine Temperaturkompensationsschicht, die eine Siliziumdioxidschicht ist, beinhaltet. Unterschiedliche Kurven in diesem Diagramm entsprechen den unterschiedlichen Siliziumdioxid-Schichtdicken. 38A zeigt ein maximales k² von etwa 30% bei einem Schnittwinkel von 10° und einer Siliziumdioxiddicke von 0.
38B ist ein Diagramm von v_P-OPEN als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung 20, die ein LN mit einer Dicke von 0,5λ, eine Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und eine Temperaturkompensationsschicht, die eine Siliziumdioxidschicht ist, beinhaltet. Unterschiedliche Kurven in diesem Diagramm entsprechen den unterschiedlichen Siliziumdioxid-Schichtdicken. 38B zeigt ein maximales v0 von etwa 4420 m/s bei einem Schnittwinkel von 35° und einer Siliziumdioxiddicke von 0.
38C ist ein Diagramm von Qs als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung 20, die ein LN mit einer Dicke von 0,5λ, eine Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und eine Temperaturkompensationsschicht, die eine Siliziumdioxidschicht ist, beinhaltet. Unterschiedliche Kurven in diesem Diagramm entsprechen den unterschiedlichen Siliziumdioxid-Schichtdicken. 38C zeigt ein maximales Qs von etwa 2135 bei einem Schnittwinkel von 55° und einer Siliziumdioxiddicke von 0,3λ.
38D ist ein Diagramm von Qp als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung 20, die ein LN mit einer Dicke von 0,5λ, eine Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und eine Temperaturkompensationsschicht, die eine Siliziumdioxidschicht ist, beinhaltet. Unterschiedliche Kurven in diesem Diagramm entsprechen den unterschiedlichen Siliziumdioxid-Schichtdicken. 38D zeigt ein maximales Qp von etwa 2560 bei einem Schnittwinkel von 25° und eine Siliziumdioxiddicke von 0,25λ.
Die 39A bis 39L veranschaulichen die Admittanz über der Frequenz für eine elastische Wellenvorrichtung 20 mit einer piezoelektrischen LN-Schicht mit einer Dicke von 0,5λ, einer Temperaturkompensationsschicht, die eine Siliziumdioxidschicht mit einer Dicke von 0,1λ ist, und einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Silizium-Substrat für verschiedene Schnittwinkel von LN ist.
40 ist eine Querschnittsansicht einer elastischen Wellenvorrichtung 30 gemäß einer Ausführungsform. Wie dargestellt, beinhaltet die elastische Wellenvorrichtung 30 eine piezoelektrische Schicht 12, eine IDT-Elektrode 14, eine Hochgeschwindigkeitsschicht 16 und eine Temperaturkompensationsschicht 32. Die elastische Wellenvorrichtung 30 ist wie die elastische Wellenvorrichtung 10 aus 1, mit der Ausnahme, dass eine Temperaturkompensationsschicht 32 über der IDT-Elektrode 14 angeordnet ist, so dass sich die IDT-Elektrode 14 zwischen der piezoelektrischen Schicht 12 und der Temperaturkompensationsschicht 32 befindet. Wie dargestellt, bedeckt die Temperaturkompensationsschicht 32 die IDT-Elektrode 14 gegenüber der piezoelektrischen Schicht 12. Die Temperaturkompensationsschicht 32 kann den TCF der elastischen Wellenvorrichtung 30 gegenüber der elastischen Wellenvorrichtung 10 verbessern.
Die Temperaturkompensationsschicht 32 kann den TFC der elastischen Wellenvorrichtung 30 näher an Null bringen als der TCF einer ähnlichen elastischen Wellenvorrichtung, die die Temperaturkompensationsschicht nicht beinhaltet. Die Temperaturkompensationsschicht 32 kann einen positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz aufweisen. So kann beispielsweise die Temperaturkompensationsschicht 32 eine Siliziumdioxid-(SiO₂)-Schicht sein. Die Temperaturkompensationsschicht 32 kann alternativ eine Telluriumdioxid (TeO₂)-Schicht oder eine SiOF-Schicht sein. Die Temperaturkompensationsschicht 32 kann jede geeignete Kombination von SiO₂, TeO₂ und/oder SiOF beinhalten. Die Temperaturkompensationsschicht 32 kann eine geringere Volumengeschwindigkeit (Bulk Velocity) aufweisen als eine Geschwindigkeit der von der IDT-Elektrode 14 erzeugten elastischen Welle. Die Temperaturkompensationsschicht 32 kann eine dielektrische Schicht sein. Die Temperaturkompensationsschicht 32 kann eine geringere akustische Impedanz aufweisen als die piezoelektrische Schicht 12. Die Temperaturkompensationsschicht 32 kann eine geringere akustische Impedanz aufweisen als die Hochgeschwindigkeitsschicht 16. Die dargestellte Temperaturkompensationsschicht 32 hat eine Dicke H₃ .
Die 41A und 41B sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 30 mit einer piezoelektrischen Lithiumniobatschicht, einer Hochgeschwindigkeitsschicht und einer Temperaturkompensationsschicht über der IDT-Elektrode. 41A ist ein Diagramm von k² als Funktion der LN-Dicke für verschiedene Dicken der dielektrischen Schicht. 41B ist ein Diagramm des Temperaturkoeffizienten der Geschwindigkeit (TCV) als Funktion der LN-Dicke für verschiedene Dicken der Temperaturkompensationsschicht.
Die 42A bis 42D sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 30, die konfiguriert ist, um eine elastische Welle mit einer Wellenlänge von 2,0 um zu erzeugen, wobei die elastische Wellenvorrichtung 30 eine Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, eine IDT-Elektrode mit einer Höhe von 160 nm (0,08λ), eine SiO₂-Temperaturkompensationsschicht mit einer Dicke von 0,4 um (0,2λ) über der IDT-Elektrode und eine piezoelektrische Lithiumniobatschicht mit einer Dicke von 0,5 um (0,25λ) beinhaltet. Die 42A bis 42D entsprechen unterschiedlichen Schnittwinkeln der piezoelektrischen Lithiumniobatschicht. Insbesondere entspricht 42A einem Schnittwinkel von 0°, 42B einem Schnittwinkel von 10°, 42C einem Schnittwinkel von 20° und 42D einem Schnittwinkel von 30°. Wie in 42C dargestellt, kann eine Rayleigh-Störung für einen Schnittwinkel von 20° unterdrückt werden. Ein Schnittwinkel in einem Bereich von etwa 15° bis 25° kann bei einer elastischen Wellenvorrichtung 30 mit einer piezoelektrischen LN-Schicht auf einem Siliziumsubstrat wünschenswert sein.
Die 43A bis 45B sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 30 mit einer piezoelektrischen Lithiumniobatschicht mit einem Schnittwinkel von 5° (5LN), einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und einer Temperaturkompensationsschicht, die eine Siliziumdioxidschicht ist.
Die 43A und 43B veranschaulichen die Beziehungen zwischen (1) TCF und der Dicke der Siliziumdioxidschicht und (2) k² und der Dicke der Siliziumdioxidschicht. 43A entspricht einer 5LN piezoelektrischen Schicht mit einer Dicke von 0,25λ. Ein durchschnittlicher TCF von 0 wird bei einer Siliziumdioxiddicke von etwa 0,3λ in 43A angegeben. 43B entspricht einer 5LN piezoelektrischen Schicht mit einer Dicke von 0,5λ. Ein durchschnittlicher TCF von 0 wird bei einer Siliziumdioxiddicke von etwa 0,3λ in 43B angegeben. Diese Simulationen deuten darauf hin, dass ein Siliziumdioxid von etwa 0,3λ in solchen Vorrichtungen ein gewünschtes TCF erreichen kann.
44A ist ein Diagramm von k² als Funktion der 5LN-Dicke für verschiedene Dicken der Siliziumdioxidschicht. Dieses Diagramm deutet darauf hin, dass eine Siliziumdioxidschicht über der IDT-Elektrode auf einer 5LN-Schicht k² reduzieren kann. 44B ist ein Diagramm von vP-OPEN als Funktion der 5LN-Dicke für verschiedene Dicken der Siliziumdioxidschicht.
45A veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qs und 5LN Dicke für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken. 45B veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qp- und 5LN-Dicken für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken. Die Punkte in den 45A und 45B zeigen, dass eine ähnliche elastische Wellenvorrichtung ohne das Siliziumsubstrat und die Siliziumdioxidschicht Qs von 1798 bzw. Qp von 40,5 aufweist. Dementsprechend können das Siliziumsubstrat und das Siliziumdioxid der elastischen Wellenvorrichtung 30 der Schicht aus 40 Qp in der elastischen Wellenvorrichtung 20 mit einer piezoelektrischen 5LN-Schicht deutlich verstärken. Der Vergleich von 45B mit 31B zeigt, dass eine Siliziumdioxidschicht über der IDT-Elektrode auf einer 5LN-Schicht Qp nicht so stark erhöhen kann, wie eine Siliziumdioxidschicht zwischen einer 5LN-Schicht und einem Silizium-Substrat.
Die 46A bis 48B sind Diagramme von Simulationen einer elastischen Wellenvorrichtung 30 mit einer piezoelektrischen Lithium-Tantalat-Schicht mit einem Schnittwinkel von 42° (42LN), einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und einer Temperaturkompensationsschicht, die eine Siliziumdioxidschicht ist.
Die 46A und 46B veranschaulichen die Beziehungen zwischen (1) TCF und der Dicke der Siliziumdioxidschicht und (2) k² und der Dicke der Siliziumdioxidschicht. 46A entspricht einer 42LT piezoelektrischen Schicht mit einer Dicke von 0,25λ. Ein durchschnittlicher TCF von 0 wird bei einer Siliziumdioxiddicke von etwa 0,2λ in 46A angegeben. 46B entspricht einer 42LT piezoelektrischen Schicht mit einer Dicke von 0,5λ. Ein durchschnittlicher TCF von 0 wird bei einer Siliziumdioxiddicke von etwa 0,25λ in 46B angegeben. Diese Simulationen deuten darauf hin, dass ein Siliziumdioxid von weniger als etwa 0,25λ ein gewünschtes TCF in solchen Vorrichtungen erreichen kann.
47A ist eine Grafik von k² als Funktion der 42LT-Dicke für verschiedene Dicken der Siliziumdioxidschicht. Dieses Diagramm deutet darauf hin, dass eine Siliziumdioxidschicht über der IDT-Elektrode auf einer 42LT-Schicht k² reduzieren kann. 47B ist ein Diagramm von v_P-OPEN als Funktion der 42LT-Dicke für verschiedene Dicken der Siliziumdioxidschicht.
48A veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qs und 42LT Dicke für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken. 48B veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Qp- und 42LT-Dicken für verschiedene Siliziumdioxid-Schichtdicken. 48B zeigt, dass eine Siliziumdioxidschicht über der IDT-Elektrode und ein Siliziumsubstrat Qp im Vergleich zu einer ähnlichen elastischen Wellenvorrichtung ohne das Silizium-Substrat und die Siliziumdioxidschicht erhöhen können. Diese Grafik veranschaulicht auch, dass es wünschenswert sein kann, wenn die 42LT-Schichtdicke in bestimmten Fällen kleiner als etwa 0,8λ ist.
49A ist ein Diagramm von k² als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung 30, die eine piezoelektrische LN-Schicht mit einer Dicke von 0,5λ, eine Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und eine temperaturkompensierende Schicht, die eine Siliziumdioxidschicht ist, beinhaltet. Unterschiedliche Kurven in diesem Diagramm entsprechen den unterschiedlichen Siliziumdioxid-Schichtdicken. 49A zeigt ein maximales k² von etwa 30% bei einem Schnittwinkel von 10° und einer Siliziumdioxiddicke von 0.
49B ist ein Diagramm von v_P-OPEN als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung 30, die ein LN mit einer Dicke von 0,5λ, eine Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und eine Temperaturkompensationsschicht, die eine Siliziumdioxidschicht ist, beinhaltet. Unterschiedliche Kurven in diesem Diagramm entsprechen den unterschiedlichen Siliziumdioxid-Schichtdicken. 49B zeigt ein maximales v0 von etwa 4580 m/s bei einem Schnittwinkel von 40° und einer Siliziumdioxiddicke von 0,2 λ.
49C ist ein Diagramm von Qs als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung 30, die ein LN mit einer Dicke von 0,5λ, eine Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und eine Temperaturkompensationsschicht, die eine Siliziumdioxidschicht ist, beinhaltet. Unterschiedliche Kurven in diesem Diagramm entsprechen den unterschiedlichen Siliziumdioxid-Schichtdicken. 49C zeigt ein Maximum Qs von etwa 2100 bei einem Schnittwinkel von 60° und einer Siliziumdioxiddicke von 0.
49D ist ein Diagramm von Qp als Funktion eines Schnittwinkels einer LN-Schicht in einer elastischen Wellenvorrichtung 30, die ein LN mit einer Dicke von 0,5λ, eine Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Siliziumsubstrat ist, und eine Temperaturkompensationsschicht, die eine Siliziumdioxidschicht ist, beinhaltet. Unterschiedliche Kurven in diesem Diagramm entsprechen den unterschiedlichen Siliziumdioxid-Schichtdicken. 49D zeigt ein maximales Qp von etwa 2560 bei einem Schnittwinkel von 25° und einer Siliziumdioxiddicke von 0.
Die 50A bis 50L veranschaulichen die Admittanz über der Frequenz für eine elastische Wellenvorrichtung 30 mit einer piezoelektrischen LN-Schicht mit einer Dicke von 0,5λ, einer Temperaturkompensationsschicht, die eine Siliziumdioxidschicht mit einer Dicke von 0,1λ ist, und einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die ein Silizium-Substrat für verschiedene Schnittwinkel von LN ist. 50F zeigt einen relativ reinen Frequenzgang ohne signifikante Spurious Moden für einen Schnittwinkel von 20°. Diese Diagramme zeigen, dass der Schnittwinkel in einem Bereich von etwa 15° bis 25° bei solchen Vorrichtungen einen relativ reinen Frequenzgang erreichen kann.
51 ist eine Draufsicht auf die elastische Wellenvorrichtung 30 aus 40. 51 veranschaulicht, dass die IDT-Elektrode 14 zwischen einem ersten Gitterreflektor 34 und einem zweiten Gitterreflektor 36 positioniert werden kann. Die IDT-Elektrode 14, der erste Gitterreflektor 34 und der zweite Gitterreflektor 36 können als akustischer Oberflächenwellenresonator fungieren. Jede der elastischen Wellenvorrichtungen 10, 20 oder 40 kann ähnlich implementiert werden. 51 veranschaulicht, dass jede der hier beschriebenen temperaturkompensierenden Schichten über und/oder unter einem Abschnitt einer IDT-Elektrode eingeschlossen werden kann.
52 ist eine Querschnittsansicht einer elastischen Wellenvorrichtung 40 gemäß einer Ausführungsform. Wie dargestellt, beinhaltet die elastische Wellenvorrichtung 40 eine piezoelektrische Schicht 12, eine IDT-Elektrode 14, eine Hochgeschwindigkeitsschicht 16, eine erste Temperaturkompensationsschicht 22 und eine zweite Temperaturkompensationsschicht 32. Die elastische Wellenvorrichtung 40 ist wie die elastische Wellenvorrichtung 20 aus 21, mit der Ausnahme, dass die elastische Wellenvorrichtung 40 auch eine zweite Temperaturkompensationsschicht 32 über der IDT-Elektrode 14 beinhaltet, so dass sich die IDT-Elektrode 14 zwischen der piezoelektrischen Schicht 12 und der Temperaturkompensationsschicht 32 befindet. Die elastische Wellenvorrichtung 40 ist wie die elastische Wellenvorrichtung 30 aus 40, mit der Ausnahme, dass die elastische Wellenvorrichtung 40 auch eine erste Temperaturkompensationsschicht 22 beinhaltet, die zwischen der Hochgeschwindigkeitsschicht 16 und der piezoelektrischen Schicht 12 angeordnet ist. Die elastische Wellenvorrichtung 40 kann eine verbesserte Unempfindlichkeit für die Frequenzabhängigkeit von der piezoelektrischen Schichtdicke im Vergleich zur elastischen Wellenvorrichtung 30 aus 40 aufweisen.
Weitere Simulationen von LT/Si und LT/SiO₂/Si elastische Wellenvorrichtungen deuten darauf hin, dass solche Vorrichtungen wünschenswerte k² Werte für einen LT Schnittwinkel in einem Bereich von 0° bis 30° aufweisen. Diese Simulationen zeigen, dass eine LT-Schicht mit einem Schnittwinkel zwischen 10° und 30° wünschenswert sein kann. Ein maximaler k₂ -Wert wurde bei einem Schnittwinkel von etwa 20° beobachtet. Andere Simulationen von LT/Si und LT/SiO₂/Si elastischen Wellenvorrichtungen deuten darauf hin, dass solche Vorrichtungen wünschenswerte Hochgeschwindigkeits-(vO)-Ventile für solche Vorrichtungen mit einer LT-Schicht mit einem Schnittwinkel in einem Bereich von 30° bis 40° aufweisen.
Jede der hier beschriebenen elastischen Wellenvorrichtungen kann in einem Filter, einem Duplexer oder einem anderen Multiplexer oder einer Frequenzmultiplexschaltung (z.B. einem Diplexer oder einem Triplexer) implementiert werden.
Die 53A bis 53D sind Beispiele für Filter, die von den Prinzipien und Vorteilen der hier vorgestellten elastischen Wellenvorrichtungen profitieren können. Durch die Einbeziehung einer elastischen Wellenvorrichtung gemäß den hier beschriebenen Prinzipien und Vorteilen können solche Filter eine verbesserte Leistung, wie beispielsweise einen höheren Qualitätsfaktor, im Vergleich zu Filtern mit herkömmlichen elastischen Wellenvorrichtungen erzielen. Jede geeignete Kombination von Merkmalen dieser Filter kann zusammen mit anderen und/oder in Kombination mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen realisiert werden.
53A ist ein schematisches Diagramm eines Filters 60, das eine elastische Wellenvorrichtung gemäß den hier beschriebenen Prinzipien und Vorteilen beinhaltet. Ein Filter, das eine elastische Wellenvorrichtung beinhaltet, kann als Filter für eine elastische Vorrichtung bezeichnet werden. Wie veranschaulicht, ist das Filter 60 ein Leiterfilter, das serienmäßige elastische Wellenvorrichtungen 61, 63 und 65 sowie akustische Nebenschlussoberflächenwellenvorrichtungen 62 und 64 beinhaltet. Jede der dargestellten elastischen Wellenvorrichtungen kann ein Resonator sein. Die elastischen Wellenvorrichtungen 61 bis 65 sind zwischen einem Eingangsanschluss In (Ein) und einem Ausgangsanschluss Out (Aus) angeordnet. In einigen Fällen kann das Filter 60 ein Sendefilter sein, bei dem der Eingangsport In ein Sendeport und der Ausgangsport Out ein Antennenport ist. Gemäß einigen anderen Fällen kann der Filter 60 ein Empfangsfilter sein, bei dem der Eingangsport In ein Antennenport und der Ausgangsport Out ein Empfangsport ist.
Eine oder mehrere der seriellen elastischen Wellenvorrichtungen 61, 63 und 65 und/oder eine oder mehrere der akustischen Oberflächenwellenvorrichtungen 62 und 64 können in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen implementiert werden. Eine oder mehrere der elastischen Wellenvorrichtungen 61 bis 65 können akustische Oberflächenwellenvorrichtungen sein. Ein Filter, das eine oder mehrere Oberflächenwellenvorrichtungen beinhaltet, kann als akustisches Oberflächenwellenfilter bezeichnet werden. Während das Filter 60 zur Veranschaulichung 5 elastische Wellenresonatoren zeigt, kann ein Filter eine beliebige Anzahl von elastischen Vorrichtungsresonatoren für eine bestimmte Anwendung beinhalten. In einigen Anwendungen kann beispielsweise ein Filter mit elastischen Wellenvorrichtungen 3, 4, 6, 7, 9 oder mehr elastische Wellenvorrichtungen beinhalten.
53B ist ein schematisches Diagramm eines Filters 60', das eine elastische Wellenvorrichtung gemäß den hier beschriebenen Prinzipien und Vorteilen beinhaltet. Jeder der Resonatoren des Filters 60' kann nach den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen implementiert werden. Das Filter 60' ist wie das Filter 60 von 53A, mit der Ausnahme, dass das Filter 60' eine unterschiedliche Anzahl von Resonatoren und auch eine Schleifenschaltung beinhaltet. Wie dargestellt, beinhaltet das Filter 60' eine zusätzliche Shunt(Nebenschluss)-Oberflächenwellenvorrichtung 66 und eine zusätzliche Serien-Oberflächenwellenvorrichtung 67. Das Filter 60' beinhaltet auch eine Schleifenschaltung 68. Die Schleifenschaltung 68 ist parallel zu den akustischen Oberflächenwellenresonatoren der Leiterschaltung in 53B geschaltet. Die Schleifenschaltung 68 kann eine Durchgangscharakteristik aufweisen, die es einem Signal mit einer Frequenz in einem bestimmten Frequenzband innerhalb eines Sperrbandes (Stoppbandes) der Leiterschaltung von akustischen Oberflächenwellenresonatoren ermöglicht, die Schleifenschaltung 68 zu passieren. Die Schleifenschaltung 68 kann als Reaktion auf das Eingangssignal am Eingangsport In ein Schleifensignal ausgeben. Die Signale, die sich durch die Leiterschaltung und die Schleifenschaltung ausbreiten, können Phasenanteile beinhalten, die sich in dem bestimmten Frequenzband innerhalb des Sperrbandes gegenüberliegen.
53C ist ein schematisches Diagramm eines Filters 60", das eine elastische Wellenvorrichtung gemäß den hier beschriebenen Prinzipien und Vorteilen beinhaltet. Jeder der Resonatoren des Filters 60" kann in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen implementiert werden. Das Filter 60" ist wie das Filter 60' von 53B, mit der Ausnahme, dass das Filter 60" eine bestimmte Beispiel-Schleifenschaltung 68' beinhaltet. Wie in 53C dargestellt, beinhaltet die Schleifenschaltung 68' einen ersten Kondensator C1, IDT-Elektroden 69 und einen zweiten Kondensator C2. Die dargestellten Kondensatoren und IDT-Elektroden können auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnet werden. Das piezoelektrische Substrat kann das gleiche piezoelektrische Substrat sein, auf dem die Resonatoren der Leiterschaltung angeordnet sind. Dementsprechend kann ein solches piezoelektrisches Substrat den in 1, 21, 40 oder 52 dargestellten Schichtstrukturen entsprechen.
IDT-Elektroden 69 können als Querfilter bzw. Transversalfilter angeordnet werden. Die Durchlasscharakteristik im Dämpfungsband kann durch die Konstruktion dieses Querfilters eingestellt werden, und die Phasencharakteristik kann durch Einstellen eines Abstands zwischen IDT-Elektroden eingestellt werden, um der Schleifenschaltung 68' die Phasencharakteristik entgegengesetzt zu der der Leiterschaltung zu verleihen. Jede der IDT-Elektroden 69 kann ein Paar kammartiger Elektroden beinhalten, die jeweils Elektrodenfinger beinhalten, die miteinander interdigitieren (abwechselnd angeordnet sind). Die Kapazitäten der ersten und zweiten Kondensatoren C1 und C2 können kleiner sein als die Kapazitäten der IDT-Elektroden 69. Die Kapazität des ersten Kondensators C1 kann kleiner sein als die des zweiten Kondensators C2. Ein Dämpfungsbetrag der Durchgangscharakteristik der Schleifenschaltung 68' im Dämpfungsband kann durch Einstellen der Kapazitäten der ersten und zweiten Kondensatoren C1 und C2 eingestellt werden. Die ersten und zweiten Kondensatoren C1 und C2 können so angeordnet werden, dass der Dämpfungsbetrag der Durchgangscharakteristik der Schleifenschaltung 68' einem Dämpfungsbetrag der Durchgangscharakteristik der Leiterschaltung entspricht.
Da die Phasencharakteristik der Schleifenschaltung 68' derjenigen der Leiterschaltung entgegengesetzt ist, kann eine Amplitudencharakteristik im Dämpfungsband der Leiterschaltung im Wesentlichen aufgehoben werden. Dadurch kann sich der Dämpfungsbetrag im Dämpfungsband der Leiterschaltung erhöhen. Darüber hinaus kann ein Strom, der von der Leiterschaltung in die Schleifenschaltung 68' fließt, durch Auswahl der elektrostatischen Kapazitäten der ersten und zweiten Kondensatoren C1 und C2 unterdrückt werden, wodurch die Funktion des Schutzes der IDT-Elektroden 69 vor Beschädigung bereitgestellt wird.
53D ist ein schematisches Diagramm eines Filters 60''', das eine elastische Wellenvorrichtung gemäß den hier beschriebenen Prinzipien und Vorteilen beinhaltet. Jeder der Resonatoren des Filters 60'" kann in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen implementiert werden. Das Filter 60"' ist wie das Filter 60" von 53C, nur dass das Filter 60'" eine andere Schleifenschaltung beinhaltet. Wie in 53D dargestellt, beinhaltet die Schleifenschaltung 68" zusätzliche Kondensatoren und IDT-Elektroden in Bezug auf die Schleifenschaltung 68'. Insbesondere sind ein dritter Kondensator C3 und ein vierter Kondensator C4 in der Schleifenschaltung 68" enthalten. Die Schleifenschaltung 68" beinhaltet auch IDT-Elektroden 69', die mehr IDT-Elektroden als IDT-Elektroden 69 aus 53C beinhalten.
Die 54A bis 54C sind Beispiele für Duplexer, die von den Prinzipien und Vorteilen der hier beschriebenen elastischen Wellenvorrichtungen profitieren können. Durch die Einbeziehung einer elastischen Wellenvorrichtung gemäß den hier beschriebenen Prinzipien und Vorteilen können solche Duplexer eine verbesserte Leistung, wie beispielsweise einen höheren Qualitätsfaktor, im Vergleich zu Duplexern, die andere konventionelle elastische Wellenvorrichtungen beinhalten, erzielen. Jede geeignete Kombination von Merkmalen dieser Duplexer kann zusammen und/oder in Kombination mit allen anderen hier beschriebenen Ausführungsformen realisiert werden.
54A ist ein schematisches Diagramm eines Duplexers 70, der eine elastische Vorrichtung gemäß den hier beschriebenen Prinzipien und Vorteilen beinhaltet. Der Duplexer 70 beinhaltet ein Sendefilter und ein Empfangsfilter. Das Sendefilter und das Empfangsfilter sind beide an einen gemeinsamen Anschluss COM gekoppelt. Der gemeinsame Anschluss COM kann ein Antennenanschluss sein. Eine beliebige Anzahl von elastischen Wellenvorrichtungen kann in das Sendefilter und/oder das Empfangsfilter des Duplexers 70 einbezogen werden.
Das Sendefilter ist zwischen einem Sendeport TX und dem gemeinsamen Port COM gekoppelt. Das Sendefilter ist konfiguriert, um ein am Sendeanschluss TX empfangenes Signal zu filtern, das sich zu dem gemeinsamen Anschluss COM ausbreitet. Das Sendefilter kann alle geeigneten Merkmale des Filters 60 aus 53A beinhalten. Wie veranschaulicht, beinhaltet das Sendefilter serienmäßige elastische Wellenvorrichtungen 61, 63 und 65 sowie Shunt-Oberflächenwellenvorrichtungen 62 und 64. Eine oder mehrere der seriellen elastischen Wellenvorrichtungen 61, 63 und 65 und/oder eine oder mehrere der akustischen Oberflächenwellenvorrichtungen 62 und 64 können in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen implementiert werden.
Das Empfangsfilter ist zwischen dem gemeinsamen Port COM und den Empfangsport RX gekoppelt. Das Empfangsfilter ist konfiguriert, um ein am gemeinsamen Port COM empfangenes Signal zu filtern, das sich auf den Empfangsport RX ausbreitet. Das Empfangsfilter kann alle geeigneten Merkmale des Filters 60 aus 53A beinhalten. Wie veranschaulicht, beinhaltet das Empfangsfilter serienmäßige elastische Wellenvorrichtungen 71, 73 und 75 sowie Shunt-Oberflächenwellenvorrichtungen 72 und 74. Eine oder mehrere der elastischen Wellenvorrichtungen 71, 73 und 75 und/oder eine oder mehrere der akustischen Oberflächenwellenvorrichtungen 72 und 74 können in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen implementiert werden.
Obwohl 54A einen Duplexer 70 veranschaulicht, können ein oder mehrere elastische Wellenvorrichtungen gemäß den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen in jedem geeigneten Multiplexer implementiert werden. Ein Multiplexer kann eine beliebige Anzahl von akustischen Wellenfiltern beinhalten. So kann der Multiplexer beispielsweise ein Quadplexer mit vier Filtern, ein Pentaplexer mit fünf Filtern, ein Hexaplexer mit sechs Filtern, ein Octoplexer mit acht Filtern usw. sein. In einigen Fällen kann ein Multiplexer 2 bis 16 elastische Wellenfilter beinhalten, die an einem gemeinsamen Knoten angeschlossen sind.
54B ist ein schematisches Diagramm eines Duplexers 70', der eine elastische Vorrichtung gemäß den hier beschriebenen Prinzipien und Vorteilen beinhaltet. Der Duplexer 70' wird als mit einer Antenne 101 verbunden dargestellt. Jeder der Resonatoren des Duplexers 70' kann nach den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen implementiert werden. Der Duplexer 70' ist wie der Duplexer 70 von 54A, nur dass der Duplexer 70' eine unterschiedliche Anzahl von Resonatoren im Sendefilter und eine unterschiedliche Empfangsfilterarchitektur beinhaltet. Wie dargestellt, beinhaltet das Sendefilter des Duplexers 70' die SAW-Resonatoren 61, 63, 65, 67 und 79 sowie die SAW-Resonatoren 62, 64, 66 und 78. Das Empfangsfilter des Duplexers 70' beinhaltet die Double Mode (Doppelmodus) SAW (DMS) Resonatoren 111 und 112. Die DMS-Resonatoren 111 und 112 sind über den SAW-Resonator 110 des Empfangsfilters mit der Antenne 101 gekoppelt. Die DMS-Resonatoren 111 und/oder 112 können eine elastische Wellenanordnung gemäß den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen beinhalten.
54C ist ein schematisches Diagramm eines Duplexers 70", der eine elastische Vorrichtung gemäß den hier beschriebenen Prinzipien und Vorteilen beinhaltet. Der Duplexer 70" wird als mit einer Antenne 101 verbunden dargestellt. Jeder der Resonatoren des Duplexers 70" kann nach den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen implementiert werden. Der Duplexer 70" ist wie der Duplexer 70' von 54B, mit der Ausnahme, dass der Duplexer 70" zusätzlich Induktoren L1 und L2, Kondensatoren cap01, cap02, cap03, cap04 und cap05 sowie IDT-Elektroden 113 beinhaltet. Die dargestellten Kondensatoren und IDT-Elektroden können eine ähnliche Funktionalität wie die oben beschriebenen Schleifenschaltungen realisieren. Die Induktoren L1 und L2 stellen einen induktiven Weg zur Masse für Nebenschluss-SAW-Resonatoren des Sendefilters dar.
Ein verpacktes Modul kann jede der hier beschriebenen elastischen Wellenvorrichtungen beinhalten. Einige dieser gepackten Module können auch einen Hochfrequenzschalter und/oder einen Leistungsverstärker beinhalten. Die hier vorgestellten elastischen Wellenvorrichtungen können in einer Vielzahl von verpackten Modulen implementiert werden. Es werden nun einige exemplarisch verpackte Module diskutiert, in denen geeignete Prinzipien und Vorteile der hier vorgestellten elastischen Wellenbauelemente umgesetzt werden können. Die 55, 56 und 57 sind schematische Blockdiagramme von veranschaulichten verpackten Modulen gemäß bestimmter Ausführungsformen. Alle geeigneten Funktionen, die in Bezug auf eines dieser verpackten Module besprochen werden, können in Kombination miteinander implementiert werden.
55 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Moduls 80, das ein Filter 82, einen Leistungsverstärker 83 und einen Schalter 84 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet. Das Modul 80 kann ein Paket bzw. ein Gehäuse beinhalten, das die veranschaulichten Elemente umschließt. Das Filter 82, ein Leistungsverstärker 83 und ein Schalter 84 können auf einem gemeinsamen Verpackungssubstrat angeordnet werden. Das Verpackungssubstrat kann z.B. ein Laminatsubstrat sein. Das Filter 82 kann eine beliebige Anzahl von elastischen Wellenvorrichtungen beinhalten, die in Übereinstimmung mit den geeigneten Prinzipien und Vorteilen der hier beschriebenen elastischen Wellenvorrichtungen implementiert sind. Das Filter 82 kann in einen Duplexer oder einen anderen Multiplexer eingebaut werden. Der Schalter 84 kann ein Hochfrequenzschalter sein. Der Schalter 84 kann einen Ausgang des Leistungsverstärkers 83 selektiv elektrisch mit dem Filter 82 koppeln. In einigen Fällen kann der Schalter 84 ein Mehrwege-Schalter sein, der den Ausgang des Leistungsverstärkers an ein ausgewähltes Filter aus der Vielzahl der Filter des Moduls 80 liefern kann.
56 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Moduls 85, das ein Filter 82, einen Leistungsverstärker 83, einen Schalter 84 und einen zweiten Schalter 86 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet. Das Modul 85 ist wie das Modul 80 aus 55, nur dass das Modul 85 einen zusätzlichen Schalter 86 beinhaltet. Der zusätzliche Schalter 86 kann das Filter 82 selektiv elektrisch mit anderen HF-Schaltungen verbinden. Der zusätzliche Schalter 86 kann ein Antennenschalter sein, der das Filter 82 selektiv elektrisch mit einem Antennenanschluss verbinden kann.
57 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Moduls 90, das einen Duplexer 82, einen Leistungsverstärker 83 und einen ersten Schalter 84, einen zweiten Schalter 93 und einen rauscharmen Verstärker 94 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet. Das Modul 90 ist wie das Modul 80 aus 55, außer dem Modul 90 wird anstelle eines Filters ein Duplexer dargestellt und das Modul 80 beinhaltet eine Empfangsschaltung. Die dargestellte Empfangsschaltung beinhaltet einen Schalter 93 und einen rauscharmen Verstärker 94. Der rauscharme Verstärker 94 kann ein Hochfrequenzsignal verstärken, das von einem Empfangsfilter bereitgestellt wird. Der Schalter 93 kann den rauscharmen Verstärker 94 selektiv elektrisch mit dem Empfangsfilter des Duplexers 92 verbinden.
Eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung, wie beispielsweise ein Mobiltelefon, kann eine oder mehrere elastische Wellenvorrichtungen gemäß einem der hier beschriebenen Prinzipien und Vorteile beinhalten. 58 ist ein schematisches Blockdiagramm einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung 100, die eine beliebige Anzahl von elastischen Wellenvorrichtungen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet. Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung 100 kann jede geeignete drahtlose Kommunikationsvorrichtung sein. So kann beispielsweise eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung 100 ein Mobiltelefon sein, wie beispielsweise ein Smartphone. Wie veranschaulicht, beinhaltet die drahtlose Kommunikationsvorrichtung 100 eine Antenne 101, ein HF-Frontend 102, das Filter 103, einen HF-Sender-Empfänger 104, einen Prozessor 105 und einen Speicher 106 beinhaltet. Die Antenne 101 kann HF-Signale senden, die vom HF-Frontend 102 bereitgestellt werden. Die Antenne 101 kann dem HF-Frontend 102 empfangene HF-Signale zur Verarbeitung bereitstellen.
Das HF-Frontend 102 kann einen oder mehrere Leistungsverstärker, einen oder mehrere rauscharme Verstärker, einen oder mehrere HF-Schalter, ein oder mehrere Empfangsfilter, ein oder mehrere Sendefilter, einen oder mehrere Duplexer oder eine geeignete Kombination derselben beinhalten. Das RF-Frontend 102 kann HF-Signale senden und empfangen, die mit allen geeigneten Kommunikationsstandards verbunden sind. Jede der hier beschriebenen elastischen Wellenvorrichtungen kann in einem oder mehreren der Filter 103 des HF-Frontends 102 implementiert werden.
Der RF-Transceiver (Sender-Empfänger) 104 kann dem RF-Frontend 102 ein RF-Signal zur Verstärkung und/oder anderen Verarbeitung bereitstellen. Der RF-Sender-Empfänger 104 kann auch ein HF-Signal verarbeiten, das von einem rauscharmen Verstärker des RF-Frontends 102 bereitgestellt wird. Der RF-Transceiver 104 ist in Verbindung mit dem Prozessor 105. Der Prozessor 105 kann ein Basisbandprozessor sein. Der Prozessor 105 kann alle geeigneten Basisbandverarbeitungsfunktionen für die drahtlose Kommunikationsvorrichtung 100 bereitstellen. Auf den Speicher 106 kann der Prozessor 105 zugreifen. Der Speicher 106 kann alle geeigneten Daten für die drahtlose Kommunikationsvorrichtung 100 speichern.
Jedes der hier beschriebenen Prinzipien und Vorteile kann auf andere Systeme, Module, Chips, elastische Wellenvorrichtungen, Filter, Duplexer, Multiplexer, drahtlose Kommunikationsgeräte und Verfahren angewendet werden, die nicht nur auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sind. Die Elemente und Operationen der verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden. Einige der oben beschriebenen Ausführungsformen haben Beispiele im Zusammenhang mit elastischen Wellenvorrichtungen, wie z.B. SAW-Resonatoren, bereitgestellt. Die Prinzipien und Vorteile der Ausführungsformen können jedoch in Verbindung mit allen anderen Systemen, Vorrichtungen oder Verfahren verwendet werden, die von einer der hier enthaltenen Lehren profitieren könnten. Jedes der hier beschriebenen Prinzipien und Vorteile kann in Verbindung mit Hochfrequenzschaltungen umgesetzt werden, die konfiguriert sind, um Signale in einem Bereich von etwa 30 kHz bis 300 GHz zu verarbeiten, beispielsweise in einem Bereich von etwa 450 MHz bis 6 GHz. So kann beispielsweise jedes der hier behandelten Filter Signale in einem Bereich von etwa 30 kHz bis 300 GHz filtern, wie beispielsweise in einem Bereich von etwa 450 MHz bis 6 GHz.
Die Leistung von elastischen Wellenvorrichtungen, die hier besprochen werden, kann in HF-Systemen wünschenswert sein, die Trägeraggregation und/oder MIMO-Kommunikation (Multi-Input und Multi-Output) unterstützen. Die Nachfrage der Nutzer nach Downlink-Kapazität kann für das Streaming von Multimedia-Inhalten unersättlich sein. Um die Kapazität zu erhöhen, können verschiedene Datenströme über mehrere Antennen gesendet werden und/oder eine Downlink-Trägeraggregation kann durch Kombination der verfügbaren Kanalbandbreite aus verschiedenen Frequenzbändern und/oder verschiedenen Frequenzunterbändern realisiert werden. Mit den hier vorgestellten elastischen Wellenbauelementen können solche HF-Systeme eine verbesserte Leistung aufweisen.
59 ist ein schematisches Diagramm eines HF-Systems 120, das ein Filter mit einer elastischen Wellenvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet. Das RF-System 120 unterstützt die Trägeraggregation und die MIMO-Funktionalität. Wie dargestellt, beinhaltet das RF-System 120 eine erste Antenne 139, eine zweite Antenne 141 und ein RF-Frontend. Das veranschaulichte RF-Frontend beinhaltet ein hochbandiges Sende- und Empfangsmodul 122, ein mittelbandiges Sende- und Empfangsmodul 132, ein hochbandiges und mittelbandiges Empfangsmodul 140 und einen Triplexer 138. Obwohl in 59 nicht dargestellt, beinhaltet das RF-Frontend auch ein niederbandiges Sende- und Empfangsmodul. Das veranschaulichte RF-System 120 kann Signale einer Vielzahl von Frequenzbändern senden und empfangen, einschließlich Low-Band (LB), Mid-Band (MB) und High-Band (HB) Signale. So kann beispielsweise das RF-System 4120 ein oder mehrere LB-Signale mit einer Frequenz von 1 GHz oder weniger, ein oder mehrere MB-Signale mit einer Frequenz zwischen 1 GHz und 2,3 GHz und ein oder mehrere HB-Signale mit einer Frequenz größer als 2,3 GHz verarbeiten. Beispiele für LB-Frequenzen sind unter anderem Band 8, Band 20 und Band 26. Beispiele für MB-Frequenzen sind unter anderem Band 1, Band 3 und Band 4. Beispiele für HB-Frequenzen sind unter anderem Band 7, Band 38 und Band 41.
Im dargestellten RF-System 120 ist das hochbandige Sende- und Empfangsmodul 122 über den Triplexer 138 elektrisch mit der ersten Antenne 139 gekoppelt. Die erste Antenne 139 ist für die Verarbeitung von LB-, MB- und HB-Signalen ausgelegt. Die erste Antenne 139 kann aggregierte Trägersignale senden und empfangen. Das veranschaulichte Hochband-Sende- und Empfangsmodul 122 beinhaltet einen Leistungsverstärker 123, Duplexer 124A und 124B, rauscharme Verstärker 125A und 125B und Antennenschalter 126. Die Filter dieser Duplexer können so angeordnet werden, dass sie HB-Signale in verschiedenen Frequenzbändern filtern. Diese Filter können wie abgebildet Bandpassfilter sein. Alle Resonatoren der Duplexer 124A und/oder 124B können in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen implementiert werden. Das hochbandige Sende- und Empfangsmodul 122 kann HB-Signale zur Übertragung durch die erste Antenne 139 erzeugen und HB-Signale verarbeiten, die von der ersten Antenne 139 empfangen werden. Im hochbandigen Sende- und Empfangsmodul 122 können beliebig viele Signalpfade zum Senden und/oder Empfangen realisiert werden.
Wie dargestellt, ist das Mittelband-Sende- und Empfangsmodul 132 über den Triplexer 138 elektrisch mit der ersten Antenne 139 gekoppelt. Das veranschaulichte Mittelband-Sende- und Empfangsmodul 132 beinhaltet einen Leistungsverstärker 133, Duplexer 134A und 134B, rauscharme Verstärker 135A und 135B sowie einen Antennenschalter 136. Filter von diesen Duplexern können so angeordnet werden, dass sie MB-Signale in verschiedenen Frequenzbändern filtern. Diese Filter können wie abgebildet Bandpassfilter sein. Alle Resonatoren der Duplexer 134A und/oder 134B können in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen implementiert sein. Das Mittelband-Sende- und Empfangsmodul 132 kann BB-Signale zur Übertragung durch die erste Antenne 139 erzeugen und MB-Signale verarbeiten, die von der ersten Antenne 139 empfangen werden. Im Mittelband-Sende- und Empfangsmodul 132 kann eine beliebige Anzahl von Signalpfaden zum Senden und/oder Empfangen realisiert werden.
Die zweite Antenne 141 kann HB- und MB-Signale empfangen. Die zweite Antenne 141 kann eine Diversity-Antenne sein und die erste Antenne 139 kann eine Primärantenne sein. Die empfangenen Signale können vom Mittel- und Hochband-MIMO-Empfangsmodul 140 verarbeitet werden. Das veranschaulichte Mittelband- und Hochband-MIMO-Empfangsmodul 140 beinhaltet einen Antennenschalter 142, die Empfangsfilter 143A, 143B, 143C und 143D sowie rauscharme Verstärker 144A, 144B, 144C und 144D. Diese Empfangsfilter können so angeordnet werden, dass sie HB-Signale oder MB-Signale in verschiedenen Frequenzbändern filtern. Diese Empfangsfilter können wie abgebildet Bandpassfilter sein. Alle Resonatoren der Empfangsfilter 143A bis 143D können in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen geeigneten Prinzipien und Vorteilen implementiert werden.
Das veranschaulichte RF-System 120 kann Downlink-MIMO für HB und MB unterstützen. Obwohl das RF-System 120 von 120 zwei Antennen zum Empfangen von HB- und MB-Signalen beinhaltet, kann das RF-System 120 so angepasst werden, dass es zusätzliche Antennen beinhaltet, um MIMO höherer Ordnung bereitzustellen. In einem Beispiel können zusätzliche Antennen und Module implementiert werden, um 4x4 RX MIMO für MB- und HB-Signale zu unterstützen.
Aspekte dieser Offenbarung können in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen umgesetzt werden. Beispiele für die elektronischen Vorrichtungen können unter anderem Unterhaltungselektronikprodukte, Teile der Unterhaltungselektronikprodukte wie Halbleitermatrizen (engl. „die“) und/oder verpackte Hochfrequenzmodule, elektronische Prüfgeräte, drahtlose Uplink-Kommunikationsvorrichtungen, Kommunikationsvorrichtungen für persönliche Netzwerke usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Beispiele für elektronische Konsumgüter können unter anderem ein Mobiltelefon wie ein Smartphone, eine tragbare Computervorrichtung wie eine intelligente Uhr oder ein Ohrstück, ein Telefon, ein Fernseher, ein Computermonitor, ein Computer, ein Router, ein Modem, ein Handheld-Computer, ein Laptop-Computer, ein Tablet-Computer, ein Personal Digital Assistant (PDA), eine Mikrowelle, ein Kühlschrank, ein Fahrzeugelektroniksystem wie ein Automobilelektroniksystem, ein Stereosystem, ein DVD-Player, ein CD-Player, ein digitaler Musikplayer wie ein MP3-Player, ein Radio, ein Camcorder, eine Kamera wie eine Digitalkamera, ein tragbarer Speicherchip, eine Waschmaschine, ein Trockner, eine Waschmaschine, ein Trockner, ein Peripheriegerät, eine Uhr, etc. sein, sind aber nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus können die elektronischen Geräte auch unfertige Produkte beinhalten.
Sofern der Kontext während der Beschreibung und der Ansprüche nichts anderes erfordert, sind die Worte „umfassen“, „umfassend2, „einschließen“, „einschließend“, und dergleichen im Allgemeinen in einem integrativen Sinne auszulegen, im Gegensatz zu einem exklusiven oder erschöpfenden Sinne; das heißt, im Sinne von „einschließen, aber nicht beschränkt auf. Das Wort „gekoppelt“, wie hier allgemein verwendet, bezieht sich auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt miteinander oder über ein oder mehrere Zwischenelemente gekoppelt sein können. Ebenso bezieht sich das Wort „verbunden“, wie es hier allgemein verwendet wird, auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt verbunden oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Darüber hinaus beziehen sich die Worte „hier“, „oben“, „unten2 und Worte von ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als Ganzes und nicht auf einen bestimmten Teil dieser Anmeldung. Wenn der Kontext es zulässt, können Wörter in der obigen detaillierten Beschreibung bestimmter Ausführungsformen, die das Singular oder das Plural verwenden, auch das Plural bzw. das Singular beinhalten. Das Wort „oder“ in Bezug auf eine Liste von zwei oder mehr Elementen soll im Allgemeinen alle folgenden Auslegungen des Wortes umfassen: eines der Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste und jede Kombination der Elemente in der Liste.
Darüber hinaus soll der hier verwendete bedingte Sprachgebrauch, wie unter anderem „kann“, „könnte“, „könnte unter Umständen“, „kann möglicherweise“, „z.B.“, „wie“ und dergleichen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben oder anderweitig im Rahmen des verwendeten Kontextes verstanden, im Allgemeinen vermitteln, dass bestimmte Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände beinhalten, während andere Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände nicht beinhalten. Daher ist ein solcher bedingter Sprachgebrauch im Allgemeinen nicht dazu bestimmt, zu implizieren, dass Merkmale, Elemente und/oder Zustände in irgendeiner Weise für eine oder mehrere Ausführungsformen erforderlich sind, oder dass eine oder mehrere Ausführungsformen notwendigerweise Logik beinhalten, um zu entscheiden, ob diese Merkmale, Elemente und/oder Zustände in einer bestimmten Ausführungsform enthalten sind oder ausgeführt werden sollen.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur exemplarisch dargestellt und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken. Tatsächlich können die hier beschriebenen neuen Verfahren, Vorrichtungen, Vorrichtungen und Systeme in einer Vielzahl anderer Ausbildungen umgesetzt werden. Darüber hinaus können verschiedene Auslassungen, Substitutionen und Änderungen in Form der hier beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken der Offenbarung abzuweichen. So können beispielsweise hier beschriebene Schaltungsblöcke und/oder Vorrichtungsstrukturen gelöscht, verschoben, hinzugefügt, untergliedert, kombiniert und/oder modifiziert werden. Jeder dieser Schaltungsblöcke und/oder Vorrichtungsstrukturen kann auf unterschiedliche Weise implementiert werden. Die beiliegenden Ansprüche und ihre Entsprechungen sollen alle Ausbildungen oder Änderungen abdecken, die in den Anwendungsbereich und den Grundgedanken der Offenbarung fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62410804 [0001]
US 62423705 [0001]

Claims

Elastische Wellenvorrichtung, umfassend: eine piezoelektrische Schicht mit einem Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 60° und einer Dicke, die kleiner als eine Wellenlänge λ ist; eine interdigitale Wandlerelektrode auf der piezoelektrischen Schicht, die eine elastische Welle mit der Wellenlänge von λ erzeugt und eine Dicke in einem ersten Dickenbereich von 0,02λ bis 0,1λ aufweist; und eine Hochgeschwindigkeitsschicht mit einer höheren Volumengeschwindigkeit als eine Geschwindigkeit der elastischen Welle, die konfiguriert ist, um das Austreten der elastischen Welle aus der piezoelektrischen Schicht bei Antiresonanz zu verhindern.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1 umfasst ferner eine Temperaturkompensationsschicht, die zwischen der Hochgeschwindigkeitsschicht und der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hochgeschwindigkeitsschicht eine Siliziumschicht ist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die piezoelektrische Schicht eine Lithiumniobatschicht beinhaltet.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die piezoelektrische Schicht eine Lithium-Tantalatschicht beinhaltet.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke der interdigitalen Wandlerelektrode zwischen 0,05λ und 0,1λ liegt.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schnittwinkel in einem Bereich von 15° bis 35° liegt.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke der piezoelektrischen Schicht in einem zweiten Dickenbereich von 0,35λ bis 0,8λ liegt.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die interdigitale Wandlerelektrode Aluminium beinhaltet.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hochgeschwindigkeitsschicht mit der piezoelektrischen Schicht verbunden ist und in physikalischem Kontakt mit ihr steht.
Elastische Wellenvorrichtung, umfassend: eine Lithiumniobatschicht mit einem Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 60° und einer Dicke in einem Dickenbereich von 0,35λ bis 0,8λ; eine interdigitale Wandlerelektrode auf der Lithiumniobatschicht, die eine elastische Welle mit der Wellenlänge von λ erzeugt, eine Hochgeschwindigkeitsschicht mit einer höheren Volumengeschwindigkeit als eine Geschwindigkeit der elastischen Welle, die konfiguriert ist, um das Austreten der elastischen Welle aus der Lithiumniobatschicht bei Antiresonanz zu verhindern; und eine Temperaturkompensationsschicht, die zwischen der Hochgeschwindigkeitsschicht und der Lithiumniobatschicht angeordnet ist und einen positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz aufweist, und einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten von mindestens 26%.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Temperaturkompensationsschicht eine Siliziumdioxidschicht ist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Temperaturkompensationsschicht eine Dicke von weniger als 0,5λ aufweist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Schnittwinkel in einem Bereich von -10° bis 30° liegt.
Elastische Wellenvorrichtung, umfassend: eine Lithium-Tantalatschicht mit einem Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 50° und mit einer Dicke, die kleiner als eine Wellenlänge λ ist; eine interdigitale Wandlerelektrode auf der Lithium-Tantalatschicht, die eine elastische Welle mit der Wellenlänge von λ erzeugt; eine Hochgeschwindigkeitsschicht mit einer höheren Volumengeschwindigkeit als eine Geschwindigkeit der elastischen Welle, die konfiguriert ist, um das Austreten der elastischen Welle aus der Lithium-Tantalatschicht bei Antiresonanz zu verhindern; und eine Temperaturkompensationsschicht, die zwischen der Hochgeschwindigkeitsschicht und der Lithium-Tantalatschicht angeordnet ist und einen positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz aufweist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Temperaturkompensationsschicht eine Siliziumdioxidschicht ist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Temperaturkompensationsschicht eine Dicke von weniger als 0,5λ aufweist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die interdigitale Wandlerelektrode eine Dicke in einem zweiten Dickenbereich von 0,02λ bis 0,1λ aufweist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Schnittwinkel in einem Bereich von -10° bis 30° liegt-.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Dicke der Lithium-Tantalatschicht in einem Dickenbereich von 0,25λ bis 0,8λ liegt.
Elastische Wellenvorrichtung, umfassend: eine piezoelektrische Schicht mit einem Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 60° und mit einer Dicke in einem Dickenbereich von 0,35λ bis 0,8λ; eine interdigitale Wandlerelektrode auf der piezoelektrischen Schicht, die konfiguriert ist, um eine elastische Welle mit der Wellenlänge von λ zu erzeugen; und eine Hochgeschwindigkeitsschicht in physikalischem Kontakt mit der piezoelektrischen Schicht, die eine höhere Volumengeschwindigkeit aufweist als eine Geschwindigkeit der elastischen Welle.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die piezoelektrische Schicht eine Lithiumniobatschicht beinhaltet.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die piezoelektrische Schicht eine Lithium-Tantalatschicht beinhaltet.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Hochgeschwindigkeitsschicht eine Siliziumschicht ist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 21, wobei der Schnittwinkel in einem Bereich von -10° bis 30° liegt.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die interdigitale Wandlerelektrode eine Dicke in einem zweiten Dickenbereich von 0,02λ bis 0,1λ aufweist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 21, ferner umfassend eine Temperaturkompensationsschicht mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz, wobei die interdigitale Wandlerelektrode zwischen der Temperaturkompensationsschicht und der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Temperaturkompensationsschicht eine Dicke von weniger als 0,5λ aufweist.
Elastische Wellenvorrichtung, umfassend: eine Lithiumniobatschicht mit einem Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 60° und einer Dicke in einem Dickenbereich von 0,35λ bis 0,8λ; eine interdigitale Wandlerelektrode auf der Lithiumniobatschicht, die konfiguriert ist, um eine elastische Welle mit der Wellenlänge von λ zu erzeugen; und ein Siliziumsubstrat in physikalischem Kontakt mit der Lithiumniobatschicht.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 29, wobei der Schnittwinkel in einem Bereich von 15° bis 35° liegt.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 29, wobei die Dicke der Lithiumniobatschicht in einem Bereich von 0,4λ bis 0,75λ liegt.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 29, wobei die interdigitale Wandlerelektrode eine Dicke in einem zweiten Dickenbereich von 0,02λ bis 0,1λ aufweist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 29, ferner umfassend eine Temperaturkompensationsschicht mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz, wobei die interdigitale Wandlerelektrode zwischen der Temperaturkompensationsschicht und der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist.
Elastische Wellenvorrichtung, umfassend: eine piezoelektrische Schicht mit einem Schnittwinkel in einem Schnittwinkelbereich von -10° bis 60° und einer Dicke in einem Dickenbereich von 0,25λ bis 0,8λ; eine interdigitale Wandlerelektrode auf der piezoelektrischen Schicht, die konfiguriert ist, um eine elastische Welle mit der Wellenlänge von λ zu erzeugen; eine Siliziumschicht, die konfiguriert ist, um zu verhindern, dass die elastische Welle bei Antiresonanz aus der piezoelektrischen Schicht austritt, wobei die piezoelektrische Schicht zwischen der Siliziumschicht und der interdigitalen Wandlerelektrode angeordnet ist; und eine Temperaturkompensationsschicht mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz, wobei die interdigitale Wandlerelektrode zwischen der Temperaturkompensationsschicht und der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 34, wobei die Temperaturkompensationsschicht eine Dicke von weniger als 0,5λ aufweist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 34, wobei die Temperaturkompensationsschicht Siliziumdioxid beinhaltet.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 34, wobei der Schnittwinkel zwischen 15° und 35° liegt.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 34, wobei die interdigitale Wandlerelektrode eine Dicke zwischen 0,02λ und 0,1λ aufweist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 34, wobei die piezoelektrische Schicht eine Lithiumniobatschicht ist.
Elastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 34, wobei die Siliziumschicht in physikalischem Kontakt mit der piezoelektrischen Schicht steht.