DE3312726C2

DE3312726C2 - Mit akustischen Oberflächenwellen arbeitendes Bauelement

Info

Publication number: DE3312726C2
Application number: DE3312726A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Okamoto; Shoichi Minagawa
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 1982-04-14
Filing date: 1983-04-08
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 2003-04-09
Also published as: GB2120892A; US4521711A; GB8309962D0; GB2120892B; DE3312726A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mit akustischen Ober flächenwellen arbeitendes Bauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Bauelement ist aus der US 3 686 518 bekannt.

An einer optisch sauber polierten Oberfläche eines Substrats laufende akustische Oberflächenwellen sind Volumenwellen in mehrfacher Hinsicht überlegen und werden daher in einer Vielzahl von elektronischen Bauelementen, z. B. in Filtern, ausgenutzt. Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Filters mit einem piezoelektrischen Substrat 1, einem Eingangsinterdi gitalwandler 2 mit Elektroden 3A und 3B sowie einem Aus gangsinterdigitalwandler 4 mit Elektroden 5A und 5B. Ein über Eingangsklemmen eingespeistes Signal wird durch den Eingangsinterdigitalwandler 2 in eine akustische Oberflä chenwelle umgesetzt, die sich an der Oberfläche des Sub strats 1 in Richtung eines in der Figur eingezeichneten Pfeiles ausbreitet. Durch den Ausgangsinterdigitalwandler 4 wird die akustische Oberflächenwelle in ein elektrisches Signal zurückübersetzt, das an Ausgangsklemmen abnehmbar ist.

Das Filter nach Fig. 1 ist jedoch wegen des Vorhandenseins von zwei Interdigitalwandlern nicht verlustfrei, da die Wandler bidirektional sind und die akustische Oberflächen welle sich daher in der Zeichenebene gesehen sowohl nach rechts als auch nach links ausbreitet.

Dieser Nachteil kann durch einen unidirektionalen Wandler beseitigt werden, bei dem sich die aku stische Oberflächenwelle nur in einer Richtung an der Ober fläche eines piezoelektrischen Substrats fortpflanzt. Dazu wird bei einem derartigen Wandler ein 120°-Phasenschieber bzw. ein 90°-Phasenschieber nach Fig. 2 oder ein Reflektor nach Fig. 3 verwendet.

Die aus der US-PS 3 686 518 bekannte Ausführungsform nach Fig. 2 weist Elektroden 6, 6A und 6B mit einer Phasendif ferenz von 120° zueinander auf. Die Elektroden 6 und 6A stehen nicht miteinander in Kontakt da zwischen ihnen Luftspalte 7 oder isolierende Schichten vorgesehen sind. Daher breitet sich die akustische Oberflächenwelle nur in einer Richtung aus.

Phasenschieber mit besonderen Maßnahmen an den Kreuzungs stellen der Elektroden zur Realisierung der Kontaktfreiheit sind jedoch schwierig herstellbar.

Die firmenintern bekannte Ausführungsform nach Fig. 3 setzt sich aus einem Signaleinspeisungsabschnitt 8A und einem Reflektorabschnitt 8B in Form jeweils eines Standard-Interdigitalwandlers zusammen. Diese Anordnung besitzt eine gemeinsame Elektrode 9 für die beiden Abschnitte 8A und 8B, eine Signalquelle 10, eine An passungsschaltung 11 und eine Reaktanzschaltung 12. Dabei wird das von der Signalquelle 10 über die Anpassungsschal tung 11 eingespeiste Signal in eine akustische Oberflächen welle umgesetzt, die sich vom Abschnitt 8A in der Zeichen ebene gesehen sowohl nach rechts als auch nach links aus breitet. Die sich nach links ausbreitende Welle wird durch den mit der Reaktanzschaltung 12 verbundenen Reflektorab schnitt 8B reflektiert und nach rechts zurückgeführt. Die reflektierte Welle wird dadurch im Abschnitt 8A der sich nach rechts ausbreitenden Welle überlagert. Liegt die Fre quenz der beiden Wellen nahe der Mittenfrequenz, so fallen ihre Phasen praktisch zusammen. Liegt die Frequenz der beiden Wellen jedoch außerhalb der Mittenfrequenz, so kom pensieren sich diese Wellen. Die akustische Oberflächen welle breitet sich also auch in der entgegengesetzten Richtung aus, so daß die erstrebte unidirektionale Aus breitung nicht erreichbar ist. Ein solches Bauelement ist daher für breitbandige Anwendungen nicht geeignet.

Aus der US-PS 4 037 176 ist es bei Bauelementen der in Rede stehenden Art zur Erzielung einer großen elektromechanischen Kopplung sowie eines kleinen Temperaturkoeffizienten der Phasengeschwindigkeit bekannt, ein mehrschichtiges Substrat zu verwenden, das eine piezoelektrische Schicht auf einer Basis besitzt, wobei der Temperaturkoeffizient der Phasen geschwindigkeit einer akustischen Oberflächenwelle in der piezoelektrischen Schicht sich von der der Basis unter scheidet und die piezoelektrische Schicht im Vergleich zur Wellenlänge des Bauelementes eine kleinere Dicke besitzt. Dabei ist durch ein solches Substrat eine große elektrome chanische Kopplung und ein zweckmäßig eingestellter Tempe raturkoeffizient der Phasengeschwindigkeit realisierbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach herstellbares Bauelement der in Rede stehenden Art mit einem breitbandigen unidirektionalen Wandler anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem Bauelement der eingangs genann ten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnen den Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen gemäß den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 schematische Darstellungen der bereits er läuterten bekannten Bauelemente;

Fig. 4 eine schematische Draufsicht einer erfin dungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 5 einen schematischen Schnitt der Ausführungs form gemäß Fig. 4 in einer Ebene X-X in Fig. 4;

Fig. 6 eine schematische Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform; und

Fig. 7 einen schematischen Schnitt der Ausführungs form nach Fig. 6 in einer Ebene X-X in Fig. 6.

Bei der Ausführungsform eines mit akustischen Oberflächen wellen arbeitenden Bauelementes nach den Fig. 4 und 5 sind auf der Oberfläche eines nicht-piezoelektrischen Substrats 13 beispielsweise aus Silizium Elektroden 14A, 14B und 14C der Phase 0°, 120° bzw. 240° vorgesehen. Die Elektroden 14B bzw. 14C sind durch eine auf der Oberfläche des Substrats 13 angeordnete Verbindungselektrode 15B bzw. 15C miteinander verbunden. Weiterhin ist auf der Oberfläche des Substrats 13 eine die Elektroden 14B und 14C bedeckende piezoelektrische Schicht 16 beispielsweise aus Zinkoxyd vorgesehen. Eine auf der Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 16 vorgesehene Verbindungselektrode 15A ist mit den Elektroden 14A verbun den. Zur Signaleinspeisung sind mit den Verbindungselektro den 15A, 15B bzw. 15C Anschlüsse 17A, 17B und 17C bei spielsweise durch Bonden verbunden.

Das Bauelement kann beispielsweise folgendermaßen herge stellt werden. Zunächst wird auf die gesamte Oberfläche des Substrats 13 ein Metall aufgedampft. Das Metall wird dann mit Ausnahme der Stellen der Elektroden 14B und 14C sowie der Verbindungselektroden 15B und 15C durch einen Photo ätzprozeß entfernt. Auf die gesamte Oberfläche des Substrats 13 sowie der Elektroden 14B, 14C, 15B und 15C wird dann die piezoelektrische Schicht 16 aufgebracht, welche zwischen be nachbarten Paaren von Elektroden 14B und 14C mit Fenstern versehen ist, damit die Elektrode 14A auf dem Substrat 13 eine gleichmäßige Dicke D erhalten kann. Auf die Oberfläche der piezoelektrischen Schicht und die freiliegenden Teile des Substrats 13 wird eine Metallschicht aufgebracht, welche die Elektroden 14A und die Verbindungselektrode 15A bildet. Schließlich werden die Anschlüsse 17A, 17B und 17C durch Verbinden von Metalldrähten mit den Verbindungselektroden 15A, 15B und 15C hergestellt.

Für über die Klemmen 17A, 17B und 17C in die Elektroden 14A, 14B bzw. 14C eingespeiste Signale arbeitet das Bauelement unidirektional und breitbandig.

Wird Silizium für das Substrat 13 und Zinkoxid für die piezoelektrische Schicht 16 verwendet, so kann das mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Bauelement zu sammen mit Halbleiterbauelementen auf einem gemeinsamen Substrat hergestellt werden. Dies ist auch möglich, wenn auf das Siliziumsubstrat zuvor eine Zinkoxidschicht aufgebracht wird.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere erfindungsgemäße Aus führungsform, bei der das Substrat 13′ aus piezoelektrischem Material, wie beispielsweise Lithiumniobat, besteht. Die weiteren Teile entsprechen denjenigen nach den Fig. 4 und 5 und sind in gleicher Weise herstellbar.

Durch die Ausbildung der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 mit einem einem Substrat 13′ aus Lithiumniobat (LiNbO₃) und der darauf befindlichen piezoelektrischen Schicht aus Zinkoxid (ZnO) ergibt sich gegenüber einem Bauelement mit einem Sub strat lediglich aus Lithiumniobat ein größerer elektrome chanischer Kopplungskoeffizient des unidirektionalen Wand lers. Dies ermöglicht eine Verringerung der Elektrodenzahl im Wandler bei höherem Wirkungsgrad und Breitbandigkeit.

Claims

1. Mit akustischen Oberflächenwellen arbeitendes Bauele ment mit

- auf einem Substrat (13, 13′) vorgesehenen ersten Elektroden (14B) mit einem ersten Abstand von einander,
- auf dem Substrat (13, 13′) vorgesehenen zweiten Elektroden (14C), die jeweils nach einer ersten Elektrode (14B) mit einem zweiten Abstand von der jeweiligen ersten Elektrode (14B) angeordnet sind,
- einer Vielzahl von auf dem Substrat (13, 13′) vorgesehenen dritten Elektroden (14A), die jeweils nach einer zweiten Elektrode (14C) mit dem zweiten Abstand von der jeweiligen Elektrode (14C) ange ordnet sind, wobei der zweite vorgegebene Abstand gleich 1/3 des ersten vorgegebenen Abstandes ist,

und mit einer ersten, zweiten bzw. dritten Verbin dungselektrode (15B, 15C bzw. 15A) zur elektrischen Verbindung der ersten, zweiten bzw. dritten Elektroden (14B, 14C bzw. 14A),
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste und zweite Verbindungselektrode (15B, 15C) auf dem Substrat (13, 13′) vorgesehen sind, auf dem Substrat (13, 13′) eine die ersten und zweiten Elektroden (14B, 14C) bedeckende sowie die dritten Elektroden (14A) durch Fenster freilegende piezo elektrische Schicht (16) vorgesehen ist und auf dieser die dritte, die dritten Elektroden (14A) durch die Fenster verbindende Verbindungselektrode (15A) ausge bildet ist.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (13′) aus Lithiumniobat und die piezo elektrische Schicht (16) aus Zinkoxid hergestellt ist.

3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (13) aus Silizium und die piezoelektrische Schicht (16) aus Zinkoxid hergestellt ist.