DE3536704A1 - ACOUSTIC SURFACE WAVES TRAINING SURFACE WAVE COMPONENT - Google Patents
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Description
Akustische Oberflächenwellen ausbildendes Oberflächenwellenbauelement Surface acoustic wave component forming surface acoustic waves
Die Erfindung betrifft ein akustische Oberflächenwellen ausbildendes Oberflächenwellenbauelement mit einem Halbleitersubstrat/ einem piezoelektrischen Film, der darauf ausgebildet ist,und wenigstens zwei Eingangs/Ausgangswandlern, die in der Nähe der äußeren Enden seiner Oberfläche angeordnet sind,und insbesondere ein Oberflächenwellenbauelement, das als variables Oberflächenwellenbandpaßfilter/ das aus einer Vielzahl von Oberflächenwellenfiltern aufgebaut ist, die verschiedene Frequenzbänder haben, als Oberflächenwellenverzögerungsleitung usw. dient.The invention relates to a surface acoustic wave forming surface acoustic wave component with a semiconductor substrate / a piezoelectric film formed thereon and at least two input / output transducers, which are arranged near the outer ends of its surface, and in particular a surface acoustic wave device, that as a variable surface acoustic wave band-pass filter / that of a plurality of surface acoustic wave filters having different frequency bands, serving as a surface acoustic wave delay line, etc.
Ein Oberflächenwellenfilter wird in weitem Umfang als Zwischenfrequenzfilter in Fernsehempfängern und als Filter in verschiedenen Arten von Nachrichten-Verbindungsvorrichtungen verwandt. Es wird jedoch gewöhnlich als Filter mit festem Frequenzband eingesetzt.A surface acoustic wave filter is widely used as a Intermediate frequency filters in television receivers and as filters in various types of message connection devices related. However, it is usually used as a fixed frequency band filter.
Fig. 7 der zugehörigen Zeichnung zeigt in einer perspektivischen Ansicht die allgemeine Form eines üblichen Oberflächenwellenfilter mit einem piezoelektrischen Substrat 1, kammförmigen Elektroden 2', die einen Eingangswandler 2 bilden, und kammförmigen Elektroden 3' , die einen Ausgangswandler 3 bilden.Fig. 7 of the accompanying drawing shows in a perspective View the general shape of a common surface acoustic wave filter with a piezoelectric substrate 1, comb-shaped Electrodes 2 ', which form an input transducer 2, and comb-shaped electrodes 3', which form an output transducer 3 form.
Da das Frequenzband eines derartigen Filters durch die Form und die Anzahl der kammförmigen Elektrodenpaare bestimmt ist, ist es eine dem Oberflächenwellenfilter eigene Konstante, die nicht verändert werden kann. Filter mit variablem Frequenzband sind jedoch für Nachrichten-Verbindungsvorrichtungen, bei denen sich das Frequenzband mit der Zeit ändert,und bei verschiedenen Arten von Mehrkanal-Nachrichten-Verbindungsvorrichtungen sehr erwünscht.Since the frequency band of such a filter is determined by the shape and number of the comb-shaped electrode pairs it is a constant that is specific to the surface acoustic wave filter and cannot be changed. Variable frequency band filter however, are for communication links in which the frequency band changes with time, and at various types of multi-channel message interconnection devices are highly desirable.
Fig. 8a zeigt in einer Draufsicht ein Beispiel eines Oberflächenwellenfilter mit variablem Frequenzband, bei dem gleiche Bauteile wie bei dem in Fig. 7 dargestellten Filter mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und das eine Schaltung mit Umschaltfunktion 4, einen Eingangsanschluß 5 und einen Ausgangsanschluß 6 aufweist. Bei dem in Fig. 8A dargestellten Oberflächenwellenfilter sind mehrere Einzelfilter auf einem Substrat so ausgebildet, daß die Frequenzbänder der Einzelfilter nebeneinander liegen/und wird eines der Frequenzbänder durch Umschalten der äußeren Schaltung 4 ausgewählt. Fig. 8B zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen der Frequenz und dem Ausgangssignal, wenn der Kontakt des Schalters in der Schaltung mit Umschaltfunktion auf A, B, C, D und E in Fig. 8A nacheinander geschaltet wird.8a shows a plan view of an example of a surface acoustic wave filter with a variable frequency band, in which the same components as in the filter shown in FIG. In the surface acoustic wave filter shown in FIG. 8A, a plurality of individual filters are formed on a substrate in such a way that the frequency bands of the individual filters are adjacent to one another / and one of the frequency bands is selected by switching the external circuit 4. Fig. 8B is a graph showing the relationship between the frequency and the output signal when the contact of the switch in the switching circuit is switched to A, B, C, D and E in Fig. 8A in succession.
Bei einem derartigen bekannten Filter ist eine äußere Schaltung 4 zum Umschalten unvermeidlich, was hinsichtlich der Herstellungskosten und der Platzersparnis problematisch ist. Dieses Filter hat darüberhinaus den Nachteil, daß der Freiraum für die Form des Bandpasses sehr klein ist, da diese nur durch ein An- und Ausschalten gesteuert wird.In such a known filter, an external circuit 4 for switching is inevitable, which in terms of Manufacturing costs and the saving of space is problematic. This filter also has the disadvantage that the Free space for the shape of the band pass is very small, as this is only controlled by switching it on and off.
Eine akustische Oberflächenwellen ausbildende Oberflächenwellenverzögerungsleitung dient weiterhin zur Signalverarbeitung in Radareinrichtungen und als Verzögerungsleitung in : einem Oberflächenwellenoszillator. Es ist insbesondere die Entwicklung einer Vorrichtung erwünscht, bei der die Verzögerungszeit verändert werden kann, da eine derartige Vorrichtungen bei einem Oszillator mit variabler Frequenz und bei einer Einrichtung zum Unterdrücken von Geisterbildern bei einem Fernsehempfänger verwandt werden kann.An acoustic surface-wave-forming surface acoustic wave delay line is also used to signal processing in radar devices, and as a delay line in: a surface acoustic wave oscillator. In particular, it is desirable to develop an apparatus in which the delay time can be varied, since such apparatus can be applied to a variable frequency oscillator and to a device for suppressing ghosting in a television receiver.
Fig. 20 und 21 der zugehörigen Zeichnung zeigen bekannte Einrichtungen/ die als Oberflächenwellenverzögerungsleitungen mit variabler Verzögerung verwandt werden und ein piezoelektrisches Substrat 1, kammförmige Elektroden 2', die einen Eingangswandler 2 bilden, kammförmige Elektroden 3A, 3B ..., die Ausgangswandler 3 bilden, eine Schaltung 4 mit Umschaltfunktion, einen Eingangsanschluß 5 und einen Ausgangsanschluß 6 aufweisen.20 and 21 of the accompanying drawings show known devices as surface acoustic wave delay lines with variable delay are used and a piezoelectric substrate 1, comb-shaped electrodes 2 ', which form an input transducer 2, comb-shaped electrodes 3A, 3B ..., which form output transducers 3, a circuit 4 with a switching function, an input terminal 5 and a Have output connection 6.
Fig. 20 zeigt eine sog. Verzögerungsleitung mit Abgriffen, deren Substratbereich sehr klein sein kann, die jedoch den Nachteil hat, daß aufgrund der Reflexionen der akustischen Oberflächenwellen an jedem Abgriff (kammförmige Ausgangselektroden 3A, 3B ...) gegenseitige Störungen zwischen den verschiedenen Abgriffen auftreten. Bei der in Fig. 21 dargestellten Einrichtung sind zwar die gegenseitigen Störungen zwischen den kammförmigen Ausgangselektroden 3A, 3B ... gering, ist jedoch andererseits ein großes piezoelektrisches Substrat 1 notwendig. Weiterhin wird für beide Einrichtungen eine äußere Schaltung 4 zum Umschalten benötigt, was somit hinsichtlich der Herstellungskosten und der Platzersparnis problematisch ist.FIG. 20 shows a so-called delay line with taps, the substrate area of which can be very small, but the has the disadvantage that due to the reflections of the surface acoustic waves at each tap (comb-shaped output electrodes 3A, 3B ...) mutual interference occurs between the various taps. In the case of the FIG The device shown is the mutual interference between the comb-shaped output electrodes 3A, 3B ... small, on the other hand, a large piezoelectric substrate 1 is necessary. Furthermore, for both institutions an external circuit 4 is required for switching, which is thus in terms of manufacturing costs and space savings is problematic.
Durch die Erfindung soll insbesondere eine akustische Oberflächenwellen ausbildende Oberflächenwellenverzögerungsleitung mit variabler Verzögerungszeit geschaffen werden, die keine äußere Schaltung benötigt und als ein akustische Oberflächenwellen ausbildendes Oberflächenwellenbauelement arbeitet, das frei von den oben beschriebenen Nachteilen herkömmlicher Bauelemente ist.The invention is intended in particular to produce surface acoustic waves forming surface wave delay line with variable delay time are created, which does not require an external circuit and as a surface acoustic wave component works that is free from the disadvantages of conventional components described above.
Durch die Erfindung soll insbesondere ein akustische Oberflächenwellen ausbildendes Oberflächenwellenfilter mit variablem Frequenzband geschaffen werden, das keine Schaltung mit Umschaltfunktion benötigt, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist,und das eine große Freiheit in der Benutzung gewährleistet. The invention is intended in particular to produce surface acoustic waves forming surface acoustic wave filter with variable frequency band can be created, which no circuit with a switching function, as shown in Fig. 8, and which ensures great freedom of use.
Um das zu erreichen, umfaßt das erfindungsgemäße akustische Oberflächenwellen ausbildende Oberflächenwellenbauelement Metallelektroden zwischen den Eingangs- und Ausgangswandlern auf einem piezoelektrischen Film, eine Einrichtung, die Vorspannungen zwischen jede Metallelektrode und das Halbleitersubstrat legt,und eine Einrichtung, die diese Vorspannungen steuert.To achieve this, the present invention includes acoustic Surface acoustic wave component metal electrodes between the input and output transducers on a piezoelectric film, a device that puts bias voltages between each metal electrode and laying the semiconductor substrate, and means for controlling these bias voltages.
Der Teil, an dem die Metallelektroden angeordnet sind, hat einen Aufbau in Form eines sog. monolithischen MIS-Halbleiters. Eine akustische Oberflächenwelle, die sich in einem derartigen Aufbau fortpflanzt, ändert erheblich ihren Ausbreitungsverlust in Abhängigkeit von den Vorspannungen, die zwischen den Metallelektroden und dem Halbleiter anliegen. Fig. 9 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Ausbreitungsverlust und der Vorspannung mit der Temperatur als Parameter. Wie es in Fig. 9 dargestellt ist, nimmt der Ausbreitungsverlust stark in einem gegebenen Spannungsbereich zu. Der Bereich, in dem die akustische Oberflächenwelle stark gedämpft wird, entspricht einem Spannungsbereich, bei dem die Oberfläche des Halbleiters (Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen Substrat und dem Halbleiterkörper) stark invertiert ist. Fig. 10 zeigt einen Vergleich der Kapazitätsspannungskennlinie (Kurve b) mit dem Ausbreitungsverlust (Kurve a). Aus Fig. 10 ist ersichtlich, daß der Ausbreitungsverlust stark zunimmt, wenn die Halbleiteroberfläche stark invertiert ist (Bereich auf der linken Seite der gestrichelten Linie).The part on which the metal electrodes are arranged has a structure in the form of a so-called monolithic MIS semiconductor. A surface acoustic wave propagating in such a structure changes significantly their propagation loss as a function of the bias voltages that exist between the metal electrodes and the Semiconductors are present. Fig. 9 shows an example of the relationship between the propagation loss and the bias voltage with the temperature as a parameter. As shown in Fig. 9, the propagation loss increases greatly in a given one Voltage range too. The area in which the acoustic surface wave is strongly attenuated corresponds to a voltage range, in which the surface of the semiconductor (interface between the piezoelectric substrate and the semiconductor body) is strongly inverted. Fig. 10 shows a comparison of the capacitance-voltage characteristic (curve b) with the Loss of propagation (curve a). It can be seen from Fig. 10 that the propagation loss greatly increases when the semiconductor surface is strongly inverted (area to the left of the dashed line).
Durch Anlegen einer einen stark invertierten Bereich er-, zeugenden großen Vorspannung an die Metallelektrode ist es somit möglich, die akustische Oberflächenwelle in diesem Bereich zu unterbrechen. Da das weiterhin die Wirkung einer variablen Dämpfung in Abhängigkeit von der Vorspannung hat, wenn die anliegende Vorspannung nicht so groß ist, ist es möglich, eine Bandcharakteristik mit einer größeren Freiheit zu erzielen und fortlaufend den Ausbreitungsverlust der akustischen Oberflächenwellen dadurch zu ändern, daß die anBy creating a strongly inverted area, generating a large bias voltage to the metal electrode, it is thus possible to reduce the surface acoustic wave in this Interrupt area. Since this also has the effect of a variable damping depending on the preload, if the applied bias is not so great, it is possible to have a band characteristic with greater freedom to achieve and to continuously change the propagation loss of the surface acoustic waves by the fact that the
jeder Metallelektrode liegende Vorspannung verändert wird.bias voltage lying on each metal electrode is changed.
Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben:Particularly preferred exemplary embodiments of the invention are described in greater detail below with reference to the accompanying drawings described:
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines akustische Oberflächenwellen ausbildenden Oberflächenwellenfilter mit variablem Frequenzband gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.1 shows a perspective view of a surface acoustic wave filter which forms surface acoustic waves with a variable frequency band according to an embodiment of the invention.
Fig. 2 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal und der Frequenz.Fig. 2 is a diagram showing the relationship between the output signal and the frequency.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf ein akustische Oberflächenwellen ausbildendes Oberflächenwellenfilter gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,3 shows a plan view of a surface acoustic wave forming surface acoustic wave filter according to a further embodiment of the invention,
Fig. 4, zeigen Teildraufsichten auf akustische Oberflächenwellen ausbildende Oberflächenwellenfilter gemäß dreier weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung.4 show partial plan views of surface acoustic wave filters according to FIG three further embodiments of the invention.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines bekannten akustische Oberflächenwellen ausbildenden Oberflächenwellenfliters mit festem Frequenzband.Fig. 7 shows a perspective view of a known surface acoustic wave forming surface wave fliter with a fixed frequency band.
Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf ein bekanntes akustische Oberflächenwellen ausbildendes Oberflächenwellenfilter mit variablem Frequenzband sowie ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal und der Frequenz zeigt.Fig. 8 shows a plan view of a known surface acoustic wave forming surface wave filter with variable frequency band and a diagram showing the relationship between the output signal and the frequency shows.
Fig. 9 zeigt in grafischen Darstellungen die Beziehung zwischen dem Ausbreitungsverlust und der Vorspannung mit der Temperatur als Parameter.Fig. 9 is a graph showing the relationship between the propagation loss and the bias with temperature as a parameter.
Fig. 10 zeigt in grafischen Darstellungen die Beziehung zwischen der Vorspannung und dem Ausbreitungsverlust sowie der Hochfrequenzkapazität. Fig. 10 graphically shows the relationship between the bias and the propagation loss as well as the high frequency capacity.
Fig. 11 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine11 shows a perspective view of a
akustische Oberflächenwellen ausbildende Oberflächenwellenverzögerungsleitung mit variabler Verzögerungszeit gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.Surface acoustic wave delay line forming surface acoustic waves with a variable delay time according to an embodiment of the invention.
Fig. 12 zeigt eine Draufsicht auf eine Oberflächenwellenverzögerungsleitung mit variabler Verzögerungszeit gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.Fig. 12 shows a plan view of a surface acoustic wave delay line with a variable delay time according to a further embodiment of the invention.
Fig. 13 zeigen Teildraufsichten auf Oberflächenwellenbis 16 Verzögerungsleitungen mit variabler Verzögerungszeit entsprechend vier weiteren verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung.13 show partial plan views of surface waves bis 16 delay lines with variable delay times corresponding to four other different ones Embodiments of the invention.
Fig. 17 zeigen Querschnittsansichten von Oberflächenbis 19 wellenverzogerungsleitungen mit variabler Verzögerungszeit gemäß dreier weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung. 17 show cross-sectional views from surfaces to 19 wave delay lines with variable delay time according to three further exemplary embodiments of the invention.
Fig. 20 zeigen in Draufsichten zwei bekannte Oberflächen- und 21 wellenverzogerungsleitungen mit variabler Verzögerungszeit .Fig. 20 show in plan views two known surface and 21 wave delay lines with variable delay time.
Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Beispiel eines akustische Oberflächenwellen ausbildenden Oberflächenwellenfilter mit variablem Frequenzband als ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Oberflächenwellenbauelementea, In Fig. 1 sind gleiche Bauteile wie in Fig. 8 mit gleichen1 shows, in a perspective view, an example of a surface acoustic wave filter which forms surface acoustic waves with a variable frequency band as an embodiment of the surface acoustic wave component according to the invention, In Fig. 1, the same components as in Fig. 8 are the same
Bezugszeichen versehen. Ein Halbleitersubstrat 7 und ein piezoelektrischer Film 8, der darauf angeordnet ist, bilden ein piezoelektrisches Substrat 1. Auf der anderen,dem piezoelektrischen Film 8 gegenüberliegenden Außenfläche des Halbleitersubstrates 7 ist eine Rückseitenelektrode 9 angeordnet, die an Masse liegt. An einem Ende der Oberfläche des piezoelektrischen Substrates 1 befinden sich kammförmige Elektroden 21, die den Eingangswandler 2 bilden, während am anderen Ende kammförmige Elektroden 3A, 3B, 3C und 3D, die den Ausgangswandler 3 bilden, so ausgebildet sind, daß jede Elektrode nur auf akustische Oberflächenwellen anspricht, die im entsprechenden einen Frequenzband der voneinander verschiedenen Frequenzbänder liegen. Alle kammförmigen Ausgangselektroden 3A, 3B, 3C, 3D sind mit dem Ausgangsanschluß 6 verbunden. Zwischen den kammförmigen Eingangselektroden 2' und den kammförmigen Ausgangselektroden 3A, 3B, 3C und 3D sind Metallelektroden 1OA, 1OB, 10C und 10D angeordnet. Für jedes Filter liegt eine der Vorspannungen V,., νβ/ V^, V zwischen jeder Metallelektrode und der Rückseitenelektrode 9. Das Frequenzband des gesamten Filters wird durch eine Steuerung jeder Vorspannung geändert. Wenn die Vorspannungen V-, V„, V^ und V_ geändert werden, die an den Metallelektroden 10A, 10B, 10C und 10D liegen, ändert sich der Ausbreitungsverlust aufgrund der Zwischenschaltung jedes der Filter, so daß der gesamte Bandpaß durch eine unterschiedliche Kombination der Vorspannungen verschieden festgelegt werden kann.Provided with reference numerals. A semiconductor substrate 7 and a piezoelectric film 8 arranged thereon form a piezoelectric substrate 1. On the other outer surface of the semiconductor substrate 7 opposite the piezoelectric film 8, a rear side electrode 9 is arranged, which is grounded. At one end of the surface of the piezoelectric substrate 1 there are comb-shaped electrodes 2 1 , which form the input transducer 2, while at the other end, comb-shaped electrodes 3A, 3B, 3C and 3D, which form the output transducer 3, are designed so that each electrode is only responds to surface acoustic waves which lie in the corresponding one frequency band of the mutually different frequency bands. All of the comb-shaped output electrodes 3A, 3B, 3C, 3D are connected to the output terminal 6. Metal electrodes 10A, 10B, 10C and 10D are arranged between the comb-shaped input electrodes 2 'and the comb-shaped output electrodes 3A, 3B, 3C and 3D. For each filter, one of the bias voltages V,., Ν β / V ^, V is between each metal electrode and the rear side electrode 9. The frequency band of the entire filter is changed by controlling each bias voltage. If the bias voltages V-, V ", V ^ and V_ applied to the metal electrodes 10A, 10B, 10C and 10D are changed, the propagation loss due to the interposition of each of the filters changes, so that the entire bandpass pass through a different combination of the Biases can be set differently.
Fig. 2 zeigt die Änderung des Ausbreitungsverlustes aufgrund der Zwischenschaltung der Filter in den Frequenzbändern A, B, C und D als Funktion der Frequenz für verschiedene Vorspannungen. Diese Vorspannungen können willkürlich so festgelegt werden, daß beispielsweise eine Ausgangssignalcharakteristik erhalten werden kann, wie sie durch eine ausgezogene Linie dargestellt ist.Fig. 2 shows the change in the propagation loss due to the interposition of the filters in the frequency bands A, B, C and D as a function of frequency for different bias voltages. These biases can be set arbitrarily so that, for example, an output characteristic as shown by a solid line can be obtained is.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Bauelement ist der Ausgangswandler 3 in eine Vielzahl von kammförmigen Elektrodenpaaren aufgeteilt, so daß die gesamte Ausgangsleistung als Summe der parallelen Ausgangsleistungen abgenommen wird, es ist jedoch darüberhinaus auch ein Aufbau möglich, wie er in Fig. 3 dargestellt ist.In the component shown in FIG. 1, the output transducer is 3 divided into a plurality of comb-shaped electrode pairs, so that the total output power as a sum the parallel output power is removed, but a structure is also possible as shown in Fig. 3 is shown.
Auf der Rückseite des in Fig. 3 dargestellten Bauelementes ist eine Rückseitenelektrode angeordnet, die an Masse liegt, wie es bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der Fall ist. Vorspannungen v A>v B'vr/ V D un^ vw liegen an den Metallelektroden 1OA, 10B, 10C, 10D und 10E jeweils in derselben Weise, wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Der Unterschied zwischen dem in Fig. 3 und dem in Fig. 1 dargestellten Bauelement besteht nur darin, daß der Ausgangswandler 3 nur aus einem Paar von kammförmigen Elektroden 31 besteht, und daß sich der Abstand der Zähne der kammförmigen Elektroden 3' fortlaufend in einer Richtung senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen ändert. Jeder Elektrodenabstand entspricht einem der Frequenzbänder A, B, C, D, E, so daß das in Fig. 3 dargestellte Bauelement in derselben Weise wie das in Fig. 1 dargestellte Bauelement arbeitet. Der Vorteil dieser Ausbildung besteht darin, daß die Frequenzbänder feiner unterteilt werden können und weniger Verbindungen zum Herausführen der Ausgangsleistung nach außen erforderlich sind.On the rear side of the component shown in FIG. 3, a rear side electrode is arranged which is connected to ground, as is the case in the previous exemplary embodiment. Bias voltages v A > v B ' v r / V D un ^ v w are applied to the metal electrodes 10A, 10B, 10C, 10D and 10E in the same way as in the previous exemplary embodiment. The only difference between the component shown in FIG. 3 and the component shown in FIG. 1 is that the output transducer 3 consists only of a pair of comb-shaped electrodes 3 1 , and that the distance between the teeth of the comb-shaped electrodes 3 'is continuously in a Direction perpendicular to the direction of propagation of the surface acoustic waves changes. Each electrode spacing corresponds to one of the frequency bands A, B, C, D, E, so that the component shown in FIG. 3 operates in the same way as the component shown in FIG. The advantage of this design is that the frequency bands can be subdivided more finely and fewer connections for leading the output power to the outside are required.
Wenn weiterhin die Metallelektroden 10 so ausgebildet sind, daß sie feiner und dichter nebeneinander angeordnet sind und wenn der Abstand der kammförmigen Elektroden 31 sich fortlaufend in eine Richtung senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen ändert, ist es möglich, willkürlich den Bandpaß dadurch einzustellen, daß die Verteilung der Vorspannungen entsprechend gewählt wird. Das Halbleitersubstrat bei den in Fig. 1, 3 und 4 dargestellten Bau-Further, when the metal electrodes 10 are formed so that they are arranged finer and closer to each other and when the pitch of the comb-shaped electrodes 3 1 changes continuously in a direction perpendicular to the direction of propagation of the surface acoustic waves, it is possible to arbitrarily set the bandpass filter by the distribution of the prestresses is chosen accordingly. The semiconductor substrate in the construction shown in Fig. 1, 3 and 4
elementen weist einen isolierenden Film/ beispielsweise einen Oxidfilm/ einen Nitridfilm usw. auf, der dadurch erhalten wird/ daß seine Oberfläche oxidiert oder nitriert wird.elements has an insulating film / e.g. an oxide film / a nitride film, etc. obtained thereby is / that its surface is oxidized or nitrided.
Das Material der Metallelektroden kann weiterhin das gleiche wie das der kammförmigen Elektroden sein,und bei der Herstellung können die Metallelektroden nach dem gleichen Verfahren (fotolithografisches Verfahren) wie die kammförmigen Elektroden und gleichzeitig mit den kammförmigen Elektroden ausgebildet werden.The material of the metal electrodes can furthermore be the same as that of the comb-shaped electrodes, and at The metal electrodes can be manufactured using the same process (photolithographic process) as the comb-shaped electrodes are formed simultaneously with the comb-shaped electrodes.
Obwohl der in Fig. 1, 3 und 4 dargestellte Eingangswandler nur aus einem Paar von kammförmigen Elektroden besteht, die allen Filtern gemeinsam sind, kann er aus einer Vielzahl von Paaren von kammförmigen Elektroden 2A, 2B, 2C und 2D mit gleicher Eingangscharakteristik bestehen, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.Although the input transducer shown in Figs. 1, 3 and 4 consists only of a pair of comb-shaped electrodes which common to all filters, it can be selected from a multitude of filters of pairs of comb-shaped electrodes 2A, 2B, 2C and 2D with the same input characteristic, as shown in FIG Fig. 5 is shown.
Der Eingangswandler kann weiterhin aus einer Vielzahl von Paaren von kammförmigen Elektroden 2A, 2B, 2C und 2D mit verschiedener Eingangscharakteristik bestehen. In diesem Fall muß jedoch jedes Paar von kammförmigen Elektroden unter Verwendung separater Anpassungsschaltungen 11A, 11B, 11C, 11D angepaßt werden.The input transducer can further comprise a plurality of pairs of comb-shaped electrodes 2A, 2B, 2C and 2D different input characteristics exist. In this case, however, each pair of comb-shaped electrodes using separate matching circuits 11A, 11B, 11C, 11D can be adjusted.
Es ist darüberhinaus wünschenswert, eine Endfläche der Metallelektroden 10A, 10B ... so auszubilden, daß sie bezüglich der Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen schräg verläuft, da in dieser Weise Einflüsse von Reflexionen von Oberflächenwellen an der Endfläche vermindert werden können.It is also desirable to form one end face of the metal electrodes 10A, 10B ... so that they are with respect to the direction of propagation of the surface acoustic waves runs obliquely, since in this way influences from reflections of surface waves at the end face can be reduced.
Fig. 11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer akustische Oberflächenwellen ausbildenden Oberflächenwellenverzögerungsleitung mit variabler Verzögerungszeit gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.11 shows a perspective view of an acoustic Surface wave delay line forming surface waves with a variable delay time according to an embodiment of the invention.
Ein Halbleiter 7 und ein piezoelektrischer Film 8, der darauf angeordnet ist, bilden ein piezoelektrisches Substrat 1. Auf der anderen,dem piezoelektrischen Film 8 gegenüberliegenden Außenflächen des Halbleitersubstrates 7 ist eine Rückseitenelektrode 9 angeordnet, die an Masse liegt. An einem Ende der Oberfläche des piezoelektrischen SubstratesA semiconductor 7 and a piezoelectric film 8, the arranged thereon form a piezoelectric substrate 1. On the other, the piezoelectric film 8 opposite A rear-side electrode 9, which is connected to ground, is arranged on the outer surfaces of the semiconductor substrate 7. At one end of the surface of the piezoelectric substrate
1 sind kammförmige Elektroden 21 angeordnet, die den Eingangswandler 2 bilden,und am anderen Ende befinden sich kammförmige Elektroden 3A, 3B, 3C, 3D, die den Ausgangswandler 3 bilden. Die Abstände zwischen den Elektroden 3A, 3B, 3C und 3D und der kammförmigen Eingangselektroden1 comb-shaped electrodes 2 1 are arranged, which form the input transducer 2, and at the other end there are comb-shaped electrodes 3A, 3B, 3C, 3D, which form the output transducer 3. The distances between electrodes 3A, 3B, 3C and 3D and the comb-shaped input electrodes
2 sind verschieden, so daß die Zeit verschieden ist, die die akustischen Oberflächenwellen, die vom Wandler 2 ausgegeben werden, benötigen, um die Ausgangswandler 3A, 3B, 3C, 3D zu erreichen. Alle Elektroden 3A, 3B, 3C, 3D sind mit dem Ausgangsanschluß 6 verbunden. Metallelektroden 1OA, 10B, 10C und 1OD sind in den Fortpflanzungswegen der akustischen Oberflächenwellen vom Eingangswandler 2 zu den Elektroden 3A, 3B, 3C und 3D jeweils angebracht und Vorspannungen V,, Vß, V_ und VD liegen jeweils an diesen Metallelektroden. Wenn nach oben beschriebenen Arbeitsprinzip die Vorspannungen VA' VB' VC VD so f^tsel^t sind, daß die Oberfläche des Halbleitersubstrates stark invertiert wird, werden die akustischen Oberflächenwellen, die sich in den Bereichen unter den Metallelektroden 10A, 10B, 10C und 10D fortpflanzen, stark gedämpft. Durch eine Festlegung der Vorspannungen derart, daß die Oberfläche des Halbleitersubstrates sich im Verarmungszustand befindet bzw. eine Sperrschicht bildet oder schwach invertiert ist oder sich in einem ausreichend aufgeladenen Zustand befindet, ist es im Gegensatz dazu auch möglich, die Dämpfung der akustischen Oberflächenwellen ausreichend gering zu halten. Durch Steuern der Vorspannungen VA' VB' VC VD' die an den Metallelektroden 10A, 10B, 10C und 10D liegen, ist folglich möglich, die akustischen Oberflächenwellen an- und auszuschalten, die die kammförmigen Ausgangselektroden 3A, 3B, 3C, 3D erreichen. Da es weiterhin auch möglich ist, fortlaufend den Ausbreitungsverlust der akustischen Oberflächenwellen durch Verändern der Vorspan-2 are different, so that the time it takes for the surface acoustic waves output from the transducer 2 to reach the output transducers 3A, 3B, 3C, 3D is different. All electrodes 3A, 3B, 3C, 3D are connected to the output terminal 6. Metal electrodes 10A, 10B, 10C and 1OD are provided in the propagation paths of surface acoustic waves from the input transducer 2 to the electrodes 3A, 3B, 3C and 3D, respectively, and bias voltages V 1, V β , V _ and V D are applied to these metal electrodes, respectively. If, according to the operating principle described above, the bias voltages V A ' V B' V C V D are so f ^ tsel ^ t that the surface of the semiconductor substrate is strongly inverted, the surface acoustic waves that are in the areas under the metal electrodes 10A, 10B , 10C and 10D propagate, heavily attenuated. By defining the bias voltages such that the surface of the semiconductor substrate is in a depletion state or forms a barrier layer or is slightly inverted or is in a sufficiently charged state, it is also possible, in contrast, to reduce the attenuation of the surface acoustic waves to a sufficiently low level keep. By controlling the bias voltages V A ' V B' V C V D 'applied to the metal electrodes 10A, 10B, 10C and 10D, it is consequently possible to switch on and off the surface acoustic waves which the comb-shaped output electrodes 3A, 3B, 3C , Achieve 3D. Since it is still possible to continuously reduce the propagation loss of the surface acoustic waves by changing the preload
nungen VA, V, Vc und VD zu ändern, kann der Ausgangssignalpegel jeder Verzögerungsleitung in geeigneter Weise gesteuert werden.To change voltages V A , V, V c and V D , the output signal level of each delay line can be appropriately controlled.
Da es in diesem Fall möglich ist, die Fortpflanzung der akustischen Oberflächenwellen lediglich durch Ändern der Vorspannungen zu steuern, hat das erfindungsgemäße Bauelement den Vorteil, daß die dafür vorgesehene Schaltung, verglichen mit der eines herkömmlichen bekannten Bauelementes vereinfacht werden kann, bei dem das Umschalten der akustischen Oberflächenwellen durch Schalten von Hochfrequenzsignalen bewirkt wird. Da weiterhin das Halbleitersubstrat mit geringeren Kosten verbunden ist und großformative Substrat in Hinblick auf den piezoelektrischen Körper leichter verfügbar sind, kann das Substrat bei dem erfindungsgemäßen Bauelement unter geringeren Kosten als das Substrat hergestellt werden, das bei bekannten entsprechenden Bauelementen verwandt wird.Since in this case it is possible for the The component according to the invention has to control surface acoustic waves merely by changing the bias voltages the advantage that the circuit provided for it, compared with that of a conventional known component can be simplified in which the switching of the surface acoustic waves by switching high-frequency signals is effected. Furthermore, since the semiconductor substrate is lower in cost and large-sized substrate in view are more readily available on the piezoelectric body, the substrate in the component according to the invention can be manufactured at a lower cost than the substrate used in known corresponding components will.
Obwohl bei dem in Fig. 11 dargestellten Bauelement der Ausgangswandler 3 in eine Vielzahl von kammförmigen Elektrodenpaaren 3A, 3B, 3C, 3D unterteilt ist und das endgültige Ausgangssignal in Form des resultierenden Ausgangssignales einer Vielzahl von parallel geschalteten Schaltungen abgenommen wird, ist auch der in Fig. 12 dargestellte Aufbau möglich.Although the component shown in FIG. 11 is the output transducer 3 is divided into a plurality of comb-shaped electrode pairs 3A, 3B, 3C, 3D and the final output signal removed in the form of the resulting output signal from a large number of circuits connected in parallel the structure shown in FIG. 12 is also possible.
Bei dem in Fig. 12 dargestellten Bauelement besteht der Ausgangswandler aus einem Paar von kammförmigen Elektroden 3', die treppenförmig ausgebildet sind, derart, daß der Abstand zwischen dem Eingangswandler und den kammförmigen Ausgangselektroden in Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen sich diskontinuierlich in Richtung senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen ändert. Es versteht sich, daß das in Fig. 12 dargestellteIn the component shown in FIG. 12, there is the output transducer a pair of comb-shaped electrodes 3 ', which are designed in the shape of a staircase in such a way that the distance between the input transducer and the comb-shaped output electrodes in the direction of propagation of the surface acoustic waves is discontinuous in the direction perpendicular changes to the direction of propagation of the surface acoustic waves. It should be understood that that shown in FIG
Bauelement vollständig in der gleichen Weise wie das in Fig. 11 dargestellte Bauelement arbeitet.The device operates entirely in the same manner as the device shown in FIG.
Die kammförmigen Ausgangselektroden 3' können auch so ausgebildet sein, wie es in Fig. 13 dargestellt ist.The comb-shaped output electrodes 3 'can also do so be designed as shown in FIG.
Bei den in den Fig. 12 und 13 dargestellten Bauelementen sind die kammförmigen Elektroden 3' des Ausgangswandlers 3 so angeordnet, daß der Abstand zwischen den kammförmigen Elektroden 2' des Eingangswandlers 2 und den kammförmigen Elektroden 3' des Ausgangswandlers 3 sich diskontinuierlich oder kontinuierlich in einer Richtung senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen ändert. In dieser Weise ist es möglich, den Vorteil zu erzielen, daß die Verzögerungszeit feiner reguliert werden kann und weniger Verbindungen zur Abnahme des Ausgangssignales nach außen benötigt werden.In the components shown in FIGS are the comb-shaped electrodes 3 'of the output transducer 3 arranged so that the distance between the comb-shaped electrodes 2 'of the input transducer 2 and the comb-shaped Electrodes 3 'of the output transducer 3 are discontinuous or continuous in a direction perpendicular to the direction of propagation of surface acoustic waves changes. In this way it is possible to obtain the advantage that the delay time can be regulated more finely and fewer connections are required to pick up the output signal to the outside will.
Der Eingangswandler 2 kann in ähnlicher Weise in eine Vielzahl von Elektroden 2A, 2B, 2C und 2D unterteilt sein, wie es in Fig. 14 dargestellt ist. Es kann jedoch auch nur ein Elektrodenpaar 2' treppenförmig ausgebildet sein, wie es in Fig. 15 dargestellt ist, oder es können die Elektroden schräg bezüglich des Fortpflanzungsweges der akustischen Oberflächenwellen angeordnet sein, wie es in Fig. 16 dargestellt ist.The input transducer 2 may similarly be divided into a plurality of electrodes 2A, 2B, 2C and 2D, such as it is shown in FIG. However, only one pair of electrodes can be used 2 'be designed in the shape of a staircase, as shown in FIG. 15, or the electrodes can be inclined be arranged with respect to the propagation path of the surface acoustic waves, as shown in FIG.
Weiterhin ist es wünschenswert, daß die Endflächen der Metallelektroden 1OA, 10B ... bezüglich der Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen schräg verlaufen, da in dieser Weise Einflüsse der Reflexion von akustischen Oberflächenwellen an den Endflächen vermindert werden können.Furthermore, it is desirable that the end faces of the metal electrodes 1OA, 10B ... run obliquely with respect to the direction of propagation of the surface acoustic waves, since in this Way influences of the reflection of surface acoustic waves at the end faces can be reduced.
Das Halbleitersubstrat, das für die erfindungsgemäße Ausbildung benutzt wird, kann von einem Isolierfilm 11, beispielsweise einem Oxidfilm, einem Nitridfilm usw. überzogen sein, The semiconductor substrate which is used for the formation according to the invention can be covered by an insulating film 11 such as an oxide film, a nitride film, etc.
der dadurch gebildet wird, daß die Substratoberfläche oxidiert oder nitriert wird, wie es in Fig. 17 dargestellt ist.which is formed by oxidizing or nitriding the substrate surface as shown in FIG is.
Bei dem in Fig. 18 dargestellten piezoelektrischen Substrat 1 kann der Fortpflanzungsweg der akustischen Oberflächenwellen in zwei Bereiche unterteilt werden, in einem von denen Metallelektroden 1OA, 10B, ... zum Steuern der Fortpflanzung der akustischen Oberflächenwellen angeordnet sind und in dem anderen von denen ein Metallfilm 12 an der Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen Film 8 und dem Halbleitersubstrat 7 oder dem Isolierfilm 11 vorgesehen ist. Bei einem derartigen Aufbau ist in dem Bereich, wo der Metallfilm 12 vorhanden ist, das Potential der akustischen Oberflächenwellen abgeschirmt, so daß das Halbleitersubstrat und die akustischen Oberflächenwellen sich gegeneinander nicht stören. Dieser Aufbau ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine lange Verzögerungszeit benötigt wird, da die Dämpfung der akustischen Oberflächenwellen extrem gering ist.In the piezoelectric substrate shown in FIG 1, the propagation path of surface acoustic waves can be divided into two areas, one of where metal electrodes 10A, 10B, ... for controlling the propagation of the surface acoustic waves are arranged and in the other of which a metal film 12 on the Interface between the piezoelectric film 8 and the semiconductor substrate 7 or the insulating film 11 is provided. With such a structure, in the area where the metal film 12 is present, the potential is the acoustic Surface waves are shielded so that the semiconductor substrate and the surface acoustic waves do not mutually interfere disturb. This structure is particularly advantageous when a long delay time is required because the Attenuation of the surface acoustic waves is extremely low.
Wie es in Fig. 19 dargestellt ist, ist es auch möglich, einen anderen Substrataufbau zu verwenden, bei dem der piezoelektrische Film in dem Bereich, in dem die kammförmigen Elektroden 2" und die Metallelektroden 10A, 10B, ... vorhanden sind, und nicht im den Fortpflanzungswegen der akustischen Oberflächenwellen dazwischen vorgesehen ist. Dieser Aufbau hat ähnlich wie der in Fig. 18 dargestellte Aufbau einen Vorteil, wenn lange Verzogerungszexten benötigt werden, da sich die akustischen Oberflächenwellen durch das Kristallhalbleitersubstrat 7 fortpflanzen, wenn der piezoelektrische Film 8 nicht vorhanden ist, so daß die Dämpfung der akustischen Oberflächenwellen dort extrem gering ist.As shown in Fig. 19, it is also possible to use a different substrate structure in which the piezoelectric film in the area in which the comb-shaped Electrodes 2 "and the metal electrodes 10A, 10B, ... are present and is not provided in the propagation paths of surface acoustic waves therebetween. This Structure similar to the structure shown in Fig. 18 has an advantage when long delay times are required, since the surface acoustic waves propagate through the crystal semiconductor substrate 7 when the piezoelectric Film 8 is not present, so that the attenuation of the surface acoustic waves there is extremely small.
Wie es oben beschrieben wurde, können gemäß der Erfindung eine Platzersparnis und eine Verringerung der Kosten bezüglich der bekannten Oberflächenwellenfilter mit variablem Frequenzband erzielt werden, da es nicht notwendig ist, SchaltelementeAs described above, according to the invention, a space saving and a reduction in cost can be achieved the known surface acoustic wave filter can be achieved with a variable frequency band, since it is not necessary to switch elements
separat für jedes der Einzelfilter zum willkürlichen Wählen eines Ausgangssignales anzuordnen. Da bei dem erfindungsgemäßen Bauelement eine dem Umschalten äquivalente Funktion dadurch verwirklicht werden kann, daß nur die Vorspannungen an- und abgeschaltet werden, ist die Schaltung selbst vereinfacht. Da weiterhin der Ausbreitungsverlust für jedes Frequenzband in analoger Weise dadurch geändert werden kann, daß die Vorspannungen in analoger Weise insgesamt gesteuert werden, kann eine Frequenzbandcharakteristik mit großer Freiheit erhalten werden.to be arranged separately for each of the individual filters for arbitrarily choosing an output signal. Since the invention Component a function equivalent to switching can be realized in that only the biases are switched on and off, the circuit itself is simplified. Since continues the propagation loss for each frequency band can be changed in an analogous manner by controlling the biases as a whole in an analogous manner a frequency band characteristic can be obtained with great freedom.
Akustische Oberflächenwellen ausbildende Oberflächenwellenfilter gemäß der Erfindung können bei allen Arten von Vorrichtungen eingesetzt werden, bei denen Oberflächenwellenfilter benutzt werden. Sie sind jedoch insbesondere für Nachrichten-Übertragungsvorrichtungen, bei denen sich das Frequenzband mit der Zeit ändert, wie beispielsweise bei Gemeinschaftsantennenanlagen, Nachrichtensatelliten, Relais-, Sprechfunk- und Mehrkanalnachrichten-Übertragungsvorrichtungen geeignet.Surface acoustic wave filters producing surface acoustic waves according to the invention can be used in all types of devices in which surface acoustic wave filters to be used. However, they are particularly useful for messaging devices that have the Frequency band changes over time, such as in community antenna systems, communication satellites, relay, Radio and multichannel messaging devices are suitable.
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