EP3235131A1 - Wandler für saw mit unterdrückter modenkonversion - Google Patents

Wandler für saw mit unterdrückter modenkonversion

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Publication number
EP3235131A1
EP3235131A1 EP15804469.3A EP15804469A EP3235131A1 EP 3235131 A1 EP3235131 A1 EP 3235131A1 EP 15804469 A EP15804469 A EP 15804469A EP 3235131 A1 EP3235131 A1 EP 3235131A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dielectric
electrode
gap
electrode fingers
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15804469.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Ebner
Markus Mayer
Ulrike RÖSLER
Gholamreza Dadgar Javid
Stefan Berek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SnapTrack Inc
Original Assignee
SnapTrack Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SnapTrack Inc filed Critical SnapTrack Inc
Publication of EP3235131A1 publication Critical patent/EP3235131A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02559—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of lithium niobate or lithium-tantalate substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02992—Details of bus bars, contact pads or other electrical connections for finger electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/25—Constructional features of resonators using surface acoustic waves

Definitions

  • Transducer for SAW with suppressed mode conversion Acoustic waves of the type SAW are generated by means of electroacoustic transducers on piezoelectric and in particular monocrystalline piezoelectric substrates.
  • SAW Surface Acoustic Wave
  • different modes of the acoustic wave may be preferred. These can divorce in wave number and especially in the propagation velocity of the acoustic wave under ⁇ . Since these two sizes affect the frequencies of the acoustic wave, it is necessary to disturb
  • Finger ends are kept as small as possible to the adjacent bus electrode or to the transversely adjacent stub finger. Also, it is helpful to know the length of the
  • transverse velocity profile is formed, which is marked on the edge by a narrow range with reduced speed. This is preferably chosen within the transverse gap. The goal is unwanted
  • a transducer for elastic waves in which the speed of the acoustic wave is set higher in the overlap region than in the non-overlap region.
  • the converter is coated in the gap region with a dielectric.
  • WO 2011/088904 AI measures are known, the transverse velocity profile in a converter
  • the object of the present invention is therefore to provide a SAW converter which in SAW components and in particular in SAW filters on lithium tantalate substrates
  • PSAW Surface Acoustic Wave
  • This is constructed on a substrate on a leakage wave substrate and in particular on lithium tantalate, which has a crystal section which promotes the production of SAW.
  • lithium tantalate which has a crystal section which promotes the production of SAW.
  • Electrode combs are arranged, each having a bus electrode and electrode fingers connected thereto. The two electrode combs are pushed into each other so that the electrode fingers in a transversal
  • Overlap region of the converter overlap each other interdigitally.
  • a gap is formed between the ends of overlapping electrode fingers and the bus electrode of the opposite electrode comb, that is, there remains a free space between the two electrically conductive structures.
  • the gap can also be formed between the finger ends of two opposing electrode fingers, of which the longer is an overlapping electrode finger and the shorter one is a stub finger, that is, a non-overlapping electrode finger.
  • a dielectric is now applied to the substrate in such a way that the gap is completely filled, the transverse overlap region in which the electrode fingers of comb electrodes lying opposite one another overlap, but is not covered by the dielectric and is therefore free of dielectric.
  • the dielectric is selected in terms of material and layer thickness so that an acoustic wave in the transverse
  • the inventors have recognized that with SAW converters on the gap, a mode conversion from the desired mode to an unwanted mode occurs.
  • the preferably used mode is a shear polarized wave, leaky wave or leaky surface wave. In the gap range, this usually results in a Rayleigh wave or a bulk wave due to mode conversion.
  • Modenkonversion arises in particular by scattering of acoustic waves of the desired mode in the gap range.
  • the undesirable Mode is in the gap range in a
  • the dielectric which according to the invention completely fills the gap, but is not arranged in the overlapping area, a structure is created which uniforms the acoustic wave or the desired payload over the entire width of the acoustic track
  • a dielectric is used which has an acoustic impedance which comes as close as possible to that of the electrode material used.
  • the acoustic wave also runs in the gap range as fast as within the acoustic track or within the overlap area.
  • the converter according to the invention no longer has any discontinuities with respect to acoustic impedance and / or the wave velocity. In this way it is possible to almost completely suppress the mode conversion in the gap range of the converter according to the invention.
  • the dielectric is applied in the form of two parallel strips on the piezoelectric substrate.
  • the strips are each parallel to the longitudinal direction, which is also referred to as the longitudinal direction.
  • Each of the stripes completely covers a gap region of the transducer, but leaves the transversal one
  • Overlap area uncovered.
  • a dielectric applied in strip form is particularly easy to apply and uniformly structured in the longitudinal direction, so that no further discontinuities are produced thereby.
  • the dielectric can be applied directly to the substrate before the metallization for the electrode combs is generated. However, it is advantageous to apply the dielectric only after the generation of the electrode structure. In this way it is ensured that the electrode ⁇ structure rests flush on the substrate and itself has no discontinuities, which would otherwise be feared at least in the edge region to the dielectric out.
  • the longitudinally extending strips of the dielectric cover at least the gap, but in one embodiment can also be broadened, so that they also cover the directly adjacent edge region of the transducer beyond the gap region.
  • the same finger pattern is provided as in the overlap region, but there is no overlap, since stub finger and overlapping fingers are connected in the edge region with the same bus electrode and therefore have the same potential.
  • the dielectric covers at least the gap region.
  • the dielectric is in the form of individual Stains structured that fill just the gap.
  • Each patch extends transversely exactly and exclusively over the gap area. In the longitudinal direction, it may have the same or at least a similar width as the
  • the usually metallic electrode finger with the same or similar cross-sectional profile is extended through the dielectric or through the patch of the dielectric in the direction of the opposite bus electrode.
  • a particularly uniform acoustic impedance distribution in the transverse direction between the two bus electrodes is achieved.
  • the patches are more complicated to structure and the patterning process is to be aligned with the electrode structure.
  • the optimization goal of the converter according to the invention is to make the acoustic impedance in the transverse direction as uniform as possible. This will be in the area of
  • Dielectric is achieved in that it is selected in terms of material and layer thickness so that the correct impedance sets, ie that it has the same or similar impedance as in the overlap region. Since the acoustic impedance is the product of the density of a top ⁇ superficially coated structure and the velocity of the acoustic wave, the acoustic wave can be both the density and the wave velocity is ⁇ represents. The density is a pure material size, which is determined by the type or modification of the dielectric and is little changeable. The speed of
  • acoustic wave can be particularly by the
  • Mass occupancy can be influenced, so as adjustable Parameter the layer thickness of the dielectric in the gap range can be varied.
  • a preferred electrode material for the transducer, that is for the metallization on the electrode fingers comprises
  • Aluminum which may also comprise copper or copper ⁇ parts and titanium.
  • the metallization then preferably has a multilayer structure whose
  • Single layers comprising the above-mentioned metals in pure form or in the form of alloys.
  • the acoustic impedance then results integrally over the entire layer structure of the electrode fingers.
  • a converter having an electrode structure with such a layer structure preferably SiO 2 or silicon nitride is selected as the sole or main constituent as the dielectric.
  • the height of the dielectric can then be set to a value corresponding to 10 to 500% of the height of the metallization. For a strip-applied dielectric which extends in the longitudinal direction is more likely a
  • lower layer thickness of the dielectric is preferred, which is typically chosen in the order of the metal layer thickness.
  • the substrate is selected to favor the generation and propagation of an acoustic wave having the desired mode. Is the beneficiary or
  • Substrate material such as lithium tantalate with a crystal ⁇ cut LT WI rotYX selected.
  • WI indicates the angle of intersection of the crystal section.
  • a cutting angle in the cutting angle range of 39 ° WI ⁇ 46 ° is selected.
  • SAW components can be realized which have less radiation losses than components with known transducers even at low apertures and larger gaps. Such components then have an improved resonance quality of the individual resonators.
  • the quality in the region of the resonance of the resonators is improved, especially when smaller apertures are selected.
  • FIG. 1 shows, in a schematic plan view, a transducer known per se and its division into the overlapping region, gap regions and edge regions,
  • FIG. 2 shows, in a schematic top view, a dielectric applied in the form of a strip in the form of a gap
  • FIG. 3 shows, in the same plan view, a strip-shaped dielectric which also covers the edge region
  • FIG. 4 shows a stripe-shaped dielectric applied once more, which also covers the bus electrode and the directly adjacent region
  • FIG. 5 shows a strip-shaped dielectric which covers the gap region, the edge region and the bus electrode of a resonator.
  • FIG. 6 shows, in a manner similar to FIG. 5, a resonator in which the dielectric furthermore covers the entire reflector of the resonator,
  • FIG. 7 shows a converter in plan view, in which the dielectric is applied as spots exclusively in the gap;
  • FIG. 8 shows the admittance and the quality of a resonator with a converter according to the invention in comparison with FIG.
  • FIG. 9 shows a section in the transverse direction through an electrode finger and the dielectric
  • FIG. 10 shows three different sections in the transverse direction through an electrode finger whose metallization has a non-vertically sloping edge at the end of the finger.
  • FIG. 11 shows patch-like applied dielectrics in the plan view with different widths
  • FIG. 12 shows two different sections in the transverse direction through electrode fingers whose metallization at the end of the finger has a non-vertically sloping edge with a negative edge angle.
  • FIG. 1 shows a converter known per se
  • the converter comprises at least two bus electrodes BE, each of which electrode fingers EF extend in the transverse direction.
  • the two bus electrodes with the attached electrode fingers each form an electrode comb.
  • In the converter are two
  • Electrode combs are interdigitated interdigitated so that overlap their electrode fingers in an overlapping area UB. Between the ends of the electrode fingers and the bus electrode or the adjacent electrode comb a gap GP is formed, thus a clear distance between the two electrodes in the transverse direction. Between the gap GP and the nearest bus electrode BE, a stub finger SF can still be arranged, which has no overlap with the respective other electrode comb. The gap is then - as shown in Figure 1 - formed between the ends of the electrode fingers and the ends of the oppositely arranged on the same longitudinal position stub fingers. The entire converter then divides into the bus electrode BE, the non-overlapping edge region RB, the gap region GB and the overlap region UB.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the invention, in which each one strip of a dielectric covers exactly one of the two gap regions GB of the converter. The About ⁇ overlapping part is not covered by the dielectric. Consequently, the edge of the strip-shaped dielectric facing the overlapping region terminates flush with the finger end of the overlapping finger. The edge of the strip-shaped dielectric facing the bus electrode BE also terminates here flush with the ends of the stub finger, but may also partially overlap it. It is clear that a flush termination of finger ends and strip-shaped dielectric is only achieved if at least the electrode fingers have steeply sloping edges, ideally even vertically sloping edges. This is practically not achieved with real structuring processes.
  • FIG. 3 shows a converter according to the invention in plan view, in which the strip-shaped dielectric DK completely covers not only the gap region but also the edge region of the transducer. With the exception of the bus electrodes BE and the overlap region UB, the entire transducer surface is thus covered by the dielectric.
  • FIG. 4 shows, in plan view, a strip-like applied dielectric, which next to gap region GB and
  • Edge area RB additionally the bus electrode BE and optionally also an adjacent area outside the acoustic track or outside of the converter covered.
  • FIG. 5 shows a transducer which is part of an acoustic
  • acoustic reflectors are arranged in the longitudinal direction on both sides of the acoustic transducer. These include strip-shaped Reflectors that have similar finger width and finger spacing as the electrode fingers in the overlap area. The reflector is electrically isolated from the transducer or connected to only one of the potentials, preferably ground. The stripes applied
  • strip-shaped dielectric as shown in Figures 2 to 4, vary.
  • FIG. 6 shows another schematic plan view
  • Embodiment with a resonator in which in addition to the surfaces shown in Figure 5 or the entire resonators are covered by the dielectric.
  • FIG. 7 shows an embodiment of a converter in which the dielectric is patterned and patchy is finally disposed of in the ⁇ gaps.
  • the spots are in the gap range between finger tips of overlapping fingers and stub fingers, but not on the electrode fingers EF in the gap range.
  • the width of the patches may vary, but is approximately equal to the width of the patches
  • Electrode fingers are Electrode fingers.
  • FIG. 8 shows three curves Q1, Q2 and A2, where Q1 shows the quality of a conventional resonator and Q2 shows the quality of a resonator coated in accordance with the invention in the gap region, while A2 represents the real part of the admittance of a converter according to the invention. From the ratio of It is clear from the two curves Q1 and Q2 that the quality of a converter coated with dielectric in the gap region according to the invention significantly exceeds the quality of the conventional resonator. For example, in the top, the grade is from about 1160 to 1380, for example
  • FIG. 9 shows three cross sections a to c in the transverse direction through electrode fingers, dielectric DK and
  • the z-axis shown in the figure is the normal to the surface of the piezoelectric substrate.
  • the three sections differ in the height of the applied dielectric DK. While in FIG. 9A the
  • Layer thickness of the dielectric DK is less than that
  • FIG. 10 likewise shows three different cross sections through electrode fingers EF, dielectric DK and stub finger SF. In this illustration, the cross-sectional profiles of the electrode fingers are more realistic, d. H. the
  • Cross-sectional profile of the electrode fingers does not fall off at the end of the finger vertically to the substrate, but is rounded or bevelled.
  • Dielectric DK S , F the gap, so that the edge profile of the dielectric DK S , F corresponds to the inverse edge profile at the ends of the electrode fingers EF.
  • a blur area UBR results, in which the obliquely outgoing edges of electrode fingers EF and dielectric DK S , F overlap, so that in the plan view no clear separation between the dielectric and electrode fingers is to draw.
  • both the gap range and the overlap area UB end by definition, "blurred" within the blur area BR, since the boundaries are blurred to a certain extent over the blur area UBR.
  • FIG. 10B shows an electrode finger with likewise angled edge profile of the electrode fingers and one
  • Dielectric which is applied in the gap area and additionally covers the edge area.
  • Overlap area UB facing edge of the dielectric coincides with the same inclination as the metallization at the end of the
  • Electrode finger off, so that here on the boundary between the dielectric and the electrode finger a blur area UBR is formed.
  • the dielectric does not extend beyond the upper edge of the electrode finger end, thus ending in the blur region UBR.
  • FIG. 1C also shows an overlapping electrode applied to the electrode finger EF in the blur range UBR
  • FIG. 11 shows in plan view three exemplary embodiments of patch-type applied dielectric DK F.
  • the dielectric DK F is introduced with a smaller width than the electrode finger EF in Gap.
  • the outer edges of the dielectric DK F are aligned with the outer edges of the electrode finger EF, while in Figure HC, the dielectric DK F has a greater longitudinal width than the electrode ⁇ finger EF.
  • the border region between gap region GB and overlap region UB is an unsharp region UBR, in which the profiles of dielectric and
  • the unsharp range UBR is here to a maximum transverse length of 1 ym
  • the overlap of the dielectric with the overlapping region UB can amount to a maximum of 2 ⁇ m.
  • a narrower spot may have a higher blur area UBR at the border to the overlap area UB.
  • FIG. 12 the cross-section of a schematic cross section through each electrode finger EF is shown in FIG.
  • the dielectric DK F , S which can be applied as spots DK F or as stripes DK S , has, due to its production, a flank profile which has a specific angle of inclination to the substrate.
  • the boundary between gap region GB and overlap region UB can not be clearly defined here either, since in the defocus region UBR there is an overlap between
  • Dielectric and metallization of the electrode finger EF is present.
  • this unsharp area UBR is now set to a value which is at most the one previously
  • a strip-shaped dielectric DK S which covers the outer area and the gap area GB, fills the overlapping area UB up to a defocus area UBR of at most 2 ⁇ m
  • a dielectric DK S which is applied strip-shaped exclusively in the gap range, should cover the adjacent ends of stub finger SF and electrode finger EF with a maximum unsharp range of 1 ym. If the dielectric DK F is applied in the form of spots exclusively in the gap, then the overlap on both sides in the gap can occur
  • FIGS. 12A and 12B specify embodiments with different layer thickness ratios of dielectric DK and metallization for electrode fingers EF. It turns out that with a smaller layer thickness of the metallization of the electrode finger EF with unchanged layer thickness of the dielectric DK and unchanged edge angles a lesser
  • Blur range UBR can be maintained.
  • edge profile of the metallic and dielectric structures may differ due to the technology of the edge profiles shown.
  • layer thickness ratios and other size ratios can be chosen differently than shown.
  • the ratio of finger width to finger distance for better illustration is shown larger than is usually selected in converters.
  • the invention is not limited to normal finger transducers in which electrode fingers EF in the overlapping region UB emanate alternately from different bus electrodes BE. It is also possible to change the connection sequence of the electrode fingers such that two or more electrode fingers EF arranged directly one behind the other originate from the same bus electrode BE.
  • a transducer according to the invention having a dielectric applied in the gap region is also not applicable to the material combinations mentioned in the exemplary embodiments
  • Dielectric selected so that its acoustic impedance is adapted to that of the electrode material. For this it may be necessary to select another than the specified dielectrics.

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Abstract

Es wird ein Wandler für akustische Wellen vom Typ SAW oder PSAW, vorgeschlagen, bei dem ein Dielektrikum (DK) so auf dem Substrat aufgebracht ist, dass das Gap (GP) zwischen den Enden der Elektrodenfinger und der gegenüber liegenden Buselektrode vollständig damit ausgefüllt ist, der aktive Bereich des Wandlers, also transversale Überlappungsbereich (UB) der Elektrodenfinger aber davon nicht bedeckt ist.

Description

Beschreibung
Wandler für SAW mit unterdrückter Modenkonversion Akustische Wellen vom Typ SAW (Surface Acoustic Wave) werden mittels elektroakustischer Wandler auf piezoelektrischen und insbesondere einkristallinen piezoelektrischen Substraten erzeugt. In Abhängigkeit vom verwendeten Substrat und bei kristallinen Substraten in Abhängigkeit vom Kristallschnitt können unterschiedliche Moden der akustischen Welle bevorzugt sein. Diese können sich in Wellenzahl und insbesondere in der Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Welle unter¬ scheiden. Da diese beiden Größen sich auf die Frequenzen der akustischen Welle auswirken ist es nötig, bei störenden
Frequenzen auftretende Moden zu unterdrücken oder zu dämpfen, um eine durch Signale störender Moden unbeeinflusste Signalübertragung zu gewährleisten. Störend sind vor allem solche Moden, die Signale in einem Sperrbereich nahe der Nutz- oder Resonanzfrequenz oder gar innerhalb des Durchlassbereichs eines mit SAW arbeitenden Filters erzeugen.
Weiterhin entstehen bei SAW-Filtern, die auf Lithiumtantalat- Substraten aufgebaut sind, Abstrahlverluste, die mit kleiner werdender Apertur stark zunehmen. Es existiert ein Verlust- mechanismus, der die Energie der zu nutzenden Welle bzw. der Mode reduzieren. Diese Verluste führen zu einer entsprechenden Erhöhung der Einfügedämpfung, die für Anwendung im Mobilfunkbereich nicht akzeptabel sind. Bislang wurden bei SAW-Filtern auf Lithiumtantalat-Substraten praktisch keine Möglichkeiten gefunden, diese Abstrahlverluste zu unterdrücken. Die einzige Möglichkeit, diese Verluste möglichst klein zu halten, besteht darin, eine ausreichend große Apertur für die SAW-Filter zu wählen. Ein solcher Grenzwert mit noch akzeptablen Verlusten liegt bei einer Apertur im Bereich von 20 λ, also der 20-fachen Länge der akustischen Welle. Zusätzlich können die Verluste
minimiert werden, wenn die Gaps, also der Abstand der
Fingerenden zur jeweils benachbarten Bus-Elektrode bzw. zum transversal benachbarten Stummelfinger möglichst klein gehalten werden. Auch ist es hilfreich, die Länge der
Stummelfinger auf einen Wert > 1,5 λ einzustellen.
Auch bei SAW-Bauelementen auf Lithium-Niobat-Substraten können Abstrahlverluste entstehen. Um diese zu reduzieren, wurden verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen, die Qualität des akustischen Wellenleiters so zu verbessern, dass sich ein idealer Piston-Mode einstellt. Hierzu wird die Geometrie der akustischen Spur so gestaltet, dass ein bestimmtes
transversales Geschwindigkeitsprofil entsteht, das am Rand durch einen schmalen Bereich mit reduzierter Geschwindigkeit gekennzeichnet ist. Dieser wird vorzugsweise innerhalb des transversalen Gaps gewählt. Ziel ist es, unerwünschte
transversale Moden zu unterdrücken bzw. nicht entstehen zu lassen .
Aus der US 2014/0001919 AI ist ein Wandler für elastische Wellen bekannt, bei dem die Geschwindigkeit der akustischen Welle im Überlappungsbereich höher eingestellt ist als im Nicht-Überlappungsbereich. Dazu ist der Wandler im Gap- Bereich mit einem Dielektrikum beschichtet. Aus der WO 2011/088904 AI sind Maßnahmen bekannt, das transversale Geschwindigkeitsprofil in einem Wandler
einzustellen . Auch aus der US 7,576,471 Bl ist es bekannt, die akustische Geschwindigkeit in einem die Fingerenden, den Gap-Bereich und die Busbars umfassenden Randbereich geringer einzustellen als im zentralen Überlappungsbereich.
Entsprechende Wandlergeometrien auf Lithiumtantalat- Substraten reduzieren die Verluste aber nicht in dem
gewünschten Maß. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen SAW- Wandler anzugeben, der in SAW-Bauelementen und insbesondere in SAW-Filtern auf Lithiumtantalat-Substraten die
Abstrahlverluste reduzieren kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wandler mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen . Es wird ein Wandler für akustische Wellen vom Typ SAW
(Surface Acoustic Wave) oder PSAW ( Pseudo-Surface Acoustic Wave) angegeben. Dieser ist auf einem Substrat aus auf einem Leckwellensubstrat und insbesondere auf Lithiumtantalat aufgebaut, das einen die Erzeugung von SAW begünstigenden Kristallschnitt aufweist. Auf dem Substrat sind zwei
Elektrodenkämme angeordnet, die jeweils eine Bus-Elektrode und mit dieser verbundene Elektrodenfinger aufweisen. Die beiden Elektrodenkämme sind so ineinander-geschoben, dass sich die Elektrodenfinger in einem transversalen
Überlappungsbereich des Wandlers gegenseitig interdigital überlappen . Zwischen den Enden von überlappenden Elektrodenfingern und der Bus-Elektrode des gegenüberliegenden Elektrodenkamms ist ein Gap ausgebildet, d. h. es verbleibt ein freier Abstand zwischen den beiden elektrisch leitenden Strukturen.
Alternativ kann das Gap auch zwischen den Fingerenden zweier einander gegenüberliegender Elektrodenfinger ausgebildet sein, von denen der längere ein überlappender Elektrodenfinger und der kürzere ein Stummelfinger, also ein nicht überlappender Elektrodenfinger ist.
Erfindungsgemäß ist nun ein Dielektrikum so auf dem Substrat aufgebracht, dass das Gap vollständig damit ausgefüllt ist, der transversale Überlappungsbereich, in dem die Elektrodenfinger einander gegenüberliegender Kammelektroden überlappen, jedoch nicht vom Dielektrikum bedeckt und daher frei von Dielektrikum ist.
Das Dielektrikum ist bezüglich Material und Schichtdicke so ausgewählt, dass eine akustische Welle im transversalen
Überlappungsbereich und im Gapbereich annähernd die gleiche akustische Impedanz erfährt und die akustische Welle im Gap- Bereich daher genauso schnell läuft wie innerhalb des
Überlappungsbereichs . Die Erfinder haben erkannt, dass bei SAW-Wandlern am Gap eine Modenkonversion von der gewünschten Mode in eine unerwünschte Mode stattfindet. Die vorzugsweise genutzte Mode ist eine scherpolarisierte Welle, Leckwelle oder auch Leaky Surface Wave . Im Gap-Bereich entsteht daraus durch Modenkonversion üblicherweise eine Rayleigh Wave oder eine Volumenwelle.
Modenkonversion entsteht insbesondere durch Streuung von akustischen Wellen der gewünschten Mode im Gap-Bereich. Bei bekannten Wandlern wird also im Gap-Bereich die unerwünschte Mode nicht erzeugt, sondern die in der akustischen Spur erzeugte zu nutzende Mode wird im Gap-Bereich in eine
unerwünschte Mode mit anderen Eigenschaften und insbesondere mit einer anderen Frequenzlage konvertiert.
Mit Hilfe des Dielektrikums, welches erfindungsgemäß das Gap vollständig ausfüllt, nicht aber im Überlappungsbereich angeordnet ist, wird eine Struktur geschaffen, die der akustischen Welle bzw. der gewünschten Nutzmode über die gesamte Breite der akustischen Spur eine gleichmäßige
akustische Impedanz zur Verfügung stellt. Vorzugsweise wird ein Dielektrikum eingesetzt, welches eine akustische Impedanz aufweist, die derjenigen des verwendeten Elektrodenmaterials möglichst nahe kommt.
In einem Wandler mit einem solchen Dielektrikum und mit optimal angepasster akustischer Impedanz läuft die akustische Welle auch im Gap-Bereich genauso schnell wie innerhalb der akustischen Spur bzw. wie innerhalb des Überlappungsbereichs. An der Grenze des Überlappungsbereichs, beim Übergang in den Gap-Bereich, weist der erfindungsgemäße Wandler keinerlei Diskontinuitäten bezüglich akustischer Impedanz und/oder der Wellengeschwindigkeit mehr auf. Auf diese Weise gelingt es, die Modenkonversion im Gap-Bereich des erfindungsgemäßen Wandlers nahezu vollständig zu unterdrücken.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dielektrikum in Form zweier paralleler Streifen auf dem piezoelektrischen Substrat aufgebracht. Die Streifen verlaufen jeweils parallel zur Längsrichtung, die auch als longitudinale Richtung bezeichnet wird. Jeder der Streifen überdeckt dabei einen Gap-Bereich des Wandlers vollständig, lässt aber den transversalen
Überlappungsbereich unbedeckt. Es sind zwei Streifen von Dielektrikum erforderlich, da der Wandler zwei Gap-Bereiche aufweist, die beiderseits des transversalen Überlappungs¬ bereichs angeordnet sind. Ein in Streifenform aufgebrachtes Dielektrikum lässt sich besonders einfach aufbringen und in longitudinaler Richtung gleichmäßig strukturieren, sodass dadurch keine weiteren Diskontinuitäten erzeugt werden.
Das Dielektrikum kann direkt auf das Substrat aufgebracht werden, bevor die Metallisierung für die Elektrodenkämme erzeugt wird. Vorteilhaft ist es jedoch, das Dielektrikum erst nach der Erzeugung der Elektrodenstruktur aufzubringen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Elektroden¬ struktur bündig auf dem Substrat aufliegt und selbst keine Diskontinuitäten aufweist, die anderenfalls zumindest im Randbereich zum Dielektrikum hin zu befürchten wären.
Die in Längsrichtung verlaufenden Streifen des Dielektrikums bedecken zumindest das Gap, können in einer Ausführungsform aber auch verbreitert sein, sodass sie über den Gap-Bereich hinaus auch noch den direkt benachbarten Randbereich des Wandlers überdecken. Obwohl der Randbereich keine
Diskontinuitäten gegenüber dem Überlappungsbereich aufweist, ist es technisch und bezüglich des Herstellungsverfahrens des Dielektrikums von Vorteil, den Dielektrikumsstreifen in die vom Überlappungsbereich weg weisende Richtung hin zu
verbreitern. Im Randbereich ist das gleiche Fingermuster wie im Überlappungsbereich vorgesehen, jedoch findet dort keine Überlappung statt, da Stummelfinger und überlappende Finger im Randbereich mit der gleichen Bus-Elektrode verbunden sind und daher das gleiche Potenzial aufweisen.
Das Dielektrikum bedeckt zumindest den Gap-Bereich. Gemäß einer Ausführungsform ist das Dielektrikum in Form einzelner Flecken strukturiert, die genau das Gap ausfüllen. Jeder Flecken erstreckt sich transversal genau und ausschließlich über den Gap-Bereich. In longitudinaler Richtung kann er die gleiche oder eine zumindest ähnliche Breite wie die
Elektrodenfinger aufweisen.
In dieser Ausführungsform wird der üblicherweise metallische Elektrodenfinger mit gleichem oder ähnlichem Querschnittsprofil durch das Dielektrikum bzw. durch den Flecken des Dielektrikums in Richtung gegenüberliegende Bus-Elektrode verlängert. Mit einer solchen Ausführung wird eine besonders gleichmäßige akustische Impedanzverteilung in transversaler Richtung zwischen den beiden Bus-Elektroden erzielt. Nachteil dieser Ausführung ist jedoch, dass die Flecken aufwändiger zu strukturieren sind und der Strukturierungsprozess an der Elektrodenstruktur auszurichten ist.
Optimierungsziel des erfindungsgemäßen Wandlers ist es, die akustische Impedanz in transversaler Richtung möglichst gleichmäßig zu gestalten. Dies wird im Bereich des
Dielektrikums dadurch erreicht, dass es bezüglich Material und Schichtdicke so ausgewählt ist, dass sich die richtige Impedanz einstellt, d. h. dass es die gleiche oder ähnliche Impedanz wie im Überlappungsbereich aufweist. Da sich die akustische Impedanz als Produkt der Dichte einer ober¬ flächlich aufgebrachten Struktur und der Geschwindigkeit der akustischen Welle ergibt, kann die akustische Welle sowohl über die Dichte als auch die Wellengeschwindigkeit einge¬ stellt werden. Die Dichte ist eine reine Materialgröße, die durch die Art oder Modifikation des Dielektrikums bestimmt und wenig veränderbar ist. Die Geschwindigkeit der
akustischen Welle dagegen kann insbesondere durch die
Massenbelegung beeinflusst werden, sodass als einstellbarer Parameter die Schichtdicke des Dielektrikums im Gap-Bereich variiert werden kann.
Ein bevorzugtes Elektrodenmaterial für den Wandler, also für die Metallisierung an den Elektrodenfingern, umfasst
Aluminium, welches noch Kupferanteile oder Kupferteil¬ schichten sowie Titan umfassen kann. Die Metallisierung weist dann vorzugsweise einen Mehrschichtaufbau auf, dessen
Einzelschichten die oben genannten Metalle in Reinform oder in Form von Legierungen umfassen. Die akustische Impedanz ergibt sich dann integral über den gesamten Schichtaufbau der Elektrodenfinger. In einem Wandler, der eine Elektrodenstruktur mit einer solchen Schichtaufbau aufweist, wird als Dielektrikum vorzugsweise S1O2 oder Siliziumnitrid als einziger oder als Hauptbestandteil ausgewählt. Die Höhe des Dielektrikums kann dann auf einen Wert eingestellt werden, der 10 bis 500 % der Höhe der Metallisierung entspricht. Für ein streifenförmig aufgebrachtes Dielektrikum, welches sich in longitudinaler Richtung erstreckt, ist eher eine
niedrigere Schichtdicke des Dielektrikums bevorzugt, die typischerweise in der Größenordnung der Metallschichtdicke gewählt wird.
Für ein in Form von einzelnen Flecken im Gap-Bereich
aufgebrachtes Dielektrikum ist eher eine höhere Schichtdicke bevorzugt. Für einen Wandler, der eine wie oben angegebene Metallisierung bzw. einen wie oben angegebenen
Mehrschichtaufbau aufweist, ist S1O2 als Dielektrikum
besonders bevorzugt und wird dann in einer Schichtdicke von vorzugsweise 50 bis 150% der Höhe der Metallisierung
aufgebracht . Wie bereits erwähnt, ist das Substrat so ausgewählt, dass es die Erzeugung und Ausbreitung einer akustischen Welle mit der gewünschten Mode begünstigt. Ist die begünstigte bzw.
gewünschte Mode eine Leaky Surface Wave, so wird als
Substratmaterial z.B. Lithiumtantalat mit einem Kristall¬ schnitt LT WI rotYX gewählt. Dabei gibt WI den Schnittwinkel des Kristallschnitts an. Vorzugsweise ist ein Schnittwinkel im Schnittwinkelbereich von 39° WI < 46° ausgewählt.
Besonders vorteilhaft beträgt der Schnittwinkel 39°, 42° oder 46°. Jedoch ist die Erfindung auch für andere
Leckwellensubstrate geeignet.
Mit einem erfindungsgemäßen Wandler können SAW-Bauelemente realisiert werden, die auch bei niedrigen Aperturen und größeren Gaps weniger Abstrahlverluste als Bauelemente mit bekannten Wandlern aufweisen. Solche Bauelemente weisen dann eine verbesserte Resonanzgüte der Einzelresonatoren auf. Bei Oberflächenwellen-Bauelementen, die Resonatoren umfassen, ist die Güte im Bereich der Resonanz der Resonatoren verbessert, insbesondere wenn kleinere Aperturen gewählt sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen allein der Veranschaulichung der Erfindung und sind daher schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt.
Figur 1 zeigt in schematischer Draufsicht einen an sich bekannten Wandler und dessen Aufteilung in Überlappungsbereich, Gap-Bereiche und Randbereiche,
Figur 2 zeigt in schematischer Draufsicht ein streifenförmig im Gap-Bereich aufgebrachtes Dielektrikum, Figur 3 zeigt in gleicher Draufsicht ein streifenförmiges Dielektrikum, welches auch den Randbereich bedeckt,
Figur 4 zeigt ein nochmals verbreitert aufgebrachtes streifenförmiges Dielektrikum, welches auch die Bus-Elektrode und den direkt angrenzenden Bereich bedeckt,
Figur 5 zeigt ein streifenförmiges Dielektrikum, welches den Gap-Bereich, den Randbereich und die Bus-Elektrode eines Resonators bedeckt,
Figur 6 zeigt ähnlich wie Figur 5 einen Resonator, bei dem das Dielektrikum darüber hinaus den gesamten Reflektor des Resonators bedeckt,
Figur 7 zeigt einen Wandler in der Draufsicht, bei dem das Dielektrikum als Flecken ausschließlich im Gap aufgebracht ist, Figur 8 zeigt die Admittanz und die Güte eines Resonators mit einem erfindungsgemäßen Wandler im Vergleich mit
konventionellen Resonatoren,
Figur 9 zeigt einen Schnitt in transversaler Richtung durch einen Elektrodenfinger und das Dielektrikum,
Figur 10 zeigt drei verschiedene Schnitte in transversaler Richtung durch einen Elektrodenfinger, dessen Metallisierung am Fingerende eine nicht vertikal abfallende Kante aufweist,
Figur 11 zeigt fleckenförmig aufgebrachte Dielektrika in der Draufsicht mit unterschiedlichen Breiten, Figur 12 zeigt zwei verschiedene Schnitte in transversaler Richtung durch Elektrodenfinger, dessen Metallisierung am Fingerende eine nicht vertikal abfallende Kante mit negativem Kantenwinkel aufweist.
Figur 1 zeigt einen an sich bekannten Wandler in
schematischer Draufsicht. Der Wandler umfasst zumindest zwei Bus-Elektroden BE, von denen sich jeweils Elektrodenfinger EF in transversaler Richtung erstrecken. Die beiden Bus- Elektroden mit den daran befestigten Elektrodenfingern bilden jeweils einen Elektrodenkamm. Im Wandler sind zwei
Elektrodenkämme interdigital so ineinandergeschoben, dass sich deren Elektrodenfinger in einem Überlappungsbereich UB überlappen. Zwischen den Enden der Elektrodenfinger und der Buselektrode bzw. dem benachbarten Elektrodenkamm ist ein Gap GP ausgebildet, mithin ein lichter Abstand zwischen den beiden Elektroden in transversaler Richtung. Zwischen dem Gap GP und der nächstgelegenen Bus-Elektrode BE kann noch ein Stummelfinger SF angeordnet sein, welcher keine Überlappung mit dem jeweils anderen Elektrodenkamm aufweist. Das Gap ist dann - wie in Figur 1 dargestellt - zwischen den Enden der Elektrodenfinger und den Enden der gegenüberliegend auf gleicher longitudinaler Position angeordneten Stummelfingern ausgebildet. Der gesamte Wandler unterteilt sich dann in die Bus-Elektrode BE, den nicht überlappenden Randbereich RB, den Gap-Bereich GB und den Überlappungsbereich UB . Der Gap- Bereich GB ist dann eine Rechteckfläche, wenn sich alle Gaps transversal auf gleicher Höhe befinden und annähernd die gleiche transversale Breite aufweisen. Das eingezeichnete Koordinatenkreuz zeigt, dass die transversale Richtung der y- Achse und die longitudinale Richtung in Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle der x-Achse entsprechen. Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, bei der je ein Streifen eines Dielektrikums genau einen der beiden Gap-Bereiche GB des Wandlers abdeckt. Der Über¬ lappungsbereich wird nicht von dem Dielektrikum bedeckt. Mithin schließt die zum Überlappungsbereich weisende Kante des streifenförmigen Dielektrikums bündig mit dem Fingerende des überlappenden Fingers ab. Die zur Bus-Elektrode BE weisende Kante des streifenförmigen Dielektrikums schließt hier ebenfalls bündig mit den Enden der Stummelfinger ab, kann diese aber auch teilweise überlappen. Dabei ist klar, dass ein bündiges Abschließen von Fingerenden und streifenförmigem Dielektrikum nur dann erreicht wird, wenn zumindest die Elektrodenfinger steil abfallende Kanten, im Idealfall sogar vertikal abfallende Kanten aufweisen. Dies wird mit realen Strukturierungsprozessen praktisch nicht erreicht.
Figur 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Wandler in der Draufsicht, bei dem das streifenförmig strukturierte Dielektrikum DK neben dem Gap-Bereich auch noch den Randbereich des Wandlers vollständig überdeckt. Mit Ausnahme der Bus- Elektroden BE und des Überlappungsbereichs UB ist damit die gesamte Wandlerfläche vom Dielektrikum bedeckt.
Figur 4 zeigt in der Draufsicht ein streifenförmig aufge- brachtes Dielektrikum, welches neben Gapbereich GB und
Randbereich RB zusätzlich noch die Bus-Elektrode BE und wahlweise auch noch einen angrenzenden Bereich außerhalb der akustischen Spur bzw. außerhalb des Wandlers bedeckt. Figur 5 zeigt einen Wandler, der Teil eines akustischen
Resonators ist. Bei einem Resonator sind in longitudinaler Richtung beiderseits des akustischen Wandlers akustische Reflektoren angeordnet. Diese umfassen streifenförmige Reflektoren, die ähnliche Fingerbreite und ähnlichen Fingerabstand wie die Elektrodenfinger im Überlappungsbereich aufweisen. Der Reflektor ist gegen den Wandler elektrisch isoliert oder mit nur einem der Potenziale, vorzugsweise mit Masse, verbunden. Das streifenförmig aufgebrachte
Dielektrikum erstreckt sich bei dieser Ausführung im
Resonator in longitudinaler Richtung auch noch über die beiden Reflektoren. Die transversale Erstreckung des
streifenförmigen Dielektrikums kann, wie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt, variieren.
Figur 6 zeigt in schematischer Draufsicht eine weitere
Ausführung mit einem Resonator, bei dem zusätzlich zu den in Figur 5 dargestellten Flächen noch der bzw. die gesamten Resonatoren vom Dielektrikum bedeckt sind. Innerhalb des
Resonators bleiben dabei nur der Überlappungsbereich und dort nur die überlappenden Elektrodenfinger vom Dielektrikum unbedeckt . Figur 7 zeigt eine Ausführungsform eines Wandlers, bei dem das Dielektrikum fleckenförmig strukturiert ist und aus¬ schließlich in den Gaps angeordnet ist. Die Flecken befinden sich im Gap-Bereich zwischen Fingerenden von überlappenden Fingern und Stummelfingern, nicht aber auf den Elektroden- fingern EF im Gap-Bereich. Die Breite der Flecken kann variieren, entspricht aber ungefähr der Breite der
Elektrodenfinger .
Figur 8 zeigt drei Kurven Ql, Q2 und A2, wobei Ql die Güte eines konventionellen Resonators und Q2 die Güte eines erfindungsgemäß mit Dielektrikum im Gap-Bereich beschichteten Resonators zeigt, während A2 den Realteil der Admittanz eines erfindungsgemäßen Wandlers wiedergibt. Aus dem Verhältnis der beiden Kurven Ql und Q2 wird klar, dass die Güte eines erfindungsgemäß mit Dielektrikum im Gap-Bereich beschichteten Wandlers die Güte des herkömmlichen Resonators wesentlich übertrifft. In der Spitze wird gemäß dargestelltem Beispiel die Güte beispielsweise von hier ca. 1160 auf 1380
gesteigert .
Figur 9 zeigt drei Querschnitte a bis c in transversaler Richtung durch Elektrodenfinger, Dielektrikum DK und
Stummelfinger SF. Die in der Figur dargestellte z-Achse ist die Normale zur Oberfläche des piezoelektrischen Substrats. Die drei Schnitte unterscheiden sich durch die Höhe des aufgebrachten Dielektrikums DK. Während in Figur 9A die
Schichtdicke des Dielektrikums DK geringer ist als die
Metallisierungshöhe des Elektrodenfingers EF, entspricht sie in Figur 9B ungefähr der Metallisierungshöhe. In Figur 9C weist das Dielektrikum DK eine wesentlich höhere Schichtdicke als die Metallisierung des Elektrodenfingers EF auf. Figur 10 zeigt ebenfalls drei unterschiedliche Querschnitte durch Elektrodenfinger EF, Dielektrikum DK und Stummelfinger SF. In dieser Darstellung sind die Querschnittsprofile der Elektrodenfinger realitätsnaher abgebildet, d. h. das
Querschnittsprofil der Elektrodenfinger fällt am Ende des Fingers nicht vertikal zum Substrat hin ab, sondern ist abgerundet oder abgeschrägt.
In der Querschnittsdarstellung von Figur 10A füllt das
Dielektrikum DKS,F das Gap auf, sodass das Kantenprofil des Dielektrikums DKS,F dem inversen Kantenprofil an den Enden der Elektrodenfinger EF entspricht. In der Draufsicht ergibt sich ein Unschärfebereich UBR, in dem die schräg auslaufenden Kanten von Elektrodenfinger EF und Dielektrikum DKS,F überlappen, so dass in der Draufsicht keine klare Trennung zwischen Dielektrikum und Elektrodenfinger zu ziehen ist. In den Fällen, in denen ein Unschärfebereich UBR existiert, enden definitionsgemäß sowohl Gapbereich als auch Über- lappungsbereich UB „unscharf" innerhalb des Unschärfebereichs BR, da die Grenzen gewissermaßen über den Unschärfebereich UBR verschmiert sind.
Figur 10B zeigt einen Elektrodenfinger mit ebenfalls schräg abfallendem Kantenprofil der Elektrodenfinger und einem
Dielektrikum, welches im Gap-Bereich aufgebracht ist und zusätzlich noch den Randbereich überdeckt. Die zum
Überlappungsbereich UB weisende Kante des Dielektrikums fällt mit gleicher Neigung wie die Metallisierung am Ende des
Elektrodenfingers ab, sodass auch hier an der Grenze zwischen Dielektrikum und Elektrodenfinger ein Unschärfebereich UBR ausgebildet ist. Das Dielektrikum erstreckt sich nicht über die obere Kante des Elektrodenfingerendes , endet also im Unschärfebereich UBR.
Figur IOC zeigt ebenfalls ein den oder die Elektrodenfinger EF im Unschärfebereich UBR überlappend aufgebrachtes
Dielektrikum DK mit geringerer Schichtdicke als die
Metallisierung des Elektrodenfingers.
Figur 11 zeigt in der Draufsicht drei Ausführungsbeispiele von fleckenförmig aufgebrachtem Dielektrikum DKF. In Figur IIA ist das Dielektrikum DKF mit geringerer Breite als der Elektrodenfinger EF im Gap eingebracht. In Figur IIB fluchten die Außenkanten des Dielektrikums DKF mit den Außenkanten des Elektrodenfingers EF, während in Figur HC das Dielektrikum DKF eine größere longitudinale Breite als der Elektroden¬ finger EF aufweist. In der Figur 10A mit fleckenförmig aufgebrachtem Dielektrikum bzw. ausschließlich im Gap-Bereich aufgebrachten streifenförmigen Dielektrikum ist der Grenzbereich zwischen Gap- Bereich GB und Überlappungsbereich UB ein Unscharfebereich UBR, in dem sich die Profile von Dielektrikum und
Metallisierung überschneiden. Der Unscharfebereich UBR ist hier auf eine maximale transversale Länge von je 1 ym
beschränkt. In den Ausführungsbeispielen nach Figur 10B und C, wenn sich das Dielektrikum DK noch über den Randbereich, die Bus-Elektrode und den angrenzenden Bereich außerhalb des Wandlers erstreckt, kann die Überschneidung des Dielektrikums mit dem Überlappungsbereich UB hin bis maximal 2 ym betragen.
Bei einem fleckenförmig strukturierten Dielektrikum DKF, wie in Figur 11 in der Draufsicht dargestellt, kann die maximale Breite des Unschärfebereichs UBR des Dielektrikums DKF mit der am Fingerende auslaufenden Kante des Elektrodenfingers gegen die longitudinale Breite des dielektrischen Fleckens DKF abgewogen werden. Ein in longitudinaler Richtung
breiterer Flecken darf einen geringeren Unschärfebereich UBR, ein schmalerer Flecken dagegen einen höheren Unschärfebereich UBR an der Grenze zum Überlappungsbereich UB aufweisen.
In Figur 12 ist anhand von schematischen transversal durch je einen Elektrodenfinger EF geführten Schnitten die
Ausführungsform dargestellt, in der das Dielektrikum DK zeitlich vor der Metallisierung für die Elektrodenfinger und den Buselektroden BE aufgebracht wird. Das Dielektrikum DKF,S, welches als Flecken DKF oder als Streifen DKS aufgebracht werden kann, weist herstellungsbedingt ein Flankenprofil auf, das einen bestimmten Neigungswinkel zum Substrat aufweist. Die in einem späteren Schritt aufgebrachte Metallisierung für Elektrodenfinger EF und Stummelfinger SF schmiegt sich an die Flanke des Dielektrikums DK an und weist dementsprechend ein dazu passendes inverses Kantenprofil auf. In der Draufsicht betrachtet, lässt sich auch hier die Grenze zwischen Gap- Bereich GB und Überlappungsbereich UB nicht klar definieren, da im Unscharfebereich UBR eine Überlappung zwischen
Dielektrikum und Metallisierung des Elektrodenfingers EF vorliegt .
Erfindungsgemäß wird die Größe dieses Unscharfebereich UBR nun auf einen Wert eingestellt, der maximal den zuvor
genannten Grenzwerten entspricht. So kann ein streifenförmiges Dielektrikum DKS, welches den Außenbereich und den Gap-Bereich GB bedeckt bzw. ausfüllt, den Überlappungsbereich UB bis zu einem Unscharfebereich UBR von maximal 2 ym
überdecken. Ein Dielektrikum DKS, welches streifenförmig ausschließlich im Gap-Bereich aufgebracht ist, sollte die benachbarten Enden von Stummelfinger SF und Elektrodenfinger EF mit einem Unscharfebereich von maximal je 1 ym überdecken. Wird das Dielektrikum DKF in Fleckenform ausschließlich im Gap aufgebracht, so kann der beidseitige Überlapp im
Unscharfebereich ebenfalls auf maximale 1 bis 2 ym
eingestellt werden.
Die zwei unterschiedlichen Ausführungen in den Figuren 12A und 12B geben Ausführungen mit unterschiedlichen Schichtdickenverhältnissen von Dielektrikum DK und Metallisierung für Elektrodenfinger EF an. Es zeigt sich, dass mit einer geringeren Schichtdicke der Metallisierung des den Elektrodenfingers EF bei unveränderter Schichtdicke des Dielek- trikums DK und unveränderten Kantenwinkeln ein geringerer
Unschärfebereich UBR eingehalten werden kann. Je kleiner der Unschärfebereich UBR gewählt wird, desto gleichmäßiger kann die akustische Impedanz der Gesamtstruktur eingestellt werden .
Die Erfindung konnte nur anhand weniger Figuren und Aus- führungsbeispiele erläutert werden, ist aber nicht auf diese beschränkt. Insbesondere das Kantenprofil der metallischen und dielektrischen Strukturen kann technologiebedingt von den dargestellten Kantenprofilen abweichen. Auch Schichtdickenverhältnisse und auch andere Größenverhältnisse können anders als dargestellt gewählt werden.
Insbesondere ist in allen Figuren das Verhältnis von Finger¬ breite zu Fingerabstand zur besseren Veranschaulichung größer dargestellt, als in üblicherweise in Wandlern gewählt wird. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf Normalfinger- wandler beschränkt, bei denen Elektrodenfinger EF im Überlappungsbereich UB alternierend von unterschiedlichen Bus- Elektroden BE ausgehen. Möglich ist es auch, die Anschlussfolge der Elektrodenfinger so zu verändern, dass zwei oder mehr unmittelbar hintereinander angeordnete Elektrodenfinger EF von derselben Bus-Elektrode BE ausgehen.
Möglich ist es außerdem, die transversale Position der Gaps über die Länge des Wandlers zu variieren, sodass die Gaps nicht in longitudinaler Richtung fluchten. In diesen Fällen ist es möglich, ein streifenförmig aufgebrachtes Dielektrikum so zu strukturieren, dass es dem Verlauf der Gaps folgt.
Besonders vorteilhaft kann es in dieser Ausführung jedoch sein, das Dielektrikum in Form von Flecken und ausschließlich in die Gaps einzubringen. Die Strukturierung der Dielektrikumsflecken kann dann exakt der Lage der jeweiligen Gaps folgen . Ein erfindungsgemäßer Wandler mit im Gap-Bereich aufgebrachtem Dielektrikum ist auch nicht auf die in den Ausführungsbeispielen genannten Materialkombinationen
beschränkt. Wird zum Beispiel für die Metallisierung ein anderes leitfähiges Metall mit abweichender akustischer Impedanz ausgewählt, so wird vorzugsweise auch das
Dielektrikum so ausgewählt, dass dessen akustische Impedanz derjenigen des Elektrodenmaterials angepasst ist. Dazu kann es erforderlich, ein anderes als die angegebenen Dielektrika auszuwählen.
Bezugs zeichenliste
BE Buselektrode
EF Elektrodenfinger
GP Gap
SF nicht-überlappender Elektrodenfinger
( Stummelfinger)
DK Dielektrikum
UB (transversaler) Überlappungsbereich
DKS Streifen (des Dielektrikums)
DKF Flecken (des Dielektrikums)
GB (transversaler) Gapbereich
RB (transversaler) Randbereich
REF Reflektor
RF Reflektorfinger
UBR Unscharfebereich
X, y, z Raumrichtungen

Claims

Patentansprüche
1. Wandler für akustische Wellen vom Typ SAW oder PSAW,
- aufgebaut auf einem Leckwellen-Substrat, das einen die Erzeugung von SAW begünstigenden Kristallschnitt aufweist
- mit zwei auf dem Substrat angeordneten
Elektrodenkämmen, die jeweils mit einer Buselektrode (BE) verbundene Elektrodenfinger (EF) aufweisen, wobei die beiden Elektrodenkämme so ineinander geschobenen angeordnet sind, dass sich deren
Elektrodenfinger (EF) in einem transversalen
Überlappungsbereich (UB) gegenseitig überlappen
- bei dem die Enden überlappender Elektrodenfinger (EF) eines ersten der Elektrodenkämme und die gegenüber liegenden Buselektrode (BE) des jeweiligen zweiten Elektrodenkamms oder die jeweiligen einander
gegenüberliegenden Enden überlappender und nicht- überlappender kurzer Elektrodenfinger (SF) in transversaler Richtung beabstandet sind, so dass dazwischen ein Gap (GP) ausgebildet ist
- bei dem ein Dielektrikum (DK) so auf dem Substrat
aufgebracht ist, dass das Gap (GP) vollständig damit ausgefüllt ist, der transversale Überlappungsbereich (UB) der Elektrodenfinger aber davon nicht bedeckt ist
- bei dem das Dielektrikum (DK) bezüglich Material und Schichtdicke so ausgewählt ist, dass eine akustische Welle im transversalen Überlappungsbereich (UB) und im Gapbereich (GB) annähernd die gleiche akustische
Impedanz erfährt und die akustische Welle im Gap- Bereich genauso schnell läuft wie innerhalb des Überlappungsbereichs . Wandler nach Anspruch 1,
bei dem das Dielektrikum (DK)
- in Form zweier paralleler Streifen (DKS)
strukturiert ist, die jeweils parallel zur
Längsrichtung des Wandlers verlaufen,
- den Gapbereich (GB) mit den auf gleicher
transversaler Höhe angeordneten Gaps (GP) überdeckt und
- den transversalen Überlappungsbereich (UB)
unbedeckt lässt.
Wandler nach Anspruch 2,
bei dem die Streifen des Dielektrikums (DKS) so breit sind, dass sie sich darüber hinaus über einen
Randbereich (RB) des Wandlers, der die nicht- überlappenden Stummelfinger (SF) umfasst, oder bis über die Buselektrode (BE) erstrecken.
Wandler nach Anspruch 1,
bei dem das Dielektrikum (DKF) in Form einzelner Flecken strukturiert ist, die die Elektrodenfinger (EF) mit gleicher oder erhöhter Breite über deren Enden hinaus verlängern.
Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche,
- bei dem das Dielektrikum (DK) S1O2 oder
Siliziumnitrid umfasst
- bei dem die Metallisierung der Elektrodenfinger (EF) AI, Cu oder Ti umfasst,
- bei dem die Metallisierung einen Mehrschichtaufbau aus den unterschiedlichen Bestandteilen in Reinform oder in Form von miteinander gebildeter Legierungen umfasst - bei dem die Höhe der Dielektrikumsschicht 10-500% der Höhe der Metallisierung entspricht.
6. Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche,
- bei dem das Dielektrikum (DK) S1O2 umfasst oder aus
S1O2 besteht
- bei dem die Höhe der Dielektrikumsschicht 50-150% der Höhe der Metallisierung entspricht. 7. Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche,
aufgebaut auf einem Substrat, das Lithiumtantalat umfasst .
8. Wandler nach Anspruch 7,
bei dem das Lithiumtantalat einen Kristallschnitt
LT WI rot YX aufweist, wobei WI den Schnittwinkel bezeichnet und wobei für WI gilt 39° WI < 46, wobei WI insbesondere aus 39°, 42° und 46° ausgewählt ist. 9. Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei dem der Überlappungsbereich (UB) eine Breite von weniger als 20λ aufweist, wobei λ die Wellenlänge der akustischen Welle ist, wobei die Apertur vorzugsweise zwischen 5λ und weniger als 20λ beträgt.
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