IT202100013004A1

IT202100013004A1 - Dispositivo risonatore

Info

Publication number: IT202100013004A1
Application number: IT102021000013004A
Authority: IT
Inventors: Gianluca Piazza; Álvarez Gabriel Vidal
Original assignee: Spectron Microsystems S R L
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2022-11-19
Also published as: CN117321914A; WO2022243908A3; WO2022243908A2

Description

DESCRIZIONE

Campo di applicazione dell?invenzione

[001] La presente invenzione trova collocazione nel settore tecnico dei dispostivi elettronici per la generazione ed il trattamento dei segnali elettrici ed ha per oggetto un dispositivo risonatore.

Stato della tecnica

[002] Come noto, nell?ambito dell?elettronica miniaturizzata ? richiesta la realizzazione di dispositivi atti a consentire il filtraggio dei segnali elettrici con fattori di forma particolarmente ridotti.

[003] Una tipica soluzione a questo genere di esigenze consiste nella realizzazione di risonatori acustici basati su film sottili di strati di materiale piezoelettrico.

[004] Questi risonatori acustici presentano una riduzione dimensionale consistente rispetto ai circuiti basati sulle controparti elettromagnetiche.

[005] I risonatori acustici basano il loro funzionamento sulla generazione ed il trattamento di onde acustiche ed una parte di tali circuiti vengono utilizzati per sintetizzare filtri a radiofrequenza (filtri RF).

[006] In particolare, esistono due principali classi di risonatori acustici utilizzati correntemente nei circuiti elettronici miniaturizzati, ad esempio in uso nella tecnologia radiomobile (4G e 5G).

[007] Una prima classe di risonatori ? rappresentata dai dispositivi acustici risonanti ad onde acustiche di superficie (SAW) i quali sono prevalentemente realizzati mediante strutture pi? semplici che possono essere ottenute ad un costo relativamente ridotto.

[008] I risonatori SAW vengono impiegati nei circuiti elettronici operanti a frequenze inferiori a 2 GHz.

[009] La seconda classe di risonatori ? costituita dai dispositivi acustici risonanti ad onde acustiche di massa (BAW). Questi dispositivi sono pi? complessi e costosi rispetto ai risonatori SAW e sono prevalentemente usati per impieghi a frequenze maggiori di 2 GHz.

[0010] Alcuni dispositivi BAW sono usati anche per frequenze inferiori a 2 GHz nel caso in cui i dati di progetto richiedano prestazioni elevate in termini di rendimento e di stabilit? rispetto alle derive termiche.

[0011] Gli standard 5G richiedono risonatori acustici che possano svolgere funzioni di filtraggio sopra i 3 GHz.

[0012] I nuovi standard Wi-Fi, infatti, richiedono anche l?utilizzo di sistemi filtraggio che operano tra 5 GHz e 7 GHz.

[0013] Lo spessore scelto per definire lo strato del film piezoelettrico e degli altri componenti del risonatore stabilisce la frequenza di risonanza dei dispositivi BAW.

[0014] I nuovi standard 5G creano svariati problemi alla tecnologia BAW in quanto per realizzare dispositivi filtranti che possano operare a frequenze superiori a 3 GHz ? necessario utilizzare film piezoelettrici estremamente sottili.

[0015] Inoltre, il filtraggio a radiofrequenza nei dispositivi elettronici attuali deve essere eseguito con fattori di forma molto piccoli.

[0016] Per questo motivo, vengono utilizzati risonatori acustici basati su film sottili di strati piezoelettrici i quali presentano il vantaggio di presentare una riduzione degli ordini di grandezza rispetto ai medesimi dispositivi elettromagnetici. C'? una grande classe di risonatori acustici che sono stati commercializzati per sintetizzare i filtri a RF.

[0017] I nuovi standard di comunicazione richiedono pertanto la realizzazione di dispositivi BAW basati su film molto sottili atte a consentirne l?uso a frequenze pi? alte rispetto a quelle correntemente in uso.

[0018] Ad esempio, dispositivi risonatori che operano con frequenze di funzionamento superiori a 5 GHz richiedono l'uso di film piezoelettrici intorno ai 300 nm.

[0019] Inoltre, il ridimensionamento degli elettrodi richiede l'uso di metalli con spessori inferiori a 100 nm.

[0020] Ad una riduzione cos? estrema degli spessori che compongono gli starti del dispositivo piezoelettrico ? associata un aumento delle perdite elettriche ed una riduzione significativa della potenza del segnale con cui il dispositivo pu? funzionare.

[0021] Un'ulteriore scalatura dimensionale per il funzionamento oltre a 10 GHz sarebbe proibitiva poich? ? difficile, con spessori cos? estremamente ridotti, impostare accuratamente la frequenza di funzionamento del dispositivo.

[0022] Di conseguenza, le perdite elettriche aumenterebbero notevolmente a scapito dell?efficienza complessiva del dispositivo risonatore.

Presentazione dell?invenzione

[0023] La presente invenzione intende superare gli inconvenienti tecnici sopra citati mettendo a disposizione un dispositivo risonatore che presenti una elevata efficienza anche quando opera in un range di frequenze particolarmente elevate.

[0024] In particolare, lo scopo principale della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un dispositivo risonatore formato da strati il cui spessore ? facilmente ottenibile con le attuali tecnologie di produzione.

[0025] Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un dispositivo risonatore che presenti costi di realizzazione particolarmente ridotti.

[0026] Un altro scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un dispositivo risonatore in grado di funzionare in maniera particolarmente precisa anche per frequenze molto elevate, anche superiori a 5 GHz o a 10 GHz.

[0027] Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un dispositivo risonatore che presenta caratteristiche elettriche costanti nel tempo, in grado cio? di risentire in maniera minima per effetto della variazione dei parametri ambientali, ad esempio la temperatura e l?umidit?.

[0028] Ancora, non ultimo scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un dispositivo risonatore configurato per consentire il filtraggio di segnali ai quali ? associata una elevata capacit? di dati.

[0029] Questi scopi, unitamente ad altri che saranno meglio chiariti nel seguito, sono raggiunti da un dispositivo risonatore del tipo in accordo alla rivendicazione 1.

[0030] Altri scopi che saranno meglio descritti nel seguito sono conseguiti da un dispositivo risonatore in accordo con le rivendicazioni dipendenti.

Breve descrizione dei disegni

[0031] I vantaggi e le caratteristiche della presente invenzione emergeranno chiaramente dalla seguente descrizione dettagliata di alcune configurazioni preferite ma non limitative di un dispositivo acustico con particolare riferimento ai seguenti disegni:

- la Figura 1 comprende una vista dall?alto di una prima forma di configurazione di un dispositivo risonatore acustico in una versione schematizzata;

- la Figura 2 comprende una vista in sezione di un dispositivo secondo il trovato in una prima configurazione;

- la Figura 3 comprende una vista in sezione di un dispositivo secondo il trovato in una seconda configurazione.

Descrizione dettagliata dell?invenzione

[0032] La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo risonatore acustico del tipo utilizzato nel settore elettronico per generare e/o filtrare segnali elettrici aventi frequenza tale da ricadere all?interno di un intervallo predeterminato.

[0033] In particolare, il dispositivo risonatore acustico oggetto del presente trovato ? particolarmente adatto a promuovere la generazione/filtraggio di segnali elettrici che ricadono all?interno della banda delle radiofrequenze, tipicamente all?interno della banda compresa tra 1,5 GHz e 30 GHz.

[0034] L?espressione ?dispositivo risonatore acustico? utilizzata nel presente contesto si applica ai dispositivi elettronici oscillatori in grado di operare la trasduzione dei segnale elettrici in onde meccaniche (denominate onde acustiche) che si generano all?interno del dispositivo stesso per effetto di una deformazione dimensionale (o vibrazione meccanica) dei componenti.

[0035] I dispositivi risonatori acustici, pertanto, operano secondo il principio di funzionamento basato sulla propagazione al loro interno di onde meccaniche (dette anche onde acustiche) che presentano ampiezza e andamento predeterminato. Attraverso la propagazione di tali onde acustiche ? possibile generare, ai capi di corrispondenti elettrodi associati al risonatore, segnali elettrici aventi caratteristiche predeterminate.

[0036] E? pertanto possibile definire il dispositivo risonatore come un apparato atto a trasdurre il segnale elettrico presente ai capi degli elettrodi in onde acustiche che si propagano all?interno del dispositivo (e viceversa).

[0037] Un tale comportamento pu? essere sfruttato per realizzare oscillatori elettronici, ovvero dispositivi atti a generare segnali elettrici periodici centrati su una banda di frequenza predeterminata.

[0038] In alternativa, il dispositivo risonatori possono anche essere utilizzati per realizzare elementi elettrici filtranti atti a fornire in corrispondenza delle loro uscite una porzione dello spettro in frequenza associato al segnale applicato in ingresso (ad. esempio un filtro passa banda selettivo, un filtro passa alto o passa basso, un filtro elimina banda etc.).

[0039] Il dispositivo risonatore oggetto del presente trovato, indicato nelle Figure allegate con il numero di riferimento 1, ? progettato per essere prevalentemente utilizzato come elemento filtrante nell?ambito degli apparati a radiofrequenza utilizzati nella tecnologia 5G e nei nuovi standard ad essa collegati.

[0040] In particolare, le Figure dalla 1 alla 3 illustrano un risonatore 1 progettato per operare nella banda di frequenza superiore a 5 GHz ed in particolare superiore a 10 GHz.

[0041] Resta tuttavia inteso che tali configurazioni del trovato sono solo esemplificative e le caratteristiche tecniche innovative descritte nel seguito potranno essere riprodotte anche in altre tipologie di risonatori RF che operano in bande diverse da quelle sopra citate.

[0042] Inoltre, il risonatore acustico 1 descritto nel seguito potr? essere utilizzato anche come oscillatore e/o come elemento filtrante per intervalli di frequenze diversi da quelle indicate e non obbligatoriamente rientranti all?interno della banda delle radiofrequenze.

[0043] Il risonatore acustico 1 oggetto dell?invenzione presenta una struttura stratiforme ottenuta mediante la sovrapposizione di strati di materiale di vario tipo.

[0044] Una sezione di tale struttura ? visibile in Figura 2 e Figura 3 mentre la forma in pianta di tali strati, visibile in Figura 1, potr? essere diversa a seconda delle caratteristiche di progetto o dell?ambiente di installazione del dispositivo 1.

[0045] Nelle Figure 2 e 3 sono illustrate differenti geometrie di dispositivi risonatori ottenuti modificando la forma in pianta dei vari strati.

[0046] Il dispositivo 1 comprende anzitutto uno strato di materiale piezoelettrico 2 che si estende tra una coppia di facce di estremit? 3, 4.

[0047] Questo strato 2 potr? presentare una forma in geometrica in pianta corrispondente ad un poligono regolare di n lati (ad esempio un quadrato, un rettangolo, un trapezio o qualsiasi altro poligono.

[0048] Opportunamente, il materiale piezoelettrico 2 sar? del tipo monocristallino o pilicristallino e potr? essere scelto all?interno del gruppo comprendete uno dei seguenti materiali: nitruro di alluminio, niobato di litio, tantalio di litio, quarzo, ossido di zinco, titanato zirconato di piombo, ed altri materiali dalle propriet? elettro-meccaniche similari a questi.

[0049] Inoltre, il materiale utilizzato per realizzate lo strato piezoelettrico 2 potr? essere scelto anche all?interno dei materiali basati su quelli sopra indicati ma ottenuti con diversi valori di drogaggio.

[0050] Opportunamente, lo strato di materiale piezoelettrico 2 potr? presentare uno spessore s2 predeterminato compreso tra 100 nm e 5000nm.

[0051] Inoltre, lo spessore s2 dello strato piezoelettrico 2 potr? essere proporzionale alla lunghezza d?onda ? del segnale acustico generata dallo stesso, ad esempio questo spessore potr? essere pari alla met? di tale lunghezza d?onda (?/2).

[0052] Il dispositivo risonatore 1 comprende inoltre uno o pi? strati aggiuntivi posti direttamente a contatto con una corrispondente faccia 3, 4 (o con le corrispondenti facce 3, 4) dello strato di materiale piezoelettrico 2.

[0053] La caratteristica principale di questo strato aggiuntivo, indicato nei disegni con il numero di riferimento 5, ? di essere realizzato con un materiale metallico o una lega di materiale metallico.

[0054] Questa caratteristica, unita ad altre propriet? indicate nel seguito, consente a questo strato di materiale metallico 5 di svolgere due funzioni:

- in primo luogo tale strato 5 costituisce un elettrodo per il dispositivo risonatore in grado di eccitare lo strato di materiale piezoelettrico 2 cos? da promuovere la generazione di un?onda acustica;

- in secondo luogo tale strato 5 costituisce anche un riflettore in grado di riflettere (almeno parzialmente) l?onda acustica generata dallo strato di materiale piezoelettrico 2.

[0055] Vantaggiosamente, le due funzioni sopra indiate (elettrodo e riflettore) sono svolte simultaneamente dallo strato di materiale metallico 5 posto direttamente su una (o entrambe) le facce 3, 4 materiale piezoelettrico 2.

[0056] La presenza di uno strato di materiale metallico 5 opportunamente progettato per essere posto direttamente a contatto con una faccia 3, 4 del materiale che forma lo strato piezoelettrico 2 consente di beneficiare di alcuni importanti vantaggi.

[0057] In generale, nei risonatori noti dallo stato dell?arte l?elettrodo non presenta propriet? riflettenti e pertanto questo elemento ? inglobato nella cavit? risonante del dispositivo.

[0058] Nel contesto della presente invenzione con l?espressione ?cavit? risonante? si intende uno spazio geometrico di dimensioni predeterminate all?interno del quale risiede la gran parte dell?energia associata all?onda meccanica prodotta durante l?oscillazione del materiale attivo, ovvero del materiale piezoelettrico 2.

[0059] In generale, l?energia associata all?onda acustica che risiede all?interno della cavit? risonante ? maggiore del 95% dell?energia totale generata dal materiale piezoelettrico ed associata a tale onda.

[0060] E? noto che il dispositivo risonatore funziona correttamente solamente nel caso in cui la cavit? risonante presenta dimensioni predeterminate scelte in funzione della lunghezza d?onda (generalmente un quarto di lunghezza d?onda oppure multipli di quarti d?onda).

[0061] Pertanto, gli spessori degli elettrodi sono ridotti il pi? possibile in modo tale da minimizzare il loro contributo all?interno della cavit? risonante, in questo modo lo spessore di tale cavit? risonante ? realizzato attraverso prevalentemente attraverso il contributo dello strato di materiale piezoelettrico.

[0062] Nel dispositivo risonatore oggetto del presente trovato l?elettrodo ? stato conglobato in uno strato metallico 5 che presenta l?ulteriore funzione di riflettere l?onda acustica generata dallo strato di materiale piezoelettrico 2.

[0063] In questa configurazione l?elettrodo non fa pi? parte della cavit? risonante (la quale sar? totalmente definita dallo spessore del materiale piezoelettrico) bens? tale componente viene ?annegato? all?interno dello strato 5 che funge anche da riflettore acustico.

[0064] I vantaggi di questa soluzione sono molteplici: in primo luogo, rispetto allo stato della tecnica noto, lo spessore s2 del materiale piezoelettrico pu? essere maggiore per il fatto che tutta la cavit? risonante ? costituita e definita solo da quest?ultimo (e non pi? dall?accoppiamento del materiale piezoelettrico con l?elettrodo).

[0065] Inoltre, lo spessore dell?elettrodo sar? nettamente superiore rispetto ai risonatori noti fino ad ora per il fatto che questi componenti devono ora osservare le dimensioni proprie dei riflettori i quali, come noto, presentano spessori pari ad un quarto di lunghezza d?onda o multipli della stessa.

[0066] Nell?esempio di dispositivo illustrato in Figura 2 e Figura 3, lo strato di materiale metallico 5 presenta uno spessore complessivo s5 sostanzialmente pari ad un quarto di lunghezza d?onda; come gi? descritto in precedenza l?elettrodo ? totalmente distribuito all?interno di tale strato e pertanto le sue dimensioni sono sostanzialmente pari ad un quarto di lunghezza d?onda

[0067] In una prima configurazione del dispositivo risonatore 1, lo strato di materiale metallico 5 atto a costituire sia l?elettrodo che il riflettore acustico pu? essere singolo e potr? quindi essere a contatto con una faccia 3, 4 dello strato di materiale piezoelettrico 2.

[0068] Questo esempio ? illustrato nel dispositivo di Figura 2 che contempla l?uso di un singolo strato metallico 5 posizionato sulla faccia inferiore 3 del materiale piezoelettrico 2.

[0069] Per consentire il corretto funzionamento del dispositivo, lo strato di materiale piezoelettrico 2 dovr? essere sempre interposto tra una coppia di elettrodi.

[0070] Nella configurazione illustrata in Figura 2 ed in Figura 3 ? previsto un secondo elettrodo, indicato con il numero di riferimento 6, realizzato con uno strato di materiale conduttore.

[0071] Questo elettrodo 6, tuttavia, non ? atto a definire un riflettore acustico e la sua funzione ? quindi del tutto simile a quella degli elettrodi gi? noti nello stato della tecnica.

[0072] Tale elettrodo 6 ? posto direttamente a contatto con la faccia superiore 4 dello strato di materiale piezoelettrico 2.

[0073] Una diversa configurazione del dispositivo risonatore 1 oggetto del presente trovato pu? comprendere l?utilizzo di una pluralit? di strati di materiale metallico 5.

[0074] Ad esempio, potranno essere previsti due strati di materiale metallico 5 ognuno dei quali disposto da parte opposta rispetto allo strato di materiale piezoelettrico 2.

[0075] Lo strato di materiale piezoelettrico 2 ? quindi interposto a sandwich tra due strati di materiale metallico 5 posti direttamente a contatto con le rispettive facce 3, 4 dello stesso.

[0076] Questa configurazione non ? illustrata nelle figure.

[0077] In alternativa, il dispositivo risonatore 1 potr? comprendere una pila di strati di materiali metallici 5, ovvero una pluralit? di strati metallici 5 reciprocamente sovrapposti l?uno all?altro.

[0078] Il primo strato 5 della pila sar? quindi posto direttamente a contatto con una faccia 3 dello strato di materiale piezoelettrico 2.

[0079] Questa configurazione ? illustrata in Figura 3.

[0080] In questo caso l?elettrodo sar? sostanzialmente distribuito in tutto lo spessore della pila di strati di materiale metallico 5 in quanto ognuno di loro presenta propriet? conduttive.

[0081] Inoltre, ciascun strato metallico 5 della pila avr? inoltre funzione di riflettore e pertanto la sovrapposizione degli strati consente di ottenere una cascata di specchi acustici ognuno dei quali atto a riflettere una porzione dell?onda acustica incidente che si propaga a partire materiale piezoelettrico 2.

[0082] Come meglio illustrato in Figura 1, lo strato di materiale metallico conduttivo 5 che funge da elettrodo potr? presentare dimensioni tali da ricoprire totalmente o parzialmente la faccia di estremit? 3, 4 del materiale piezoelettrico 2 sulla quale ? posto a contatto.

[0083] Opportunamente, come meglio illustrato in Figura 1, lo strato di materiale metallico 5 potr? presentare dimensioni tali da ricoprire solo una parte della faccia di estremit? 3, 4 del materiale piezoelettrico 2.

[0084] Se allo strato di materiale metallico 5 che funge da elettrodo ? applicato un segnale elettrico, quest?ultimo ? atto a promuovere l?eccitazione della sola zona del materiale piezoelettrico 2 sottesa dallo strato di materiale metallico 5, ovvero della zona del materiale piezoelettrico 2 che sta al di sotto dello strato metallico 5.

[0085] In altre parole, la porzione del materiale piezoelettrico 2 ricoperta dallo strato di materiale metallico 5 che funge da elettrodo rappresenta l?unica parte del materiale stesso atta a generare l?onda acustica. Questa onda acustica, quindi, si propagher? verso l?esterno a partire dalla sola porzione della faccia del materiale piezoelettrico 3, 4 che si trova nello stato di eccitazione (e che corrisponde alla zona della faccia 3, 4 ricoperta con lo strato di materiale metallico 5).

[0086] In generale, lo strato di materiale metallico 5 che funge da elettrodo presenta estensioni laterali maggiori di quelle della faccia di estremit? 3, 4 del materiale piezoelettrico 2 cos? da definire opportune appendici 7 atte ad essere collegate con altri circuiti elettricamente connessi al risonatore.

[0087] In particolare, le appendici potranno essere sostanzialmente bidimensionali ed espandersi lungo il loro sviluppo tra una estremit? 8 di dimensioni ridotte (atta ad essere sovrapposta sulla faccia 3, 4 dello strato di materiale piezoelettrico 2) ed una estremit? opposta 9, sporgente dallo strato di materiale piezoelettrico 2, ed avente di dimensioni massime destinata ad essere collegata con altri circuiti elettrici o elettronici.

[0088] La forma in pianta dello strato di materiale metallico 5 potr? essere sostanzialmente poligonale (ad esempio un poligono regolare o un poligono non regolare) oppure potr? prevedere almeno una porzione circolare o semicircolare, come meglio visibile in Figura 1.

[0089] Opportunamente, lo strato di materiale piezoelettrico 2, infatti, presenta caratteristiche fisiche sostanzialmente isotropiche rispetto alle due facce di estremit? 3, 4.

[0090] Di conseguenza, l?eccitazione del materiale piezoelettrico 2 (ad esempio mediante l?applicazione di un segnale elettrico alla coppia di elettrodi) promuover? la generazione di due onde meccaniche sostanzialmente uguali tra loro che si propagano lungo una direzione perpendicolare Z alle facce 3, 4 ma con versi di propagazione opposti.

[0091] Come gi? accennato in precedenza onde acustiche generate dalla vibrazione indotta sul materiale piezoelettrico 2 tendono ad essere ?trattenute? all?interno del dispositivo 1 mediante l?ausilio di una pluralit? di riflettori disposti da parte opposta rispetto alle facce del materiale piezoelettrico.

[0092] Il trattenimento dell?onda all?interno degli strati del dispositivo 1 consente di innescare una condizione di risonanza tale da promuovere la generazione un?onda acustica stazionaria.

[0093] La frazione dell?onda stazionaria oscillante che si trasmette progressivamente tra i vari strati (e non viene riflessa) rappresenta le perdite del dispositivo risonatore 1.

[0094] Naturalmente il dispositivo 1 sar? progettato in modo tale da minimizzare questo genere di perdite e facilitare, invece, il mantenimento della condizione stazionaria dell?onda acustica.

[0095] Come noto, i riflettori acustici hanno la funzione di riflettere parzialmente l?onda meccanica generata dallo strato di materiale piezoelettrico 2 (e proveniente dalle facce 3, 4 dello stesso) in modo da mantenere il pi? possibile il dispositivo 1 nella condizione attiva di risonanza.

[0096] Nella presente descrizione nelle Figure 1 - 3, il numero di riferimento 5 indica sia lo strato metallico che il corrispondente elettrodo e riflettore acustico definito dallo stesso.

[0097] Ulteriori riflettori costituiti da ulteriori strati di materiale diversi dal metallo saranno indicati con il numero di riferimento 10 e verranno meglio introdotti nel seguito della presente descrizione.

[0098] E? ben nota dallo stato della tecnica dei risonatori 1 l?incapacit? da parte degli strati riflettori 5, 10 di riflettere totalmente l?onda acustica incidente, nella pratica le perdite di riflessione sono generalmente inferiori a 1% (ovvero il riflettore ? in grado di riflettere pi? del 99% dell?onda meccanica incidente e di trasmettere allo strato successivo mendo dell?1% di tale onda).

[0099] Gli strati realizzati in materiale metallico 5 svolgono anche la funzione di riflettore e per tale ragione essi potranno essere costituiti da una pluralit? di sotto-strati 11, 12 formati, rispettivamente, da un materiale metallico a bassa impedenza acustica e da un materiale metallico ad alta impedenza acustica.

[00100] Gli strati metallici 11 a bassa impedenza acustica potranno realizzati mediante film o leghe di uno o pi? uno dei seguenti materiali: rame ed alluminio.

[00101] Gli strati 12 ad alta impedenza acustica potranno essere realizzati mediante film o leghe di uno o pi? dei seguenti materiali: tungsteno, molibdeno, tantalio, nitruro di tantalio, oro, platino, rutenio, iridio e le leghe realizzate con tali materiali.

[00102] Opportunamente, ogni strato di materiale metallico atto a definire un riflettore potr? presentare un numero X di strati di materiale ad alta impedenza 12 ed un numero Y di strati di materiale a bassa impedenza 11.

[00103] Questa configurazione ? visibile nel dispositivo illustrato in Figura 3.

[00104] In particolare, il numero totale X di sotto-strati 12 di materiale ad alta impedenza ed il numero totale Y di sotto-strati 11 di materiale a bassa impedenza inclusi in un singolo riflettore metallico 5 potranno essere uguali tra loro (X = Y) oppure differenti (X ? Y).

[00105] Ad esempio, tali sotto-strati 11, 12 potranno, al minimo, essere presenti singolarmente (X = Y = 1) mentre il loro numero massimo potr? essere variabile e dettato da esigenze di tipo realizzative e/o progettuali.

[00106] Tuttavia, quando uno di tali sotto-strati 11, 12 ? presente in un numero maggiore rispetto all?unit? (X > 1 e/o Y > 1), la diposizione degli stessi sar? sempre alternata in modo tale che tra due strati della stessa tipologia sia presente uno strato della tipologia opposta.

[00107] Ad esempio, se X = 2 e Y =1, tra i due 12 sotto-strati metallici ad alta impedenza ? interposto il singolo sotto-strato metallico 11 a bassa impedenza, cos? come nel caso in cui X = Y = 4 il corrispondente riflettore 5 si compone dalla sovrapposizione di quattro coppie uguali ognuna formato da un sotto-strato metallico 12 ad alta impedenza accoppiato ad un sotto-strato metallico 11 a bassa impedenza.

[00108] Inoltre, i sotto-strati 11 a bassa impedenza e i sotto-strati 12 ad alta impedenza potranno presentare rispettivi spessori s11, s12 di valore predeterminato, lo spessore s5 del corrispondente riflettore metallico secondo 5 sar? quindi determinato dalla somma degli spessori s11, s12 dei sotto-strati metallici 11, 12 a bassa e alta impedenza che lo compongono.

[00109] Lo spessore s12 dei sotto-strati metallici 12 di materiale ad alta impedenza e lo spessore s11 dei sotto-strati metallici 11 a bassa impedenza sono variabili in funzione della frequenza dell?onda acustica generata dallo strato di materiale piezoelettrico 2.

[00110] In particolare, lo spessore s11, s12 di ogni sotto-strato 11, 11 di materiale ad alta e/o a bassa impedenza acustica potr? essere scelto in modo da essere proporzionali ad una frazione del periodo dell?onda acustica ? che si propaga all?interno degli stessi.

[00111] L?onda acustica si propaga nel corrispondente sotto-strato metallico 11, 12 con una velocit? di propagazione predeterminata, tale velocit? ? variabile in funzione della tipologia di materiale utilizzato per realizzare il medesimo sotto-strato.

[00112] Pertanto, ogni sotto-strato 11, 12 definisce un proprio tempo di propagazione dell?onda acustica. Questo tempo pu? essere definito come l?intervallo temporale che impiega ogni punto dell?onda acustica a percorrere lo spessore che separa le superfici di estremit? del corrispondente sotto-strato 11, 12.

[00113] In altre parole, il tempo di propagazione potr? essere calcolato come il rapporto tra lo spessore s11, s12 del corrispondente sotto-strato 11, 12 e la velocit? di propagazione dell?onda acustica all?interno del medesimo strato.

[00114] Opportunamente, lo spessore s11, s12 del sotto-strato metallico 11, 12 potr? essere quindi selezionato in modo tale che, durante il tempo di propagazione calcolato come sopra descritto, attraverso le superfici di estremit? del materiale si propaga una porzione predefinita del periodo dell?onda acustica-[00115] Ad esempio, lo spessore s11 del sotto-strato 11 a bassa impedenza acustica e lo spessore s12 dello strato 12 ad alta impedenza acustica potranno essere scelti in modo da consentire la propagazione di un quarto di periodo (?/2) o tre-quarti di periodo (3/2?).

[00116] Opportunamente, in aggiunta allo strato/i di materiale metallico, il dispositivo potr? comprendere anche uno o pi? strati riflettori 10 realizzati in materiale isolante.

[00117] Anche in questo caso, gli strati riflettori 10 realizzati con in materiale isolante potranno comprendere un primo sotto-strato 13 in materiale isolante a bassa impedenza acustica ed un secondo sotto-strato 14 di materiale isolante ad elevata impedenza acustica.

[00118] Anche per i riflettori 10 realizzati con materiale isolante valgono le medesime considerazioni gi? indicate ai paragrafi precedenti (per quanto concerne la configurazione del riflettore metallico 5) in relazione al posizionamento dei sotto-strati 13, 14, al numero e allo spessore di tali sotto-strati 13, 14.

[00119] Opportunamente, il sotto-strato di materiale isolante 13 a bassa impedenza acustica potr? essere scelto all?interno del gruppo comprendente biossido di silicio, vetro spin-on, ossido di tellurio, ossicarburo di silicio.

[00120] Inoltre, il sotto-strato di materiale isolante 14 ad elevata impedenza acustica potr? essere scelto all?interno del gruppo comprendente nitruro di alluminio e rispettivi ossidi di tungsteno, platino, molibdeno, rutenio.

[00121] Il dispositivo potr? inoltre comprendere, due strati 15 di materiale isolante con una ridotta bassa impedenza acustica.

[00122] Gli strati 15 non hanno propriet? riflettenti, e potranno ad esempio essere ottenuti a partire da un film sottile di uno dei seguenti materiali: biossido di silicio, ossido di silicio, ossido di tellurio, vetro spin-on e altri materiali basati su questi ma che presentano l?aggiunta di droganti o di impurit?.

[00123] Opportunamente, lo spessore s15 di questi strati 15 a bassa impedenza acustica potr? essere compreso 50nm e 10?m.

[00124] In particolare, lo spessore s15 degli strati 15 a bassa impedenza acustica sar? variabile in funzione dello spessore s2 dello strato di materiale piezoelettrico 2.

[00125] Ad esempio, se lo strato di materiale piezoelettrico 2 presenta uno spessore s2 all?incirca pari alla met? della lunghezza dell?onda acustica (?/2), gli strati 15 di materiale a bassa impedenza acustica potranno presentare uno spessore s15 sostanzialmente pari ad una frazione e multipli di tale lunghezza dell?onda (un quarto di lunghezza ?/4, d?onda, tre-quarti di lunghezza d?onda 3?/4, etc.).

[00126] La funzione di questi strati 15 a bassa impedenza acustica ? anzitutto quella di compensare le derive termiche a cui ? soggetto lo strato di materiale piezoelettrico 2.

[00127] Come noto, la frequenza (e/o la banda) di oscillazione associata al materiale piezoelettrico 2 varia in funzione della temperatura presente nell?ambiente in cui ? collocato tale strato.

[00128] Questa condizione ? definita nel settore tecnico dei risonatori con l?espressione ?coefficiente di temperatura della frequenza / temperature coefficient of frequency? la quale indica la variazione della frequenza in funzione della temperatura (generalmente la frequenza varia qualche decina di milionesimo delle frequenza normalizzata per ogni unit? di grado centigrado). Il coefficiente di temperatura della frequenza, pertanto, ? un parametro che esprime la variazione in milionesimi (ovvero su cala pari a 10<-6 >del valore in Hz della frequenza di lavoro).

[00129] La frequenza ad un coefficiente di temperatura ? negativa quando, all?aumentare di temperatura, la frequenza di oscillazione decresce.

[00130] La frequenza ad un coefficiente di temperatura ? invece positiva quando, all?aumentare della temperatura, la frequenza di oscillazione subisce un incremento.

[00131] In generale, i materiali piezoelettrici 2 presentano una frequenza negativa ad un coefficiente di temperatura all?interno di tutto il range di funzionamento del materiale stesso (ovvero la frequenza di oscillazione ? esclusivamente decrescente all?aumentare della temperatura).

[00132] Per tale ragione, la coppia di strati 15 di materiale a bassa impedenza acustica presenta una frequenza positiva ad un coefficiente di temperatura, ovvero la loro struttura interna ? tale da promuovere un aumento della frequenza di funzionamento all?aumentare della temperatura.

[00133] In questo modo l?assieme realizzato dallo strato di materiale piezoelettrico 2 e strati a bassa impedenza 15 sar? tale da presentare una ridotta deriva termica (riferita alla frequenza di funzionamento).

[00134] In particolare, il cambiamento della frequenza di oscillazione associata allo strato piezoelettrico 2 (provocate dalla variazione temperatura) vengono sostanzialmente annullate (o fortemente ridotte) per effetto di una variazione sulla frequenza di segno opposto associata al comportamento degli strati 15 di materiale a bassa impedenza.

[00135] Inoltre, per effettuare questa compensazione ? necessario inserire due distinti strati di materiale a bassa impedenza 15 ognuno dei quali ? rivolto verso la rispettiva faccia 3, 4 dello strato di materiale piezoelettrico 2.

[00136] Inoltre, il risonatore pu? essere ancorato ad un substrato base 16 preferibilmente realizzato in un materiale atto a presentare una elevata impedenza acustica. Ad esempio, tale substrato base 16 potr? essere scelto tra i seguenti materiali: silicio, carburo di silicio, zaffiro, niobato di litio, tantalato di litio, vetro, quarzo, nitruro di alluminio e diamante.

[00137] Opportunamente, gli insegnamenti descritti in relazione al presente trovato possono essere applicati anche a risonatori progettati per operare con armoniche del modo fondamentale (dove in questo caso il modo fondamentale corrisponde ad uno dei modi attenuati).

[00138] La presente invenzione ? realizzabile in altre varianti tutte rientranti nell?ambito delle caratteristiche inventive rivendicate e descritte; tali caratteristiche tecniche possono essere sostituite da diversi elementi tecnicamente equivalenti ed i materiali impiegati; le forme e le dimensioni del trovato possono essere qualsiasi purch? compatibili con il suo uso.

[00139] I numeri ed i segni di riferimento inseriti nelle rivendicazioni e nella descrizione hanno il solo scopo di aumentare la chiarezza del testo e non devono essere considerati come elementi che limitano l?interpretazione tecnica degli oggetti o processi identificati dagli stessi.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Un dispositivo risonatore, comprendente:

- uno strato di materiale piezoelettrico (2) provvisto di una coppia di facce di estremit? (3, 4), detto strato di materiale piezoelettrico (2) essendo atto a generare selettivamente un?onda acustica che si propaga a partire dalle sue facce di estremit? (3, 4);

- almeno uno strato di materiale metallico (5) posto direttamente a contatto con una corrispondente faccia (3, 4) di detto materiale piezoelettrico (2);

in cui detto almeno uno strato di materiale metallico (5) ? atto a definire un elettrodo interagente con la corrispondente faccia (3, 4) di detto strato di materiale piezoelettrico (2) in modo da provocarne l?eccitazione e la conseguente generazione dell?onda acustica;

ed in cui detto strato di materiale metallico (5) ? atto a definire un riflettore atto a riflettere almeno parzialmente l?onda acustica generata da detto materiale piezoelettrico (2).

2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno uno strato metallico (5) ? costituito da almeno una coppia di sotto-strati metallici (11, 12) reciprocamente accoppiati, un primo (11) sotto-strato di detta coppia essendo realizzato con un materiale metallico a bassa impedenza acustica ed il secondo (12) sotto-strato di detta coppia essendo realizzato con un materiale metallico ad elevata impedenza acustica.

3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il materiale utilizzato per realizzare il primo (11) sotto-strato metallico a bassa impedenza acustica potr? essere scelto all?interno del gruppo comprendente l?alluminio, il rame, e le leghe realizzate con tali materiali.

4. Dispositivo secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che il materiale utilizzato per realizzare il secondo (12) sotto-strato metallico ad alta impedenza acustica potr? essere scelto all?interno del gruppo comprendente tungsteno, molibdeno, tantalio, nitruro di tantalio, oro, platino, rutenio, iridio e le leghe realizzate con tali materiali.

5. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un singolo strato di materiale metallico (5) posto direttamente su una singola faccia (4) di detto materiale piezoelettrico (2), essendo inoltre previsto un elettrodo metallico (6) posto direttamente sull?altra faccia di estremit? (3) di detto strato di materiale piezoelettrico .

6. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni dalla 1 alla 4, caratterizzato dal fatto di comprendere una coppia di strati di materiale metallico (5) ognuno dei quali ? posto direttamente su una corrispondente faccia (3, 4) di detto materiale piezoelettrico (2).

7. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralit? di strati di materiale metallici (5) reciprocamente sovrapposti in maniera da formare una pila, il primo strato metallico (5) di detta pila essendo posto direttamente a contatto con una corrispondente faccia (3, 4) di detto materiale piezoelettrico (2).

8. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto almeno uno strato metallico (5) presenta un?estensione maggiore di quella della faccia di estremit? (3, 4) di detto strato di materiale piezoelettrico (2) in modo da sporgere almeno parzialmente da quest?ultimo.

9. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto almeno uno strato metallico (5) presenta una forma in pianta sostanzialmente poligonale.

10. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la forma in pianta di detto almeno uno strato metallico presenta una porzione almeno parzialmente circolare o semicircolare.

11. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere uno o pi? riflettori (10) realizzati in materiale isolante ed atti a riflettere almeno parzialmente l?onda acustica generata da detto strato di materiale piezoelettrico (2).

12. Dispositivo secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che ognuno di detti riflettori (10) ? costituito da un primo sotto-strato (13) di materiale isolante a bassa impedenza acustica accoppiato ad un secondo sotto-strato (14) di materiale isolante ad elevata impedenza acustica.

13. Dispositivo secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detto primo sotto-strato (13) di materiale isolante a bassa impedenza acustica potr? essere scelto all?interno del gruppo comprendente biossido di silicio, vetro spin-on, ossido di tellurio, ossicarburo di silicio.

14. Dispositivo secondo la rivendicazione 12 o 13, caratterizzato dal fatto che detto secondo sotto-strato (14) di materiale isolante ad elevata impedenza acustica potr? essere scelto all?interno del gruppo comprendente nitruro di alluminio e rispettivi ossidi di tungsteno, platino, molibdeno, rutenio.