WO2007059741A1 - Mit geführten akustischen wellen arbeitendes bauelement - Google Patents

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WO2007059741A1
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layer
adjustment
component according
piezoelectric
electrodes
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PCT/DE2006/002034
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Werner Ruile
Markus Hauser
Ulrike RÖSLER
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Epcos Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/0222—Details of interface-acoustic, boundary, pseudo-acoustic or Stonely wave devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks

Definitions

  • One problem to be solved is to specify a component operating with guided acoustic waves, which is characterized by a low temperature response.
  • the layer system comprises a piezoelectric layer, electrodes disposed thereon and a dielectric layer having a relatively low acoustic impedance Z a o.
  • the layer system comprises an adjustment layer with a relatively high acoustic impedance Z a 2. The following applies: Z a2 / Z a0 > 1.5.
  • the adjustment layer is spaced from the piezoelectric layer.
  • the distance range is a range in which a certain minimum distance is maintained between the adjustment layer and the piezoelectric layer.
  • the minimum distance is, for example, 50 nm. In an advantageous variant, the minimum distance is 80 nm.
  • the adjustment layer is preferably spaced from the piezoelectric layer by a layer whose acoustic impedance is less than 1, 5Z a0 .
  • This layer can vary depending on Embodiment be formed by an electrode layer or the dielectric layer.
  • the acoustic impedance of the adjustment layer is preferably larger than that of the piezoelectric layer.
  • the adjustment layer preferably represents a layer with the highest acoustic impedance.
  • the electrodes include a first electrode layer disposed between the piezoelectric layer and the adjustment layer.
  • Z al of the first electrode layer is preferably: 0.5 ⁇ Z a i / Z a0 ⁇ 1.5.
  • Z a2 / Z a0 > 2.5.
  • the adjustment layer significantly affects the acoustic reflection of the wave.
  • the adjustment of the elevation of the adjustment layer which is decisive for the acoustic reflection of the acoustic wave to be excited in the component, with respect to the piezoelectric layer allows the adjustment of an advantageous vertical energy density profile of the acoustic wave, so that predetermined properties of the component with respect to a high electromechanical coupling and a low Temperaturgangs the center frequency can be achieved.
  • the piezoelectric layer is referred to simplifying as a piezoelectric layer.
  • the conductive device structures include electrodes and contact surfaces conductively connected thereto.
  • the electrodes are formed as strips which extend perpendicular to the propagation direction of the acoustic wave to be excited in the component.
  • An array of electrodes realizes at least one electroacoustic transducer. The acoustic wave is excited in the transducer between two successive electrodes, which are connected to different electrical potentials.
  • the layer system comprises a core region and two cladding layers, between which the core region is arranged.
  • the propagation velocity in the cladding layers is greater than that in the core region.
  • the difference in propagation velocities between the core region and the respective cladding layer may be e.g. B. 20% or more.
  • Such a layer sequence of the layer system is suitable as a waveguide for the guided acoustic wave, which propagates parallel to the orientation of the layers and perpendicular to the strip-shaped electrodes of a transducer in which it is excited.
  • the piezoelectric layer preferably forms one of the cladding layers of the waveguide.
  • the cladding layer may also have a layer composite which has a preferably relatively thin - z.
  • As a Si substrate comprises.
  • the core region is formed in a variant by a single layer, namely the adjustment layer.
  • the core region comprises a layer sequence, - A -
  • the adjusting layer and at least one further layer, for. B. the dielectric layer at a low speed of the shaft comprises.
  • the smallest propagation velocity is found in the core region, where the acoustic wave is mainly concentrated.
  • This region is formed in a variant mainly by the adjustment layer, which is preferably formed in this case as a continuous layer.
  • the adjustment layer can also have a plurality of sub-layers arranged one above the other and comprise or form an electrode layer.
  • the Einstell für can also in this case z. B. be structured according to the shape of electrodes.
  • the core region comprises the adjustment layer and the dielectric layer or at least regions of the dielectric layer.
  • the adjustment layer has, for example, structures that are structured, for example, according to the shape of electrodes.
  • the core region includes, for example, spaced-apart structures of the adjustment layer and regions of the dielectric layer that fill the interstices formed between the adjustment layer structures.
  • the adjustment layer is structured in a variant in the region of at least one transducer and / or reflector such that strip-shaped interruptions of this layer form a kind of acoustic reflector, since there is an impedance discontinuity and consequently reflection of at least a portion of the wave at each discontinuity of the adjustment.
  • These interruptions extend perpendicular to the propagation direction of the shaft and can be above or between electrodes be arranged the electrodes.
  • the periodicity of the arrangement of breaks is preferably substantially the same as that of the electrodes of the respective transducer or reflector.
  • the propagation velocity of the wave in the dielectric layer is smaller in one variant than in the two cladding layers.
  • the propagation speed of the shaft in the dielectric layer is greater than in the adjustment layer, and is preferably chosen such that it can form one of the cladding layers or at least one sub-layer of this cladding layer.
  • the waveguide region forms the core region of a waveguide and is disposed between two waveguide cladding layers with a higher acoustic propagation velocity than the core region.
  • the propagation velocity is higher in the cladding layers than in the alignment layer and possibly higher than in the dielectric layer.
  • One of these cladding layers is formed by the piezoelectric layer and the other layer by a cover layer described below.
  • the adjustment layer comprises in an advantageous variant at least one metal layer with high acoustic impedance, the z.
  • tungsten, molybdenum, gold u. contains a.
  • the adjustment layer can be formed by a plurality of different partial layers, which all have a high acoustic impedance and form a layer composite. Instead of just one adjustment layer, it is also possible to provide a plurality of adjustment layers which are separated from one another by a layer with a low impedance Z ⁇ Z a2 . With several adjustment layers, all electrically conductive tend or all be electrically insulating. It is also possible that at least one of the adjustment layers is electrically conductive and at least one further of the adjustment layers is electrically insulating.
  • the dielectric layer has in a variant a relatively high acoustic impedance, the z. B. is at least 20% greater than that of the piezoelectric layer may be.
  • the core region of the waveguide is formed by the adjustment layer and the dielectric layer.
  • the dielectric layer in one variant has a relatively low acoustic impedance Z a i, the z. B. is at least 20% lower than that of the adjustment layer.
  • the impedance Zai is substantially equal to the impedance Z a0 of the piezoelectric layer or lower.
  • the second cladding layer of the waveguide may be formed by the dielectric layer.
  • the second cladding layer of the waveguide comprises a composite of the dielectric layer and another layer having a high acoustic velocity which is at least 10% higher than that in the adjustment layer.
  • the core region has a layer sequence whose terminal layers have a low propagation velocity, wherein at least one layer arranged between the terminal layers has a higher propagation velocity.
  • a further adaptation of the wave profile is possible. This is the case, for example, with a continuously formed, electrically insulating adjustment layer.
  • the acoustic energy of a GBAW in a device working with GBAW is mainly concentrated in the region where the wave is excited, ie, at the interface of the piezoelectric layer and the electrodes, and decays vertically in both directions. This decay is achieved by the waveguide structure, which determines a velocity profile in the vertical direction.
  • the acoustic wave is guided partially in the piezo layer and partly in the dielectric layer.
  • the energy density profile determines the proportion of the wave that propagates in the piezoelectric layer and the proportion of the wave that propagates in the dielectric layer.
  • the energy density profile of the acoustic wave depends on the distance between the piezoelectric layer and the adjustment layer. By increasing this distance, the wave component in the dielectric layer can be increased. Thereby, an energy density profile can be adjusted, which ensures a relatively high electromechanical coupling, at the same time a relatively low temperature response is achieved.
  • the adjustment layer is preferably electrically conductive.
  • the adjustment layer may alternatively be electrically insulating.
  • the electrodes are embedded between the piezoelectric layer and the dielectric layer.
  • the dielectric layer covers the electrodes and terminates in a variant with the piezoelectric layer.
  • the electrodes are covered by the adjustment layer with electrically insulating properties.
  • Each electrode defines in this case a distance range, so that a plurality of distance ranges are present. Outside the distance ranges, d. H. in areas lying between the electrodes, the adjustment layer lies directly on the piezoelectric layer.
  • a layer sequence comprising the electrodes and the adjustment layer is disposed between the piezoelectric layer and the dielectric layer.
  • the electrodes preferably have a second electrode layer which is formed by the adjustment layer.
  • the first electrode layer then constitutes a layer having a relatively low acoustic impedance and the second electrode layer is a layer having a relatively high acoustic impedance.
  • the adjustment layer serving as the second electrode layer is preferably structured in accordance with the first electrode layer.
  • the first electrode layer is arranged between the piezoelectric layer and the second electrode layer, so that the second electrode layer is spaced from the piezoelectric layer.
  • the thickness of the first electrode layer is preferably at least 50 nm. In an advantageous variant, this thickness is even higher than 100 nm.
  • the second electrode layer is embedded between the first electrode layer and the dielectric layer.
  • the first electrode layer is preferably arranged directly on the surface of the piezoelectric layer. It preferably serves as a conductive spacer between the piezoelectric layer and the adjustment layer. This can be electrically conductive as described above or electrically insulating in another variant.
  • the adjustment layer is arranged between the electrodes and the dielectric layer, wherein it is preferably embedded there.
  • the dielectric layer between the adjustment layer and the piezoelectric layer.
  • the adjustment layer is disposed between the dielectric layer and a cover layer explained below.
  • the adjustment layer preferably has a temperature response of the elastic constants opposite to that of the piezoelectric layer. Thus, a particularly low temperature coefficient of the device can be adjusted.
  • the distance between the piezoelectric layer and the adjustment layer is important for achieving a low temperature gradient.
  • the height of the first electrode layer is preferably selected such that a very low temperature characteristic of the center frequency of, for example, a maximum of 25 ppb / K is set in the component as a whole.
  • the relatively light first electrode layer comprises preferred example, a layer of aluminum or an Al alloy such. B. AlCu. Alternatively, it can be used for any metal whose acoustic impedance is less than Z a2 .
  • the acoustic impedance of the first electrode layer is maximally 2Z a0 , in an advantageous variant maximally l, 5Z a0 .
  • the relatively heavy second electrode layer or an electrically insulating adjustment layer, which is arranged on the electrodes, allows the use of arbitrarily light electrode layers z. B. as the first electrode layer, as a sufficient for the acoustic reflection impedance jump u. U. is ensured solely by the adjustment layer.
  • the relatively heavy second electrode layer preferably contains metallic tungsten or molybdenum.
  • the acoustic impedance is greater than 1, 5Z a / o.
  • gold or gold alloys in particular come into consideration.
  • the electrodes can also at least one further layer such.
  • the thickness of the dielectric layer is preferably on the order of one wavelength, but may be more than one wavelength. In an advantageous variant, it amounts to a few micrometers, for example up to 7 micrometers in the case of a component designed for approximately 1 GHz, or a maximum of five wavelengths. Since the temperature response of the component can be controlled by the use of an adjustment layer and in particular by the use of multilayer electrodes having an adjustment layer, the dielectric layer can now be made particularly thin. This has the advantage that the height of the component is low.
  • the dielectric layer preferably contains SiO 2 .
  • any dielectric materials come into consideration, which also have a negative temperature response of their elastic constants, for example, TeO 2 .
  • the piezoelectric layer may be in the form of a monocrystalline piezosubstrate whose thickness is at least ten wavelengths.
  • the piezoelectric substrate preferably contains LiTaO 3 or LiNbO 3 with a cutting angle giving high electromechanical coupling.
  • the piezoelectric layer may alternatively be formed by a thin growth layer disposed on a relatively thick non-piezoelectric growth substrate.
  • the layer system comprises a cover layer, which is preferably formed by an electrically nonconductive layer or an electrically insulating substrate.
  • the dielectric layer is disposed between the cap layer and the piezoelectric substrate.
  • the cover layer may be formed by a substrate whose thickness is at least ten wavelengths.
  • the cover layer comprises a substrate which contains elemental silicon and an electrically insulating passivation layer, with which the plated-through openings can be made. gene in the Si substrate are lined.
  • Organic polymers are also suitable as material for the cover layer or as passivation of a partially electrically conductive substrate.
  • FIG. 1 shows a GBAW component with a multilayer electrode which has an adjustment layer spaced apart from the piezo layer;
  • FIG. 2 shows a variant of the component presented in FIG. 1, in which the adjustment layer is arranged between two lighter electrode layers;
  • FIG. 3 shows a GBAW component in which the adjustment layer is arranged between the piezoelectric layer and a dielectric layer;
  • FIG. 4 shows a variant of the component presented in FIG. 3, in which the adjustment layer is arranged between the dielectric layer and a cover layer;
  • FIG. 5 shows a GBAW component in which the adjustment layer has recesses
  • FIG. 6 shows a variant of the component presented in FIG. 5, in which the adjustment layer is arranged with the recesses between the dielectric layer and a cover layer
  • FIG. 7 shows the plan view of a converter used in the GBAW component.
  • FIG. 1 shows a component with a waveguiding layer system 9 working with GBAW, which comprises a piezo layer 1, electrodes 3 arranged on the piezo layer, a dielectric layer 2 and a cover layer 4.
  • the electrodes 3 are assigned to an electroacoustic transducer shown in FIG. 7, in which an acoustic wave is excited.
  • the wave propagates in a lateral plane perpendicular to the electrodes.
  • first electrodes interconnected by conduction and second electrodes conductively connected to each other are arranged in an alternating sequence.
  • the distance between the left or alternatively right edges of the successive electrodes is referred to as pitch d.
  • the following applies preferably: ⁇ 2d.
  • a plurality of successive, optionally conductively connected electrodes can also form at least a part of an acoustic reflector in which no wave excitation takes place.
  • the reflectors serve z. B. to limit an acoustic track.
  • a reflector which is partially transparent to the acoustic wave can also be arranged in a transducer. Also in the area of the reflector, the use of an adjustment layer with the properties described above is advantageous.
  • the dielectric layer 2 is arranged between the piezoelectric layer 1 and the cover layer 4. It covers the electrical 3 and terminates with the piezoelectric layer 1, so that the electrodes 3 are embedded between the layers 1, 2.
  • the electrodes each have a first electrode layer 31 and a second electrode layer 32 z.
  • the first electrode layer 31 is arranged between the piezoelectric layer 1 and the second electrode layer 32.
  • the thickness of the first electrode layer 31 or the distance between the second electrode layer 32 and the piezo layer 1 is preferably at least 35 nm.
  • the thickness of the second electrode layer 32 is preferably at least 0.04 ⁇ , ie. H. 0,08d.
  • the second electrode layer 32 can be replaced by an electrically non-conductive adjustment layer with the same base area as the first electrode layer.
  • the thickness of the electrically non-conductive adjustment layer is preferably also at least 0.04 ⁇ , d. H. 0,08d.
  • FIG. 2 shows a variant of the component presented in FIG. 1, in which the adjustment layer, in this case the second electrode layer 32, is arranged between two lighter electrode layers 31, 33.
  • the electrode layers 31, 33 may be formed of the same material.
  • the upper electrode layer 33 may also include a conductive material different from that of the electrode layers 31 and 32.
  • the electrode layer 33 has a conductivity which preferably exceeds that of the remaining electrode layers.
  • This layer preferably contains Al and / or Cu. In a variant, this layer may be arranged between the first electrode layer 31 and the heavy electrode layer 32.
  • FIG. 3 shows a GBAW component in which the electrically non-conductive adjustment layer 51 covers the electrodes and otherwise terminates with the piezoelectric layer.
  • FIG. 4 shows a GBAW component in which the dielectric layer 2 is arranged between the piezoelectric layer 1 and an adjustment layer 51.
  • the adjustment layer 51 is disposed between the dielectric layer 2 and the cap layer 4.
  • the adjustment layer is preferably electrically insulating in this case.
  • the adjustment layer 32, 51 has the highest acoustic impedance in the layer system 9.
  • the adjacent layers - in Fig. 1 and 4, the piezoelectric layer 1 and the dielectric layer 2, in Fig. 5, the dielectric layer 2 and the cover layer 4 - have a lower Impedance so that they form a waveguide together with the adjustment layer.
  • the thickness of the dielectric layer 2 is preferably between 0.5 ⁇ and 5 ⁇ . In an advantageous variant, the thickness is at least ⁇ .
  • the wave decays within the dielectric layer, so that subsequent layers, in particular the cover layer 4, have only a relatively small influence on the desired wave propagation and therefore do not belong to the waveguide.
  • the layer system provides an asymmetric waveguide with only one impedance jump.
  • the cover layer since it is not needed to realize the waveguide, can be used for the realization of other component properties. It can be used in a variant of the passivation of the device as protection against moisture or as part of the housing of the device to increase the stability of the housing.
  • the covering layer 4 may comprise, for example, Si, glass, SiO 2 or SiN.
  • the cover layer 4 can be dispensed with given a sufficiently thick dielectric layer 2 whose thickness is at least one wavelength. ⁇ ,
  • FIG. 5 shows a GBAW component in which the adjustment layer 51 preferably has a recess 53 within the acoustic track in which the electrodes 3 of a transducer are arranged.
  • This recess is z. B. above the electrode 3 and preferably extends along this electrode.
  • Such strip-shaped recesses of the adjustment layer 51 can also be formed over other electrodes.
  • These interruptions of the adjustment layer additional reflection points for the acoustic wave are formed.
  • the wave is reflected at the additional reflection points, so that such a structured adjustment layer can form a reflector for the wave even without underlying electrodes.
  • the recesses 53 can even be dispensed with a reflector.
  • the recesses 53 like the electrodes 3, preferably form a substantially periodic arrangement.
  • the recesses 53 above the electrodes or offset with respect to the wave propagation direction, z. B. in a projection plane between the electrodes lie.
  • the adjustment layer 51 which has recesses 53, is preferably arranged between the dielectric layer 2 and a cover layer 4, as in FIG. 6.
  • the adjustment layer 32, 51 is structured in the variants according to FIGS. 1, 2, 4 and 5.
  • the adjustment layer 51 is designed as a large-area, coherent layer which, for example, has no interruptions in the electroacoustically active region of a transducer.
  • the adjustment layer 32, 51 is spaced apart from the piezoelectric layer 1 in at least one distance range.
  • the distance range is defined in the variants according to FIGS. 1, 2 for the adjustment layer 32 by the first electrode layer 31.
  • spacing regions 55 for the adjustment layer 51 are defined by the electrodes 3. Outside the spacing areas 55, d. H. in lying between the electrodes 3 areas, the adjustment layer is directly on the piezoelectric layer. 1
  • the distance range for the adjustment layer 51 is defined by the dielectric layer 2.
  • at least one of the layers 1, 2, 4 and 51 is structurally structured outside the acoustic tracks in order to make electrical contact with the electrodes 3 or conductively connected to these contact surfaces, around the electrodes on the exposed surface of the GBAW -Bus element lying connecting surfaces conductively connect.
  • the component may have further, not shown in the figures layers.
  • At least one further adjustment layer can be provided.
  • the first adjustment layer may be formed by an electrode layer 32 or another conductive layer.
  • the second adjustment layer is in an advantageous variant of the first adjustment layer z. B. spaced by the dielectric layer 2.
  • the second adjustment layer is preferably electrically insulating. It can alternatively be electrically conductive.
  • Each adjustment layer can in principle consist of several different partial layers. This also applies to the piezoelectric layer 1, the dielectric layer 2 and the cover layer 4.

Abstract

Es wird ein mit geführten akustischen Wellen arbeitendes Bauelement angegeben, das ein zur Wellenleitung geeignetes Schichtsystem (9) umfasst. Das Schichtsystem (9) umfasst eine piezoelektrische Schicht (1), darauf angeordnete Elektroden (3) und eine dielektrische Schicht (2), die eine relativ niedrige akustische Impedanz Z<SUB>a0</SUB> aufweist. Das Schichtsystem (9) umfasst zudem eine Einstellschicht (32, 51) mit einer relativ hohen akustischen Impedanz Z<SUB>a2</SUB> mit Z<SUB>a2</SUB>/Z<SUB>a0</SUB> > 1,5, die in mindestens einem Abstandsbereich (55) von der piezoelektrischen Schicht (1) beabstandet ist.

Description

Beschreibung
Mit geführten akustischen Wellen arbeitendes Bauelement
Mit geführten Volumenwellen arbeitende Bauelemente sind z. B. aus den Druckschriften DE 10325281 Al, US 2005/0099091 Al und US 6046656 bekannt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein mit geführten a- kustischen Wellen arbeitendes Bauelement anzugeben, das sich durch einen niedrigen Temperaturgang auszeichnet.
Es wird ein mit geführten akustischen Wellen arbeitendes Bauelement angegeben, das ein zur Wellenleitung geeignetes Schichtsystem umfasst . Das Schichtsystem umfasst eine piezoelektrische Schicht, darauf angeordnete Elektroden und eine dielektrische Schicht, die eine relativ niedrige akustische Impedanz Zao aufweist. Das Schichtsystem umfasst eine Einstellschicht mit einer relativ hohen akustischen Impedanz Za2. Es gilt: Za2/Za0 > 1,5. In mindestens einem Abstandsbereich ist die Einstellschicht von der piezoelektrischen Schicht beabstandet. Als Abstandsbereich wird ein Bereich bezeichnet, in dem zwischen der Einstellschicht und der piezoelektrischen Schicht ein bestimmter Mindestabstand eingehalten ist.
Der Mindestabstand beträgt beispielsweise 50 nm. In einer vorteilhaften Variante beträgt der Mindestabstand 80 nm.
Die Einstellschicht ist von der piezoelektrischen Schicht vorzugsweise durch eine Schicht beabstandet, deren akustische Impedanz kleiner ist als l,5Za0. Diese Schicht kann je nach Ausführung durch eine Elektrodenschicht oder die dielektrische Schicht gebildet sein.
Die akustische Impedanz der Einstellschicht ist vorzugsweise größer als diejenige der piezoelektrischen Schicht. Im Schichtsystem stellt die Einstellschicht vorzugsweise eine Schicht mit der höchsten akustischen Impedanz dar.
Die Elektroden umfassen eine erste Elektrodenschicht, die zwischen der piezoelektrischen Schicht und der Einstellschicht angeordnet ist. Für die akustische Impedanz Zal der ersten Elektrodenschicht gilt vorzugsweise: 0,5 < Zai/Za0 < 1,5.
In einer vorteilhaften Variante gilt: Za2/Za0 > 2,5. In einer vorteilhaften Variante gilt dabei: 0,5 < Zai/Za0 < 2,5.
Die Einstellschicht beeinflusst die akustische Reflexion der Welle erheblich. Die Einstellung der Höhenlage der Einstellschicht, die für die akustische Reflexion der im Bauelement anzuregenden akustischen Welle ausschlaggebend ist, gegenüber der piezoelektrischen Schicht erlaubt die Einstellung eines vorteilhaften vertikalen Energiedichteprofils der akustischen Welle, so dass vorgegebene Eigenschaften des Bauelements bezüglich einer hohen elektromechanischen Kopplung und eines niedrigen Temperaturgangs der Mittenfrequenz erzielt werden können .
Im Folgenden werden vorteilhafte Ausgestaltungen des angegebenen Bauelements erläutert. Die piezoelektrische Schicht wird dabei vereinfachend als Piezoschicht bezeichnet. Die leitfähigen Bauelementstrukturen umfassen Elektroden und leitend damit verbundene Kontaktflächen.
Die Elektroden sind als Streifen ausgebildet, die sich senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der im Bauelement anzuregenden akustischen Welle erstrecken. Eine Anordnung von Elektroden realisiert mindestens einen elektroakustischen Wandler. Die akustische Welle wird im Wandler zwischen zwei aufeinander folgenden Elektroden angeregt, die mit verschiedenen elektrischen Potentialen verbunden sind.
Das SchichtSystem umfasst einen Kernbereich und zwei Mantel- schichten, zwischen denen der Kernbereich angeordnet ist. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit in den Mantelschichten ist größer als diejenige im Kernbereich. Der Unterschied in Ausbreitungsgeschwindigkeiten zwischen dem Kernbereich und der jeweiligen Mantelschicht kann z. B. 20% oder mehr betragen. Eine solche Schichtenfolge des Schichtsystems ist als Wellenleiter für die geführte akustische Welle geeignet, die sich parallel zur Ausrichtung der Schichten und senkrecht zu den streifenförmigen Elektroden eines Wandlers ausbreitet, in dem sie angeregt wird.
Die piezoelektrische Schicht bildet vorzugsweise eine der Mantelschichten des Wellenleiters. Die Mantelschicht kann auch einen Schichtenverbund aufweisen, die eine vorzugsweise relativ dünn - z. B. < λ - ausgebildete piezoelektrische Schicht und eine weitere Schicht oder ein Substrat, z. B. ein Si-Substrat, umfasst.
Der Kernbereich ist in einer Variante durch eine einzige Schicht, und zwar die Einstellschicht, gebildet. Der Kernbereich umfasst in einer weiteren Variante eine Schichtenfolge, - A -
die die Einstellschicht und mindestens eine weitere Schicht, z. B. die dielektrische Schicht mit einer niedrigen Geschwindigkeit der Welle, umfasst .
Die kleinste Ausbreitungsgeschwindigkeit findet man im Kernbereich, in dem die akustische Welle hauptsächlich konzentriert ist. Dieser Bereich ist in einer Variante hauptsächlich durch die Einstellschicht gebildet, die in diesem Fall vorzugsweise als eine zusammenhängende bzw. durchgehende Schicht ausgebildet ist. Die Einstellschicht kann dabei auch mehrere übereinander angeordnete Teilschichten aufweisen und eine E- lektrodenschicht umfassen oder eine solche bilden. Die Einstellschicht kann aber auch in diesem Fall z. B. entsprechend der Form von Elektroden strukturiert sein.
Der Kernbereich umfasst in einer weiteren Variante die Einstellschicht und die dielektrische Schicht oder zumindest Bereiche der dielektrischen Schicht. Die Einstellschicht weist beispielsweise Strukturen auf, die beispielsweise entsprechend der Form von Elektroden strukturiert sind. Der Kernbereich umfasst beispielsweise voneinander beabstandete Strukturen der Einstellschicht und Bereiche der dielektrischen Schicht, welche die zwischen den Einstellschicht-Strukturen gebildeten Zwischenräume ausfüllen.
Die Einstellschicht ist in einer Variante im Bereich mindestens eines Wandlers und/oder Reflektors derart strukturiert, dass streifenförmige Unterbrechungen dieser Schicht eine Art akustischen Reflektor bilden, da es an jeder Unstetigkeit der Einstellschicht zu einem Impedanzsprung und folglich zur Reflexion mindestens eines Teils der Welle kommt. Diese Unterbrechungen erstrecken sich senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle und können oberhalb von Elektroden oder zwischen den Elektroden angeordnet sein. Die Periodizität der Anordnung von Unterbrechungen ist vorzugsweise im Wesentlichen dieselbe wie bei den Elektroden des jeweiligen Wandlers oder Reflektors .
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle in der dielektrischen Schicht ist in einer Variante kleiner als in den beiden Mantelschichten. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle in der dielektrischen Schicht ist in einer weiteren Variante größer als in der Einstellschicht und zwar vorzugsweise so gewählt, dass sie eine der Mantelschichten oder zumindest eine Teilschicht dieser Mantelschicht bilden kann.
Der Wellenführungsbereich bildet den Kernbereich eines Wellenleiters und ist zwischen zwei Wellenleiter-Mantelschichten mit einer gegenüber dem Kernbereich höheren akustischen Ausbreitungsgeschwindigkeit angeordnet. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist in den Mantelschichten höher als diejenige in der Einstellschicht und ggf. höher als in der dielektrischen Schicht. Eine dieser Mantelschichten ist durch die piezoelektrische Schicht und die andere Schicht durch eine nachstehend beschriebene Deckschicht gebildet.
Die Einstellschicht umfasst in einer vorteilhaften Variante mindestens eine Metallschicht mit hoher akustischer Impedanz, die z. B. Wolfram, Molybdän, Gold u. ä. enthält. Die Einstellschicht kann durch mehrere unterschiedliche Teilschichten gebildet sein, die alle eine hohe akustische Impedanz aufweisen und einen Schichtverbünd bilden. Anstelle nur einer Einstellschicht können auch mehrere Einstellschichten vorgesehen sein, die voneinander durch eine Schicht mit einer niedrigen Impedanz Z < Za2 getrennt sind. Bei mehreren Einstellschichten können je nach Ausführung alle elektrisch lei- tend oder alle elektrisch isolierend sein. Möglich ist auch, dass zumindest eine der Einstellschichten elektrisch leitend und zumindest eine weitere der Einstellschichten elektrisch isolierend ist.
Die dielektrische Schicht hat in einer Variante eine relativ hohe akustische Impedanz, die z. B. um mindestens 20% größer ist als diejenige der piezoelektrischen Schicht sein kann. In diesem Fall ist der Kernbereich des Wellenleiters durch die Einstellschicht und die dielektrische Schicht gebildet .
Die dielektrische Schicht hat in einer Variante eine relativ niedrige akustische Impedanz Zai, die z. B. um mindestens 20% niedriger ist als diejenige der Einstellschicht. Die Impedanz Zai ist beispielsweise im Wesentlichen gleich der Impedanz Za0 der piezoelektrischen Schicht oder niedriger. In diesem Fall kann die zweite MantelSchicht des Wellenleiters durch die dielektrische Schicht gebildet sein. Alternativ umfasst die zweite Mantelschicht des Wellenleiters einen Verbund der dielektrischen Schicht und einer weiteren Schicht, die eine hohe akustische Geschwindigkeit aufweist, die um mindestens 10% höher ist als die in der Einstellschicht.
Der Kernbereich weist in einer Variante eine Schichtenfolge auf, deren endständige Schichten eine niedrige Ausbreitungs- geschwindigkeit aufweisen, wobei zumindest eine zwischen den endständigen Schichten angeordnete Schicht eine höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit aufweist . Somit ist eine weitere Anpassung des Wellenprofils möglich. Dies ist beispielsweise der Fall bei einer durchgehend ausgebildeten, elektrisch isolierenden Einstellschicht. Die akustische Energie einer GBAW in einem mit GBAW arbeitenden Bauelement ist hauptsächlich in dem Bereich konzentriert, in dem die Welle angeregt wird, d. h. an der Grenzfläche der piezoelektrischen Schicht und den Elektroden, und klingt in beiden Richtungen vertikal dazu ab. Dieses Abklingen wird durch die Wellenleiterstruktur erreicht, die ein Geschwindigkeitsprofil in vertikaler Richtung bestimmt.
Durch eine geeignete Positionierung der Einstellschicht in einem bestimmten Abstand von der piezoelektrischen Schicht gelingt es, das Maximum der Energiedichteverteilung der Welle, d. h. die maximale Auslenkung des Materials, von der Grenzfläche der dielektrischen und piezoelektrischen Schicht in das Innere der dielektrischen Schicht zu verschieben.
Die akustische Welle wird teilweise in der Piezoschicht und teilweise in der dielektrischen Schicht geführt. Das Energiedichteprofil bestimmt den Anteil der Welle, der sich in der Piezoschicht ausbreitet, sowie den Anteil der Welle, der sich in der dielektrischen Schicht ausbreitet.
Das Energiedichteprofil der akustischen Welle hängt vom Abstand zwischen der Piezoschicht und der Einstellschicht ab. Durch die Vergrößerung dieses Abstands kann der Wellenanteil in der dielektrischen Schicht erhöht werden. Dadurch kann ein Energiedichteprofil eingestellt werden, das eine relativ hohe elektromechanische Kopplung gewährleistet, wobei gleichzeitig ein relativ niedriger Temperaturgang erzielt wird.
Die Einstellschicht ist vorzugsweise elektrisch leitend. Die Einstellschicht kann alternativ elektrisch isolierend sein. Die Elektroden sind zwischen der piezoelektrischen Schicht und der dielektrischen Schicht eingebettet. Die dielektrische Schicht überdeckt die Elektroden und schließt in einer Variante mit der piezoelektrischen Schicht ab.
In einer weiteren Variante sind die Elektroden durch die Einstellschicht mit elektrisch isolierenden Eigenschaften überdeckt . Jede Elektrode definiert in diesem Fall einen Abstandsbereich, so dass mehrere Abstandsbereiche vorhanden sind. Außerhalb der Abstandsbereiche, d. h. in zwischen den Elektroden liegenden Bereichen, liegt die Einstellschicht direkt auf der piezoelektrischen Schicht. In diesem Fall ist eine Schichtenfolge, die die Elektroden und die Einstell- Schicht umfasst, zwischen der piezoelektrischen Schicht und der dielektrischen Schicht angeordnet.
Ist die Einstellschicht leitfähig, weisen die Elektroden vorzugsweise eine zweite Elektrodenschicht auf, die von der Einstellschicht gebildet wird. Die erste Elektrodenschicht stellt dann eine Schicht mit einer relativ niedrigen akustischen Impedanz und die zweite Elektrodenschicht eine Schicht mit einer relativ hohen akustischen Impedanz dar. Die als zweite Elektrodenschicht dienende Einstellschicht ist vorzugsweise entsprechend der ersten Elektrodenschicht strukturiert .
Die erste Elektrodenschicht ist zwischen der piezoelektrischen Schicht und der zweiten Elektrodenschicht angeordnet, so dass die zweite Elektrodenschicht von der Piezoschicht beabstandet ist. Die Dicke der ersten Elektrodenschicht beträgt vorzugsweise mindestens 50 nm. In einer vorteilhaften Variante ist diese Dicke sogar höher als 100 nm. Die zweite Elektrodenschicht ist zwischen der ersten Elektrodenschicht und der dielektrischen Schicht eingebettet .
Die erste Elektrodenschicht ist vorzugsweise direkt auf der Oberfläche der piezoelektrischen Schicht angeordnet. Sie dient vorzugsweise als leitfähiges Distanzelement zwischen der piezoelektrischen Schicht und der Einstellschicht. Diese kann wie oben beschrieben elektrisch leitend oder in einer anderen Variante elektrisch isolierend sein. Die Einstell - schicht ist dabei zwischen den Elektroden und der dielektrischen Schicht angeordnet, wobei sie dort vorzugsweise eingebettet ist.
Alternativ ist es möglich, die dielektrische Schicht zwischen der Einstellschicht und der piezoelektrischen Schicht anzuordnen. In diesem Fall ist die Einstellschicht zwischen der dielektrischen Schicht und einer nachstehend erläuterten Deckschicht angeordnet.
Die Einstellschicht weist vorzugsweise einen gegenüber der piezoelektrischen Schicht entgegen gesetzten Temperaturgang der elastischen Konstanten auf. Somit kann ein besonders niedriger Temperaturgang des Bauelements eingestellt werden.
Weiters ist der Abstand zwischen der Piezoschicht und der Einstellschicht zur Erzielung eines niedrigen Temperaturgangs von Bedeutung. Die Höhe der ersten Elektrodenschicht ist je nach Temperaturgang der Einstellschicht und der Piezoschicht vorzugsweise derart gewählt, dass sich im Bauelement insgesamt ein sehr niedriger Temperaturgang der Mittenfrequenz von beispielsweise maximal 25 ppb/K einstellt.
Die relativ leichte erste Elektrodenschicht umfasst Vorzugs- weise eine Schicht aus Aluminium oder einer Al -Legierung wie z. B. AlCu. Alternativ kann dafür ein beliebiges Metall eingesetzt werden, dessen akustische Impedanz kleiner als Za2 ist. Beispielsweise beträgt die akustische Impedanz der ersten Elektrodenschicht maximal 2Za0, in einer vorteilhaften Variante maximal l,5Za0.
Die relativ schwere zweite Elektrodenschicht oder eine elektrisch isolierende Einstellschicht, die auf den Elektroden angeordnet ist, ermöglicht die Verwendung von beliebig leichten Elektrodenschichten z. B. als erste Elektrodenschicht, da ein für die akustische Reflexion ausreichender Impedanzsprung u. U. alleine durch die Einstellschicht gewährleistet ist.
Die relativ schwere zweite Elektrodenschicht enthält vorzugsweise metallisches Wolfram oder Molybdän. Alternativ kommen andere Metalle in Betracht, deren akustische Impedanz größer als l,5Za/o ist. In diesem Zusammenhang kommt insbesondere Gold oder Goldlegierungen in Betracht.
Die Elektroden können darüber hinaus mindestens eine weitere Schicht wie z. B. eine Kupfer- oder Ti-Schicht enthalten, die eine hohe Leitfähigkeit aufweist oder als Haftvermittlungs- schicht zwischen der Piezoschicht und der ersten Elektrodenschicht oder zwischen der ersten und zweiten Elektrodenschicht geeignet ist.
Die Dicke der dielektrischen Schicht liegt vorzugsweise in der Größenordnung einer Wellenlänge, kann aber auch mehr als eine Wellenlänge betragen. Sie beträgt in einer vorteilhaften Variante einige Mikrometer, beispielsweise bis 7 Mikrometer im Falle eines für ca. 1 GHz ausgelegten Bauelements, oder maximal fünf Wellenlängen. Da durch die Verwendung einer Einstellschicht und insbesondere durch die Verwendung von Mehrschicht-Elektroden mit einer Einstellschicht der Temperaturgang des Bauelements steuerbar ist, kann die dielektrische Schicht nun besonders dünn ausgeführt sein. Dies hat den Vorteil, dass die Höhe des Bauelements gering ist.
Die dielektrische Schicht enthält vorzugsweise SiO2. Alternativ kommen beliebige dielektrische Materialien in Betracht, die auch einen negativen Temperaturgang ihrer elastischen Konstanten aufweisen, z.B. auch TeO2.
Die piezoelektrische Schicht kann in Form eines einkristallinen Piezosubstrats vorliegen, dessen Dicke zumindest zehn Wellenlängen beträgt. Das Piezosubstrat enthält vorzugsweise LiTaO3 oder LiNbO3 mit einem Schnittwinkel , bei dem eine hohe elektromechanische Kopplung gegeben ist.
Die piezoelektrische Schicht kann alternativ durch eine dünne Wachstumsschicht gebildet sein, die auf einem relativ dicken, nicht piezoelektrischen Wachstumssubstrat angeordnet ist .
Das SchichtSystem umfasst in einer Variante eine Deckschicht, die vorzugsweise durch eine elektrisch nicht leitende Schicht oder ein elektrisch isolierendes Substrat gebildet ist. Die dielektrische Schicht ist zwischen der Deckschicht und dem piezoelektrischen Substrat angeordnet. Die Deckschicht kann durch ein Substrat gebildet sein, dessen Dicke zumindest zehn Wellenlängen beträgt.
Die Deckschicht umfasst in einer Variante ein Substrat, das elementares Silizium enthält, und eine elektrisch isolierende Passivierungsschicht , mit der die Durchkontaktierungsöffnun- gen im Si-Substrat ausgekleidet sind. Organische Polymere kommen als Material für die Deckschicht oder als Passivierung eines teilweise elektrisch leitenden Substrats auch in Betracht .
Das angegebene Bauelement wird nun anhand von schematischen und nicht maßstabgetreuen Figuren erläutert . Es zeigen auschnittsweise im Querschnitt:
Figur 1 ein GBAW-Bauelement mit einer Mehrschicht-Elektrode, die eine von der Piezoschicht beabstandete Einstell- Schicht aufweist;
Figur 2 eine Variante des in der Figur 1 vorgestellten Bauelements, bei der die Einstellschicht zwischen zwei leichteren Elektrodenschichten angeordnet ist;
Figur 3 ein GBAW-Bauelement, bei dem die Einstellschicht zwischen der piezoelektrischen Schicht und einer dielektrischen Schicht angeordnet ist;
Figur 4 eine Variante des in der Figur 3 vorgestellten Bauelements, bei der die Einstellschicht zwischen der dielektrischen Schicht und einer Deckschicht angeordnet ist;
Figur 5 ein GBAW-Bauelement, bei dem die Einstellschicht Aussparungen aufweist;
Figur 6 eine Variante des in der Figur 5 vorgestellten Bauelements, bei der die Einstellschicht mit den Aussparungen zwischen der dielektrischen Schicht und einer Deckschicht angeordnet ist, Figur 7 die Draufsicht auf einen im GBAW-Bauelement eingesetzten Wandler.
In der Figur 1 ist ein mit GBAW arbeitendes Bauelement mit einem wellenleitenden Schichtsystem 9 vorgestellt, das eine Piezoschicht 1, auf der Piezoschicht angeordnete Elektroden 3 , eine dielektrische Schicht 2 und eine Deckschicht 4 um- fasst .
Die Elektroden 3 sind einem in der Figur 7 gezeigten elektro- akustischen Wandler zugeordnet, in dem eine akustische Welle angeregt wird. Die Welle breitet sich in einer Lateralebene senkrecht zu den Elektroden aus.
Im Wandler sind leitend miteinander verbundene erste Elektroden und leitend miteinander verbundene zweite Elektroden in abwechselnder Reihenfolge angeordnet. Der Abstand zwischen den linken oder alternativ rechten Kanten der aufeinander folgenden Elektroden wird als Pitch d bezeichnet. Es gilt vorzugsweise: λ = 2d.
Mehrere aufeinander folgende, ggf. leitend miteinander verbundene Elektroden können auch zumindest einen Teil eines a- kustischen Reflektors bilden, in dem keine Wellenanregung stattfindet. Die Reflektoren dienen z. B. zur Begrenzung einer akustischen Spur. Ein für die akustische Welle teilweise durchlässiger Reflektor kann aber auch in einem Wandler angeordnet sein. Auch im Bereich des Reflektors ist die Verwendung einer Einstellschicht mit oben beschriebenen Eigenschaften vorteilhaft.
Die dielektrische Schicht 2 ist zwischen der Piezoschicht 1 und der Deckschicht 4 angeordnet . Sie überdeckt die Elektro- den 3 und schließt mit der Piezoschicht 1 ab, so dass die E- lektroden 3 zwischen den Schichten 1, 2 eingebettet sind.
Die Elektroden weisen jeweils eine erste Elektrodenschicht 31 und eine zweite Elektrodenschicht 32 z. B. aus W, einer W- Legierung oder einer anderen Schicht mit hoher akustischer Impedanz auf, die eine Einstellschicht bildet. Die erste E- lektrodenschicht 31 ist zwischen der Piezoschicht 1 und der zweiten Elektrodenschicht 32 angeordnet.
Die Dicke der ersten Elektrodenschicht 31 oder der Abstand zwischen der zweiten Elektrodenschicht 32 und der Piezoschicht 1 beträgt vorzugsweise mindestens 35 nm. Die Dicke der zweiten Elektrodenschicht 32 beträgt vorzugsweise mindestens 0,04λ , d. h. 0,08d.
Die zweite Elektrodenschicht 32 kann durch eine elektrisch nicht leitende Einstellschicht mit der gleichen Grundfläche wie die erste Elektrodenschicht ersetzt werden. Die Dicke der elektrisch nicht leitenden Einstellschicht beträgt vorzugsweise auch mindestens 0,04λ, d. h. 0,08d.
In der Figur 2 ist eine Variante des in der Figur 1 vorgestellten Bauelements gezeigt, bei der die Einstellschicht, in diesem Fall die zweite Elektrodenschicht 32, zwischen zwei leichteren Elektrodenschichten 31, 33 angeordnet ist. Die E- lektrodenschichten 31, 33 können aus dem gleichen Material gebildet sein. Die obere Elektrodenschicht 33 kann aber auch ein leitfähiges Material enthalten, das von demjenigen der Elektrodenschichten 31 und 32 unterschiedlich ist.
Die Elektrodenschicht 33 hat eine Leitfähigkeit, die vorzugsweise diejenige der übrigen Elektrodenschichten übersteigt. Diese Schicht enthält vorzugsweise Al und/oder Cu. In einer Variante kann diese Schicht zwischen der ersten Elektrodenschicht 31 und der schweren Elektrodenschicht 32 angeordnet sein.
In der Figur 3 ist ein GBAW-Bauelement gezeigt, bei dem die elektrisch nicht leitende Einstellschicht 51 die Elektroden überdeckt und ansonsten mit der piezoelektrischen Schicht abschließt .
In der Figur 4 ist ein GBAW-Bauelement gezeigt, bei dem die dielektrische Schicht 2 zwischen der Piezoschicht 1 und einer Einstellschicht 51 angeordnet ist. Die Einstellschicht 51 ist zwischen der dielektrischen Schicht 2 und der Deckschicht 4 angeordnet. Die Einstellschicht ist in diesem Fall vorzugsweise elektrisch isolierend.
Die Einstellschicht 32, 51 hat die höchste akustische Impedanz im Schichtsystem 9. Die daran angrenzenden Schichten - in Fig. 1 und 4 die Piezoschicht 1 und die dielektrische Schicht 2, in Fig. 5 die dielektrische Schicht 2 und die Deckschicht 4 - weisen eine niedrigere Impedanz auf, so dass sie zusammen mit der Einstellschicht einen Wellenleiter bilden.
Die Dicke der dielektrischen Schicht 2 beträgt vorzugsweise zwischen 0,5λ und 5λ. In einer vorteilhaften Variante beträgt die Dicke mindestens λ. In diesem Fall klingt die Welle innerhalb der dielektrischen Schicht ab, so dass darauf folgende Schichten, insbesondere die Deckschicht 4, auf die erwünschte Wellenausbreitung nur einen relativ kleinen Einfluss haben und daher nicht zum Wellenleiter zählen. In diesem Fall stellt das Schichtsystem einen asymmetrischen Wellenleiter mit nur einem Impedanzsprung dar. Die Deckschicht kann in diesem Fall, da sie nicht zur Realisierung der Wellenleitύng benötigt wird, für die Realisierung anderer Bauteileigenschaften, verwendet werden. Sie kann in einer Variante zur Passivierung des Bauelements als Schutz vor Feuchtigkeit oder als Bestandteil des Gehäuses des Bauelements zur Erhöhung der Stabilität des Gehäuses verwendet werden.
In den Varianten gemäß den Figuren 1 bis 4 kann die Deckschicht 4 beispielsweise Si, Glas, SiO2 oder SiN umfassen. In den Varianten gemäß den Figuren 1, 2 und 3 kann bei einer ausreichend dicken dielektrischen Schicht 2, deren Dicke mindestens eine Wellenlänge beträgt, auf die Deckschicht 4 verzichtet werden. <,
In Figur 5 ist ein GBAW-Bauelement gezeigt, bei dem die Einstellschicht 51 vorzugsweise innerhalb der akustischen Spur, in der die Elektroden 3 eines Wandlers angeordnet sind, eine Aussparung 53 aufweist. Diese Aussparung liegt z. B. oberhalb der Elektrode 3 und erstreckt sich vorzugsweise entlang dieser Elektrode. Solche streifenförmige Aussparungen der Einstellschicht 51 können auch über anderen Elektroden ausgebildet sein. Durch diese Unterbrechungen der Einstellschicht werden zusätzliche Reflexionsstellen für die akustische Welle gebildet. Somit wird vorteilhafterweise die akustische Reflexion und die Energieverteilung der akustischen Welle beein- flusst . Die Welle wird an den zusätzlichen Reflexionsstellen reflektiert, so dass eine so geartet strukturierte Einstellschicht auch ohne darunter liegende Elektroden einen Reflektor für die Welle bilden kann. Auf die Elektroden kann bei einem Reflektor sogar verzichtet werden. Die Aussparungen 53 bilden ähnlich wie die Elektroden 3 vorzugsweise eine im Wesentlichen periodische Anordnung. Je nach Ausführung können die Aussparungen 53 oberhalb der Elektroden oder bezüglich der Wellenausbreitungsrichtung versetzt, z. B. in einer Projektionsebene zwischen den Elektroden, liegen.
Die Einstellschicht 51, die Aussparungen 53 aufweist, ist vorzugsweise wie in Fig. 6 zwischen der dielektrischen Schicht 2 und einer Deckschicht 4 angeordnet.
Die Einstellschicht 32, 51 ist in den Varianten gemäß den Figuren 1, 2, 4 und 5 strukturiert. In den Varianten gemäß den Figuren 3 und 4 ist die Einstellschicht 51 dagegen als eine großflächige, zusammenhängende Schicht ausgebildet, die beispielsweise im elektroakustisch aktiven Bereich eines Wandlers keine Unterbrechungen aufweist .
Die Einstellschicht 32, 51 ist in mindestens einem Abstandsbereich von der piezoelektrischen Schicht 1 beabstandet. Der Abstandsbereich ist in den Varianten gemäß den Figuren 1, 2 für die Einstellschicht 32 durch die erste Elektrodenschicht 31 definiert.
In Figur 3 sind Abstandsbereiche 55 für die Einstellschicht 51 durch die Elektroden 3 definiert. Außerhalb der Abstandsbereiche 55, d. h. in zwischen den Elektroden 3 liegenden Bereichen, liegt die Einstellschicht direkt auf der piezoelektrischen Schicht 1.
In den Figuren 4 bis 6 ist der Abstandsbereich für die Einstellschicht 51 durch die dielektrische Schicht 2 definiert. In Weiterbildungen des Bauelements ist vorgesehen, dass zumindest eine der Schichten 1, 2, 4 und 51 zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden 3 oder leitend mit diesen verbundener Kontaktflächen vorzugsweise außerhalb der akustischen Spuren strukturiert ist, um die Elektroden mit an der frei liegenden Oberfläche des GBAW-Bauelements liegenden Anschlussflächen leitend zu verbinden. Das Bauelement kann weitere, in den Figuren nicht gezeigte Schichten aufweisen.
Es kann mindestens eine weitere Einstellschicht vorgesehen sein. Beispielsweise kann die erste Einstellschicht durch eine Elektrodenschicht 32 oder eine andere leitfähige Schicht gebildet sein. Die zweite Einstellschicht ist in einer vorteilhaften Variante von der ersten Einstellschicht z. B. durch die dielektrische Schicht 2 beabstandet. Bezüglich der Anordnung der Einstellschichten sind beliebige Kombinationen der in den Figuren gezeigten Ausführungsformen möglich.
Die zweite Einstellschicht ist vorzugsweise elektrisch isolierend. Sie kann alternativ elektrisch leitfähig sein.
Jede Einstellschicht kann im Prinzip aus mehreren unterschiedlichen Teilschichten bestehen. Dies gilt auch für die piezoelektrische Schicht 1, die dielektrische Schicht 2 und die Deckschicht 4.
Bezugszeichenliste
1 piezoelektrische Schicht
2 dielektrische Schicht
3 Elektroden
31 erste Elektrodenschicht
32 Einstellschicht, identisch mit zweiter Elektrodenschicht
33 weitere Elektrodenschicht
4 Deckschicht
51 Einstellschicht, nicht identisch mit zweiter
Elektrodenschicht
53 Aussparungen in der Einstellschicht
55 Abstandsschicht
9 Schichtsystem

Claims

Patentansprüche
1. Mit geführten akustischen Wellen arbeitendes Bauelement
- mit einem zur Wellenleitung in einer Lateralebene geeigneten Schichtsystem (9) , das eine piezoelektrische Schicht (1) , auf der piezoelektrischen Schicht angeordnete Elektroden (3) zur Anregung der Welle und eine dielektrische Schicht (2) mit einer akustischer Impedanz Za0 umfasst,
- wobei das Schichtsystem (9) eine Einstellschicht (32, 51) mit einer akustischen Impedanz Za2 umfasst,
- wobei gilt: Za2/Za0 > 1,5,
- wobei in mindestens einem Abstandsbereich (55) die Einstellschicht (32, 51) von der piezoelektrischen Schicht (1) beabstandet ist.
2. Bauelement nach Anspruch 1, wobei gilt: Za2/Zao > 2,5.
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2,
- wobei die Elektroden (3) eine erste Elektrodenschicht (31) umfassen, die zwischen der piezoelektrischen Schicht (1) und der Einstellschicht (32, 51) angeordnet ist,
- wobei für die akustische Impedanz Zai der ersten Elektrodenschicht (31) gilt: 0,5 < Zal/Za0 < 2.
4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ,
- wobei gilt: Zaχ < Za2.
5. Bauelement nach Anspruch 3 ,
- wobei die erste Elektrodenschicht (31) mindestens 50 nm dick ist .
6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
- wobei die Elektroden (3) zwischen der piezoelektrischen Schicht (1) und der dielektrischen Schicht (2) eingebettet sind.
7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
- wobei die dielektrische Schicht (2) zwischen der Einstell - Schicht (51) und der piezoelektrischen Schicht (1) angeordnet ist.
8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
- wobei die Einstellschicht (32, 51) elektrisch isolierend ist .
9. Bauelement nach Anspruch 8,
- wobei die Einstellschicht (51) außerhalb des mindestens einen Abstandsbereichs (55) mit der piezoelektrischen Schicht
(1) abschließt.
10. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
- wobei die Einstellschicht (32, 51) elektrisch leitend ist.
11. Bauelement nach Anspruch 3, 4 und 10,
- wobei die Einstellschicht (32) eine zweite Elektrodenschicht ausbildet,
- wobei die erste Elektrodenschicht (31) zwischen der piezoelektrischen Schicht (1) und der zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist.
12. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
- wobei die dielektrische Schicht (2) einen gegenüber der piezoelektrischen Schicht (1) entgegen gesetzten Temperaturgang der elastischen Konstanten aufweist.
13. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
- wobei die dielektrische Schicht (2) SiO2 enthält.
14. Bauelement nach einem der Ansprüche 3 bis 13,
- wobei die Höhe der ersten Elektrodenschicht (31) derart eingestellt ist, dass sich im Bauelement der Temperaturgang von maximal 25 ppb/K einstellt.
15. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
- wobei das Schichtsystem (9) eine Deckschicht (4) umfasst,
- wobei die dielektrische Schicht (2) zwischen der Deckschicht (4) und der piezoelektrischen Schicht (1) angeordnet ist.
16. Bauelement nach Anspruch 15,
- wobei die Deckschicht (4) durch die dielektrische Schicht (2) gebildet ist.
17. Bauelement nach Anspruch 15,
- wobei die Deckschicht (4) elementares Silizium enthält.
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