WO2010015549A1 - Saw-bauelement - Google Patents

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WO2010015549A1
WO2010015549A1 PCT/EP2009/059750 EP2009059750W WO2010015549A1 WO 2010015549 A1 WO2010015549 A1 WO 2010015549A1 EP 2009059750 W EP2009059750 W EP 2009059750W WO 2010015549 A1 WO2010015549 A1 WO 2010015549A1
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WO
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electrode structure
metallization ratio
saw device
saw
finger
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PCT/EP2009/059750
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Andreas Waldherr
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Epcos AG
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Publication date
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
    • H03H9/14517—Means for weighting
    • H03H9/14529—Distributed tap
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    • H03H9/145—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
    • H03H9/14544—Transducers of particular shape or position
    • H03H9/14555—Chirped transducers
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    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/30—Time-delay networks
    • H03H9/42—Time-delay networks using surface acoustic waves
    • H03H9/44—Frequency dependent delay lines, e.g. dispersive delay lines

Definitions

  • a SAW device is provided with means for suppressing interference signals.
  • EP 1267490 A2 discloses a SAW filter in which the metallization ratio of an interdigital electrode structure in a section is continuously varied. The insertion loss in a passband should not be increased and a high damping above the passband should be achieved.
  • An object to be solved is to provide a SAW device with which a high attenuation of interference signals outside of a passband is achieved.
  • the invention relates to a SAW component which has a piezoelectric main body on which at least one interdigital electrode structure (IDT) is applied, in which the metallization ratio and finger periodicity vary.
  • the profile of the metallization ratio along at least a portion of the base body is opposite to the course of the finger periodicity of the electrode structure.
  • the change of the finger periodicity on the fundamental wave and harmonics has the same effect.
  • the change in finger periodicity ie, the spacing between adjacent fingers of an interdigital electrode structure, is counteracted to the change in metallization ratio, thereby partially compensating for unwanted effects of changing the metallization ratio to the fundamental, and maintaining the desired harmonic suppression as much as possible.
  • the change of the metallization ratio thus causes the suppression of the harmonics; the varying finger periodicity of its unwanted effects on the fundamental.
  • the interdigital electrode structure comprises two comb-like, mutually cross-polar, electrically conductive structures, which are preferably designed as fingers.
  • the fingers of a first electrically conductive structure are provided with a first, preferably perpendicular to the fingers, electrically conductive path, a so-called "Busbar”, connected, and point with the finger ends in a first direction.
  • This arrangement forms a first comb-like structure.
  • Fingers of a second electrically conductive structure which are connected to a second preferably perpendicular to the second busbar extending these fingers, point with the finger ends in a second direction, which is opposite to the first-mentioned direction.
  • This arrangement forms a second comb-like structure that engages the first, with a gap between the fingers of different comb-like structures.
  • an AC voltage e.g. an RF signal applied so that it is directly in the longitudinal direction of the SAW device, i. towards an increasing number of fingers of the SAW device, adjacent fingers have different polarities.
  • Such electrical excitation of the fingers of the two comb-like structures leads to the generation of acoustic waves which propagate on the surface or in the piezoelectric body.
  • a comb-like structure of an interdigital electrode structure comprises a group of a plurality of directly adjacent to the first electrical pole fingers in the longitudinal direction adjacent between which individual or groups of fingers of opposite polarity can be arranged. The period in this case is locally determined by the distance of the two respective first fingers of two longitudinally adjacent groups of electrode fingers of the same polarity.
  • Fingers associated with the same electrical pole of a comb-like electrode structure are similar if they are longitudinally adjacent and have the same environment at different points along the propagation axis, the environment comprising points (loci) within a circumference which has at least one arbitrary polarity, contains adjacent finger. In this case, the period can be measured by the distance between two consecutive, similar fingers.
  • the distance measured to determine the period between similar fingers is preferably measured from each of the same point on the respective finger. For example, the distance between the front edge of a first finger of a first electrical pole and the same front edge of a similar, longitudinally adjacent finger of the same electrical pole is measured. However, it is also possible to dimension the distances between the centers of these two electrode fingers.
  • a property of the interdigital electrode structure is its metallization ratio ⁇ , ie the ratio between the width CC of a finger of an interdigital electrode structure and the sum of the width OC and the distance ⁇ between successive fingers. The ratio is defined by the formula:
  • the metallization ratio ⁇ as a first parameter and the finger periodicity ⁇ as a second parameter in a given section of the interdigital electrode structure change in opposite directions and with different pitch. This can be a linear antinomy between ⁇ and ⁇ .
  • one parameter relative to the other has one or more of the said slope corresponding differential values d ⁇ / dx or dx ⁇ / dx in one or more sections along the longitudinal axis x of the SAW device on the surface of the piezoelectric body.
  • both period ⁇ and metallization ratio ⁇ may have non-linear characteristics.
  • the gradients may have stepped sections.
  • the finger periodicity ⁇ increases in at least one section and the metallization ratio n ⁇ in the same section, wherein the widths CC of the fingers are preferably invariable or constant or decrease.
  • the finger periodicity in a section of the interdigital electrode structure increases from a starting value of 200 ppm by up to 500 ppm.
  • the period ⁇ of the fingers is constant, with the metallization ratio ⁇ increasing or the widths CC of the fingers increasing.
  • the changes in the parameters period ⁇ and metallization ratio ⁇ over the entire length L of the interdigital electrode structure add up so that the changes for the entire length defined so far for a section apply, or that the determinations made above apply to a section of length L.
  • L is equal to the length of an interdigital electrode structure.
  • the ratio between the metallization ratio ⁇ and the period ⁇ is designed such that a minimum possible change in the passband, for example in the passband of the SAW device, based on the transmission effect of the SAW device for a fundamental wave arises.
  • the third and the fifth harmonics as well as further odd-numbered harmonics of a fundamental wave propagating through the SAW component are suppressed by means of the opposition of ⁇ and ⁇ .
  • third and fifth harmonics are suppressed, for example, with a filter having a center frequency of 900 MHz, the third harmonic is suppressed at about 2.6 GHz. Due to the higher relative Metallization thickness, the third harmonic frequency is slightly below three times the fundamental frequency.
  • the sensitivity of the fundamental acoustic wave to the metallization ratio can be used on an experimental basis.
  • the metallization ratio ⁇ in a section on the base body decreases by more than 3% from a starting value, wherein the starting value is preferably between 0.5 and 0.7.
  • the period ⁇ can increase from a starting value by more than 100 ppm, the starting value being, for example, between 2.0 and 2.5 ⁇ m.
  • the metallization ratio ⁇ preferably decreases linearly and the period ⁇ increases linearly.
  • the curves preferably have constant slopes, but with opposite signs. It has been found experimentally that with such a contrary ratio a particularly effective suppression of the third and the fifth harmonic of the fundamental wave can be achieved.
  • a SAW device having an interdigital electrode structure with the features described in the context of this document preferably comprises a resonator in which the interdigital electrode structure is designed in such a way that a fundamental signal is amplified by constructive interference.
  • the interdigital electrode structure can also be used as input or output transducer in a transversal or in a Resonator filter, in particular in an MPR (Multi Port Resonator) filter or serve in a DMS filter.
  • the interdigital electrode structure is preferably part of a resonator of a reactance filter.
  • the SAW component is delimited at at least one end of the interdigital electrode structure by a reflector structure, which strengthens the effect of a resonator by reflecting wave components running out of the electrode structure back into the electrode structure.
  • the reflector structure preferably has a distance to the end of the interdigital electrode structure with respect to the longitudinal axis of the component.
  • the reflector structure is preferably an electrically short-circuited structure having reflector fingers with center distances of ⁇ / 2, ie half of a period of an adjacent interdigital electrode structure.
  • Suitable reflector structures are structures which exert an interface effect on an acoustic wave propagating through the main body.
  • mesh or grid structures are preferably used, which are embedded in the body, for example, perpendicular to the surface of the body, or applied to the surface.
  • a gapless plate can be used instead of a grid structure.
  • the SAW component comprises a plurality of interdigitated electrode structures which are spaced apart from one another on the surface of the base body, wherein in at least one of these electrode structures the metallization ratio is in a section according to FIG The type described in the document contrasts with finger perfection.
  • a first interdigital electrode structure on the piezoelectric base body By means of a first interdigital electrode structure on the piezoelectric base body, an electrical signal, which is fed via the busbars, is transformed into an acoustic wave via the piezoelectric properties of the basic body.
  • the first interdigital electrode structure has a contradiction between metallization ratio and finger periodicity.
  • unwanted harmonics of the acoustic wave are suppressed, preferably the third harmonic, depending on how the said opposition is set.
  • a second interdigital electrode structure may revert the acoustic wave to a filtered electrical signal that is free of, or substantially suppressed by, interfering harmonic signal components such that disturbances in bandwidths outside of the passband are minimized, if not completely removed.
  • the SAW device is preferably used in a transmission circuit of a mobile communication device.
  • the mobile communication device has a high frequency accuracy with respect to its emitted signals.
  • Figure 1 is a graph illustrating an exemplary
  • FIG. 2 shows a first interdigital electrode structure on a piezoelectric main body with a first opposition between metallization ratio ⁇ and finger periodicity ⁇ ,
  • FIG. 3 shows a second interdigitated electrode structure on a piezoelectric main body with a second antinomance between metallization ratio ⁇ and finger periodicity ⁇ ,
  • FIG. 4 shows a plan view of a schematically represented SAW component with two interdigital electrode structures, one of which has an opposing ratio of finger periodicity and metallization
  • Figure 5 is a graph illustrating different
  • FIG. 6 is a graph illustrating the transmission spectrum of a basic acoustic signal.
  • FIG. 1 shows by means of a diagram how the metallization ratio ⁇ of an interdigital electrode structure A of a SAW component decreases linearly.
  • the interdigital electrode structure A begins in the figure by way of example approximately at the value 25 of the half-periods ⁇ divided (longitudinal) x-axis on a piezoelectric substrate and ends at about 300 on the same substrate.
  • the metallization ratio ⁇ applied on the y-axis on the right begins in a region of the interdigital electrode structure A at approximately 0.687 and decreases linearly to approximately 0.667, the span of this linear decrease of the metallization ratio ⁇ encompassing over 250 fingers.
  • the finger periodicity ⁇ which is plotted on the y-axis on the left, increases linearly from about 2.268 ⁇ m to about 2.269 ⁇ m, an increase of about 440 ppm.
  • the mentioned slight increase in the finger periodicity ⁇ is a property of an interdigital electrode structure A, at the ends of which there is in each case a further short-circuited electrode structure C1 or C2 in the form of a reflector.
  • the areas Bl and B2 show the transition between a reflector structure and the interdigital electrode structure A with opposite metallization ratio and finger periodicity.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a portion of a SAW device 1 with a piezoelectric body 2, on one major surface of which an interdigitated electrode structure 3 is applied.
  • the piezoelectric body preferably comprises a monocrystal, for example consisting of or at least containing lithium niobate (LiNbOs), lithium tantalate (LiTaOs) or quartz (SiO 2 ).
  • the interdigitated electrode structure 3 comprises two comb-like electrode structures 3a and 3b which intermesh and preferably contain aluminum. It will shown how the widths CC of the fingers 4 decrease. Since the increase of the distances ⁇ is very minimal, this is not visible in the figure (for a visible schematic representation, see FIG. 3). By decreasing the widths CC of the fingers with simultaneously increasing finger periodicity ⁇ or increased distance ⁇ , the metallization ratio ⁇ can decrease significantly over a relatively short distance along the propagation axis x of an acoustic surface wave.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a region of a SAW component 1 with a piezoelectric base body 2, on whose surface an interdigitated electrode structure 3 according to FIG. 2 is applied. It is shown in contrast to Figure 2, as the widths CC of the fingers 4 remain constant and the finger periodicity ⁇ linearly increases. Thus, metallization ratio ⁇ and finger periodicity ⁇ are in opposite directions, whereby, compared to the exemplary embodiment according to FIG. 2, the metallization ratio ⁇ decreases less strongly over the same distance along the main body.
  • the extension of the finger periodicity ⁇ is additionally shown by means of a wave shown below the SAW component 1. A similar representation for the extension of the finger periodicity ⁇ would also apply to the previous figure.
  • FIGS. 2 and 3 initially show linear increases of finger periodicities ⁇ , but they could also increase non-linearly, for example logarithmically, quadratically or exponentially.
  • Figure 4 shows a plan view of a schematically illustrated SAW filter, wherein two interdigital electrode structures 3 are arranged at a distance from each other on the base body 2.
  • the first electrode structure 3 on the left side of the component has a metallization ratio ⁇ which is opposite to the finger periodicity ⁇ .
  • the electrode structure on the right-hand side serving, for example, as an output transducer converts the surface acoustic wave SAW into electrical signals.
  • the acoustic waves are already filtered by the opposing structure of the first electrode structure such that the third harmonic of the fundamental acoustic wave is suppressed.
  • the signals generated by the second electrode structure can therefore be transmitted within a narrow, specification-compliant bandwidth.
  • interdigitated electrode structures spaced apart from each other are shown in this figure, more than two such electrode structures may be deposited on a common substrate. They can be spaced apart by a gap free of metallic structures. However, the gap can also be filled with structures, for example in the form of intermeshing, comb-like finger structures whose finger periodicity is, however, preferably significantly shorter than in the interdigital structures themselves.
  • each interdigitated electrode structure may be flanked by a reflector structure.
  • Figure 5 shows, for a given RF filter, different third harmonic waveforms in the frequency range between about 2540 and 2710 MHz.
  • the jagged expression of the signal curves is due to the effect of different resonances of several resonators.
  • Several curves are shown, each of which can be attributed to different, varying courses in electrode structures with different metallization ratios ⁇ r , T
  • the strongest suppression of the third harmonic with a peak value of approximately -32 dB was achieved by means of a change in the metallization ratio ⁇ 3 from 0.69 to 0.65.
  • the highest peak is assigned to the reference metallization ratio ⁇ r , which remains constant at 0.69. It turns out that all, even slight changes in the metallization ratio over the length of the electrode structure contribute positively to the suppression of the harmonics.
  • FIG. 6 shows that the changes in the metallization ratio ⁇ i, ⁇ 2, T
  • the passband of the fundamental wave lies between 865 and 930 MHz.
  • the finger periodicity increases from a starting value of approximately 2.268 ⁇ m to approximately 2.269 ⁇ m (see also FIG. 1).
  • Reference sign list

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

Es wird ein SAW-Bauelement angegeben, aufweisend einen piezoelektrischen Grundkörper (2), auf dem zumindest eine interdigitale Elektrodenstruktur (3)zur Erzeugung einer akustischen Welleaufgebracht ist, wobei das Metallisierungsverhältnis (?) der Elektrodenstruktur auf zumindest einem Bereich des Grundkörpers gegenläufig ist zu deren Fingerperiodizität (?).

Description

Beschreibung
SAW-Bauelement
Es wird ein SAW-Bauelement mit Mitteln zur Unterdrückung von Störsignalen angegeben.
Immer höhere Anforderungen an die Frequenzgenauigkeit von SAW-Bauelementen erfordern die Bereitstellung von Mitteln, die diese Frequenzgenauigkeiten ermöglichen. Dazu gehören beispielsweise geringe Fertigungstoleranzen sowie effektive Filtereigenschaften .
Aus EP 1267490 A2 ist ein SAW-Filter bekannt, bei dem das Metallisierungsverhältnis einer interdigitalen Elektrodenstruktur in einem Abschnitt kontinuierlich variiert wird. Dabei soll die Einfügedämpfung in einem Passband nicht erhöht und eine hohe Dämpfung oberhalb des Passbands erreicht werden .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein SAW-Bauelement anzugeben, mit dem eine hohe Dämpfung von Störsignalen außerhalb eines Passbands erreicht wird.
Es wird ein SAW-Bauelement angegeben, das einen piezoelektrischen Grundkörper aufweist, auf dem zumindest eine interdigitale Elektrodenstruktur (IDT) aufgebracht ist, bei der Metallisierungsverhältnis und Fingerperiodizität variieren. Der Verlauf des Metallisierungsverhältnisses entlang zumindest eines Abschnitts des Grundkörpers ist gegenläufig zum Verlauf der Fingerperiodizität der Elektrodenstruktur . Es wurde herausgefunden, dass die Änderung des Metallisierungsverhältnisses eine Aufspaltung bzw. Unterdrückung der Resonanz der Grundwelle und der Harmonischen bewirkt, und dass die Änderung des Metallisierungsverhältnisses bei einer Harmonischen stärker wirkt als bei der Grundwelle. Das hängt damit zusammen, dass das Verhältnis aus Metallisierungsdicke und Wellenlänge, d.h., die relative Metallisierungsdicke, für Harmonische größer ist, und somit die Änderung des Metallisierungsverhältnisses eine größere Auswirkung auf eine Harmonische hat, als auf eine Grundwelle. Dem wurde gegenübergestellt, dass die Änderung der Fingerperiodizität auf Grundwelle und Harmonische gleich wirkt. So wird die Änderung der Fingerperiodizität, d.h., der Abstand zwischen benachbarten Fingern einer interdigitalen Elektrodenstruktur, gegenüber der Änderung des Metallisierungsverhältnisses gegenläufig gestaltet, wodurch unerwünschte Wirkungen der Änderung der Metallisierungsverhältnisses auf die Grundwelle zum Teil kompensiert werden und die gewünschte Unterdrückung der Harmonischen weitestgehend beibehalten wird.
Die Änderung des Metallisierungsverhältnisses bewirkt somit die Unterdrückung der Harmonischen; die variierende Fingerperiodizität dessen unerwünschten Auswirkungen auf die Grundwelle .
Die interdigitale Elektrodenstruktur umfasst zwei kammartig ineinander greifende, gegenpolige, elektrisch leitfähige Strukturen, die vorzugsweise als Finger ausgebildet sind.
Die Finger einer ersten elektrisch leitfähigen Struktur sind mit einer ersten vorzugsweise senkrecht zu den Fingern verlaufenden, elektrisch leitenden Bahn, einem so genannten „Busbar", verbunden, und zeigen mit den Fingerenden in eine erste Richtung. Diese Anordnung bildet eine erste kammartige Struktur .
Finger einer zweiten elektrisch leitfähigen Struktur, die mit einem zweiten vorzugsweise senkrecht zu den diesen Fingern verlaufenden zweiten Busbar verbunden sind, zeigen mit den Fingerenden in eine zweite Richtung, die der erst genannten Richtung entgegengesetzt ist. Diese Anordnung bildet eine zweite kammartige Struktur, die in die erste eingreift, wobei zwischen den Fingern unterschiedlicher kammartiger Strukturen stets ein Abstand vorhanden ist.
An die kammartigen Elektrodenstrukturen wird im Betrieb des SAW Bauelements eine Wechselspannung, z.B. ein HF Signal, angelegt, sodass unmittelbar in Längsrichtung des SAW- Bauelements, d.h. in Richtung einer zunehmenden Anzahl von Fingern des SAW-Bauelements, benachbarte Finger unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Eine solche elektrische Anregung der Finger der beiden kammartigen Strukturen führt zur Erzeugung von akustischen Wellen, die sich auf der Oberfläche oder im piezoelektrischen Grundkörper ausbreiten.
Unter dem Begriff „Periode" oder „Fingerperiodizität" wird bei einer regelmäßigen oder periodischen Elektrodenstruktur der Abstand zwischen zwei in Längsrichtung benachbarten, gleichpoligen Fingern der Elektrodenstruktur verstanden, wobei zwischen diesen Fingern zumindest ein gegenpoliger Finger vorhanden sein kann. Bei variierender Periode kann diese nur lokal als Einzelwert bestimmt werden. Die Periode entspricht dann einer bestimmten Wellenlänge bei Mittenfrequenz des SAW Bauelements. Gemäß einer Ausführungsform weist eine kammartige Struktur einer interdigitalen Elektrodenstruktur eine Gruppe von mehreren zu einem ersten elektrischen Pol gehörenden, unmittelbar in Längsrichtung benachbarten Fingern auf, zwischen denen einzelne oder ebenfalls Gruppen von Fingern entgegen gesetzter Polarität angeordnet sein können. Die Periode ist in diesem Falle lokal durch den Abstand der beiden jeweils ersten Finger zweier in Längsrichtung benachbarter Gruppen von Elektrodenfingern derselben Polarität bestimmt.
Mit demselben elektrischen Pol verbundene Finger einer kammartigen Elektrodenstruktur sind gleichartig, wenn sie in Längsrichtung benachbart sind und die gleiche Umgebung an verschiedenen Punkten entlang der Propagationsachse aufweisen, wobei die Umgebung Punkte (Loci) innerhalb eines Umkreises umfasst, der zumindest einen bezüglich seiner Polarität beliebigen, benachbarten Finger enthält. Dabei kann die Periode durch den Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden, gleichartigen Finger bemessen werden.
Der zur Bestimmung der Periode zwischen gleichartigen Fingern gemessene Abstand wird vorzugsweise von jeweils dem gleichen Punkt auf dem jeweiligen Finger gemessen. Beispielsweise wird der Abstand zwischen der vorderen Kante eines ersten Fingers eines ersten elektrischen Pols und der gleichen vorderen Kante eines gleichartigen, in Längsrichtung benachbarten Fingers desselben elektrischen Pols gemessen. Möglich ist es jedoch auch, die Abstände zwischen den Mitten dieser zwei Elektrodenfinger zu bemessen. Eine Eigenschaft der interdigitalen Elektrodenstruktur ist ihr Metallisierungsverhältnis η, d.h. das Verhältnis zwischen der Breite CC eines Fingers einer interdigitalen Elektrodenstruktur und der Summe aus Breite OC und Abstand δ zwischen aufeinander folgenden Fingern. Das Verhältnis ist definiert durch die Formel:
η = cc/ (cc + δ) (1)
Gemäß einer Ausführungsform ändern sich das Metallisierungsverhältnis η als erster Parameter und die Fingerperiodizität λ als zweiter Parameter in einem gegebenen Abschnitt der interdigitalen Elektrodenstruktur gegensinnig und mit unterschiedlicher Steigung. Es kann sich dabei um eine lineare Gegenläufigkeit zwischen η und λ handeln.
Zusätzlich oder alternativ weist der eine Parameter gegenüber dem anderen einen bzw. verschiedene der genannten Steigung entsprechende Differentialwerte dλ/dx bzw. dx\/dx in einem oder mehreren Abschnitten entlang der Längsachse x des SAW- Bauelements auf der Oberfläche des piezoelektrischen Grundkörpers auf. Insbesondere können sowohl Periode λ als auch Metallisierungsverhältnis η nichtlineare Verläufe aufweisen. Beispielsweise können die Verläufe gestufte Abschnitte aufweisen.
Steigungen bzw. Differentialwerte der Parameter Metallisierungsverhältnis η und Periode λ können in einzelnen Abschnitten auch gleiche Vorzeichen (+ oder -) aufweisen.
Nach einer Ausführungsform nimmt die Fingerperiodizität λ in zumindest einem Abschnitt zu und das Metallisierungsverhält- nis η in demselben Abschnitt ab, wobei die Breiten CC der Finger vorzugsweise invariabel bzw. konstant sind oder abnehmen. Beispielsweise nimmt die Fingerperiodizität in einem Abschnitt der interdigitalen Elektrodenstruktur ab einem Startwert von 200ppm um bis zu 500ppm zu.
Zusätzlich oder alternativ ist die Periode λ der Finger konstant, wobei das Metallisierungsverhältnis η zunimmt bzw. die Breiten CC der Finger zunehmen.
Vorzugsweise summieren sich die Änderungen der Parameter Periode λ und Metallisierungsverhältnis η über die gesamte Länge L der interdigitalen Elektrodenstruktur derart, dass die bislang für einen Abschnitt definierten Änderungen für die gesamte Länge zutreffen, bzw. dass die oben gemachten Bestimmungen für einen Abschnitt der Länge L gelten, wobei L gleich der Länge einer interdigitalen Elektrodenstruktur ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Verhältnis zwischen dem Metallisierungsverhältnis η und der Periode λ derart gestaltet, dass eine geringstmögliche Änderung im Durchlassbereich, zum Beispiel im Passband des SAW-Bauelements, bezogen auf die Durchlasswirkung des SAW-Bauelements für eine Grundwelle, entsteht. Dabei werden mittels der Gegenläufigkeit von η und λ die dritte und die fünfte Harmonische sowie weitere ungeradezahlige Harmonische einer sich durch das SAW- Bauelement ausbreitenden Grundwelle unterdrückt.
Vorzugsweise werden dritte bzw. fünfte Harmonische unterdrückt, wobei beispielsweise bei einem Filter mit einer Mittenfrequenz von 900 MHz, die dritte Harmonische bei ungefähr 2,6GHz unterdrückt wird. Durch die höhere relative Metallisierungsdicke liegt die Frequenz der dritten Harmonischen etwas unterhalb der dreifachen Frequenz der Grundwelle .
Zur Bestimmung einer zu diesem Zweck passenden Gegenläufigkeit des Metallisierungsverhältnisses η und der Periode λ bzw. zur Bestimmung des geeigneten Periodenverlaufs kann auf experimenteller Basis die Sensitivität der akustischen Grundwelle auf das Metallisierungsverhältnis herangezogen werden .
Gemäß einer Ausführungsform nimmt das Metallisierungsverhältnis η in einem Abschnitt auf dem Grundkörper ab einem Startwert um mehr als 3% ab, wobei der Startwert vorzugsweise zwischen 0,5 und 0,7 liegt. In demselben Bereich kann die Periode λ ab einem Startwert um mehr als lOOppm zunehmen, wobei der Startwert beispielsweise zwischen 2,0 und 2,5 μm liegt. Dabei nimmt das Metallisierungsverhältnis η vorzugsweise linear ab und die Periode λ linear zu. Die Verläufe weisen vorzugsweise konstante Steigungen, allerdings mit entgegengesetztem Vorzeichen, auf. Es hat sich experimentell herausgestellt, dass mit einem derart gegenläufigen Verhältnis eine besonders effektive Unterdrückung der dritten sowie der fünften Harmonischen der Grundwelle erreicht werden kann.
Ein SAW-Bauelement mit einer interdigitalen Elektrodenstruktur mit den im Rahmen dieses Dokuments beschriebenen Merkmalen umfasst vorzugsweise einen Resonator, in dem die interdigitale Elektrodenstruktur derart konzipiert ist, dass ein Grundsignal mittels konstruktiver Interferenz verstärkt wird. Die interdigitale Elektrodenstruktur kann aber auch als Ein- oder Ausgangswandler in einem Transversal- oder in einem Resonatorfilter, insbesondere in einem MPR (Multi Port Resonator) Filter oder in einem DMS Filter dienen. Vorzugsweise ist die interdigitale Elektrodenstruktur jedoch Bestandteil eines Resonators eines Reaktanzfilters.
Gemäß einer Ausführungsform ist das SAW-Bauelement an zumindest einem Ende der interdigitalen Elektrodenstruktur von einer Reflektorstruktur begrenzt, welche die Wirkung eines Resonators stärkt, indem sie aus der Elektrodenstruktur herauslaufende Wellenanteile in die Elektrodenstruktur zurück reflektiert. Dabei weist die Reflektorstruktur bezogen auf die Längsachse des Bauelements vorzugsweise einen Abstand zum Ende der interdigitalen Elektrodenstruktur auf. Die Reflektorstruktur ist vorzugsweise eine elektrisch kurzgeschlossene Struktur, die Reflektorfinger mit Mittenabständen von λ/2, also die Hälfte einer Periode einer benachbarten interdigitalen Elektrodenstruktur, aufweist.
Als Reflektorstrukturen eignen sich Strukturen, die einen Grenzflächeneffekt auf eine durch den Grundkörper propagierende akustische Welle ausüben. Dabei werden vorzugsweise Netz- bzw. Gitterstrukturen verwendet, die im Grundkörper eingebettet sind, beispielsweise senkrecht zur Oberfläche des Grundkörpers, oder auf der Oberfläche aufgebracht sind. Anstelle einer Gitterstruktur kann eine lückenlose Platte verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das SAW-Bauelement mehrere auf der Oberfläche des Grundkörpers voneinander beabstandete interdigitale Elektrodenstrukturen, wobei bei zumindest einer dieser Elektrodenstrukturen das Metallisierungsverhältnis in einem Abschnitt gemäß der in diesem Dokument beschriebenen Art gegenläufig ist zur Fingerperio- dizität .
Mittels einer ersten interdigitalen Elektrodenstruktur auf dem piezoelektrischen Grundkörper wird ein elektrisches Signal, welches über die Busbars eingespeist wird, über die Piezoeigenschaften des Grundkörpers in eine akustische Welle verwandelt. Dabei weist die erste interdigitale Elektrodenstruktur eine Gegenläufigkeit zwischen Metallisierungsverhältnis und Fingerperiodizität auf. So werden unerwünschte Harmonische der akustischen Welle unterdrückt, vorzugsweise die dritte Harmonische, je nach dem, wie die genannte Gegenläufigkeit eingestellt ist.
Eine zweite interdigitale Elektrodenstruktur kann die akustische Welle in ein gefiltertes elektrisches Signal zurückwandeln, das frei ist von störenden harmonischen Signalanteilen bzw. in dem diese wesentlich unterdrückt werden, sodass Störungen in Bandbreiten außerhalb der des Durchlassbereichs minimiert, wenn nicht gänzlich entfernt, sind.
Das SAW-Bauelement wird vorzugsweise in einem Sendeschaltkreis eines mobilen Kommunikationsgeräts eingesetzt. Damit weist das mobile Kommunikationsgerät eine bezüglich seiner ausgesendeten Signale hohe Frequenzgenauigkeit auf.
Die beschriebenen Gegenstände werden anhand der folgenden Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt : Figur 1 eine Grafik zur Darstellung einer beispielhaften
Gegenläufigkeit zwischen Metallisierungsverhältnis η und Fingerperiodizität λ,
Figur 2 eine erste interdigitale Elektrodenstruktur auf einem piezoelektrischen Grundkörper mit einer ersten Gegenläufigkeit zwischen Metallisierungsverhältnis η und Fingerperiodizität λ,
Figur 3 eine zweite interdigitale Elektrodenstruktur auf einem piezoelektrischen Grundkörper mit einer zweiten Gegenläufigkeit zwischen Metallisierungsverhältnis η und Fingerperiodizität λ,
Figur 4 eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes SAW-Bauelement mit zwei interdigitalen Elektrodenstrukturen, von denen eine ein gegenläufiges Verhältnis von Fingerperiodizität und Metallisierung aufweist,
Figur 5 eine Grafik zur Darstellung verschiedener
Unterdrückungsgrade einer dritten Harmonischen einer akustischen Grundwelle,
Figur 6 eine Grafik zur Darstellung des Durchlassspektrums eines akustischen Grundsignals.
Mittels einer Grafik zeigt Figur 1, wie das Metallisierungsverhältnis η einer interdigitalen Elektrodenstruktur A eines SAW-Bauelements linear abnimmt. Die interdigitale Elektrodenstruktur A beginnt in der Figur beispielhaft etwa beim Wert 25 der in halbe Perioden λ eingeteilten (longitudinalen) x-Achse auf einem piezoelektrischen Substrat und endet in etwa bei 300 auf dem selben Substrat.
Das auf der y-Achse rechts aufgetragene Metallisierungsverhältnis η beginnt in einem Bereich der interdigitalen Elektrodenstruktur A bei ca. 0,687 und nimmt linear bis ca. 0,667 ab, wobei die Spanne dieser linearen Abnahme des Metallisierungsverhältnisses η über 250 Finger umfasst. Im selben Bereich dieser linearen Abnahme des Metallisierungsverhältnisses η steigt die auf der y-Achse links aufgetragene Fingerperiodizität λ von ca. 2,268 μm linear auf ca. 2,269 μm an, eine Zunahme von ca. 440ppm.
Der genannte leichte Anstieg der Fingerperiodizität λ ist eine Eigenschaft einer interdigitalen Elektrodenstruktur A, von deren Enden beabstandet jeweils eine weitere kurzgeschlossene Elektrodenstruktur Cl bzw. C2 in der Form eines Reflektors vorhanden ist. Die Bereiche Bl und B2 zeigen den Übergang jeweils zwischen einer Reflektorstruktur und der interdigitalen Elektrodenstruktur A mit gegenläufigem Metallisierungsverhältnis und Fingerperiodizität.
Figur 2 ist eine schematische Draufsicht auf einen Bereich eines SAW-Bauelements 1 mit einem piezoelektrischen Grundkörper 2, auf dessen eine Hauptfläche eine interdigitale Elektrodenstruktur 3 aufgebracht ist. Der piezoelektrische Grundkörper umfasst vorzugsweise einen Einkristall, beispielsweise bestehend aus oder zumindest enthaltend Lithiumniobat (LiNbOs) , Lithiumtantalat (LiTaOs) oder Quarz (SiO2) • Die interdigitale Elektrodenstruktur 3 umfasst zwei kammartige Elektrodenstrukturen 3a und 3b, die ineinander greifen und vorzugsweise Aluminium enthalten. Es wird gezeigt, wie die Breiten CC der Finger 4 abnehmen. Da die Zunahme der Abstände δ sehr minimal ist, ist diese in der Figur nicht sichtbar (für eine sichtbare schematische Darstellung siehe Figur 3) . Durch die Abnahme der Breiten CC der Finger bei gleichzeitig ansteigender Fingerperiodizität λ bzw. vergrößertem Abstand δ kann das Metallisierungsverhältnis η über eine verhältnismäßig kurze Distanz entlang der Propagationsachse x einer akustischen Oberflächewelle deutlich abnehmen.
Figur 3 ist eine schematische Draufsicht auf einen Bereich eines SAW-Bauelements 1 mit einem piezoelektrischen Grundkörper 2, auf dessen einer Oberfläche eine interdigitale Elektrodenstruktur 3 gemäß Figur 2 aufgebracht ist. Es wird im Gegensatz zur Figur 2 gezeigt, wie die Breiten CC der Finger 4 konstant bleiben und die Fingerperiodizität λ linear ansteigt. Somit sind Metallisierungsverhältnis η und Fingerperiodizität λ gegenläufig, wobei im Vergleich zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 das Metallisierungsverhältnis η über dieselbe Distanz entlang des Grundkörpers weniger stark abnimmt. Im Vergleich zur vorhergehenden Figur wird zusätzlich die Verlängerung der Fingerperiodizität λ mittels einer unterhalb des SAW-Bauelements 1 dargestellten Welle gezeigt. Eine ähnliche Darstellung für die Verlängerung der Fingerperiodizität λ würde auch für die vorhergehende Figur gelten.
Figuren 2 und 3 zeigen zunächst jeweils lineare Anstiege von Fingerperiodizitäten λ, jedoch könnten diese auch nichtlinear ansteigen, beispielsweise logarithmisch, quadratisch oder exponentiell . Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes SAW-Filter, wobei zwei interdigitale Elektrodenstrukturen 3 mit einem Abstand zueinander auf dem Grundkörper 2 angeordnet sind. Die erste Elektrodenstruktur 3 auf der linken Seite des Bauelements weist ein Metallisierungsverhältnis η auf, das gegenläufig ist zur Fingerperiodizität λ. Die z.B. als Ausgangswandler dienende Elektrodenstruktur auf der rechten Seite konvertiert die akustische Oberflächenwelle SAW in elektrische Signale. Dabei sind die akustischen Wellen bereits durch die gegenläufige Struktur der ersten Elektrodenstruktur derart gefiltert, dass die dritte Harmonische der akustischen Grundwelle unterdrückt ist. Die von der zweiten Elektrodenstruktur generierten Signale können also innerhalb einer engen, spezifikationsgerechten Bandbreite gesendet werden.
Zwar werden in dieser Figur nur zwei voneinander beabstandete interdigitale Elektrodenstrukturen gezeigt, jedoch können auch mehr als zwei solche Elektrodenstrukturen auf einem gemeinsamen Substrat aufgebracht sein. Sie können durch eine von metallischen Strukturen freie Lücke voneinander beabstandet sein. Die Lücke kann aber auch mit Strukturen ausgefüllt sein, beispielsweise in der Form von ineinander greifenden, kammartigen Fingerstrukturen, deren Fingerperiodizität jedoch vorzugsweise deutlich kürzer ist, als in den interdigitalen Strukturen selbst.
Des Weiteren deutet die Figur mittels senkrechter, gestrichelter Linien zwei Reflektorstrukturen an, die beidseitig der Elektrodenstruktur (en) jeweils in der Form eines Gitters vorliegen können und zwischen denen die interdigitalen Elektrodenstrukturen auf dem Grundkörper angeordnet sind. Dabei kann jedoch jede interdigitale Elektrodenstruktur von einer Reflektorstruktur flankiert sein .
Figur 5 zeigt für ein gegebenes HF Filter verschiedene Verläufe der dritten Harmonischen im Frequenzbereich zwischen ca. 2540 und 2710 MHz. Die gezackte Ausprägung der Signalkurven entsteht durch die Wirkung verschiedener Resonanzen mehrerer Resonatoren. Es werden mehrere Kurven gezeigt, die jeweils auf unterschiedliche, variierende Verläufe bei Elektrodenstrukturen mit unterschiedlichen Metallisierungsverhältnissen ηr , T|i , X[2 , T|3 zurückzuführen sind. Die stärkste Unterdrückung der dritten Harmonischen mit einem Spitzenwert ca. -32 dB wurde mittels einer Veränderung des Metallisierungsverhältnisses η3 von 0,69 auf 0,65 erreicht. Die höchste Spitze ist dem Referenzmetallisierungsverhältnis ηr zuzuordnen, das konstant bei 0,69 bleibt. Es zeigt sich, dass alle, also auch geringfügige Änderungen des Metallisierungsverhältnisses über die Länge der Elektrodenstruktur positiv zur Unterdrückung der Harmonischen beitragen.
Figur 6 zeigt, dass die Veränderungen des Metallisierungsverhältnisses ηi,η2,T|3 auf die Durchlasscharakteristik der Grundwelle keinen oder zumindest nur geringfügigen Einfluss haben, insbesondere auch deshalb, weil die Fingerperiodizität gleichzeitig geringfügig zunimmt. Der Durchlassbereich der Grundwelle liegt dabei zwischen 865 und 930 MHz.
Bei den Beispielen gemäß Figuren 5 und 6 nimmt die Fingerperiodizität von einem Startwert von ca. 2,268 μm bis ca. 2,269 μm zu (siehe hierzu auch Figur 1) . Bezugs zeichenliste
A erste interdigitale Elektrodenstruktur auf einem piezoelektrischen Grundkörper Bl, B2 Übergangsbereich Cl, C2 Reflektorstrukturen
η Metallisierungsverhältnis λ Fingerperiodizität
CC Breite eines Fingers einer interdigitalen
Elektrodenstruktur δ Abstand zwischen zwei benachbarten Fingern einer interdigitalen Elektrodenstruktur
ηr erstes, konstantes Metallisierungsverhältnis
T|i erstes, variierendes Metallisierungsverhältnis
X[2 zweites, variierendes Metallisierungsverhältnis η3 drittes, variierendes Metallisierungsverhältnis
x Längsachse einer interdigitalen Elektrodenstruktur y Achse senkrecht zur Propagationsachse x
1 SAW-Bauelement
2 piezoelektrischer Grundkörper
3 interdigitale Elektrodenstruktur (IDT) 3a erste kammartige Struktur der IDT
3b zweite kammartige Struktur der IDT
4 Finger
5 Reflektorstruktur

Claims

Patentansprüche
1. SAW-Bauelement, umfassend einen piezoelektrischen Grundkörper (2), auf dem zumindest eine interdigitale Elektrodenstruktur (3) zur Erzeugung einer akustischen Welle aufgebracht ist, wobei das Metallisierungsverhältnis (η) der Elektrodenstruktur auf zumindest einem Bereich des Grundkörpers gegenläufig ist zu deren Fingerperiodizität (λ) .
2. SAW-Bauelement nach Anspruch 1, bei dem das Metallisierungsverhältnis (η) in Längsrichtung des SAW-Bauelements abnimmt .
3. SAW-Bauelement nach Anspruch 2, bei dem das Metallisierungsverhältnis (η) ab einem Startwert um mehr als 3% abnimmt .
4. SAW-Bauelement nach Anspruch 3, bei dem Startwert zwischen 0,72 und 0,65 liegt.
5. SAW-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Metallisierungsverhältnis (η) linear variiert .
6. SAW-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Metallisierungsverhältnis (η) gemäß einer nichtlinearen Funktion variiert.
7. SAW-Bauelement nach Anspruch 6, bei dem die nichtlineare Funktion zumindest einen gestuften Bereich aufweist.
8. SAW-Bauelement einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fingerperiodizität (λ) in Längsrichtung zunimmt.
9. SAW Bauelement nach Anspruch 8, bei dem die Fingerperiodizität (λ) ab einem Startwert um 200ppm bis 500ppm zunimmt .
10. SAW-Bauelement nach Anspruch 9, bei dem der Startwert zwischen 2,0 und 2,5 μm liegt.
11. SAW-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gegenläufigkeit des Metallisierungsverhältnisses (η) und der Fingerperiodizität (λ) derart eingestellt ist, dass die dritte Harmonische einer durch den Grundkörper (2) propagierenden akustischen Grundwelle unterdrückt wird.
12. SAW-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zumindest eine interdigitale Elektrodenstruktur (3) von zumindest einer Reflektorstruktur (5) flankiert ist.
13. SAW-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Durchlassbandbreite für die Grundwelle zwischen 865 und 930 MHz aufweist.
14. SAW-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere interdigitale Elektrodenstrukturen (3) mit einem Abstand zueinander auf dem piezoelektrischen Grundkörper (2) aufgebracht sind.
15. Verwendung eines SAW-Bauelements (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Sendeschaltkreis eines mobilen Kommunikationsgeräts.
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