通过锂化和脱锂的可调谐铌酸锂谐振器和滤波器制造技术

一种表面声波(SAW)装置(100)包括：硅衬底(108)；由铌酸锂形成的压电衬底(102)；插置在所述硅衬底与所述压电衬底之间的氧化铝层(110)；所述压电衬底上的至少一个电极(104、106)。被构造成改变所述压电衬底的充电中心的调谐电路(120)可以包括可调谐电阻器(124)和/或电压源(122)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过锂化和脱锂的可调谐铌酸锂谐振器和滤波器
本申请大体涉及表面声波装置，并且特定来说涉及用于调谐表面声波装置的系统和方法。
技术介绍
表面声波(SAW)装置是一类微机电系统(MEMS)，其依赖于表面声波的调制来感测物理现象。传感器将输入电信号转换成机械波，机械波不同于电信号，可能容易受到物理现象的影响。然后，该装置将此波转换回成电信号。可以使用输入电信号与输出电信号之间的幅度、相位、频率或时间延迟的变化来测量所期望现象的存在。SAW技术在其操作中利用压电效应。基本的SAW装置由压电衬底以及一个或多个叉指式换能器(IDT)组成。压电衬底由压电材料形成，诸如石英、钽酸锂(LiTaO3)或铌酸锂(LiNbO3)。IDT由按叉指式方式布置在压电衬底的表面上的两个金属的梳状结构制成。SAW装置通常具有两个IDT，即，输入IDT和输出IDT。通过在输入IDT两端施加交流电压来生成表面声波。输入IDT被供送正弦电输入信号，该正弦电输入信号在叉指式换能器的指之间形成交替极性。这通过压电效应在电极的指之间形成交替的拉伸和压缩应变区域，从而在表面处产生被称为表面声波的机械波。该波由输出IDT接收，输出IDT使用压电效应将来自该波的机械能转换回成电场。对机械波作出的任何改变都将反映在输出电信号中，原因在于将通过压电衬底的表面性质的变化来修改表面声波的特性。SAW装置具有谐振频率，该谐振频率是输入IDT与输出IDT之间的间隔和材料的声波速度的函数。当以压电材料的谐振频率或该频率附近生成表面声波时，SAW装置的插入损耗可以被最小化。然而，这也意味着在制造期间建立该装置的频率响应。在制造之后调节或“调谐”SAW装置的谐振频率的能力有限。因此，SAW装置的利用通常限于其中频率响应固定的应用。附图说明图1是根据本公开的可调谐SAW装置的实施例的示意性透视图；图2是图1的SAW装置的示意性正视图。图3是显示诸如图1中绘示的具有硅衬底的SAW装置和无硅衬底的SAW装置的频率响应曲线的曲线图。图4是诸如图1中绘示的具有调谐电路的可调谐SAW装置的示意性透视图。图5是指示诸如图4中绘示的可调谐SAW装置的谐振频率因用于脱锂和锂化过程的调谐电路所致的变化的方向的曲线图。具体实施方式为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考在附图中示出并且在以下书面说明书中描述的实施例。应理解，从而并不旨在限制本公开的范围。应进一步理解，本公开包括对所示出实施例的任何更改和修改，并且包括如本公开所属领域的普通技术人员将通常会想到的本公开的原理的进一步应用。图1绘示能够以简单且具有成本效益方式调谐的根据本公开的表面声波(SAW)装置100。可调谐SAW装置100包括压电衬底102、至少一个叉指式电极106、硅衬底108和金属氧化物层110。压电衬底由铌酸锂形成。一个或多个叉指式电极形成在压电衬底上以便在压电衬底中生成和/或接收表面声波。电极由导电金属形成，诸如铝、铝合金、铂、钽或任何其他合适导电金属。在图1的实施例中，显示单个叉指式电极。叉指式电极包括用于将电极106连接到未显示的其他电路系统（诸如信号生成和接收电路以及信号评估电路）的节点104。在一个实施例中，载体衬底由硅形成。硅衬底具有较低声阻抗并且被已知用于传导声波，这导致较高品质因数和较低插入损耗。硅衬底还增加装置构造的耐久性，并且使得其他电路元件能够集成到用于SAW装置的装置（诸如谐振器和滤波器）中。图3是示出诸如图1中绘示的具有硅衬底的SAW装置和无硅衬底的SAW装置的频率响应的变化的曲线图。如图3中可见的，表示具有硅衬底的SAW装置的频率响应的标记为112的曲线具有比表示无硅衬底的SAW装置的频率响应的标记为114的曲线更窄的宽度，这指示具有硅衬底的SAW装置具有比无硅衬底的装置更高的品质因数(Q)。曲线的峰值以相应装置的谐振频率为中心。具有硅衬底的SAW装置的频率响应曲线112的较高峰值与具有硅衬底的SAW装置比无硅衬底的SAW装置更低的插入损耗相关。再次参考图1和图2，为实现SAW装置100的调谐，金属氧化物层110插入在硅载体衬底108与压电衬底102之间。在一个实施例中，金属氧化物层110由铝氧化物或氧化铝形成。氧化铝层110可以以任何合适方式沉积。在一个实施例中，氧化铝层使用ALD过程沉积。氧化铝层可以以在从大约10nm至1000μm的范围内的厚度沉积，但是可以使用任何合适厚度，包括在此范围之外的厚度。铌酸锂衬底102与硅衬底108之间的氧化铝层110形成类似于锂离子电池的结构，其中铌酸锂充当阴极，硅充当阳极，并且氧化铝充当电解质、更具体来说固体电解质。当锂离子电池充电时，正(+)电压源向阴极施加正(+)电压电位。正(+)电压电位迫使来自LiCoO2复合物的锂离子通过电解质迁移，并且嵌入（将其自身插入间隙或其他空位中）阳极材料中。通过电解质从阴极到阳极的此离子移动由通过外部电路从阴极到阳极的电子移动来平衡。此电化学过程称为脱锂。类似地，当锂离子电池放电时，电负载连接在阳极与阴极之间。在连接电负载时，锂离子通过电解质从阳极扩散回到阴极，这由通过电负载从阳极到阴极的电子流平衡。此电化学过程称为锂化。参考图1，当正(+)DC偏压施加到铌酸锂衬底102时，类似于锂离子电池的锂化过程，来自铌酸锂的锂离子从铌酸锂迁移到硅衬底108的硅。当电负载（例如，电阻负载）连接在铌酸锂衬底102与硅衬底108之间时，类似于锂离子电池的脱锂过程，锂离子从硅衬底108移动回到铌酸锂衬底102。通过致使来自铌酸锂衬底的锂离子移动到硅衬底中（即，锂化），正负充电中心在压电材料（诸如铌酸锂）中移位。正负充电中心的此移位改变铌酸锂压电衬底的机电耦合。这继而改变铌酸锂衬底的声谐振频率，因此改变SAW装置100的谐振频率。因此，SAW装置100的类似锂离子电池的构型使得用于使锂离子电池充电和放电的相同电化学过程（即，脱锂和锂化）能够用于可控制地和选择性地调节SAW装置的谐振频率。参考图4，绘示被构造成用于通过脱锂和锂化进行调谐的SAW装置100的示意性图解。为了调谐SAW装置100，SAW装置100设置有调谐电路120，该调谐电路120连接在铌酸锂衬底102与基准电位（例如，接地(GND)）之间。调谐电路120可以实现在硅衬底中或单独衬底上，并且可以以任何合适方式电连接到SAW装置100。调谐电路120包括电压源122（用于脱锂）和电阻元件124（用于锂化）中的至少一者。电压源122电连接到铌酸锂衬底102，并且被构造成向铌酸锂衬底102施加正(+)DC偏压。电压源122可以以任何合适方式实现，并且可以被构造成向衬底施加任何合适电压电平，以便实现铌酸锂衬底的充电中心的所期望移位。由正(+)DC偏压引起的脱锂导致SAW装置的谐振频率fR的增加，例如“向上调谐”，如通过参考图5中绘示的曲线图中标记为130的曲线可见。电阻元件包括被构造成在连接到铌酸锂衬底时具有预定电阻的一个或多个电阻电路元件。在一个实施例中，电阻元件包括可调谐电阻器，虽然可以使用任何合适类型的电阻元件或电阻器。电阻元件的预定电阻可以是任何合适电阻，以便实现铌酸锂衬底的充电中心的所期望移位。由电阻元件引起的锂化导致SAW装置的谐振频率fR'的减小，例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面声波(SAW)装置，其包括：具有主表面的硅衬底；由铌酸锂形成的压电衬底；插置在所述硅衬底与所述压电衬底之间的金属氧化物层；以及所述压电衬底上的至少一个电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.07 US 15/2587121.一种表面声波(SAW)装置，其包括：具有主表面的硅衬底；由铌酸锂形成的压电衬底；插置在所述硅衬底与所述压电衬底之间的金属氧化物层；以及所述压电衬底上的至少一个电极。2.根据权利要求1所述的SAW装置，其中，所述金属氧化物层由氧化铝形成。3.根据权利要求2所述的SAW装置，其中，所述至少一个电极包括至少一对叉指式换能器。4.根据权利要求1所述的SAW装置，其还包括被构造成改变所述压电衬底的充电中心的调谐电路。5.根据权利要求4所述的SAW装置，其中，所述调谐电路包括电连接到所述压电衬底的电阻器和电压源中的至少一者。6.根据权利要求5所述的SAW装置，其中，所述电阻器是可调谐电阻器。7.根据权利要求4所述的SAW装置，其中，所述调谐电路包括电压源，所述电压源被构造成向所述压电衬底施加预定电压。8.根据权利要求3所述的SAW装置，其还包括在所述压电衬底上定位在所述至少一对叉指式换能器的相对侧面上的一对反射器。9.一种制作可调谐表面声波(SAW)装置的方法，所述方法包括：在硅衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：A萨马劳，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE