由钽酸锂制造的界面声波器件制造技术

本发明专利技术涉及由钽酸锂制造的界面声波部件。在构成滤波器的两层衬底具有相同的横截面和相同晶体取向的情况下，本发明专利技术给出了尤其用于优化电机耦合系数的最佳切割角度，其中该系数能够决定所制造的部件的最终工作特性。提供了给出耦合系数的变化曲线及作为切割角和传播方向的函数的衰减的曲线。同样给出用于这些最佳切割角的部件的主要声学特性的值。一方面，这类设备的应用是用作无源部件，例如谐振器、滤波器或延迟线型，或者作为集成的器件，或者用于测量链或器件的组合中，这些器件根据通过相位编码的器件的识别原则而操作。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的
是界面声波器件，特别是在两层钽酸锂衬底之间的界面上制造的滤波器。众所周知，制造表面声波器件是利用在压电衬底表面上波的传播。在被称为瑞利波的情况下，通过相互交叉的梳状变换器生成和接收瑞利波，该梳状变换器是由其间具有电压差的交叉电极所构成，这些器件具有两个主要的缺陷。第一，为了在衬底的表面准确地传播表面波，此表面必须保持不受约束(free)，通过用于获得空腔的封装工艺而获得此条件。第二，构成相互交叉的梳状变换器的电极的间距通常是较小的，为几百纳米的量级。另外，在封装中存在尺寸非常小的导电粒子，这些导电粒子可能使变换器短路，同时可能干扰该器件的正常运行。为了减轻这种缺陷，就需要使该部件的封装密封，或在变换器上沉积一薄层的绝缘电介质材料。这种被称为钝化的操作，能够消除导电粒子的灵敏度。然而，这并不能免除实施起来非常昂贵的封装操作。界面声波器件的利用能使与封装有关的各种问题得到解决。在这种情况下，不再利用在衬底表面上声波的传播，而是利用在两个衬底之间的界面上声波的传播。当然，此设备能够得到一个钝化的部件，而不再需要制造空腔。从而，可以完全去掉封装。在1924年，Stoneley论证了在两种材料之间的界面上操纵声波的可能性(Proc.Roy.Soc.London A 106，416)，认为在径向(sagittal)平面上将这些波极化。在1971年，Maerfeld和Tournois论证了在两种材料之间的表面上传播的水平剪切波的存在，压电的情况已经考虑在内(C.Maerfeld and P.Tournois，Appl.Phys.Lett.19，117，1971)。在专利FR 2145750中公开这种类型的波第一次用于声学器件。该专利技术描述了在两种材料之间的界面上，应用纯剪切波的传播，所述两种材料中至少一种是压电型。已经考虑两种材料是相同材料的情况。然而，上述专利没有提及在两种材料之间的界面上所设置的变换器。在1983年，在压电材料和各向同性材料之间的界面上波的传播已有说明，其目的是生产无封装的SAW(表面声波)器件，该说明隐含地假设将变换器设置在界面上。也对耦合系数进行了研究(Shimitzu et al.，“Stoneley wavespropagating along an interface between piezoelectric material and isotropicmaterial(Stoneley波沿压电材料和各向同性材料间界面传播)”，1983 IEEE USProc.pp 373-375)。直至最近，在1998年，为进行滤波，已检验各材料的不同组合(M.Yamaguchi，T.Yamashita，K.Hashimoto and T.Omori，“Highly piezoelectricwaves in Si/SiO2/LiNbO3and Si/SiO2/LiNbO3suctures(在Si/SiO2/LiNbO3和Si/SiO2/LiNbO3结构中的高度压电波)”(未出版))。最后，在1999年，专利FR 2799906描述了在两种相同的压电材料之间的界面上使用变换器的滤波器。一般而言，界面声波器件包括两层衬底，由S1和S2表示，这两层衬底中的至少一层是压电的，该界面声波器件还包括一个位于这两个衬底之间的界面区域I，如附图说明图1所示。在一般情况下，该界面区域I是一个至少包括电声变换器E的结构。耦合到所述设备上的电连接允许发射及传输信号.界面波能够用于制造无源部件.通常，利用在晶体表面传播的波而获得的任何类型器件都能够利用界面波来产生。尤其是，利用设置在界面上周期等于半波长的的金属电极阵列就能够反射界面波。因此，首先通过在两个反射器阵列之间设置相互交叉的变换器，以生成谐振器；其次通过电的或声学设备将谐振器耦合到一起，得到滤波器。通过在其中配置反射器而提高变换器的方向性。因此，表面波部件的所有应用都是可取得的，特别是延迟线、带滤波器、谐振器和扩散滤波器(dispersive filter)。也可以使这些部件作为测量传感器应用。相位编码器件具有特殊的变换器，以便知晓如何将一个特定编码与特定相位编码部件相关联，其中该变换器的特征在于电极的分布。利用无线电波的远程询问设备就使用这种原理。其操作如下所述波的发射中使用相位编码，通过连接到相位编码部件的输入端的天线接收波；常规地，变换器将信号转换成机械波。所述波最远传播到输出变换器，在那里随后将所述波再次转换成电信号，并再次发射。分析所接收的信号，并且，由此识别出已接收并转换了该信号的部件。界面波器件能够用于远程询问设备，尤其是测量应用上，例如测量压力、温度或加速度。对于界面波部件结构的选择可以是更多样化的。尤其是，下面所提及的组合所述衬底S1是压电的而S2不是。在这种情况下，根据其机械特性而选择S2，使得生产部件更容易。例如，如果S1是用铌酸锂或钽酸锂制造的，则S2优选用熔融二氧化硅或单晶体硅制造；所述两层衬底都是压电的，但是具有不同的性质。例如，下面所提及的组合石英/铌酸锂石英/钽酸锂钽酸锂/铌酸锂所述两层衬底具有相同的性质，但是具有不同的晶体切割。如图2所示，使用IEEE 1949的惯例，在原始的标准正交的坐标系(X，Y，Z)中，Z平行于晶体的光轴，X通过晶体的压电性而定义，Y垂直于(X，Z)，切割面的几何学表示方法通过两个连续的旋转角和θ来定义。这里，对应于关于Z轴的第一旋转，所得到的坐标系由(X’，Y’，Z’)表示，其中Z’与Z一致，而θ对应于关于X’轴的第二旋转，所得到的坐标系由(X”，Y”，Z”)表示，其中Z’与X’一致。在此最终坐标系中，声波的传播方向由代表关于Y”轴旋转的第三角度ψ所定义。例如，依此惯例，通常用在ST石英的表面波中的切割的角度值如下＝0°；θ＝42.75°；ψ＝0°；最后两层衬底可具有相同的性质和相同的切割。例如，能利用石英和铌酸锂或钽酸锂。在这种情况下，作为一般的规则，以两个衬底的相同晶体取向来实施组装操作。后一情况尤其对衬底S1和S2之间的兼容性的问题感兴趣，尤其是热膨胀和组装问题，已被未言明地解决。在这种情况下，选择晶体面的方向使得能够得到在同一方向上的极化。四个主要的特征定义了压电材料的声波传播属性。即界面声波的传播速度V，此参数对一个特定的操作频率F是很重要的，该参数确定梳状电极的齿状阵列的间距P，该间距P与V/F成比例。当工作在高频时，典型地为几个GHz的量级，所达到的高速度使其能够保持足够宽的间距与电流蚀刻工艺相符合；衰减A或插入损耗，以dB每声波波长表示，通常需要减小此参数，以用来减少器件插入损失；在频率上的变化的一阶系数CFT，作为与周围环境温度相接近的一个温度函数，以ppm.C-1来表示。器件的结构使得此系数越低对于热变化越不灵敏；以及代表最大相对频带的电机耦合系数k2，这个最大相对频带可通过一个器件而得到，计算这个系数以作为在不受约束的衬底和金属化衬底上的表面波速度之间相对的半差分(half-difference)。一般而言，此系数是需要最大化的参数，k2是个表示成百分数的无量纲参数。这些不同参数，尤其是耦合系数k2，主要取决于压电晶体的切割角和传播方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种界面声波器件，包括：由钽酸锂（ＬｉＴａＯ↓［３］）制造的第一晶体衬底（Ｓ↓［１］）；同样由钽酸锂制造的第二晶体衬底（Ｓ↓［２］）；所述两层衬底通过平面界面区域（Ｉ）连接在一起，该平面界面区域用于提供声波的传播并至 少包括电声变换器；用于电连接所述变换器的互联设备；参考原始的标准正交的坐标系（Ｘ，Ｙ，Ｚ），Ｚ平行于光轴，Ｘ由晶体的压电性所定义，Ｙ垂直于（Ｘ，Ｚ），所述衬底具有相同的切割平面和共同的晶体取向，所述切割平面由两个连续的旋转角 度φ和θ定义，φ对应于关于Ｚ轴的第一旋转，由此得到的坐标系由（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）来表示，其中Ｚ’与Ｚ相一致；θ表示关于Ｘ’轴的第二旋转，这样得到的坐标系由（Ｘ”，Ｙ”，Ｚ”）来表示，其中Ｘ”与Ｘ’相一致，声波的传播方向由在所述坐标系（Ｘ”，Ｙ”，Ｚ”）中的第三个角度Ψ来定义，该第三角度代表关于Ｙ”轴的旋转，其特征在于，用于传播的任何方向Ψ：切割角度（φ，θ）位于下面称为（０，０，０）↓［ａ］切割和（６０，０，０）↓［ａ］切割的两个角度范围之一中：（０，０，０） ↓［ａ］切割：－５°≤φ≤＋５°－２０°≤θ≤＋３０°（６０，０，０）↓［ａ］切割：＋５５°≤φ≤＋６５°－３０°≤θ≤＋２０°。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克索拉尔，塞尔日卡利斯蒂，樊尚洛德，西尔万巴朗德拉，塞尔日卡穆，托马帕斯蒂尔奥德，
申请(专利权)人：塔莱斯公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]