使微调影响和活塞波型不稳定性最小化的声波导器件和方法技术

一种可操作为活塞波型波导的声波器件，其包括在压电基板的表面上形成叉指式换能器的电极，其中多个电极中的每一个均限定为具有横向延伸中央区域和横向相反边缘区域，用于引导声波沿纵向穿过换能器。氧化硅覆盖层覆盖换能器，并且氮化硅层仅在中央和边缘区域覆盖氧化硅覆盖层。氮化硅层的厚度足以为中央区域内的声波提供频率修改并且针对钛条在相反边缘区域中的每一个中的定位进行优化。钛条降低边缘区域内的声波速度，所述边缘区域内的速度低于换能器中央区域内的波速。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及声波器件及相关 方法，更具体而言，涉及用于在换能器孔内提供一般平坦传播波型(flat propagation mode)的声波器件内换能器电极改进方案。
技术介绍
如本文所述的，术语表面声波(SAW)以及SAW装置的提及和使用意图用于利用弹性波在材料表面上或几种材料界面处的传播的任意装置。应当理解，本文所述的公开内容可以应用于任意类型弹性波，只要它们可以利用叉指式换能器(IDT)产生或检测即可。例如，所谓的漏声表面波(Leaky SAW)、假声表面波(Pseudo SAW)、边界波(Boundary Wave)、表面横波(Surface Transverse Wave)、界面波(Interface Wave)或勒夫波(Love Wave)在本文也被认为是SAW。如本领域中已知的，SAW器件使用IDT来将电能转换成声能，或者相反地将声能转换成电能。例如，参考图I示出的IDT使用压电基板和处于两个不同电位的两个相对母线(busbar)以及与两个母线连接的两组电极。由于压电效应，处于不同电位的两个连续电极之间的电场提供了声源。相反地，如果换能器接收入射波，则由于压电效应而在电极中产生电荷。如参考图2所示出的，通过将换能器置于两个反射栅之间来获得谐振器。如本领域中已知的，可以通过连接几个谐振器或通过具有一个或几个产生声能的发射IDT，设计滤波器或双工器，其中声能由一个或几个IDT接收。在设计表面声波(SAW)器件时的一个典型问题是在换能器区域中的弹性波速度低于母线区域中的速度。换能器用作防止声能从换能器中泄露的波导并且帮助降低损耗。然而，当该波导支持多于一个的声波传播引导波型时，器件转移函数(transfer function)产生不期望的纹波或杂散(spurii)。这一般用几种方式解决。一种方法包括选择足够小以具有仅一个引导波型的声孔。对器件而言，这可能导致过载或不期望的源阻抗。另一种方法包括使用换能器的变迹(apodization)以试图匹配波型的横向轮廓。这也导致不期望的大阻抗、降低的电-机耦接、以及损耗。使用二维周期性障碍物也是减少横向波型的另一方法，但是其需要更为复杂的制造工艺。为了在换能器孔中具有为基本平坦形状的一个传播波型，活塞波型法依赖于换能器中的速度分布的变化。该方法描述于美国专利号7576471中(其公开内容通过引用并入本文)，在该情况下，换能器中的速度低于母线中的速度。对于高耦合基板如铌酸锂，在表面处的电条件对于速度有大的影响，并且电极末端间隙中的速度通常比换能器孔中的速度大得多并且大于母线中的速度。间隙的长度通常与电极宽度为同一量级，且通常为声波波长的几分之一。在该情况下，导致由边缘间隙上的反射引起的横向波型和能量泄露到换能器外。换能器区域和间隙区域之间的速度差大至足以在边缘上产生全反射。为了抑制不想要的横向波型，一种通常的方法包括使用变迹，如参考图3示出的。在该情况下，边缘间隙的位置延伸到换能器孔区域中。由于间隙的位置对波型具有大的影响，所以波型形状沿换能器长度变化。结果，出现在不同频率处的不期望的横向波型，并且其期望作用降低。类似地，KenHashimoto 在[T. Omori, fK. Matsuda, Y. Sugama, fY.Tanaka, K. Hashimoto 和 M. Yamaguchi, Suppression of Spurious Responses forUltra-Wideband and Low-Loss SAW Ladder Filter on a Cu-grating/15· YX_LiNb03Structure , 2006 IEEE Ultrasonics symp. ,ppl874-1877]中提出一种换能器，其中间隙位置恒定而孔在换能器中改变，如参 考图4所示出的。这可以被称为使用假电极变迹。该换能器通过沿换能器改变横向波型频率来工作。又如，Murata的专利申请[US2007/0296528A1]描述了一种SAW换能器，其在边缘间隙前具有较宽的电极以试图降低边缘间隙区域和换能器孔区域之间的速度差，如参考图5示出的。Murata的另一专利申请[US2008/0309192A1]公开了一种修改方案的变迹，如参考图6所示出的。对于该换能器，包括相位和阻抗在内的性能特性参考图6a的曲线示出。SAW换能器也经常使用所谓的“假电极(dummy electrode) ”，如再次参考图3所进一步示出的。这些假电极用于抑制换能器的有源区域和换能器的无源区域之间的速度差，尤其是在使用变迹时。通常，将假电极与有源电极分开的电极末端间隙选择为处于电极宽度(其为波长的几分之一)的量级，目的是尽可能降低其影响。当选择高耦合材料时，间隙中的速度远高于换能器中的速度。在该情况下，即使间隙长度小，也发现间隙位置对横向波型具有非常大的影响。所有这些教导都试图降低换能器的边缘间隙的不期望影响。即使表现出良好的品质因子，变迹也会导致不期望的等效耦合系数降低。此外，波速为使得对换能器而言波导明显变小，否则有用的能量会不期望地泄露到换能器之外。为了重申问题，例如，对于其中使用高耦合基板的情况下，在设计SAW谐振器或SAW换能器时的一个难题在于存在其速度比换能器孔区域的速度大得多的电极边缘间隙区域。这在使用瑞利波或勒夫波时尤其成为问题。具体而言，这种难题一般在取向为约Y+128度或约Y+15度的铌酸锂基板的情况下出现。这些取向通常与氧化硅介电层或覆盖层结合使用，以降低温度敏感性。经常使用重电极金属如Cu以增加声反射率。在该情况下，波型形状和频率大大地取决于换能器区域中的间隙位置。在使用变迹时，由于间隙的位置改变，所以这些波型形状和速度沿换能器改变。这在具有不同间隙位置的区域之间产生波型变换以及损耗。而且，变迹降低器件的等效压电耦合。在对于高耦合基板的通常情况下，当母线中的速度低于换能器中的速度时，在换能器区域中没有波导并且能量外泄，导致损耗以及品质因子变差。例如，本文描述的本专利技术实施方案提供在高耦合基板上制造SAW换能器或SAW谐振器且同时在换能器区域中引导能量而无需变迹的方法。获得更高的等效耦合因子以及更低的损耗。作为变迹的一个替代方案，期望的是确保换能器区域中的波导。附图说明为了更充分地理解本专利技术，将结合附图参考一下详细说明，附图示出本专利技术的多个实施方案，其中图I是叉指式换能器(IDT)的概要图示；图2是SAW谐振器的概要图示；图3是具有三角形变迹元件的SAW谐振器的概要图示； 图4是包括假电极变迹的SAW谐振器的概要图示；图5是用于降低间隙区域中的速度的IDT配置的概要图示；图6是具有双三角形变迹的换能器的概要图示；图6a :双三角形变迹的所导致的阻抗和相位特性；图7是具有长间隙及其元件内的对应速度分布的换能器的概要图示；图8是根据本专利技术教导的换能器的概要图示，所述换能器具有长间隙边缘区域，该边缘区域与中央区域在物理上不同，所述间隙长边缘区域具有比中央区域低的速度分布以及比间隙区域低的速度分布；图9是具有长边缘间隙和修改的边缘区域的换能器的一个实例，其中所述间隙区域中的电极宽度与所述换能器区域中的相同；图10示出具有长边缘间隙和修改的边缘区域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.07 US 13/041,6531.一种声波器件，包括 压电基板，其具有用于支持声波的表面； 叉指式换能器，其载于所述压电基板的所述表面上， 其中所述换能器的多个电极中的每ー个都具有与第一和第二母线中的至少之ー电连接的第一端以及相反的第二端，所述第二端具有与相対的母线隔开的边缘从而在每个电极的所述边缘和相対的母线之间形成间隙，所述间隙形成沿所述换能器纵向延伸的间隙区域， 其中每个电极进一歩由第一横向延伸部、第二横向延伸部以及第三横向延伸部所限定，所述第一横向延伸部靠近所述母线且通常容纳在所述间隙区域内，所述第二横向延伸部靠近所述边缘且限定沿所述换能器纵向延伸的边缘区域，所述第三横向延伸部位于所述第一和第二横向延伸部之间并且限定换能器中央区域，以及 第一介电层，其覆盖所述换能器以将其包埋； 第二介电层，其覆盖至少在所述中央区域和边缘区域内的所述多个电极，所述第二介电层足以为所述中央区域内的声波提供频率修改；和 第三层，其在两个边缘区域和中央区域中仅之ー内延伸，所述第三层足以修改所述中央区域和所述边缘区域中至少之ー内的所述声波的速度，其中所述边缘区域内的速度小于所述中央区域内的速度。2.根据权利要求I所述的器件，其中所述第三层包括介电层和金属层中至少之一。3.根据权利要求2所述的器件，其中所述金属层包括钛条。4.根据权利要求I所述的器件，其中所述压电基板包括铌酸锂。5.根据权利要求I所述的器件，其中所述电极由密度比铝高的材料形成。6.根据权利要求I所述的器件，其中所述第一介电层包括形成覆盖层的氧化硅材料，所述覆盖层充分地覆盖所述换能器以降低其温度敏感性。7.根据权利要求I所述的器件，其中所述第二介电层包括氮化硅。8.根据权利要求I所述的器件，其中所述第三层位于所述第一介电层内。9.根据权利要求8所述的器件，其中所述第三层位于相比所述电极的顶表面而言更靠近所述第一介电层的顶表面的位置处。10.根据权利要求I所述的器件，其中所述间隙的横向长度尺寸为ー个声波长度和大于三个声波长度中的至少之一。11.根据权利要求I所述的器件，其中所述电极包括具有通常为O.10至O. 20的h/p厚度的铜，所述第一介电层包括具有大约为O. 5h/p厚度的氧化硅材料，所述第三层包括具有通常为O. 06至O. 10的h/p厚度的钛条，并且所述第二介电层包括具有通常为O. 005至O.015的h/p厚度的氮化硅材料，其中所述钛条在所述第一介电层内。12.根据权利要求11所述的器件，其中所述基板包括具有Y+120度至Y+140度的切割角度的铌酸锂。13.—种声波器件,包括 压电基板； 多个电极，其在所述压电基板的表面上形成叉指式换能器，其中所述多个电极中的每ー个包括用于引导声波沿纵向穿过所述换能器的横向延伸中央区域和横向相反边缘区域； 第一介电层，其覆盖所述叉指式换能器； 第二介电层，其覆盖至少在所述电极的所述中央区域和边缘区域内的所述第一介电层，所述第二介电层足以为所述中央区域内的声波提供频率修改；和 金属层，其仅在所述相反边缘区域的...

【专利技术属性】
技术研发人员：本·阿博特，艾伦·陈，特霍·科克，库尔特·斯坦纳，罗伯特·艾格纳，朱利恩·格拉捷，
申请(专利权)人：特里奎恩特半导体公司，
类型：发明
国别省市：