專利名稱：具有通過橫向發(fā)射減小的損耗和通過抑制橫向模態(tài)改善的性能的電聲轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如應(yīng)用在SAW或GBAW — HF濾波器中的電聲轉(zhuǎn)換器、以及用于制造這樣的轉(zhuǎn)換器的方法。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器由于減小的聲波橫向發(fā)射而具有較小的損耗以及由于抑制橫向模態(tài)而具有改善的性能。
背景技術(shù)：
利用聲波一例如表面聲波(SAW = surface acoustic wave,表面聲波)或者經(jīng)引導(dǎo)的體聲波(GBAW = guided bulk acoustic wave,經(jīng)引導(dǎo)的體聲波)一工作的器件將HF信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲波并且反過來將聲波轉(zhuǎn)換成HF信號(hào)。為此，SAff或者GBAW器件包括電極指，所述電極指布置在壓電襯底上或者壓電層上。在縱向上、即在聲波傳播的方向上，并排地布置電極指，所述電極指一般交替地與第一和第二匯流排(Busbar (匯流排))連接。聲軌跡是襯 底或壓電層的、在該器件運(yùn)行器件傳播表面聲波的區(qū)域。電極指處于聲軌跡中并且因此處于聲區(qū)域中。匯流排處于聲軌跡的側(cè)向邊緣區(qū)域中。在縱向上，聲軌跡通常受到反射器的限制，以便減小由于聲波在縱向上的發(fā)射造成的能量損耗。利用聲波工作的器件的損耗機(jī)制在于,聲波在縱向或橫向上離開聲軌跡。尤其是由于聲軌跡的有限孔徑，可能通過衍射效應(yīng)產(chǎn)生橫向聲模態(tài)。這樣的模態(tài)干擾傳輸特性，并且是一種損耗機(jī)制。開發(fā)利用聲波工作的器件、尤其是用于移動(dòng)無線電應(yīng)用的表面波濾波器時(shí)的重點(diǎn)是，獲得在良好的傳輸特性情況下具有較小損耗機(jī)制一例如沒有干擾性的橫向模態(tài)或者具有減小的干擾性橫向模態(tài)一的器件。從公開文獻(xiàn)DE 103 31 323 Al中公知了利用SAW工作的轉(zhuǎn)換器，其中通過在匯流排中布置凹陷來減小由于橫向振蕩造成的損耗。從專利文獻(xiàn)US 7, 576,471 BI中公開了利用SAW工作的器件，其中提高處于中心激勵(lì)區(qū)域(“Center Region (中心區(qū))”)與匯流排區(qū)域(“Busbar Region (匯流排區(qū))”)之間的區(qū)域中的電極指的厚度。但是在此，該應(yīng)用限于所謂的“弱耦合的”襯底。電聲耦合常數(shù)k2是聲波與HF信號(hào)之間的耦合強(qiáng)度的度量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是，說明一種電聲轉(zhuǎn)換器，其具有較小的橫向損耗并且與強(qiáng)耦合的壓電襯底兼容。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求I所述的電聲轉(zhuǎn)換器來解決。有利的構(gòu)型由從屬權(quán)利要求得出。在第一變型方案中，本發(fā)明說明了一種電聲轉(zhuǎn)換器，其布置在聲軌跡中。該轉(zhuǎn)換器包括壓電襯底以及兩個(gè)布置在其上的電極，所述電極分別具有與匯流排連接、彼此咬合的電極指以用于激勵(lì)聲波。該轉(zhuǎn)換器被構(gòu)造為使得聲波在多個(gè)與聲軌跡平行延伸的區(qū)域中具有不同的縱向傳播速度。該縱向傳播速度是聲波在縱向上的速度。該轉(zhuǎn)換器包括具有第一縱向速度的中心激勵(lì)區(qū)域。內(nèi)邊緣區(qū)域在兩側(cè)毗鄰該中心激勵(lì)區(qū)域，在所述內(nèi)邊緣區(qū)域中，縱向速度在中心激勵(lì)區(qū)域中的縱向速度不同。外邊緣區(qū)域毗鄰內(nèi)邊緣區(qū)域。在外邊緣區(qū)域中，縱向速度比在內(nèi)邊緣區(qū)域中高。外邊緣區(qū)域可以用于波引導(dǎo)。其寬度于是為寬得足以實(shí)現(xiàn)波引導(dǎo)一例如將受束縛的模態(tài)衰減到零。匯流排的區(qū)域毗鄰電聲轉(zhuǎn)換器的外邊緣區(qū)域。在電聲轉(zhuǎn)換器的匯流排的區(qū)域中，縱向速度比在外邊緣區(qū)域中小。襯底具有凸的慢度(Slowness)(德語Langsamkeit)。該慢度是速度的倒數(shù)。該慢度與在襯底中傳播的聲波的波矢量k成比例。凸慢度的存在等價(jià)于襯底的各向異性因子r，該各向異性因子r大于一 I :r>-io在此，各向異性因子由下列等式來定義
+ =k；
其中kx是波矢量在縱向上的分量，ky是波矢量在橫向上的分量，并且1 是聲波的主傳播方向上的波數(shù)?？v向X上的主傳播方向是通過布置電極指來給定的。主傳播方向垂直于 電極指延伸。在此，上述等式近似地對下式成立
權(quán)利要求
1.電聲轉(zhuǎn)換器， 一布置在聲軌跡中； 一具有壓電襯底； 一具有兩個(gè)布置在襯底上的電極，所述電極分別具有與匯流排連接、彼此咬合的電極指(EF)以用于激勵(lì)聲波； 一其中轉(zhuǎn)換器被構(gòu)造為使得聲波在多個(gè)與聲軌跡平行延伸的區(qū)域(ZAB，IRB, ARB, SB)中經(jīng)歷不同的縱向傳播速度； 一具有擁有第一縱向速度的中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)； 一具有在兩側(cè)毗鄰中心激勵(lì)區(qū)域的內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)，在所述內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)中，縱向速度與中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)的縱向速度不同； 一具有毗鄰內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)的外邊緣區(qū)域(ARB)，在所述外邊緣區(qū)域(ARB)中，縱向速度比在內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)中高； 一具有毗鄰?fù)膺吘墔^(qū)域(ARB)的匯流排(SB)的區(qū)域，在所述匯流排(SB)的區(qū)域中，縱向速度比在外邊緣區(qū)域(ARB)中??；—其中k+(i + r)k； =k；并且r>-i.； 一其中kx是波矢量在縱向上的分量，ky是波矢量在橫向上的分量，并且1 是主傳播方向上的波矢量。
2.電聲轉(zhuǎn)換器， 一布置在聲軌跡中； 一具有壓電襯底； 一具有兩個(gè)布置在襯底上的電極，所述電極分別具有與匯流排連接、彼此咬合的電極指(EF)以用于激勵(lì)聲波； 一其中轉(zhuǎn)換器被構(gòu)造為使得聲波在多個(gè)與聲軌跡平行延伸的區(qū)域(ZAB，IRB, ARB, SB)中經(jīng)歷不同的縱向傳播速度； 一具有擁有第一縱向速度的中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)； 一具有在兩側(cè)毗鄰中心激勵(lì)區(qū)域的內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)，在所述內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)中，縱向速度與中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)的縱向速度不同； 一具有毗鄰內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)的外邊緣區(qū)域(ARB)，在所述外邊緣區(qū)域(ARB)中，縱向速度比在內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)中高； 一具有毗鄰?fù)膺吘墔^(qū)域(ARB)的匯流排(SB)的區(qū)域，在匯流排(SB)的區(qū)域中，縱向速度比在外邊緣區(qū)域(ARB)中??； 一其中^ + (I+r)k； = ki 并且r<—I; 一其中kx是波矢量在縱向上的分量，ky是波矢量在橫向上的分量，并且1 是主傳播方向上的波矢量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)中的縱向速度比在中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)中低。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)中的縱向速度比在中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)中高。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中所述匯流排和電極指(EF)布置在壓電襯底上，所述壓電襯底具有比石英高的電聲耦合效率。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中電極指(EF)至少在沿著橫向的片段中在內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)內(nèi)比在中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)中寬。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中電極指(EF)至少在沿著橫向的片段中在內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)內(nèi)比在中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)中窄。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中電極指(EF)的寬度至少在沿著橫向的片段中在內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)內(nèi)線性地改變。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中電極指(EF)至少在沿著橫向的片段中在內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)內(nèi)比在中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)中高。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中電極指(EF)在中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)中比在內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)、外邊緣區(qū)域(ARB)或匯流排(SB)的區(qū)域中高。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中電極指(EF)在內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)內(nèi)的高度至少在沿著橫向的片段中階梯式地改變。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中電極指(EF)在內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)內(nèi)的高度至少在沿著橫向的片段中線性地增加。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中在內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)中的電極指(EF)上至少在側(cè)面片段中布置有與電極材料不同的導(dǎo)電或介電材料。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中介電材料在內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)中布置在電極指(EF)上或電極指(EF)之間。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中將氧化鉿或氧化鉭布置在電極指(EF)上或電極指(EF)之間。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中外邊緣區(qū)域(ARB)中的縱向速度比 在中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)中高。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)中的縱向速度比在匯流排(SB)的區(qū)域中高。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中 一兩個(gè)內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)中的縱向速度是相等的； 一兩個(gè)外邊緣區(qū)域(ARB)中的縱向速度是相等的；以及 -在兩個(gè)匯流排(SB )的區(qū)域中的縱向速度是相等的。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中聲波的橫向激勵(lì)譜和聲波的基本模態(tài)的橫向偏轉(zhuǎn)譜的一致性是盡可能高的。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中通過內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)中的相位加權(quán)將聲波的基本模態(tài)的橫向激勵(lì)譜與橫向偏轉(zhuǎn)譜相匹配。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中由介電層覆蓋電極指(EF)或匯流排。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中由SiO2層覆蓋電極指(EF)或匯流排。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器,該電聲轉(zhuǎn)換器是GBAW器件。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中外邊緣區(qū)域(ARB)的寬度由一個(gè)電極和另一匯流排的電極指(EF)的末端之間的橫向距離來確定。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中外邊緣區(qū)域(ARB)的寬度由一個(gè)電極的電極指(EF)的末端與同另一匯流排的匯流排連接的殘指的末端之間的橫向距離來確定。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器,該電聲轉(zhuǎn)換器是利用聲波工作的諧振器的一部分，該諧振器具有在縱向上限制聲軌跡的反射器。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中所述反射器與所述轉(zhuǎn)換器具有相同的聲波橫向速度譜。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的電聲轉(zhuǎn)換器，其中所述反射器具有反射器指，所述反射器指在橫向上與轉(zhuǎn)換器的電極指(EF)具有相同的構(gòu)造。
29.電聲轉(zhuǎn)換器， 一布置在聲軌跡中； 一具有壓電襯底； 一具有兩個(gè)布置在襯底上的電極，所述電極分別具有與匯流排連接、彼此咬合的電極指(EF)以用于激勵(lì)聲波； 一其中轉(zhuǎn)換器被構(gòu)造為使得聲波在多個(gè)與聲軌跡平行延伸的區(qū)域(ZAB，IRB, ARB, SB)中經(jīng)歷不同的縱向傳播速度； 一具有擁有第一縱向速度的中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)； 一具有在兩側(cè)毗鄰中心激勵(lì)區(qū)域的外邊緣區(qū)域(ARB)，在所述外邊緣區(qū)域(ARB)中，縱向速度與中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)的縱向速度不同； 一具有毗鄰?fù)膺吘墔^(qū)域(ARB)的匯流排(SB)的區(qū)域，在匯流排(SB)的區(qū)域中，縱向速度比在外邊緣區(qū)域(ARB)中??； —其中k7; + (I 十r)k; = ^ 并且 r = —I ; 一其中kx是波矢量在縱向上的分量，ky是波矢量在橫向上的分量，并且1 是主傳播方向上的波矢量。
30.用于制造根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器的方法，包括步驟 一提供壓電襯底； 一在所述襯底上對匯流排和電極指(EF)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化； 一磨蝕中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB )中的電極指材料。
31.用于制造根據(jù)前述產(chǎn)品權(quán)利要求之一所述的電聲轉(zhuǎn)換器的方法，包括步驟 一提供壓電襯底； 一在所述襯底上對匯流排和電極指(EF)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化； 一使內(nèi)邊緣區(qū)域中的電極指材料氧化。
全文摘要
說明了一種具有在橫向上發(fā)射的聲波的減小的損耗的電聲轉(zhuǎn)換器。為此，該轉(zhuǎn)換器包括中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)、毗鄰中心激勵(lì)區(qū)域(ZAB)的內(nèi)邊緣區(qū)域(IRB)、毗鄰內(nèi)邊緣區(qū)域的外邊緣區(qū)域(ARB)以及毗鄰?fù)膺吘墔^(qū)域的匯流排(SB)的區(qū)域。所述區(qū)域的縱向速度被調(diào)節(jié)為使得獲得活塞模態(tài)的激勵(lì)譜。
文檔編號(hào)H03H9/02GK102714490SQ201080062298
公開日2012年10月3日 申請日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月25日
發(fā)明者C.埃格斯, E.施米德哈默, I.布萊爾, K-C.瓦格納, M.豪澤, M.邁耶, M.雅各布, S.貝雷克, T.埃布納, U.勒斯勒, W.紹爾, W.魯伊勒 申請人:埃普科斯股份有限公司