聲表面波器件的製作方法
2023-10-23 20:57:22
專利名稱：聲表面波器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括石英基底的聲表面波器件，更詳細地說，本發明涉及一種由石英基底和電極的獨特組合所獲得的具有極好的、穩定的諧振特性的聲表面波器件。
在公開號為61-45892的日本已審查專利中披露了一種包含有用作壓電基底的石英基底的聲表面波器件。
在上述已有技術中的該聲表面波器件中，包括有黃金電極的用來傳送和接收信號的交指型變換器被安置在一石英基底上。該石英基底是一石英旋轉丫扳。該器件的頻率-溫度特性是由公式X={a/(a+b)}(ho/λ)所規定的設置x來改進的，這裡ho是該交指型變換器(後面稱之為IDT)的電極膜的厚度，a是該電極指狀物的寬度，b是該電極指狀物的間隙，和λ是被激勵的一聲表面波的波長，並且一切割方向θ應滿足下式θ=(-18707.5x2+21.429x+129.5)但是，在上述聲表面波器件中，Au被用作用來構成該變換器IDT的電極材料。這就使得該器件的成本顯著地提高並且還使得形成該器件的過程極其困難。
為了克服上述問題，本發明的最佳實施例提供了一種低價格的聲表面波器件，該器件具有一易於形成的電極構造，並且還有優良的、穩定的諧振特性。
根據本發明的一個最佳實施例，一聲表面波器件包括有歐拉(Euler)角(0,θ,90°)的一個角θ的石英基底，這裡角θ滿足122°≤θ≤131°，並且在該石英基底上安置有由包含Ta和W中一種的電極材料做成的一交指型變換器。
根據這種獨特的結構，該聲表面波器件能呈現優良的頻率溫度特性和諧振特性。另外，與黃金電極相比較Ta和W較為便宜，從而使該聲表面波器件的成本明顯地下降。另外，與Au相比較，Ta和W易於處理。因此，根據本發明的最佳實施例的該聲表面波器件具有優良的諧振特性並且它的構成具有高穩定性和高精密性。
該歐拉角(0,θ,90°)的角θ最好是在約125°和約128°之間，從而使該聲表面器件具有更佳的諧振特性。
該交指型變換器可具有一高達約40λ的電極指狀交叉寬度(孔隙)，這裡λ表示被激勵的聲表面波的波長。在這種情況下，在該波段橫向模式中所引起的沒有必要的偽響應被有效地抑制，從而獲得優良的諧振特性。
該歐拉角的角θ最好是在該IDT是由Ta所做成的情況下滿足下式(1)和在該IDT是由W所做成的情況下滿足下式(2)θ=125.44+108.27×d×h/λ±1.2 …式(1)θ=125.70+49.87×d×h/λ±1.2…式(2)在這種情況下，在約-20℃到約80℃的溫度範圍中該頻率變化比可是一高達約200ppm的值。
該聲表面波諧振器可包括一被安置在聲表面波傳輸方向上的變換器的相對側上的反射器。該交指型變換器的電極指狀對的數NIDT和該反射器的電極指狀NREF可調整為所希望的數。
根據本發明的最佳實施例該聲表面波可以成功地和容易地被結合在一聲表面波濾波器或一縱向耦合裝置中。
為了說明本發明的用途，以幾種構成的圖例對本發明的最佳構成進行說明，但應了解的是，本發明並不局限於這些結構和實施手段。
圖1示出了根據本發明的一最佳實施例的一聲表面波器件的一說明性的平面示圖。
圖2示出了當角θ』是在約125°到約128°範圍內時歐拉角(0,θ,90°)的變化和頻率溫度係數TCF之間的關係。
圖3示出了圖1所示本發明的一最佳實施例的該聲表面波器件的諧振特性。
圖4示出了當θ變化時阻抗比的變化。
圖5示出了當d×h/λ=0.2和θ=127°時本發明的該最佳實施例的聲表面波諧振器的頻率溫度特性。
圖6示出了具有由Ta構成電極材料的本發明的一最佳實施例的聲表面波諧振器的d×(h/λ)和θ之間的關係。
圖7示出了具有由w構成電極材料的本發明的一最佳實施例的聲表面波諧振器的d×(h/λ)和θ之間的關係。
圖8示出了具有約25λ的IDT-電極指狀交叉寬度(孔隙)的本發明的一最佳實施例的聲表面波諧振器的由該諧振頻率標稱化的頻率和該阻抗之間的關係。
圖9示出了具有約40λ的IDT的一電極指狀交叉寬度的本發明的一最佳實施例的聲表面波諧振器的由該諧振頻率標準化的頻率和該阻抗之間的關係。
圖10示出了具有約100λ的TDT的一電極指狀交叉寬度的本發明的一最佳實施例的聲表面波諧振器的由該諧振頻率標準化的頻率和該阻抗之間的關係。
圖11示出了本發明一最佳實施例的聲表面波諧振器的IDT的電極對數NIDT和該阻抗比的關係。
圖12示出了本發明一最佳實施例的聲表面波諧振器的IDT的電極對數NIDT和帶寬比的關係。
圖13示出了本發明的一最佳實施例的聲表面波諧振器的IDT的電極對數NIDT和諧振電阻之間的關係。
圖14示出了本發明的一最佳實施例的聲表面波諧振器的電極對數NIDT和阻抗比之間的關係。
圖15是根據本發明另一最佳實施例的一縱向耦合聲表面波濾波器的平面視圖。
圖16A和163是當NIDT變化時所得到的該縱向耦合聲表面波濾波器的插入損耗與頻率特性。
圖17示出了當IDT之間的間隙是X=0.20λ時所得到的本發明一最佳實施例的縱向耦合聲表面波濾波器的NIDT和帶寬之間的關係。
圖18示出了當IDT之間的間隙是X=0.5λ時所得到的本發明一最佳實施例的縱向耦合聲表面波濾波器的NIDT和帶寬之間的關係。
圖19示出了當IDT之間的間隙是X=0.7λ時所得到的本發明的一最佳實施例的縱向耦合聲表面濾波器的NIDT和帶寬之間的關係。
圖20示出了當IDT之間的間隙是x=0.9λ時所得到的本發明的一最佳實施例的縱向耦合聲表面波濾波器的NIDT和帶寬之間的關係。
圖21示出了本發明一最佳實施例的縱向耦合聲表面波濾波器的變換器IDT之間的間隙x和NIDTMAX之間的關係。
圖22示出了本發明的縱向耦合聲表面波濾波器的一改進例子的平面視圖。
圖23示出了本發明一最佳實施例的縱向耦合聲表面波濾波器的電極指狀的數NREF和插入損耗之間的關係。
圖24示出了根據本發明的另一最佳實施例的具有根據一最佳實施例的多個聲表面波諧振器的一聲表面波濾波器的電路圖。
現在參考附圖採用非限制性構成例子來說明根據本發明最佳實施例的一聲表面波器件。
圖1示出了根據本發明的第一最佳實施例的一聲表面波諧振器的平面視圖。
聲表面波諧振器1包括有一石英基底2。在該石英基底2中，歐拉(Euler)角(0,θ,90°)最好滿足下式122°≤θ≤131°在該基底2上提供有IDT3。該IDT3包括一對交指型電極3a和3b。該交指型電極3a和3b的電極指狀被插入它們之間的空間之中。
柵型反射器4,5具有多個在其相對終端短路的電極指狀並分別沿該聲表面波傳輸方向被安置在該IDT3的相對側。
IDT3和反射器4,5由最好是鎢(W)製成。該IDT3和反射器4,5最好由諸如蒸氣沉積、CVD、噴鍍、濺射鎢以及其它適當方法的薄膜形成法在該石英基底2上形成。
在本發明的該最佳實施例的聲表面波諧振器1中，歐拉角(0,θ,90°)的角θ最好是在約122°到約131°的範圍內。因此，利用SH型聲表面波，該帶寬可大大增加。因而，可以大大改善由於溫度的改變而導致的中心頻率的允許變化的限度。這些將在下面說明。
一種在許多器件中所使用的常規ST切割X傳輸石英基底具有良好的頻率-溫度特性。其結果，對於一Raleigh波來說該機電係數K2是0.14％。另一方面，在藉助於使用在這個例子中的具有特定歐拉角的石英基底的一love波或一偽love波的激勵的情況中，該機電係數K2是0.64％。
通常，聲表面波器件的帶寬正比於它的機電係數K2。因此，假定在使用一Raleigh波的常規聲表面波器件中可利用的中心頻率是fo=200MHz和帶寬是50KHZ，則在該聲表面波諧振器1中可用的帶寬是230KHZ，這是因為對於本最佳實施例的聲表面波諧振器1的機電係數K2大約是上述使用Raleigh波的該聲表面波器件的ST切割X傳輸的聲表面波器件的機電係數K2的4.6倍。
上述帶寬之間的差，即230-50=180KHZ對於在該中心頻率的變化提供了容限。更詳細地說，相應於由於溫度的變化而導致的頻率偏移，包括有根據這個最佳實施例所構成的聲表面波諧振器1的一濾波器提供了±90KHZ的允許量。在fo=200MHZ處該允許量被轉換為一單位頻率基礎以提供180KHz/200MHz=900ppm。也就是，在該通帶的低頻端是-450ppm而在該通帶的高頻端是+450ppm。對於包含ST切割X傳輸石英基底和使用Raleigh波的聲表面波器件來說每1℃的頻率變化比是±1ppm/℃或更低。包括本最佳實施例的聲表面波諧振器1的濾波器具有如上所述的大約900ppm的由於溫度變化而導致的中心頻率變化的允許量。在實際使用溫度範圍為(-10℃至50℃)的情況中，該允許量通過900ppm/60℃=15ppm/℃而增加。如下所述，對於本發明的各種最佳實施例的聲表面波器件來說，其中對於溫度從約-20℃變到約80℃，即對於溫度變化約100℃的頻率變化比達到100ppm，鄧每1℃的比達到1ppm/℃的最佳切割，角為θ=約125°到約128°，這裡θ是該歐拉角(0,θ,90°)的如下的一個。
該聲表面波諧振器的溫度特性通過改變θ』而測量，θ』作為一標準角，相應於該標準角以這種方式在上述範圍內增加或減少。其結果示於圖2中。在θ』=125°和θ』=128°的情況下，呈現類似的趨勢。因此，當θ是在約125°到約128°範圍內的一任何角時將獲得相同的結果。如圖2所示，在θ』+3°處該頻率溫度係數是15ppm/℃和在θ』-3°處是-15ppm/℃。這表明在一通常電平上所需的溫度特性可在大約122°≤θ≤131處獲得。
因此，在大約θ=122°到131°的範圍內，由於溫度的變化所引起的中心頻率的改變的允許量有大的改進。所以，可實現具有極好頻率溫度特性的聲表面波諧振器和諸如包含有該諧振器的濾波器之類的器件。另外，從圖2可清楚地了解，在大約θ=125°到128°的範圍內可實現更佳的頻率溫度特性。
相對於該石英基底的切割角，生產誤差約為±0.3°。因此，可基本上實現一予置的切割角。另一方面，根據曝光技術，對於該表面波傳輸方向，該生產誤差約為±2°。因此，如果所希望的切割角約為90°，則實際生產的該聲表面波諧振器將具有在約88°到92°範圍內的一切割角。但是，相對於該傳輸方向該生產誤差在該特性範圍內不會造成大的影響。因此，應注意的是，既使該傳輸方向移位了約±2°，依然可以獲得本發明的最佳實施例的優點。
在此之後，作為目前聲表面波諧振器的一最佳實施例的一可取的例子，將要說明具有的歐拉角(0,θ,90°)的角θ在約125°到128°範圍內的該聲表面波的諧振特性。圖3示出了包含具有上述歐拉角的石英基底的聲表面波諧振器1的阻抗頻率特性。如圖3所示，雖然IDT3和反射器4、5是以鎢作為電極材料製做的，還是實現了良好的諧振特性。因此，具有優良的諧振特性的聲表面波諧振器1可以廉價地被提供。與使用金電極的情況相比較，該IDT3和反射器4、5對於石英基底具有高的接合強度。因此，易於執行IDT3和反射器4、5的構成，並且該IDT3和反射器4能夠非常精確地被構成。
圖3所示的特性是當該石英基底的尺寸約為1.5mm×1.8mm×0.4mm，角θ約為126°,IDT3的電極指狀對的數為25和反射器4、5的電極指狀4a、5a的各個數為10時所實現的。H/λ及d分別為置為0.015和0.6。已被證實通過將H/λ置為從0.010到0.025的值和將d置為從0.4到0.7的一值而得到相同的特性。
本發明的發明人披露和證實了通過使用一具有θ=126°的歐拉角(0,θ,90°)的石英基底和用鎢製成的IDT3和反射器4、5而構成具有優良諧成特性的實際器件。另外，通過改變角θ，做了用來證實實現如圖3所示的這樣的優良諧振特性的切割角的範圍的分析。更詳細地說，除了角θ之外，不同的聲表面波諧振器以類似於用於上述聲表面波諧振器1的方式而被作出。該結果特性被評價。在圖4中示出了該結果。在圖4中，角θ作為橫坐標而繪出，阻抗比作為縱坐標而標出。
如圖4所見，具有如圖3所示的優良諧振特性的聲表面波諧振器θ角被確定在約125°到128°的範圍內。
另外，根據上述結果，本發明的發明人作了不同方式的研究以獲得一具有低的依賴溫度變化的諧振特性，即優良溫度特性的聲表面波諧振器。其結果，表明了當用來構成變換器IDT的電極材料是Ta，並且角θ滿足式(1)θ=125.44+108.27×d×h/λ±1.2時可以得到這樣的聲表面波諧振器，其中h和d分別表示膜厚度和變換器IDT的電極指狀金屬化比。該變換器IDT的金屬化比是由d=d1/(d1+d2)所決定的一值，其中d1和d2分別表示該變換器IDT的各個電極指狀的寬度和各個電極指狀之間的間隙的寬度。
圖5示出了通過在具有一角θ=127°，即，歐拉角(0,127°,90°)，的石英基底上形成一Ta構成的IDT所得到的該聲表面波諧振器1的頻率溫度特性，在這種方式中，該變換器IDT具有大約h/λ=0.02的厚度，並且比值d等於約0.6。在圖5中，(f-f20)/f20(ppm)表示假定在約20℃的標準溫度下該諧振頻率f的頻率變化比。在圖5中，該曲線的頂點處的溫度約為34℃，並且在從約-20℃到約80℃的範圍內該諧振頻率的頻率變化比大約為99ppm。
圖6示出了當在從約-20℃到約80℃的溫度範圍內該諧振頻率的頻率變化比是恆定時d×(h/λ)和θ之間的關係。在圖6中，實線A和B規定的範圍該諧振頻率的頻率變化比小於100ppm。虛線C和D規定的範圍該諧振頻率的頻率變化比小於約200ppm。
也就是，由虛線C和D所規定的範圍包括可由式(1)表示的誤差。由實線A和B所規定的範圍包括可由下式(3)所表示的誤差θ=125.44+108.27×d×(h/λ)±0.3 式(3)如上所述，當Ta用作為電極材料時，能實現優良溫度特性的聲表面波諧振器可通過將θ設置為滿足由式(1)，最好是由式(3)所規定的上述範圍而得到。
另外，本發明的發明人還進行了除去用W替代Ta作為電極材料之外，以上述相同方式實現具有優良溫度特性的聲表面波諧振器的研究。其結果，給出了通過將θ設置成滿足由下式(2)所確定的範圍則可獲得上述的優點的結論θ=125.70+49.87×d×h/λ±1.2 式(2)圖7除了w被用於該電極材料之外均相應於圖6，圖7示出了在溫度範圍從約-20°到約80℃中該諧振頻率的頻率變化比為恆定時所獲得的d×(h/λ)和θ之間的關係。在圖7中，實線E和F規定了具有一達到約100ppm值的諧振頻率的頻率變化比的範圍。虛線G和H規定了具有一達到約200ppm值的諧振頻率的頻率變化比的範圍。
在圖7中由虛線G和H規定的範圍包括可由上述式(2)所表示的誤差。
另外，在圖7中由該實線E和F所規定的範圍包括可由下式(4)所表示的誤差。
θ=125.70+49.87×d×(h/λ)±0.3 式(4)在從約-20℃到約80℃的範圍內該聲表面波諧振器1具有的諧振頻率的變化比達到200ppm，最好是可通過將角θ設置為滿足式(2)，最好是滿足式(4)的範圍而達到100ppm。
在上述最佳實施例中，IDT3和反射器4、5是由鎢或鉭所構成。但是該IDT3可以僅由鎢或鉭構成。
另外，沒有必要所有的IDT3都由鎢或鉭所構成。該IDT3可具有另外的金屬材料的薄膜被層壓到w或Ta內的結構。
本發明的發明人發現在具有由包括Ta或w的電極材料所做成的變換器IDT並被安置在具有特定歐拉角的石英基底的聲表面波器件中，通過將該IDT的電極指狀的交叉寬度置為40λ或或更短則可大大地抑制與橫向模式中的偽響應。
更詳細地說，在本發明的一最佳實施例的一個例子中，以這樣一種方式在具有歐拉角(0,127°,90°)的石英基底上被構成的由Ta製成的變換器IDT具有h/λ=0.02和d=0.6的比，並且因此，構成了圖1中所示的聲表面波器件。另外，該聲表面波諧波器1的多個類型具有50個IDT的電極對數NIDT並產生不同的電極指狀交叉寬度。該阻抗-頻率特性被測量。圖8到圖10示出了該結果。在圖8到10的橫坐標上標繪出表示為(f-fr)/fr×100％的由所使用的諧振頻率標稱化的頻率，其中f和fr分別表示一頻率和一諧振頻率。通過將h/λ設置為從0.010到0.027的值和將d設置為從0.4到0.7的值則可得到相同的特性。
圖8,9和10示出了分別在25λ,40λ和100λ的電極指狀交叉寬度處得到的結果。
如圖10所示，在該電極指狀交叉寬度為100λ的情況下，在諧振點和非諧振點之間，即，在橫向模式中，在該頻帶中，產生由箭頭I所指出的一大的偽諧振。另一方面，對於在圖8和9中所示的特性，在該諧振點和非諧振點之間不產生和不出現這樣一個偽響應。
據推測上述偽響應是由於靠近基本模式的振蕩所發生的在一高階模式中的振蕩所產生的。
因此，如圖9中所見，通過將該電極指狀交叉寬度設置為約40λ或更短而能大大地抑制由於高階模式所導致的該偽響應。
因此，在本發明的最佳實施例的聲表面波器件中通過將該變換器IDT的電極指狀交叉寬度設置為約40λ或更短而可有效地抑制在該頻段中的一偽響應。
從上述式(1)和(2)中可了解到，用來通過調整該角θ而實現優良的溫度特性和通過將該電極指狀交叉寬度設置為約40λ或更短而實現對在該頻段中的偽響應的抑制的配置不僅可提供給上述聲表面波諧振器1還可提供給諸如一聲表面波濾波器之類的其它聲表面波器件。在這種情況中，還實現極佳的效果。
另外，本發明的發明人還研究了具有安置在如圖1所示的該變換器IDT的相對側的反射器的該聲表面波諧振器1的特性是如何由IDT的電極指狀對的數NIDT所影響的。為了排除該反射器4、5的影響起見，該聲表面波諧振器由在具有歐拉角(0,127°,90°)的石英基底上由Ta構成的變換器IDT所構成，在這種方式中該變換器IDT具有h/λ=0.02和d=0.6的比而無須由反射器4、5來提供。該聲表面波諧振器的多個類型所得到的阻抗比是通過改變IDT的電極指狀的數NIDT來測量的。該結果如圖11所示。根據20log(ra/ro)所計算的一個值被規定為該阻抗比，這裡ro和ra分別表示諧振電阻和非諧振電阻。
如圖11所示，該阻抗比隨數NIDT而增加。與NIDT超過200時，該阻抗比變為飽和。
因此，通過將在該範圍中的數NIDT進行調整使該數NIDT具有一達到200的值，則可得到具有一適當阻抗比的聲表面波器件。
因此，根據本發明的最佳實施例的具有被安置在具有上述特定歐拉角的石英基底的由Ta製成的轉換器IDT的聲表面波諧振器，該聲表面波諧振器具有一可以通過將IDT的對數設置為200或更小而容易地提供的一適當的阻抗。因此，可以容易地實現所希望的優良特性。
類似地，本發明的發明人還在不同的數NIDT的情況下測量聲表面波諧振器1的帶寬比(fa-fr)/fr和諧振電阻。其結果分別示於圖12和13。
如圖12所示，該帶寬比隨數NIDT的增加而減小。當數NIDT超過20時，該帶寬比變得基本上恆定。因此，當該數NIDT被置為具有達到20的值時，通過調整該數NIDT可以容易地控制該帶寬比。
如圖13所示，該諧振電阻隨數NIDT的增加而減小。當數NIDT超過100時，該諧振電阻變得基本上恆定。因此，在圖13中可看出當NIDT被設置為具有一達到100的值時，通過調整數NIDT可容易地控制該諧振電阻。
如圖12和13所示，根據本發明的最佳實施例，對於具有在有上述歐拉角的石英基底上所安置的由Ta製成的轉換器IDT的聲表面波諧振器1通過調整數NIDT可容易地控制該諧振電阻和帶寬比。更詳細地說，如果它是在達到100的範圍則通過調整數NIDT可以容易地控制該諧振電阻，同時如果它是在達到20的範圍則通過調整該數NIDT可容易地實現所希望的帶寬比。
另外，本發明的發明人所製造的上述聲表面波諧振器1中該IDT3以這樣一種方式被提供在具有近似的歐拉角(0,127°,90°)的石英基底上以便在h/λ=0.02和d=0.6處具有該IDT3的一薄膜厚度，並且發明人還研究了當各個反射器的電極指狀的數變化時該阻抗比是如何變化的。圖14示出了該結果。該反射器的電極指狀的數NREF被標繪在橫坐標上而阻抗比被標繪在縱坐標上。
但是，在圖14中，實線K1、虛線K2、長和短間斷線K3以及長和二短間斷線K4分別表示在數NIDT=5,20,80和160處的結果。
參見圖14，隨著電極指狀的數NIDT增加，阻抗比也趨於增大，而與數NIDT無關。另外，當數NREF超過20時，該阻抗比的上升變得飽和。
因此，當數NREF小於或等於20時，該阻抗比可通過調整NREF的數而容易地被控制。
因此，對於具有被安置在有上述歐拉角的石英基底上的由Ta所製成的轉換器IDT的聲表面波諧振器1，如果數NREF小於或等於20，則其阻抗比可通過調整該數NREF而易於被控制。在這種方式中，肯定可獲得所希望的優良的特性。
在本發明的最佳實施例的該聲表面波器件中，可以利用若干個上述聲表面波諧振器1構成聲表面波濾波器。該聲表面波濾波器的配置無須特別的限制。例如，如圖24的電路圖所示，多個聲表面波諧振器1可以串聯臂和並聯臂的方式配置，例如串聯臂諧振器S1至S3和並聯臂諧振器P1至P4，以規定一梯型濾波器。也就是，本發明可應用於由多個聲表面波諧振器所組成的聲表面波濾波器中。
另外，如下面參照圖15和22所述那樣，一縱向耦合聲表面波濾波器可通過在該反射器之間排列二個交指轉換器IDT而構成。
圖15示出了根據本發明的另一最佳實施例的聲表面波濾波器的平面視圖。該聲表面波濾波器11最好利用一石英基底12所構成。在該石英基底12中，歐拉角(0,θ,90°)的角θ最好滿足下式125°≤θ°≤128°，如同第一最佳實施例的聲表面波諧振器一樣。
在該石英基底12中，提供了第一、第二交叉轉換器IDT13、14。該轉換器13、14分別具有一對交指電極13a、13b和一對交指電極14a、14b。交指電極13a、13b對的指被插入到它們之間的空間。類似地，交指電極14a、14b對的指被插入在它們之間的空間。
該轉換器IDT13、14的配置使得它由沿聲表面波傳輸方向的一間隙而被相互分開。
柵型反射器15、16的構成使得在該聲表面波傳輸方向上在轉換器IDT13、14範圍的相對側上的端部的多個電極指狀被短路。
上述轉換器IDT13、14和反射器15、16最好由鎢和鉭所製成。
該最佳實施例的聲表面波濾波器的特性是，除了上述特定的石英基底和由包含Ta和W中的一種的電極材料所製成的轉換器IDT13、14之外，第一、第二轉換器IDT13、14的電指對的各個數NIDT置為NIDTMAX(X)，該NIDTMAX(X)是由下式確定的一值。
NIDTMAX(X)=38{X-(0.22+0.55n)}2+25 式(5)這裡X=G/λ(G表示在其中心在IDT13、14的電極指狀之間的間隙G的尺寸)，和n是根據下式所確定的一整數。
-0.055+0.55n≤x≤0.495+0.55n。
在該最佳實施例縱向耦合聲表面波濾波器11中，該數NIDT被置為達到上述NIDTMAX。因此，該模式間隔(該縱向基本模式和縱向高次模式之間的頻率差與中心頻率的比(％))可按下面所述來控制，並且因而該帶寬可被調整。這將參照圖16到21來說明。
圖16A和16B示出了該聲表面波濾波器11的插入損耗頻率特性，其中第一IDT13和第二IDT14之間的間隙約為0.50λ，數NIDT是50(對於圖16A)和30(對於圖16B)，數NREF為40，和在反射器15、16和轉換器IDT13、4之間相鄰的沿該聲表面波傳輸方向的各個間隙為0.5λ，並且該負載阻抗為50Ω。下面所述的圖16A和16B以及圖17至20的特性是在使用具有歐拉角(0,127°,90°)的石英基底，轉換器IDT13、14的膜厚h/λ約為0.02和d約為0.6的條件下得到的。
在圖16A和16B的特性中，由箭頭L1和L2表示所使用的頻段。應了解的是當由箭頭L1和L2所指明的頻段相比較時，該帶寬由於改變NIDT的值而變得不同。
上述帶寬之間的不同是由於基本模式和高次模式的重疊所造成的一現象。因此，本發明的發明人對有關高次模式和基本模式之間的頻率差(模式頻率差)的比，即帶寬對中心頻率隨數NIDT如何變化作了研究。其結果示於圖17到20。
考慮到這樣一個事實，即上述帶寬的改變不僅是由於數NIDT的變化而且還由於第一、第二轉換器13、14之間的間隙也發生變化而引起的，所以間隙G也是變化的。也就是圖17、18和19示出了當IDT13、14之間的間隙X分別具有值0.20λ,0.50λ,0.70λ和0.90λ時所測量的特性。
如圖17到20所示，當數NIDT減小時，該帶寬增加。當數NIDT增加時，該帶寬減小。當數NIDT超過一恆定值時，帶寬度為0。
因此，在該縱向耦合聲表面波濾波器11中，可通過將NIDT置為具有達到該恆定值的一值可得到具有一帶寬的濾波器特性。另外，通過將數NIDT調整到上述恆定值或稍低的範圍可實現一所希望的帶寬。
另一方面，在其中該帶寬變為0的數NIDT隨X值而變化。在此，通過改變IDT之間的間隙G可得到類似的特性，如像在圖18到20的各個特性的情況那樣。其結果示於圖21中。
在圖21中，轉換器IDT之間的間隙x被標記在橫坐標上，數NIDT被標註在縱坐標上。也就是，在圖18中所示的特性的情況中，當IDT之間的間隙x約為0.50λ時，在NIDT=50處該帶寬為0。因此，在圖21中，在x=0.5處數NIDT為50。
因而，通過相關的測量，將數NIDT設置在圖21的曲線M的較低側的範圍內，則可得到一帶寬，並且通過調整在上述範圍中的數NIDT可實現一所希望的帶寬。
通過圖21的曲線M的近似，位於該曲線M的數NIDT的值NIDTMAX(X)由式(5)表示NIDTMAX(X)=338{X-(0.22+0.55n)}2+25 式(5)其中n滿足0.22+0.55n-(0.55/2)≤x≤0.22+0.55n+(0.55/2)，即-0.055+0.55n≤x≤0.495+0.55n 式(6)因此n是一滿足上式(6)的整數。如像從圖21的曲線M中所了解的，在x和值NIDTMAX之間存在周期性的規律。即，值NIDTMAX(X)如像由式(5)所示那樣取決於n。
因此，在本最佳實施例的縱向耦合聲表面波濾波器11中，通過設置該數NIDT可得到一帶寬，數NIDT是達到如上所述所確定的值NIDTMAX(X)的轉換器IDT13、14的電極對的數，並且通過調整在上述範圍內的數NIDT可以容易地實現所希望的帶寬。
但是，本發明的發明人對當在上述縱向耦合聲表面波濾波器11中該反射器的電極指狀的數NREF變化時該插入損耗如何變化作了研究。更詳細地說，在一類似於上述的方式中，通過在具有歐拉角(0,127°,90°)的石英基底上構成具有h/λ=0.02和d=0.6的Ta薄膜的轉換器IDT13、14和具有不同數的電極指狀數目的反射器15、16而產生聲表面波濾波器11的不同類型。這些聲表面波濾波器11的插入損耗被測量。圖23示出了該結果。
上述插入損耗由於該轉換器IDT13、14的電極指狀對的數目和IDT13、14之間的間隙G的尺寸而受到影響。因此，產生了具有不同數目的IDT13、14的電極指狀對和不同的IDT13、14之間的間隙的不同類型聲表面波濾波器11。該插入損耗被測量。圖23示出了該結果。
如圖23所示，隨著各個反射器15、16的電極指狀的數目NREF的增加，該插入損耗減小，而與IDT的電極指狀對的數NIDT和IDT13、14之間的縫隙G的尺寸無關。當各個反射器的電極指狀的數目NREF超過20時，該插入損耗變得基本恆定。
因此，如果它具有一達到20的值時，可以通過調整數NREF而控制插入損耗。也就是，通過調整數NREF可以容易地提供具有所希望的插入損耗的聲表面波濾波器11。
圖15的聲表面波濾波器11是一包括第一IDT13和第二IDT14的一縱向耦合聲表面波濾波器。本發明的最佳實施例的縱向耦合聲表面波濾波器可具有帶有至少二個極數的配置。圖22是一縱向耦合聲表面波濾波器的電極配置的平面視圖，它是由縱向連接的二個如圖15中所示的縱向耦合聲表面波濾波器11所構成。
在聲表面波濾波器21中，第一交指轉換器23和第二交指轉換器24由Ta或w製成並且被安置在具有所希望的歐拉角的石英基底上。在聲表面波傳輸方向上提供有在IDT23、24區域的相對側所安置的反射器25、26。另外，在IDT23、24的區域的一側所提供的第一交指轉換器27和第二交指轉換器28被提供。在該聲表面波傳輸方向上提供有被安置在提供有IDT27、28區域的相對側的反射器29、30。轉換器IDT23、24、27和28分別具有成對的交指電極23a和23b,24a和24b,27a和27b，以及28a和28b。
在這種情況中，具有二個極數結構的該聲表面波濾波器被構成，在該構成中由IDT23、24和反射器25、26所組成的一聲表面波濾波器部分以及由IDT 27、28和反射器29、30所組成的一聲表面波濾波器部分相互被連接。
更詳細地說，一該IDT23的交指電極23a與地相連，同時另一交指電極23b與IDT28的一交指電極28a電連接。IDT28的另一交指電極28b與地電連接。因此，上述二個聲表面波濾波器部分被縱向連接從而具有帶有二個極數的配置。
雖然對本發明的最佳實施例作了說明，但也可執行在下面權利要求範圍內所考慮的各種模式。因此，本發明的範圍並不受限於除了在權利要求中所陳述的內容之外的其它方面。
權利要求
1.一種聲表面波器件包括一具有歐拉角(0,θ,90°)的角θ的石英基底，其所具有的角θ值是大於或等於約122°和小於或等於約131°的一值；和一包括由至少Ta和W中的一種電極材料所製成並被安置在所述石英基底上的交指轉換器。
2.如權利要求1的聲表面波濾波器，其中歐拉角(0,θ,90°)的角θ具有大於或等於約125°和小於或等於約128°的一值。
3.如權利要求1的聲表面波濾波器，其中所述交指轉換器具有一達到約40λ交叉寬度的電極指狀，其中λ表示在該聲表面波器件中所產生的一聲表面波的波長。
4.如權利要求1的聲表面波濾波器，其中構成所述交指轉換器的電極材料是Ta，並且該角θ滿足式(1)θ=125.44+108.27×d×h/λ±1.2式(1)其中h表示所述交指轉換器的一膜的厚度，d表示所述交指轉換器的電極指狀金屬化比，和λ表示在該聲表面波器件中產生的一聲表面波的波長。
5.如權利要求1的聲表面波器件，其中構成所述交指轉換器的電極材料是w，並且該角θ滿足式(2)θ=125.70+49.87×d×h/λ±1.2 式(2)其中h表示所述交指轉換器的一膜的厚度，d表示所述交指轉換器的電極極金屬化比，和λ表示在該聲表面器件中產生的一聲表面波的波長。
6.如權利要求1的聲表面波器件，其中該聲表面波器件進一步包括沿一聲表面波傳輸方向在所述產指轉換器的相對側安置的反射器，從而確定了一聲表面波諧振器，和所述交指轉換器的電極指狀對的數NIDT具有達到200的一值。
7.如權利要求6的一聲表面波器件，其中數NIDT具有達到100的一值。
8.如權利要求6的一聲表面波器件，其中數NIDT具有達到20的一值。
9.如權利要求1的聲表面波器件，其中反射器沿一聲表面波傳輸方向被安置在所述交指轉換器的相對側並且該反射器包括在一基本上垂直於聲表面波傳輸方向的方向上所存在的多個電極指狀並且該電極指狀在其相對側被短路，從而確定了一聲表面波諧振器，和各個反射器的電極指狀的數NIDT具有達到20的一值。
10.一種聲表面波濾波器包括一具有歐拉角(0,θ,90°)的角θ的石英基底，該角θ具有一大於或等於約122°和小於或等於約131°的值；一電極材料由包括Ta和w中的至少一種材料所製成並被安置在所述石英基底上的交指轉換器；和沿一聲表面波傳輸方向被安置在所述交指轉換器的相對側的反射器，其中所述交指轉換器的電極指狀對的數NIDT具有一達到200的值。
11.如權利要求10的聲表面波濾波器，其中該數NIDT具有一達到100的值。
12.如權利要求10的聲表面波濾波器，其中該數NIDT具有一達到20的值。
13.如權利要求10的聲表面波濾波器，其中該反射器包括在基本上垂直於該聲表面波傳輸方向的一方向上存在的多個電極指狀並且該電極指狀在其相對側被短路，和各個反射器的電極指狀的數NREF具有一達到20的值。
14.一種縱向耦合聲表面波濾波器包括一具有歐拉角(0,θ,90°)的一角θ的石英基底，該角θ具有一大於或等於約122°和小於或等於約131°的值；被安置在所述石英基底上從而由一間隙所分隔並且由包括Ta和w中的至少一種電極材料所製成的第一和第二交指轉換器；和沿著一聲表面波傳輸方向在其中提供有第一和第二交指轉換器的一區域的一相對側所安置的反射器；其中該第一和第二交指轉換器具有根據NIDTMAX(X)=338{X-(0.22+0.55n)}2+25所確定的達到NIDTMAX(X)的電極指狀的數NIDT其中X=G/λ,G表示在沿聲表面波傳輸方向上在第一和第二交指轉換器之間的間隙的一尺寸，和n是根據-0.055+0.55n≤x≤0.495+0.55n所確定的一整數，並且λ表示在該聲表面波濾波器中所產生的一聲表面波的一波長。
15.如權利要求14的縱向耦合聲表面波濾波器，其中所述第一和第二交指轉換器中的至少一個具有達到40λ的一電極指狀交叉寬度，其中的λ表示在該聲表面濾波器中所產生的聲表面波的一波長。
16.如權利要求14的縱向耦合聲表面波濾波器，其中構成所述第一和第二交指轉換器中的至少一個的電極材料是Ta，並且角θ滿足式(1)θ=125.44+108.27×d×h/λ±1.2式(1)其中h表示所述第一和第二交指轉換器中的至少一個的一膜厚，d表示所述第一和第二交指轉換器中至少一個的一電極指狀金屬化比，和λ表示在該聲表面波濾波器中所產生的一聲表面波的波長。
17.如權利要求14的縱向耦合聲表面波濾波器，其中構成第一和第二交指轉換器中的至少一個的電極材料是w，並且角θ滿足式(2)θ=125.70+49.87×d×h/λ±1.2 式(2)其中h表示所述第一和第二交指轉換器中的至少一個的一膜厚，d表示所述第一和第二交指轉換器中至少一個的一電極指狀金屬化比，和λ表示在該聲表面波濾波器中所產生的一聲表面波的波長。
18.一種縱向耦合聲表面波濾波器包括一具有歐拉角(0,θ,90°)的角θ的石英基底，該角θ具有一大於或等於約121°和小於或等於約131°的值；被安置在所述石英基底上以便由一間隙分隔並且由包括至少Ta和w中的一種電極材料製成的第一和第二交指轉換器；和在沿一聲表面波傳輸方向設置的第一和第二交指轉換器的一區域的相對側所安置的反射器；各個反射器具有達到20的一電極指狀的數NREF。
19.如權利要求18的縱向耦合聲表面波濾波器，其中至少一個所述第一和第二交指轉換器具有一達到約40λ的電極指狀交叉寬度，這裡λ表示在該聲表面波濾波器中產生的一聲表面波的一波長。
20.如權利要求18的縱向耦合聲表面波濾波器，其中構成至少一個第一和第二交指轉換器的電極材料是Ta，並且角θ滿足式(1)θ=125.44+108.27×d×h/λ±1.2 式(1)這裡h表示至少一個所述第一和第二交指轉換器的膜的厚度，d表示至少一個所述第一和第二交指轉換器電極指狀金屬化比，和λ表示在該聲表面波濾波器中所產生的一聲表面波的波長。
21.如權利要求18的縱向耦合聲表面波濾波器，其中構成至少一個第一和第二交指轉換器的電極材料是w，並且角θ滿足式(2)θ=125.70+49.87×d×h/λ±1.2 式(2)這裡h表示至少一個所述第一和第二交指轉換器的膜的厚度，d表示至少一個所述第一和第二交指轉換器電極指狀金屬化比，和λ表示在該聲表面波濾波器中所產生的一聲表面波的波長。
全文摘要
一種聲表面波器件包括有一具有歐拉角(0,θ,90°)的一個角θ的石英基底,該角θ滿足122°≤θ≤131°。由包括至少Ta和W中的一種電極材料製成的交指轉換器被安置在該石英晶體上。
文檔編號H03H9/00GK1237036SQ99103438
公開日1999年12月1日 申請日期1999年2月14日 優先權日1998年2月16日
發明者藤本耕治, 門田道雄, 米田年麿, 中尾武志 申請人:株式會社村田製作所