[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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1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，Ken Hashimoto在[T.Omori，Matsuda，Y.Sugama，Tanaka，K.Hashimoto和M.Yamaguchi，″Suppression of Spurious Responses for Ultra-Wideband and Low-Loss SAW Ladder Filter on a Cu-grating/15.YX-LiNbO3 Structure″，2006 IEEE Ultrasonics symp.，pp1874-1877]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。