[发明专利]声波装置的换能器结构

说明书

本发明涉及表面声学装置的换能器结构(100)，该换能器结构包括：包括压电层(104)的复合基板、一对叉指式梳状电极(108、110)，该对叉指式梳状电极包括具有满足布拉格条件的节距p的多个电极装置(112_1、112_2、112_3、112_4、114_1、114_2、114_3、114_4)，其中，该叉指式梳状电极(108、110)被嵌入压电层(104)中，使得在使用时，发生电极装置的体积中的波传播模式的激发，并且是结构的主要传播模式。本发明还涉及包括至少一个如上所述的换能器结构的声波装置以及制造所述换能器结构的方法。本发明还涉及在声波装置中的所述换能器结构的电极装置中传播的体波的频率的使用，以生成高频并且特别是高于3GHz的贡献。

本发明涉及声波装置，特别地，涉及声波装置的换能器结构。

近年来，表面声波(SAW)装置已经用于越来越多的实际应用(诸如滤波器、传感器以及延迟线)。特别地，由于SAW滤波器能够形成低损耗高阶带通滤波器而不采用具有空前紧凑性的复杂电路，因此，移动电话应用关注SAW滤波器。因此，SAW滤波器在性能和尺寸方面提供了优于其它滤波器技术的显著优点。

在典型的表面声波装置中，在表面传播基板上形成一个或更多个叉指式换能器(inter-digitated transducer(IDT))，并且所述一个或更多个IDT被用于通过利用基板的压电效应将声波转换成电信号以及将电信号转换成声波。叉指式换能器(IDT)包括相对的“电极梳”，其中叉指式金属指被设置在压电基板上。通过电激发所述指来在基板上形成瑞利(Rayleigh)表面声波。其它波类型、剪切波以及纵向偏振波在体积中行进并被吸收，因此需要经优化的金属格栅厚度，以用于滤波器应用。相反地，可以根据在换能器下方的压电基板材料中传播的表面声波来跨所述指产生电信号。

SAW装置通常使用由单片石英、LiNbO₃或LiTaO₃晶体制成的晶片作为压电材料。然而，根据所使用的压电材料，在LiNbO₃或LiTaO₃的情况下，压电基板的使用导致对温度的高敏感性，或者在石英的情况下导致弱机电耦合。

此外，弹性波速度通常受到单晶材料特性的限制，特别是考虑到大部分时间保持在3000m/s至4000m/s之间的相速度。实际上，在石英的情况下，瑞利表面声波是最常用的模式，并且它们的相速度从3000m.s^-1变化至3500m.s^-1。剪切波的使用允许高达5100m.s^-1的相速度。在石英中，耦合被限制到0.5％。在钽酸锂的情况下，瑞利波展现出位于3000m.s^-1至3500m.s^-1的范围内的相速度，但是模式耦合几乎不能达到2％。铌酸锂上的瑞利波达到高达3900m.s^-1的相速度，其中耦合因子为5.6％，在IDT上使用SiO₂钝化层的情况下，其可能达到8％。

LiTaO₃和LiNbO₃上的剪切波(也称为伪模式)展现出辐射泄漏(所谓的泄漏模式)。在该情况下，表面部分地引导波。因此，电极格栅在捕获靠近表面的能量中起主要作用。两种材料的相速度都在4000m.s^-1至4500m.s^-1的范围内。

最后，还可以在LiTaO₃基板和LiNbO₃基板上沿着某些晶体切口(cut)激发压缩模式，但是这里同样地，所述模式就本质而言是泄漏的，因此需要特定的电极厚度与频率的关系，以最小化因波辐射到体中而造成的泄漏效应。

克服泄漏效应的一种方法已导致复合基板的使用。复合基板包括在基础基板上形成的压电层。复合基板为基础基板提供了大量的材料选择，并且可以选择具有高声波传播速度的基础基板材料，诸如金刚石、蓝宝石、碳化硅或硅。类似于光学装置，这种基础基板的使用使得能够引导模式。