[发明专利]自由边缘反射型声表面波装置

说明书

本发明涉及利用SH型表面波的自由边缘反射型声表面波(以下称为表面波)装置，更具体地说涉及利用SH型漏波作为SH型表面波以便加宽频带的自由边缘反射型表面波谐振器。

已经提出了多种表面波谐振器作为用于MHz频带中的谐振器。一些利用SH型表面波的表面波谐振器正在作为具有宽频带的谐振器引起人们的注意。象BGS波和乐甫波(Love wave)那样，SH型表面波是这样一种表面波，其位移的主分量沿着垂直于表面波传播方向的方向。

利用BGS波的常规的自由边缘反射型表面波谐振器具有叉指换能器(以下称为“IDT”)，包括形成在由例如钛酸锆酸铅的压电陶瓷材料制成的压电衬底上的一对梳状电极。也已经提出了利用乐甫波的表面波谐振器，该谐振器具有由一对金制(Au)的梳状电极构成的IDT，梳状电极位于由LiNbO₃的Y-切割X-传播的单晶体制成的压电衬底上。

然而，利用BGS波的表面波谐振器虽然具有宽频带，但是存在由于频率特性和晶粒大小的限制而引起的上限谐振频率为70MHz的问题。利用乐甫波的表面波谐振器也存在着问题，即由于成本较高和IDT形成技术方面的限制，Au制成的梳状电极不能做得具有足够的厚度。因此，这种作为宽频带谐振器的谐振器具有高于200MHz的谐振频率。

因此，利用SH型表面波的常规的表面波谐振器还没有一种适用于70至200MHz的频带。

本发明的最佳实施例提供一种适用于具有大约70至200MHz的频带范围的自由边缘反射型表面波谐振器，并呈现具有宽频带的谐振特性。

本发明的最佳实施例还提供了一种自由边缘反射型表面波谐振器，其中SH型表面波在压电衬底的两个相对的自由边缘之间反射，采用由LiNbO₃的压电单晶体制成的41°Y-切割X-传播的压电衬底作为压电衬底，并且利用漏波作为SH型表面波。

更具体地说，本发明的最佳实施例提供一种利用SH型漏波的自由边缘反射型表面波谐振器，包括：由LiNbO₃的压电单晶体制成的41°Y-切割X-传播的压电衬底，压电衬底具有两个相对的自由边缘和连接两个相对的自由边缘的一对主表面；以及位于压电衬底上的其中一个主表面上并具有一对梳状电极的叉指换能器，梳状电极具有一个以上的指形电极；其中梳状电极对的指形电极交叉放置，在表面波传播方向的两侧的指形电极的外缘沿压电衬底的自由边缘的长度方向在衬底的上主表面上延伸，当表面波的波长用λ表示时，两侧的指形电极的宽度基本等于表面波波长λ的1/8，其余指形电极的宽度基本等于表面波波长λ的1/4。

本发明的最佳实施例的自由边缘反射型表面波谐振器的一个特征是利用称为漏波的SH型表面波。漏波也称为衰减弹性表面波，它辐射能量，这样当它通过压电衬底传播时受到衰减。因此，据认为由于漏波在很大程度上衰减，所以不能用于表面波装置中。

本发明的最佳实施例的一个特征是利用迄今为止被认为不能用于表面装置的漏波。在自由边缘反射型表面波谐振器中，IDT位于连接两个相对的自由边缘的压电衬底的一个主表面上。在这种自由边缘反射型表面波谐振器中，整个表面波传播区允许通过激励产生表面波，该区域形成在连接两个相对的自由边缘的压电衬底的一个主表面上。因此，在驱动期间，几乎不存在由激励产生的表面波被衰减的区域部分。因此，即使利用由于能量辐射而大大衰减的漏波，也可以产生具有极好的谐振特性的谐振器，其峰与谷之比(即反谐振点处的阻抗值与谐振点处的阻抗值之比)令人满意。另一方面，由LiNbO₃的41°Y-切割X-传播的压电单晶体在大约70至200MHz的频带范围内呈现大的机电耦合系数。然而，当压电衬底的表面被金属化时，传播损耗较高，达到0.044 dB/λ，因此在表面上形成IDT产生具有上述传播损耗的漏波。基于这一理由，LiNbO₃的41°Y-切割X-传播的压电单晶体制成的压电衬底迄今为止还未非常经常性地用于表面波装置，如表面波滤波器或表面波谐振器。

本发明的最佳实施例的自由边缘反射型表面波谐振器有效地利用了上述漏波。由于压电衬底具有高的机电耦合系数，所以这种最好由LiNbO₃的压电单晶体制成的41°Y-切割X-传播的压电衬底形成的谐振器可以具有大约70至200MHz的宽频带。例如从下面将要描述的最佳实施例中可以清楚地看到，已经肯定本发明提供的谐振器具有宽频带，在大约70至200MHz的频带中相对带宽大约为6.5％。