电声谐振器的制作方法

电声谐振器
1.本发明指明了一种电声谐振器。
2.要解决的一个任务是指定一种具有较少杂散模式的电声谐振器。
3.根据至少一个实施例，电声谐振器包括具有压电材料的衬底。衬底可以由压电材料形成或者可以包括压电材料的层，例如薄膜。例如，压电材料是钽酸锂(例如litao3)或铌酸锂(例如linbo3)或aln或石英。
4.根据至少一个实施例，电声谐振器包括在衬底的顶侧上的叉指电极结构。叉指电极结构优选是金属结构。例如，电极结构由金属制成，如cu或al或pt或ag或au或ti或cr，或者由它们的化合物或金属合金制成。衬底的顶侧优选地由压电材料形成。叉指电极结构可以被覆盖有电介质材料(例如sio2或si3n4)的附加层，以便提供温度补偿、钝化或其他附加功能。
5.根据至少一个实施例，电极结构包括第一电极和第二电极，每个电极具有汇流条和多个指状物。每个电极的指状物通过电极的汇流条电连接。电极可以均由单个材料组成或者可以具有分层结构。指状物优选地与所分配的汇流条一体形成。电极优选地与压电材料直接接触，或者它们通过绝缘材料的薄层与压电材料分离。例如，每个电极包括至少10个或至少50个或至少100个指状物。
6.两个电极的汇流条彼此平行或基本平行。汇流条的主延伸方向优选地平行于纵向方向。平行于顶侧并且垂直于纵向方向的方向被定义为横向方向。电极的指状物横向于汇流条延伸，例如每个指状物的主延伸方向平行于横向方向。优选地，所有指状物彼此平行或基本平行。
7.根据至少一个实施例，两个电极的指状物相互交叉。然而，不同电极的指状物被彼此电隔离。换句话说，电极是叉指电极。两个电极一起定义了电声谐振器的叉指换能器。例如，电声谐振器是saw谐振器。
8.根据至少一个实施例，顶侧在两个汇流条之间的区域被细分为两个屏障区域、两个陷阱区域和一个轨道区域。陷阱区域位于两个屏障区域之间，并且轨道区域位于两个陷阱区域之间。优选地，这些区域均是具有平行于纵向方向的主延伸方向的连续、条状区域。沿着横向方向，这些区域被一个接一个地排列。
9.根据至少一个实施例，至少一些指状物(优选地所有指状物)各自包括一个屏障部分、两个陷阱部分和一个轨道部分。屏障部分与最接近被分配给指状物的汇流条的屏障区域相关联。陷阱部分各自与陷阱区域中的一个陷阱区域相关联。轨道部分与轨道区域相关联。这里，如果在衬底顶侧的平面图中，一个部分与一个区域重叠，优选地与该区域完全重叠，则该部分与该区域相关联。特别地，部分和区域之间的关联是一对一的。如果汇流条与指状物属于相同电极，则该汇流条被分配给该指状物。
10.换句话说，从所分配的汇流条开始，至少一些指状物均包括屏障部分，接着是第一陷阱部分，接着是轨道部分，接着是第二陷阱部分。第二陷阱部分优选地形成指状物的远离汇流条的端部。优选地，指状物均仅由这四个部分组成。特别优选地，指状物的宽度(作为指状物沿纵向方向的扩展被测量)在每个部分内是恒定的。“恒定”意指在制造公差范围内的
恒定。然而，在不同部分中，指状物的宽度可以不同。优选地，指状物的高度(作为垂直于顶侧的扩展被测量)在每个部分内也是恒定的，但在不同部分中可以不同。
11.根据至少一个实施例，指状物被配置为使得表面声波的主模式在陷阱区域中的速度小于在轨道区域中的速度。表面声波在衬底的顶侧传播。主模式是沿纵向方向传播并且具有一定极化的表面声波。例如，主模式是瑞利表面声波。优选地，主模式在陷阱区域中的速度是主模式在轨道区域中的速度的至多99％或至多98％或至多97％。附加地或备选地，主模式在陷阱区域中的速度是在轨道区域中的速度的至少93％或至少94％或至少95％。
12.在预期操作期间，电声谐振器生成主模式，即所需的表面声波。谐振器被配置为使得在操作期间，主模式在轨道区域内被产生并且被捕获在轨道区域内。
13.根据至少一个实施例，每个电极包括多个短指状物。短指状物比指状物短，即短指状物具有比指状物短的长度。指状物/短指状物的长度或指状物的一部分的长度是沿横向方向的扩展。每个电极可以包括至少10个或至少50个或至少100个短指状物。
14.短指状物与指状物从所分配的汇流条的相同侧延伸。这意味着电极的短指状物和指状物从所分配的汇流条朝向其他电极的汇流条延伸。在制造公差的范围内，短指状物可以都具有相同的形状。同样地，在制造公差的范围内，包括不同部分的指状物可以都具有相同的形状。
15.根据至少一个实施例，每个短指状物仅与最接近被分配给该短指状物的汇流条的屏障区域相关联。特别地，短指状物不与陷阱区域和轨道区域重叠。优选地，屏障区域的宽度(垂直于纵向方向测量)由所分配的短指状物的长度定义。
16.根据至少一个实施例，电极被配置为使得主模式在屏障区域中的速度大于在轨道区域中的速度。例如，主模式在屏障区域中的速度是在轨道区域中的速度的至少101％或至少102％或至少104％或至少106％。附加地或备选地，主模式在屏障区域中的速度是轨道区域中的速度的至多110％或至多109％或至多107％或至多105％。
17.与具有指状物的活塞模式设计但没有短指状物的谐振器相比，屏障区域中的速度减小。屏障区域中速度的减小允许增加陷阱区域中的速度，这进一步允许抑制不需要的模式。
18.在至少一个实施例中，电声谐振器包括具有压电材料的衬底和在衬底的顶侧上的叉指电极结构。电极结构包括第一电极和第二电极，每个电极具有汇流条和多个指状物。两个电极的指状物相互交叉。顶侧在两个汇流条之间的区域被细分为两个屏障区域、两个陷阱区域和一个轨道区域，陷阱区域位于两个屏障区域之间，并且轨道区域位于两个陷阱区域之间。至少一些指状物各自包括一个屏障部分、两个陷阱部分和一个轨道部分，其中屏障部分与最接近被分配给指状物的汇流条的屏障区域相关联，陷阱部分各自与陷阱区域中的一个陷阱区域相关联，并且轨道部分与轨道区域相关联。指状物被配置为使得表面声波的主模式在陷阱区域中的速度小于在轨道区域中的速度。每个电极包括比指状物短的多个短指状物。每个短指状物仅与最接近被分配给该短指状物的汇流条的屏障区域相关联。电极被配置为使得主模式在屏障区域中的速度大于在轨道区域中的速度。
19.在电声谐振器中，除了需要的主模式之外，还存在若干不需要的(杂散)模式。这些不需要的模式是不沿着主模式传播方向(＝纵向方向)传播并且可能具有所有可能的极化的模式、以及具有与主模式相同的传播方向但具有与主模式不同的极化的模式。通常，不可
能找到允许抑制所有不需要的模式的电极结构设计。尤其是在具有高电声耦合和/或主模式与不同极化的不需要的模式之间的距离小的材料系统中，是这种情况。在由这种谐振器组成的saw滤波器中，其余的不需要的模式可能会引起通带中和滤波器边缘处的凹陷、群延迟纹波、修整问题和/或降低的功率持久性。
20.为了抑制不需要的横向模式(即沿垂直于纵向方向的横向方向具有非零传播的模式)，电极的指状物可以利用所谓的活塞模式设计来形成，其中指状物被细分为屏障部分、两个陷阱部分和轨道部分。陷阱部分可以被设计，使得在相关联的陷阱区域中，主模式的速度小于在轨道区域中的速度。这可以例如通过在陷阱部分中使用金属点以便与轨道部分相比增加陷阱部分的质量来实现。然而，这对于高频谐振器来说可能是有问题的，在高频谐振器中相邻指状物之间的间距必须小。生产方法通常不足以准确地将金属点放置在非常小的结构上。
21.本发明的发明人的构思是在电极中附加地使用短指状物。短指状物允许减小表面声波在陷阱区域侧面的屏障区域中沿纵向方向传播的速度。结果，陷阱区域中的速度不必像没有短指状物时那样小，从而可以根本不需要对陷阱部分使用金属点。以该方式，节省了成本并且避免了由于点对准准确性和最小点尺寸造成的制造限制。
22.短指状物的另外优点是，它们在优化谐振器以用于对不需要的模式的抑制时带来另外的自由度。实际上，通过调整短指状物的宽度和/或长度和/或高度，可以调整表面声波在屏障区域中的速度，并且以该方式可以优化对具有横向传播方向的模式的抑制。此外，通过优化短指状物的设计，也可以进一步抑制具有不需要的极化的模式。
23.根据至少一个实施例，指状物在陷阱区域中的宽度和/或高度大于在轨道区域中的宽度和/或高度。通过增加宽度和/或高度，与轨道区域相比，陷阱区域中的指状物的质量负载增加，因此与轨道区域相比，陷阱区域中的主模式的速度减小。例如，对于每个指状物，在陷阱区域中的宽度和/或高度是在轨道区域中的宽度和/或高度的至少105％或至少110％或至少130％或至少150％。附加地或备选地，对于每个指状物，在陷阱区域中的宽度和/或高度是在轨道区域中的宽度和/或高度的至多250％或至多200％或至多150％。
24.根据至少一个实施例，短指状物和/或指状物的屏障部分比指状物的轨道部分更薄和/或更窄。例如，短指状物和/或屏障部分的高度和/或宽度是轨道部分的高度和/或宽度的至多90％或至多80％或至多70％。附加地或备选地，短指状物和/或屏障部分的高度和/或宽度是轨道部分的高度和/或宽度的至少20％或至少40％或至少50％。
25.通过减小短指状物和/或指状物的屏障部分的宽度和/或高度，与轨道区域相比，屏障区域中的质量负载可以减小，其结果是主模式的速度与轨道区域相比增加。
26.根据至少一个实施例，短指状物比屏障部分短。例如，短指状物的长度是指状物的屏障部分的长度的至多80％或至多90％或至多95％。附加地或备选地，短指状物的长度是屏障部分的长度的至少70％或至少80％。
27.根据至少一个实施例，短指状物的宽度和/或高度与指状物的屏障部分的宽度和/或高度相同。在这里以及在下文中，具有相同高度和/或宽度和/或长度的两个元件意指在制造公差的限制内具有相同高度和/或宽度和/或长度的元件。例如，出现至多10％或至多5％的偏差。
28.根据至少一个实施例，指状物在陷阱部分中的高度与在轨道部分中的高度相同。
在该情况下，指状物在陷阱部分中的宽度优选地大于在轨道部分中的宽度。优选地，短指状物和指状物在屏障部分中的高度也与在轨道部分中的高度相同。在该情况下，短指状物和/或屏障部分的宽度优选地小于在轨道部分中的宽度。
29.足够深的陷阱区域(即具有低主模式速度的陷阱区域)通常可以通过使用具有增加的高度的陷阱部分来实现，例如通过使用金属点。然而，在高频谐振器中，需要小结构尺寸。因此，金属点的应用可能是困难的。然而，对于本发明，陷阱部分可以被选择为具有与轨道部分相同的高度，因为由于主模式在屏障区域中的速度降低，陷阱深度不必被选择为那么深。
30.根据至少一个实施例，在每个电极中，指状物和短指状物以交替方式布置。特别地，在每个电极中，在每对指状物之间存在短指状物，在每对短指状物之间存在指状物。
31.根据至少一个实施例，关于主模式的传播方向(即纵向方向)，每个短指状物位于与相应的其他电极的指状物相同的高度处。这意味着穿过短指状物的中心线(所述中心线沿横向方向延伸)也穿过其他电极的指状物。优选地，短指状物的中心线也是在相同高度处的其他电极的指状物的中心线。优选地，每个短指状物到位于相同高度的其他电极的指状物的距离是两个汇流条之间距离的至多10％或至多5％。附加地或备选地，每个短指状物到在相同高度处的其他电极的指状物的距离为至多0.5
·
λ或至多0.4
·
λ或至多0.3
·
λ，其中λ是主模式在轨道区域中的波长。两个对象之间的距离在这里被定义为两个对象之间最短连接的长度。
32.根据至少一个实施例，电声谐振器是rf滤波器的部分。rf滤波器可以在例如移动电话的通信设备中使用。rf滤波器可以是带通滤波器。电声谐振器的谐振频率例如为至少0.4ghz或至少2.5ghz或至少6ghz或至少8ghz。
33.下面结合附图描述电声谐振器的进一步优选实施例和发展。相同或相似的元素以及功能相同的元素在附图中用相同的附图标记表示。附图和附图中所示元素的比例不被视为按比例示出。相反，为了更好的呈现和/或更好的理解，单个元素(特别是层)可以在幅度上被夸大示出。
34.在附图中：
35.图1至图4以不同的视图示出了电声谐振器的示例性实施例，以及
36.图5和图6基于图示出了电声谐振器的性质。
37.图1以平面图示出了电声谐振器的第一示例性实施例。图2以截面图(当贯穿切割平面aa’切割时)示出了图1的电声谐振器。电声谐振器包括具有压电材料(例如linbo3)的衬底3。衬底3包括由压电材料制成的顶侧33。例如，衬底3包括压电材料的薄膜。压电材料的切割角例如是(0
°
，38
°
，0
°
)。切割角(λ’，μ，θ)是定义压电材料的顶表面相对于压电材料晶轴的定向的欧拉角。该定义是根据国际标准iec 62276：2016。
38.在衬底的顶侧33上，施加了电极结构。电极结构由例如cu的金属制成。电极结构包括第一电极1和第二电极2。两个电极1、2包括汇流条20和多个指状物10。汇流条20都沿纵向方向l延伸。指状物10沿与纵向方向l垂直的横向方向t、垂直于汇流条20延伸。
39.在汇流条20之间，衬底3的顶侧33被细分为两个屏障区域113、两个陷阱区域112和一个轨道区域111。区域111、112、113都被形成为条状，主延伸方向沿着纵向方向l。区域111、112、113沿着横向方向t被一个接一个地排列。轨道区域111位于两个陷阱区域112之
间。两个陷阱区域112和轨道区域111位于两个屏障区域113之间。屏障区域113各自与汇流条20相邻。
40.指状物10各自包括屏障部分13，屏障部分13与所分配的电极的汇流条20相邻。在远离汇流条20的方向上，第一陷阱部分12、轨道部分11和第二陷阱部分12在每种情况下以该顺序被布置在屏障部分13的下游。屏障部分13与邻近于所分配的汇流条20的屏障区域113相关联/重叠。陷阱部分12与陷阱区域112相关联/重叠，并且轨道部分11与轨道区域111相关联/重叠。
41.除了指状物10之外，每个电极1、2还包括从汇流条20延伸的短指状物30。在每个电极1、2中，在每对指状物10之间布置一个短指状物30。短指状物30仅与邻近于所分配的汇流条20的屏障区域113相关联和重叠。关于纵向方向l，每个短指状物30位于与相应其他电极的指状物10相同的高度上。
42.在图1和图2中所示的电声谐振器的操作期间，表面声波的主模式被生成，主模式以特定极化沿纵向方向传播。主模式基本被捕获在轨道区域111中。指状物10的捕获部分12被选择为：使得与轨道区域111相比，在捕获区域112中，主模式的速度减小。这通过以下方式来实现：将陷阱部分12形成为比轨道部分11宽，这导致陷阱区域112中的质量负载与轨道区域111相比增加。然而，轨道部分12中的指状物10的高度与轨道部分11中的高度相同(参见图2)，考虑到指状物10的生产，这是有利的。
43.与轨道部分11相比，短指状物30被设计为具有减小的宽度。指状物10的屏障部分13具有与轨道部分11相同的宽度。短指状物30和屏障部分13的高度与在轨道部分11中的高度相同。由于短指状物30的宽度减小，主模式在屏障区域113中的速度大于在轨道区域111中的速度，但与没有使用短指状物30的情况相比较小。
44.所得的速度轮廓在图5的图中被示出。x轴表示横向方向t。y轴表示主模式的速度。在谐振器的操作期间，速度轮廓产生图6的图形中所示的主模式的幅度的轮廓。在这里，x轴也表示横向方向t。y轴表示主模式的幅度。如可以看出的，由于电极结构的设计，主模式幅度几乎具有矩形形状，在轨道区域111中具有几乎平坦的形状并且在陷阱区域112中具有陡峭的侧面。在主模式具有这种轮廓的情况下，在横向方向上传播的不需要的模式几乎完全被抑制。在图5和图6中，在之前的图中可见的轨道区域112和屏障区域113之间的小间隙区域未被指示。
45.图3示出了电声谐振器的第二示例性实施例。谐振器仅在截面图中被示出。例如，平面图将与图1中的相同。与图2的电声谐振器相比，图3的电声谐振器具有指状物10，该指状物10在陷阱部分12中的高度大于在轨道部分11中的高度。这有助于进一步减小主模式在轨道区域112中的速度。可以使用增加的高度12来代替增加的宽度。此外，指状物10在屏障部分13中的高度可以小于在轨道部分11中的高度。类似地，短指状物30的高度可以小于指状物10在轨道部分11中的高度。
46.图4示出了电声谐振器的第三示例性实施例，现在再次以在衬底3的顶侧33上的平面图示出。图4的电声谐振器与图1的电声谐振器的不同之处还在于，与在轨道部分11中的宽度相比，指状物10在屏障部分13中的宽度现在减小。以该方式，与图1的情况相比，屏障区域113中的主模式的速度增加。
47.图3和图4的电声谐振器具有相似的特征速度轮廓和相似的主模式幅度轮廓，如图
5和图6中所示。
48.在这里描述的本发明不受结合示例性实施例的描述的限制。相反，本发明包括任何新特征以及特征的任何组合，特别是包括专利权利要求中的特征的任何组合，即使所述特征或所述组合本身未在专利权利要求或示例性实施例中明确说明。
49.附图标记列表：
50.1 第一电极
51.2 第二电极
52.3 衬底
53.10 指状物
54.11 轨道部分
55.12 陷阱部分
56.13 屏障部分
57.20 汇流条
58.30 短指状物
59.33 顶侧
60.111 轨道区域
61.112 陷阱区域
62.113 屏障区域
63.t 横向方向
64.l 纵向方向