声波装置的换能器结构的制作方法

技术特征：
1.一种声学装置的换能器结构(100、200、300、408、410)，所述换能器结构包括：压电层(104)，一对叉指式梳状电极(108、110、412、414)，所述一对叉指式梳状电极包括具有节距p的多个电极装置(112_i、114_j、418、420)，其特征在于，所述叉指式梳状电极(108、110、412、414)的所述电极装置被嵌入所述压电层(104)中，并且所述电极装置的声阻抗小于所述压电层的声阻抗。2.根据权利要求1所述的换能器结构，其中，所述节距p满足由p＝λ/2给出的布拉格条件，λ是所述换能器的工作声学波长。3.根据权利要求1或2所述的换能器结构，其中，所述电极装置(112_i、114_j、418、420)的纵横比a/p介于0.3至0.75之间，并且特别是介于0.4至0.65之间，其中，“a”为所述电极装置(112_i、114_j、418、420)的宽度，并且“p”为所述电极装置(112_i、114_j、418、420)的所述节距。4.根据权利要求1至3中的一项所述的换能器结构，其中，所述压电层被设置在基础基板(106)上。5.根据权利要求4所述的换能器结构，所述换能器结构还包括附接层(608、706)，并且特别是二氧化硅(sio2)，所述附接层位于所述压电层(604、704)与所述基础基板(606、710)之间。6.根据权利要求4或5所述的换能器结构，所述换能器结构还包括高速层(718)，所述高速层位于所述压电层(704)与所述基础基板(710)之间，其中，所述高速层是由相比于所述压电层(104)的材料和晶体取向允许更高的剪切波相速度的材料制成的。7.根据权利要求5和6所述的换能器结构，其中，所述高速层(718)是定位在所述附接层(706)与所述基础基板(710)之间的。8.根据权利要求4至7中的一项所述的换能器结构，所述换能器结构还包括陷阱富集层(708)，并且特别是多晶硅陷阱富集层，所述陷阱富集层位于所述压电层(704)与所述基础基板(710)之间。9.根据权利要求7和8所述的换能器结构，其中，所述陷阱富集层(708)是定位在所述高速层(718)与所述基础基板(710)之间的。10.根据权利要求1至9中的一项所述的换能器结构，所述换能器结构还包括覆盖层(302)，所述覆盖层位于所嵌入的电极装置(112_i、114_j、418、420)与所述压电层(104)之上。11.根据权利要求10所述的换能器结构，其中，所述覆盖层(302)是由相比于所述压电层(104)的材料允许更高的剪切波相速度的材料制成的和/或具有相比于所述压电层(104)的晶体取向允许更高的剪切波相速度的晶体取向。12.根据权利要求1至7中任一项所述的换能器结构，所述换能器结构还包括布拉格反射镜(204)，所述布拉格反射镜位于所述压电层(104)和/或所述电极装置的下方。13.根据权利要求4至12中的一项所述的换能器结构，其中，所嵌入的电极装置(112_i、114_j、418、420)的厚度小于或等于所述压电层(104)的厚度。
14.根据权利要求13所述的换能器结构，其中，所述电极装置的厚度t
e
满足λ>t
e
>0.1*λ。15.根据权利要求4至14中的一项所述的换能器结构，其中，所述基础基板(106)的声阻抗约为所述压电层(104)的声阻抗，并且特别是在所述压电层(104)的声阻抗的正负25％的范围内，更特别地，是在所述压电层(104)的声阻抗的正负15％的范围内。16.根据权利要求1至15中的一项所述的换能器结构，其中，所嵌入的电极装置被填充到所述压电层(104、203)的凹槽中。17.根据权利要求16所述的换能器结构，其中，所述凹槽的横截面为锥形或梯形(201a)或者v形或者u形(201c)，和/或其中，所述凹槽的侧壁和/或底部的形状为凸形(207b)或者凹形(207a)或者圆齿形(207c)。18.根据权利要求16或17所述的换能器结构，其中，所述凹槽的所述底部(215)上设置有介电层(211)。19.根据权利要求17所述的换能器结构，其中，所述凹槽(616、618)的所述侧壁和底壁覆盖有导电材料(620、622)，并且所述凹槽(616、618)的其余部分填充有介电材料(624、626)。20.根据权利要求17所述的换能器结构，其中，所述凹槽(696、698)延伸穿过所述压电层(604)，并且所述凹槽(696、698)的所述侧壁覆盖有导电材料(656、658)，并且所述凹槽(696、698)的其余部分填充有介电材料(692、694)。21.根据权利要求20所述的换能器结构，其中，仅朝着所述压电层(604)的侧壁覆盖有所述导电材料(656、658)。22.根据权利要求18至21中的一项所述的换能器结构，其中，所述介电材料是相比于所述导电材料具有更高剪切波相速度的材料。23.根据权利要求18至22中的一项所述的换能器结构，其中，所述介电材料的频率温度系数的符号与所述导电材料的频率温度系数的符号相反。24.根据权利要求18至23中的一项结合权利要求10或11所述的换能器结构，其中，所述覆盖层(672)的介电材料和被填充在所述凹槽(652、654)中的介电材料(660、662)是相同的。25.根据权利要求1至24中的一项所述的换能器结构，其中，所述电极装置是由比锰轻的材料制成的，并且特别是由铝或包括cu、si或ti的铝合金制成的。26.根据权利要求1至25中的一项所述的换能器结构，其中，所述压电层是钽酸锂或铌酸锂。27.根据权利要求1至26中的一项结合权利要求4所述的换能器结构，其中，所述基础基板(106)是硅石、石英、熔融石英或玻璃或litao3或linbo3或硅中的一者，并且特别是si(111)。28.根据权利要求1至27中的一项结合权利要求6所述的换能器结构，其中，所述高速层(718)是aln、al2o3、si3n4、sic或碳基材料中的一者，并且特别是单晶金刚石、非晶碳化物、纳米晶粒多晶金刚石。29.根据权利要求1至28中的一项结合权利要求10所述的换能器结构，其中，所述覆盖层(302、672)是aln、al2o3、si3n4、sic或碳基材料中的一者，并且特别是单晶金刚石、非晶碳化物、纳米晶粒多晶金刚石。
30.根据权利要求1至29中的一项结合权利要求18至20中的一项所述的换能器结构，其中，所述介电材料是碳基材料或者是aln或sio2，并且特别是单晶金刚石、非晶碳化物、纳米晶粒多晶金刚石。31.根据权利要求1至30中的一项所述的换能器结构，其中，所述一对叉指式梳状电极(202、204)包括一个区域(218)或更多个区域，在所述一个区域或更多个区域中，两个或更多个邻近电极装置(206、208)属于同一梳状电极(202、204)，同时彼此之间的距离与属于不同梳状电极的邻近电极装置彼此之间的距离相同。32.根据权利要求31所述的换能器结构，其中，属于同一梳状电极的所述两个或更多个邻近电极装置具有与属于不同梳状电极的邻近电极装置相同的几何形状。33.根据权利要求31或32所述的换能器结构，所述换能器结构具有三个或更多个区域(218)，所述三个或更多个区域具有属于同一梳状电极(202、204)的两个或更多个邻近电极装置(206)，其特征在于，邻近区域关于彼此具有不同距离，并且特别是在所述换能器结构的延伸范围内随机分布的。34.根据权利要求31至33中的一项所述的换能器结构，其中，具有属于同一梳状电极(202、204)的两个或更多个邻近电极装置(206、208)的区域(218)具有属于同一梳状电极的不同数量的邻近电极装置。35.根据权利要求1至34中的一项所述的换能器结构，其中，所述电极装置具有能够通过i线光刻法实现的尺寸，并且特别是大于350nm的宽度。36.一种声波装置(400)，所述声波装置包括至少一个根据权利要求1至35中任一项所述的换能器结构(100、200、300、408、410)，其中，所述装置(400)是声波谐振器和/或声波滤波器和/或声波传感器和/或频率源。37.根据权利要求36所述的声波装置，所述声波装置还包括射频(rf)供应装置，所述rf供应装置被配置成利用高于3ghz的rf信号来驱动所述换能器结构。38.一种使用根据权利要求1至37中的一项所述的换能器结构的方法，所述方法包括以下步骤：向所述两个叉指式电极施加交变电势以激发剪切振模，所述剪切振模在所述电极装置中具有比所述压电层中的振动幅度大的振动幅度，并且具有比所述压电层的基本剪切波模式高的等效速度。39.根据权利要求38所述的方法，其中，与所述压电层相比，所述剪切振模主要发生在所述电极装置内。40.一种使用根据权利要求1至39中的一项所述的换能器结构的方法，所述方法包括以下步骤：向所述两个叉指式电极施加交变电势，以利用一对数量的中性线在所述电极装置中激发剪切振模，而不在所述电极内部展现剪切移动，并且具有比所述压电层的基本剪切波模式高的等效速度。41.根据权利要求38至40中的一项所述的方法，其中，所述换能器结构是滤波器或谐振器或延迟线或传感器的一部分，并且特别是梯式滤波器和/或阻抗滤波器和/或耦合滤波器的一部分。42.根据权利要求41所述的方法，其中，所述滤波器是在高于3ghz的频率使用的。

技术总结
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。且特别是高于3GHz的贡献。且特别是高于3GHz的贡献。


技术研发人员：S
受保护的技术使用者：福瑞斯恩系统
技术研发日：2020.09.18
技术公布日：2022/4/12