一种具有大带宽的楔形空腔SAW谐振器

一种具有大带宽的楔形空腔saw谐振器
技术领域
1.本发明涉及移动通信设备领域，具体为一种具有大带宽的楔形空腔saw谐振器。


背景技术：

2.全球第五代（5g）移动通信将实现物联网、大数据、云计算、人工智能的完美融合，从而全面推动数字社会的发展。声表面波（saw）滤波器由于其损耗低、体积小、质量小、温度稳定性好、一致性好、可靠性高、易于集成、设计灵活等众多优点，已成为射频滤波器的首选器件。与4g 通信不同，随着网络连接终端越来越多，射频滤波器需要拥有更大的带宽、更小的插入损耗，以应对 5g 时代数据容量的激增。然而，受限于压电材料的限制，目前使用的saw滤波器无法满足大带宽、低插损的需求，因此研发一种大带宽工作范围同时具有较低插入损耗的高性能saw谐振器成为了急需攻克的技术问题。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种具有大带宽的楔形空腔saw谐振器。针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：1）如何满足saw滤波器大带宽的工作范围需求；2）如何降低saw谐振器的插入损耗。
4.本发明是采用如下技术方案实现的：一种具有大带宽的楔形空腔saw谐振器，所述saw谐振器自下而上依次由sic高速衬底、64
°
y-x linbo3压电薄膜、叉指电极组成；压电薄膜下方的sic高速衬底开有多个与叉指换能器一一对应的楔形空腔；所述楔形空腔由sic衬底上表面向下开，楔形空腔宽度自上而下逐渐减小。
5.本发明在叉指电极下方的sic高速衬底上开了楔形空腔，通过对sic高速衬底部分刻蚀楔形空腔，使得saw场和叉指电极（idt）产生的电场更好的匹配，从而产生更剧烈的位移，更有效的激发主模声波，抑制杂散模式，增强机电耦合系数k2。
6.进一步的，楔形空腔高度h范围为0.4 λ
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0.7 λ，底部宽度l1范围为0.1 λ
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0.25 λ，顶部宽度l2范围为0.15 λ
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0.25 λ，其中λ为叉指周期。
7.采用本发明所述的上述楔形空腔结构，可以使saw谐振器的k2值高达14%，相比于传统单晶linbo3谐振器提升近4倍，相比于传统linbo3/sic结构提升近2倍。有利于saw滤波器实现大带宽工作范围，且明显降低了saw的插入损耗，提升了其工作性能。
附图说明
8.图1 saw滤波器外部结构及高低阻抗区域示意图。
9.图2金属化覆盖的衬底部分刻蚀楔形空腔后的结构示意图。
10.图3传统linbo3/sic结构与本发明所述结构的模态对比图。
11.图4导纳谐振峰对比图。
12.图5改进后结构的谐振器导纳图。
13.图6传统linb o3/sic结构与改进linbo3/sic结构的导纳对比图。
14.1-sic高速衬底，2-64
°
y-x linbo3压电薄膜，3-叉指电极，4-楔形空腔。
具体实施方式
15.实施例1一种具有大带宽的楔形空腔saw谐振器，所述saw谐振器自下而上依次由sic高速衬底、64
°
y-x linbo3压电薄膜、叉指电极组成；压电薄膜下方的sic高速衬底开有多个与叉指换能器一一对应的楔形空腔；楔形空腔由sic高速衬底上表面向下开，楔形空腔宽度自上而下逐渐减小。
16.本发明所述的saw谐振器结构从下到上为sic高速衬底、64
°
y-x linbo3压电薄膜、叉指al电极。在叉指电极下方的sic高速衬底上开了楔形空腔。
17.以下结合附图对本发明的技术内容、发明构思作进一步的说明。
18.如图2所示，在叉指电极下方的sic高速衬底上开了楔形空腔，楔形空腔高度h范围为0.4 λ
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0.7 λ，底部宽度l1范围为0.1 λ
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0.25 λ，顶部宽度l2范围为0.15 λ
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0.25 λ，其中λ为叉指周期。
19.原因：idt电极与波导结构的不同会导致saw场和电场的不同分布，非均匀的声场和电场将引入不需要的杂散模式，从而破坏多层波导结构集中能量于压电层的性能，降低了主波模式的机电耦合系数k2值。
20.该技术方案的创新在于，在叉指电极结构中将电极部分划分为未被金属覆盖和被金属覆盖部分，没有电极覆盖的衬底部分可以被视为高阻抗部分，有电极覆盖的衬底部分被视为低阻抗部分。整个谐振器可以被建模为高阻抗部分和低阻抗部分的交替连接，如图1所示。由于逆压电效应，idt电极转化而来的声表面波从每个高阻抗部分向两个侧向扩散。通过对叉指电极下方的sic高速衬底部分刻蚀楔形空腔（图2），使得saw场分布和idt产生的电场很好的匹配，从而产生更剧烈的位移，更有效的激发主模声波，抑制杂散模式，增强k2。图3为传统linbo3/sic结构与创新结构的模态对比图，图4为其导纳谐振峰对比图。
21.上述结构可以激发较强的主模效应，抑制杂波模式，提高了saw谐振器的k2值，有利于saw滤波器实现大带宽工作范围，且降低了saw的插入损耗，提升了其工作性能。图5为改进结构的谐振器导纳图，其机电耦合系数k2高达14%，是传统单晶linbo3谐振器的4倍，是传统linbo3/sic结构的3倍。图6为传统linbo3/sic结构与改进linbo3/sic结构的导纳对比图，可以看出，改进后的结构带宽更大，且没有杂散模式的影响。


技术特征：
1.一种具有大带宽的楔形空腔saw谐振器，其特征在于，所述saw谐振器自下而上依次由sic高速衬底、64
°
y-x linbo3压电薄膜、叉指电极组成；压电薄膜下方的sic高速衬底开有多个与叉指换能器一一对应的楔形空腔；楔形空腔由sic衬底上表面向下开，楔形空腔宽度自上而下逐渐减小。2.如权利要求1所述的一种具有大带宽的楔形空腔saw谐振器，其特征在于，楔形空腔高度h范围为0.4 λ
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0.7 λ，底部宽度l1范围为0.1 λ
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0.25 λ，顶部宽度l2范围为0.15 λ
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0.25 λ，其中 λ 为叉指周期。

技术总结
本发明涉及移动通信设备领域，具体为一种具有大带宽的楔形空腔SAW（声表面波）谐振器。本发明在叉指电极下方的SiC高速衬底上开了楔形空腔，通过对SiC高速衬底部分刻蚀楔形空腔，使得SAW场和叉指电极（IDT）产生的电场更好的匹配，从而产生更剧烈的位移，更有效的激发主模声波，抑制杂散模式，增强机电耦合系数K2。。。


技术研发人员：王红亮 张鹏 张峰 任瑞 丁琦 张胜阔 曹刚
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2022.09.22
技术公布日：2022/12/1