專利名稱：聲表面波器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于諸如諧振器或濾波器的聲表面波器件，尤其涉及具有用作單向叉指換能器或是分散反射器的非對稱雙電極的聲表面波器件。
(2)背景技術(shù)聲表面波器件如聲表面波濾波器廣泛應(yīng)用于移動通信設(shè)備或廣播設(shè)備或其他諸如此類的設(shè)備中。尤其因為聲表面波器件緊湊、輕量、無需調(diào)諧和易于制造，該器件適合于用作如便攜通信設(shè)備中的電子部件。
聲表面波器件從其結(jié)構(gòu)上大致可分為橫向型濾波器和諧振型濾波器。通常，橫向型濾波器的優(yōu)勢有(1)群時延偏差小，(2)相位線性較佳，(3)基于加權(quán)的通帶設(shè)計中的高度靈活性。然而，橫向濾波器也有著插入損耗較大的缺點。
用于聲表面波器件的叉指換能器(下簡稱IDT)對IDT的兩面發(fā)送和接收聲表面波，也就是說，IDT以同等的方式雙向地發(fā)送和接收聲表面波。比如，在橫向型濾波器中兩個IDT在空間上各自分開預(yù)定的距離，從一個IDT發(fā)送的聲表面波一半由另一個IDT接收，但聲表面波從該IDT傳播到另一個IDT反面的聲表面波會產(chǎn)生損耗。這個損耗被稱作“雙向損耗”，且在橫向型濾波器越來越大的插入損耗中成為一個重大的因素。
為了減少上述的雙向損耗，提出了多種類型的單向IDT。在這些單向的IDT中，聲表面波僅在其一面發(fā)送和接收。而且，已開發(fā)出了利用這些單向的IDT的低損耗的橫向型濾波器。
例如，漢默(Hanma)等人已提出在“三次渡越抑制技術(shù)”(1976，電氣和電子工程師協(xié)會超聲波技術(shù)專題論文匯編第328-331頁)中提出一種非對稱的雙電極。圖14即為在此已有技術(shù)中非對稱雙電極所展示的局部剖視平面示意圖。
在非對稱雙電極101中，半波長段Z由2個彼此不同寬度的帶組成102和103，并沿著聲表面波的傳播方向重復(fù)排列。這種由2個彼此不同寬度的帶組成的半波段Z規(guī)定的電極叫做“非均衡雙電極”或“非對稱雙電極”。
半波長的寬度設(shè)為0.5λ。帶102的寬度相對較窄設(shè)為λ/16。帶103的寬度相對較寬設(shè)為3λ/16。在帶102和帶103之間的間隙寬度設(shè)為2λ/16。在此半波長段中帶102外側(cè)間隙寬度設(shè)為λ/16。此半波長段中聲表面波傳播方向上的帶103外側(cè)間隙寬度設(shè)為λ/16。
在鄰接的基本段之間，電極性彼此相反。
在上述的非對稱雙電極中，每一個基本段的反射由一個合成矢量來表達(dá)，它產(chǎn)生自綜合圖15所示帶102和103的邊緣X1至X4的反射波。圖16所示為當(dāng)參考位置設(shè)為基本段的中心時在邊緣X1至X4的反射矢量及其合成矢量。從圖16中可看出合成矢量V位于角67.5°處，反射中心位于角67.5°/2＝33.75°處。
并且，在這個非對稱雙電極中，帶102的外邊界X1和帶103的外邊界X4放置成對半波長段的中心雙向?qū)ΨQ。因此，在基本段的中心和鄰近基本段中最近帶的外側(cè)邊界之間的距離，彼此也是相等的。所以在非對稱的雙電極中，激勵中心位于基本段Z的中心，且激勵中心和反射中心之間產(chǎn)生33.75°相位差。這樣，非對稱雙電極就按單向電極進(jìn)行工作。
作為上述非對稱雙電極的一個例子，下列表1示出當(dāng)在ST切割結(jié)晶石英基片形成3％膜厚鋁膜非對稱雙電極時的模間耦合系數(shù)k12/k0、激勵中心角ψ和反射中心角φ相位差以及反射中心角φ。
表1
這里，k0是通過IDT進(jìn)行傳播的聲表面波的波數(shù)。比值k12/k0以及激勵中心角ψ和反射中心角φ間的相位差能從有限元方法決定的諧振頻率得到，采用的是奧布奇(Obuchi)等人的技術(shù)(“基于模耦合理論的聲表面波叉指電極激勵特性的評估”，日本電子信息和通訊工程師協(xié)會技術(shù)報告MW90-62)。同樣，反射中心角φ由激勵中心角ψ和反射中心角φ之間的相位差決定，激勵中心從由有限元方法所得電極電荷密度分布的傅里葉變換所獲基波分量得到。
日本未審查專利申請公告第61-6917號發(fā)表作為在上述非對稱雙電極情況下，通過在半波長段寬度不同安排的帶2實現(xiàn)單向電極。日本未審查專利申請公告第61-6917號揭示的電極由于它的2帶的非對稱性，也應(yīng)該作為單向電極工作。然而，在日本未審查專利申請公布第61-6917號發(fā)表的方法，沒有揭示控制反射中心和反射值的方法。另外，沒有描述可行的反射中心和反射值。
文章《直接數(shù)字分析SAW模聲表面波耦合方程和它的應(yīng)用》(第27次EM討論會預(yù)印本，第106-116頁，Takeuchi等人著)描述了單向IDT的原理，它在一種結(jié)構(gòu)中提出較寬頻帶平坦方向性，該結(jié)構(gòu)正負(fù)反射元被分散排列在一個單向IDT。然而，在這里，沒有對形成可靠性優(yōu)良的單向IDT的方法進(jìn)行描述。
通常，當(dāng)使聲表面波在僅由IDT構(gòu)成的沒有反射的雙帶上入射時，由再激勵引起反射。因而，在常規(guī)的橫向型濾波器情況下，產(chǎn)生稱為“三次渡越回波”或TTE的波，并引起波紋和其他一些不希望有的波的特性，不利地影響了濾波特性。上述由漢默(Hanma)等人所寫的文中揭示了一種借助非對稱雙電極的聲反射波抵消再激勵引起的反射的方法。然而，此方法卻產(chǎn)生了一個問題，就是當(dāng)聲反射比再激勵所引起的反射大時，聲反射引起新的波紋。所以，這種抵消再激勵反射的方法受壓電基片材料和電極材料的限制，因為代表聲反射值的反射矢量長度在非對稱雙電極中是固定的。
從另一方面說，文章《關(guān)于一種SAW反射器的加權(quán)方法》(1999年，日本電子信息通訊工程師協(xié)會大會集，第279頁，Tajima等人著)揭示對反射器的反射系數(shù)進(jìn)行加權(quán)的方法。此方法采用多條有著互不相同寬度的帶，并根據(jù)帶的寬度利用帶的反射系數(shù)隨其寬度的改變。然而，當(dāng)帶的寬度改變時，聲速也就隨著改變。結(jié)果，當(dāng)試圖根據(jù)帶的寬度而進(jìn)行加權(quán)時，測試方法和裝置就需要找到正確的聲速，并按照此正確聲速改變帶的排列。這就造成了設(shè)計需要極端高度技術(shù)的這個難題。
如上所述，已提出利用雙帶的非對稱性按單向電極工作的各種IDT或諧振器，但是常規(guī)的非對稱雙電極并未達(dá)到足夠的單向性。另外，常規(guī)的非對稱雙電極的反射中心和反射值很難控制。
(3)發(fā)明內(nèi)容為了克服上述的問題，本發(fā)明的較佳實施例提供了一種利用非對稱雙電極的聲表面波器件，它能得到較好的聲表面波傳播的單向性，而且可以在每基本段內(nèi)有效且方便地控制反射量。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，聲表面波器件包括一壓電基片和至少兩個基本段，該基本段包括一非對稱雙電極，其中一個半波長段包括彼此寬度不同的第一和第二條帶，沿聲表面波的傳播方向設(shè)置至少兩個基本段。在這個聲表面波器件中，當(dāng)以至少兩個基本段的每一個中心為參考位置時，由綜合第一和第二條帶邊緣反射矢量產(chǎn)生的合成矢量取得的反射中心矢量角絕對值，最好在約45±10°或者約135±10°以內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個較佳實施例，聲表面波器件包括一壓電基片和至少兩個基本段，該基本段包括一個非對稱雙電極，其中一個半波長段包括彼此寬度不同的第一和第二條帶，沿聲表面波的傳播方向設(shè)置至少兩個基本段。在這個聲表面波器件中，非對稱雙電極激勵中心和反射中心之間的相位差的絕對值最好在約45±10°或約135±10°以內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個較佳實施例，聲表面波器件包括一壓電基片和至少兩個基本段，該基本段包括一個非對稱雙電極，其中一個半波長段包括彼此寬度不同的第一和第二條帶，沿聲表面波的傳播方向設(shè)置至少兩個基本段。在這個聲表面波器件中，當(dāng)?shù)谝缓偷诙l帶的邊界位置是X1至X4，它們分別為用自由表面和金屬表面間的聲速差值修正的值時，又當(dāng)從帶邊界的標(biāo)準(zhǔn)反射波的合成矢量長度為|Γ|，基本段的中心位置是0(λ)，且X1≌-X4時，X2和X3位置的值分別基本上滿足下列等式(1)和(2)。數(shù)學(xué)表達(dá)式4X2[λ]＝A×X1[λ]2+B×X1[λ]+C±0.1[λ]… (1)數(shù)學(xué)表達(dá)式5X3[λ]＝D×X1[λ]2+E×X1[λ]+F±0.05[λ]… (2)數(shù)學(xué)表達(dá)式6A＝-34.546×|Γ|6+176.36×|Γ|5-354.19×|Γ|4+354.94×|Γ|3-160.44×|Γ|2+10.095×|Γ|-1.7558B＝-15.464×|Γ|6+77.741×|Γ|5-153.44×|Γ|4+147.20×|Γ|3-68.363×|Γ|2+6.3925×|Γ|-1.7498C＝-1.772×|Γ|6+8.7879×|Γ|5-17.07×|Γ|4+16.092×|Γ|3-7.4655×|Γ|2+0.8379×|Γ|-0.3318D＝12.064×|Γ|6-45.501×|Γ|5+57.344×|Γ|4-22.683×|Γ|3+12.933×|Γ|2-15.938×|Γ|-0.1815E＝7.2106×|Γ|6-30.023×|Γ|5+45.792×|Γ|4-29.784×|Γ|3+13.125×|Γ|2-6.3973×|Γ|+1.0203F＝1.0138×|Γ|6-4.4422×|Γ|5+7.3402×|Γ|4-5.474×|Γ|3+2.3366×|Γ|2-0.7540×|Γ|+0.2637根據(jù)另一個本發(fā)明較佳實施例的聲表面波器件中，更可取的是在上述帶中的邊界位置X1至X4的聲表面波的反射量大致相等。
再者，根據(jù)另一個本發(fā)明較佳實施例的聲表面波器件中，上述非對稱雙電極可為叉指換能器，或可代之以反射器。
進(jìn)而言之，根據(jù)另一個本發(fā)明的較佳實施例，更可取的是用石英晶體作為如上所說的壓電基片。另外，本發(fā)明的另一個較佳實施例，壓電基片可由另一壓電單晶，比如LiTaO3，或壓電陶瓷，如鈦鋯酸鉛基陶瓷組成。而且，通過在諸如壓電基片或鋁基片等絕緣基片上形成諸如ZnO薄膜等壓電薄膜而構(gòu)成的壓電基片，也可用。
上述或其他的一些要素、特性、特征和本發(fā)明的優(yōu)點將會在下文結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的較佳實施例中闡明。
(4)


圖1A是根據(jù)本發(fā)明較佳實施例的非對稱雙電極的平面圖。
圖1B是根據(jù)本發(fā)明較佳實施例的非對稱雙電極的局部剖視圖。
圖2是本發(fā)明較佳實施例中，非對稱雙電極激勵中心與邊界位置的關(guān)系曲線。
圖3所示為當(dāng)合成矢量長度Γ為0.20λ時，邊界位置X1＝X4和每一邊界位置X2與X3之間關(guān)系的特性曲線。
圖4所示為當(dāng)合成矢量長度Γ為0.50λ時，邊界位置X1＝X4和每一邊界位置X2與X3之間關(guān)系的特性曲線。
圖5所示為當(dāng)合成矢量長度Γ為1.00λ時，邊界位置X1＝X4和每一邊界位置X2與X3之間關(guān)系的特性曲線。
圖6所示為當(dāng)合成矢量長度Γ為1.25λ時，邊界位置X1＝X4和每一邊界位置X2與X3之間關(guān)系的特性曲線。
圖7所示為當(dāng)合成矢量長度Γ為1.50λ時，邊界位置X1＝X4和每一邊界位置X2與X3之間關(guān)系的特性曲線。
圖8所示為當(dāng)合成矢量長度Γ為1.70λ時，邊界位置X1＝X4和每一邊界位置X2與X3之間關(guān)系的特性曲線。
圖9所示為在本發(fā)明的較佳實施例中，當(dāng)由等式(1)得到的邊界位置X2改變時，反射中心角φ也隨之改變的特性曲線。
圖10所示為在本發(fā)明的較佳實施例中，當(dāng)邊界位置X3改變時，反射中心角φ也隨之改變的特性曲線。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一個較佳實施例評定IDT方向性用的其電極結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
圖12所示為在本發(fā)明的另一個較佳實施例中獲得的基本段數(shù)和方向性之間關(guān)系的特性曲線，和備作比較的采用常規(guī)非對稱雙電極時的這種關(guān)系曲線。
圖13所示為根據(jù)本發(fā)明另一個較佳實施例的有反射器IDT的電極結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
圖14所示為常規(guī)非對稱雙電極的局部剖視平面原理圖。
圖15所示為說明在圖14的非對稱雙電極中帶的邊界位置的局部剖視圖。
圖16所示為在圖15中的邊界位置X1至X4的反射矢量和它的合成矢量V之間關(guān)系的說明圖。
(5)具體實施方式
為用非對稱雙電極實現(xiàn)單向性，本申請的發(fā)明者進(jìn)行了廣泛的調(diào)研并且發(fā)現(xiàn)了當(dāng)每基本段的聲表面波的反射量較小時，通過用單向電極形成反射元，其中激勵中心和反射中心間的相位差約為+45°(-135°)或約為-45°(+135°)，并且通過安排這些正、負(fù)反射元，把它們分別當(dāng)作正、負(fù)脈沖處理，能估算單向電極的頻率單向性。此外，本發(fā)明者還發(fā)現(xiàn)了，當(dāng)激勵中心和反射中心間的相位差在正負(fù)元中從約±45°(±135°)有較大偏離時，把正負(fù)元分別當(dāng)作簡單的正負(fù)脈沖就變得較為困難，這是因為聲表面波的相位失配。
此外，本發(fā)明者還發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用非對稱雙電極單向IDT加權(quán)法時，如果形成正負(fù)反射元并用作反射器，其中的反射中心相對于半波長段的中心分別位于約+45°(-135°)或約為-45°(+135°)的角度，則執(zhí)行關(guān)于反射系數(shù)的加權(quán)是可能的。當(dāng)試圖對帶的寬度執(zhí)行加權(quán)時，需要改變電極間距。然而，由反射系數(shù)而來的加權(quán)法允許反射元制造較為簡單，因為正負(fù)元的聲速彼此是完全相同的。
接下來，本發(fā)明之不同的較佳實施例原理將參照附圖較詳細(xì)的描述。
現(xiàn)以圖1A和1B所示的非對稱雙電極為例。在此非對稱雙電極1中，組成每一個基本段Z的帶2和帶3有著不同的寬度，這些基本段沿著聲表面波的傳播方向重復(fù)排列著。現(xiàn)在，令其中的一個基本段在從-0.25λ至+0.25λ位置放置著。這里，λ表示聲表面波的波長。
令第一和第二帶的邊界位置置于基本段內(nèi)，即這半波長段為X1到X4，且經(jīng)自由表面?zhèn)鞑サ穆暠砻娌ǖ穆曀贋閂f，而經(jīng)金屬表面?zhèn)鞑サ穆暠砻娌ǖ穆曀贋閂m，則根據(jù)自由表面和金屬表面的聲速修正的邊界位置X1至X4可由如下等式來表達(dá)數(shù)學(xué)表達(dá)式7X1至X4＝(VfLm+VmLf)/(VfLm0+VmLf0) …(3)在上列等式(3)中，Lm代表在金屬表面上從半波長段的中心算起的總長，即在聲表面波傳播方向上從0λ到X1至X4之長度；Lf代表在自由表面上從半波長段的中心算起的總長，即也為0λ到X1至X4之長度。Lm0代表在整個半波長段內(nèi)金屬表面的總長，而Lf0則代表在整個半波長段內(nèi)自由表面的總長。
接下來，將討論僅一條帶放置于半波長段內(nèi)的單電極的反射。假定安置單條帶使其中心位于半波長段Z的參考位置0λ處。令在此單帶一端邊界位置-Xs的反射矢量為Γs1，其另一端邊界位置+Xs的反射矢量為Γs2，則參考位置中合成矢量由下列等式(4)表達(dá)。這里，在等式(4)中的j代表虛數(shù)單元，k代表波數(shù)。數(shù)學(xué)表達(dá)式8Γs＝Γs1×e-2·j·k·(-Xs)+Γs2×e-2·j·k·(Xs)…(4)上述合成矢量Γs的長度|Γs|代表單帶的反射量。
這里，當(dāng)執(zhí)行歸一化如|Γs1|＝|Γs2|＝1時，我們能用Γs1＝-Γs2＝-1來表達(dá)，前提條件是在自由表面上的聲阻抗比在金屬表面的聲阻抗大時。所以，當(dāng)定義反射中心角φs作為單帶的中心時，反射中心角φs將由下列等式(5)用合成反射矢量Γ的角度∠Γ決定。數(shù)學(xué)表達(dá)式9φs＝-0.5×∠(j×Γs)……(5)接下來，將討論當(dāng)在單帶情況下時，非對稱雙電極在半波長段內(nèi)放置兩條有著互不相同寬度的帶的情形。令在如圖1A和1B中邊界位置X1至X4聲表面波的反射矢量為Γ1至Γ4，以0λ為參考位置的合成反射矢量?？捎上铝械仁?6)表達(dá)。數(shù)學(xué)表達(dá)式10Γ＝Γ1×e-2·j·k·X1+Γ2×e-2·j·k·X2+Γ3×e-2·j·k·X3+Γ4×e-2·j·k·X4… (6)上述合成矢量Γ的長度|Γ|代表單向電極的反射量。單向電極的反射中心跟單帶的定義一樣，并由下列等式(7)表達(dá)。數(shù)學(xué)表達(dá)式11φ＝-0.5×∠(j×Γ)……(7)在非對稱雙電極情況下，構(gòu)成一個單向IDT使之鄰接的基本段的電極性能交替變換，當(dāng)在聲表面波傳播方向上某一邊的基本段和其鄰接的基本段之間的帶間間隙寬度以及在聲表面波傳播方向上另一邊的基本段和其鄰接的基本段之間的帶間間隙寬度彼此相等時，同時當(dāng)這些帶間間隙寬度被相對于中心基本段的中心處對稱放置時，非對稱雙電極的激勵中心將位于半波長段的大致中心部分。
圖2為說明在上述非對稱雙電極中激勵中心和邊界位置關(guān)系的特性曲線。這里，由厚度例如約0.02λ的鋁膜所構(gòu)成的非對稱雙電極，被放置于一個ST切割石英片上。在此圖中，顯示從基波分量所得到的激勵中心和邊界位置的關(guān)系，此基波分量是通過對用有限元方法所得電極上電荷密度分布進(jìn)行傅里葉變換獲得的，其條件為X1＝X4＝-0.1875λ，X3-X2＝0.125λ，并且X2作為參數(shù)使用時。
可以證實甚至在非對稱雙電極的非對稱度很高的位置，即在X2＝0.172λ處，激勵中心的矢量角位于大約+4.6°，即大致在中心部分。構(gòu)成聲表面波的IDT的帶條寬度和間隙寬度受到帶的電阻和/或圖案制作工序的限制。
令X2-X1＞0.02λ，X3-X2＞0.02λ，X4-X3＞0.02λ，且X4＝-1，能相對于|Γ|和邊界位置X1唯一決定邊界位置X和X3，其中假定Γ1至Γ4的矢量長度彼此相等，進(jìn)行歸一化使之Γ1＝Γ4＝-1，Γ2＝Γ3＝+1，并利用蒙特卡洛法找出條件使等式(6)和(7)滿足φ＝45°。
以|Γ|和X1為自變量，表達(dá)X2和X3的近似等式由下列表達(dá)式(8)和(9)給出。數(shù)學(xué)表達(dá)式12X2[λ]＝A×X1[λ]2+B×X1[λ]+C… (8)數(shù)學(xué)表達(dá)式13X3[λ]＝D×X1[λ]2+E×X1[λ]+F…(9)在等式(8)和(9)中，A到F由下列等式得到。數(shù)學(xué)表達(dá)式14A＝-34.546×|Γ|6+176.36×|Γ|5-354.19×|Γ|4+354.94×|Γ|3-160.44×|Γ|2+10.095×|Γ|-1.7558B＝-15.464×|Γ|6+77.741×|Γ|5-153.44×|Γ|4+147.20×|Γ|3-68.363×|Γ|2+6.3925×|Γ|-1.7498C＝-1.772×|Γ|6+8.7879×|Γ|5-17.07×|Γ|4+16.092×|Γ|3-7.4655×|Γ|2+0.8379×|Γ|-0.3318D＝12.064×|Γ|6-45.501×|Γ|5+57.344×|Γ|4-22.683×|Γ|3+12.933×|Γ|2-15.938×|Γ|-0.1815E＝7.2106×|Γ|6-30.023×|Γ|5+45.792×|Γ|4-29.784×|Γ|3+13.125×|Γ|2-6.3973×|Γ|+1.0203F＝1.0138×|Γ|6-4.4422×|Γ|5+7.3402×|Γ|4-5.474×|Γ|3+2.3366×|Γ|2-0.7540×|Γ|+0.2637從以上結(jié)果可知能得到符合預(yù)期反射量且在約45°角度處有反射中心的非對稱雙電極。還可進(jìn)一步認(rèn)識到，在根據(jù)上述等式構(gòu)造的非對稱雙電極中，激勵中心位于半波長段的中心。結(jié)果，當(dāng)這個非對稱雙電極作為單向性電極使用時，激勵中心和反射中心間的相位差實質(zhì)上變?yōu)?5°，使得此非對稱雙電極工作如同有著優(yōu)良特性的單向性電極。
作為實例，圖2至圖8對|Γ|＝0.20λ，0.50λ，1.00λ，1.25λ，1.50λ，1.70λ顯示由等式(8)和(9)得來的X2和X3的結(jié)果。同時，在以上說明中，基于聲阻抗在自由表面比金屬表面大的前提下，對反射系數(shù)進(jìn)行過處理。相反，當(dāng)聲阻抗在自由表面比金屬表面小的條件下，僅把|Γ|的符號取反，或換句話說，把φ轉(zhuǎn)90°即可。
如上所述，通過選擇邊界位置X2和X3，以滿足等式(8)和(9)，能使激勵中心和反射中心之間的相位差大致為45°。從而，一個優(yōu)良的單向電極便完成了。然而，本發(fā)明者已證實如果X2和X3位于不僅其位置能滿足等式(8)和(9)，而且位于距該滿足等式(8)和(9)的位置的一定范圍內(nèi)，非對稱雙電極也有極好的單向性。參照圖9和圖10說明這點。
圖9和圖10是特性曲線，各自顯示當(dāng)分別代入|Γ|＝1.5和X1＝-0.2188λ到等式(8)和(9)而得到X2和X3的范圍為-0.1λ至+0.1λ時，反射中心的變化。
如上所述，我們希望反射中心位于角度約為45°處，或反射中心和激勵中心間的相位差約為45°，但是本發(fā)明者證實跟上述的已有技術(shù)非對稱雙電極相比，在約為45+10°范圍內(nèi)可使相位失配得到很大改善?？捎蓤D9和10看出，反射中心的位置在角度約為45+10°處的上述范圍，對應(yīng)于X2位置由等式(8)所得值的約為±0.10λ范圍，且對應(yīng)于X3位置由等式(9)所得值的約為±0.10λ范圍。
所以，在本發(fā)明的較佳實施例中，X2和X3的位置最好是在如上所述等式(1)和(2)的范圍內(nèi)?？芍鳛榇霜毺夭季值慕Y(jié)果，能實現(xiàn)優(yōu)良的單向性。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，用非對稱雙電極的聲表面波器件，其構(gòu)成如圖(1)所示。在ST切割的石英基片上形成厚度例如約為0.02的鋁膜后，進(jìn)行圖案制作，從而做成IDT。
根據(jù)邊界位置X2和X3構(gòu)造規(guī)定非對稱雙電極的IDT，以下表2中列出的|Γ|和X1的值代入等式(8)和(9)決定該位置。表2所示為在此情況下的模間耦合系數(shù)k12/k0和反射中心角φ。
在圖2所示的根據(jù)等式(8)和(9)構(gòu)造的非對稱雙電極中，反射中心的角度接近于45°，因而相對于傳播波的反射波的相位失配比常規(guī)非對稱雙電極要小得多。所以，使用根據(jù)等式(8)和(9)構(gòu)造的非對稱雙電極能夠?qū)崿F(xiàn)比常規(guī)聲表面波器件執(zhí)行得更好的聲表面波器件，并且正面有效使用帶的反射時更為有效。
表2
接下來，說明根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，在ST切割石英基片上提供包括非對稱雙電極的IDT時，方向性的特定試驗例子。
如圖11所示，用厚度例如約為0.02λ的鋁膜在ST切割石英基片(圖中未示出)上形成IDT11、IDT12和IDT13。根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，當(dāng)中的IDT11由一非對稱雙電極構(gòu)成，放置于IDT11相對應(yīng)兩邊的IDT12和IDT13為普通雙電極型IDT。
在由非對稱雙電極構(gòu)成的IDT11中，當(dāng)有著不同寬度的第一帶和第二帶2、3的邊界部分制成非對稱時，激勵中心將偏離半波長段的中心，這將使激勵中心和反射中心的相位差也偏離約45°處。所以，由|Γ|＝1.5和X1＝-0.2188λ代入等式(8)和(9)所得的邊界位置X2和X3，將調(diào)整大約0.05λ，并修正得使激勵中心和反射中心的相位差能近似接近45°。
結(jié)果，當(dāng)X1＝-0.2188λ，X2＝-0.1185λ，X3＝+0.0050λ，且X4＝+0.2188λ時，激勵中心和反射中心的相位差將變成約41°。
圖12所示為對使用圖11所示的電極結(jié)構(gòu)且包括上述構(gòu)造非對稱雙電極的IDT11的方向性，和當(dāng)常規(guī)非對稱雙電極被安排代替IDT11時的方向性所作的比較。圖中的直線為IDT11的結(jié)果，虛線為常規(guī)實例。關(guān)于方向性，則將輸入電壓施加到IDT11，而后求出IDT12和IDT13接收到的其輸出電壓，并從這個輸出電壓值(dB)估算出方向性。
對于準(zhǔn)備比較的使用非對稱雙電極的IDT，電極層膜厚最好設(shè)置在大約0.02λ，邊界位置最好設(shè)置得使X1＝-0.1875λ，X2＝-0.1250λ，X3＝0λ，X4＝+0.1875λ。在每一個較佳實施例和常規(guī)實例中，電極指的截面寬度最好設(shè)置為約20λ。
對于在IDT11兩相反側(cè)的IDT12和IDT13，電極指的截面寬度最好設(shè)置為約20λ，邊界位置最好設(shè)置得使X1＝-0.1875λ，X2＝-0.0625λ，X3＝+0.0625λ，X4＝+0.1875λ。
從圖12可知在較佳實施例中非對稱雙電極比常規(guī)非對稱雙電極有著更好的單向性。另外，本發(fā)明者已證實，通過調(diào)整從等式(8)和(9)中得到邊界位置X2和X3約±0.1λ，或通過調(diào)整X4以便稍許偏離-X1，可糾正激勵中心和反射中心的相位差使其接近于45°。
圖13是平面圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例的有著反射器21的IDT的電極結(jié)構(gòu)。這里，根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例構(gòu)成的反射器21最好置于IDT22內(nèi)。在此情況下，通過對反射器21的反射耦合系數(shù)進(jìn)行加權(quán)，就有可能控制有著反射器21的整個IDT22的頻率特性。
本發(fā)明不局限于如上所述的一些較佳實施例，可以進(jìn)行各種修改。比如，上述實施例中，可知能得到比常規(guī)實例有著更好的方向性。然而，依據(jù)實際使用，可能有時比得到較佳方向性更重要的是激勵中心和反射中心間的相位差接近45°，或者當(dāng)X1＝-X4時反射中心相對于半波長段的中心為45°。雖然，我們希望激勵中心和反射中心間的相位差能大約在45°左右，但是可能有這樣一種情況，就是當(dāng)正面有效利用帶的反射時，例如當(dāng)將帶用作反射器時，反射中位于角45°的特性比激勵中心位于半波長段中心的特性優(yōu)先考慮，即使激勵中心從那里偏離也可。尤其在將帶用作反射器時，只能考慮反射中心。
從上文中很明顯地看到，在使用非對稱雙電極的聲表面波器件中，根據(jù)本發(fā)明的各種較佳實施例，當(dāng)如上所述的基本段的中心被設(shè)定作為參考位置時，從綜合第一與第二帶的邊界X1和X4的反射矢量而構(gòu)成的合成矢量中得到的反射中心矢量角的絕對值，最好在約45±10°或約135±10°以內(nèi)。由此，聲表面波的相位失配將達(dá)到最小，如上所述的非對稱雙電極的單向性也就大大提高了。
同樣，在本發(fā)明的各種較佳實施例中，當(dāng)非對稱雙電極的激勵中心和反射中心間的相位差的絕對值在約45±10°內(nèi)或約135±10°以內(nèi)，則聲表面波的相位失配將達(dá)到最小，便能實現(xiàn)優(yōu)良的單向性。
在本發(fā)明的較佳實施例中，在構(gòu)成基本段和有著互不相同寬度的第一和第二帶的邊界位置X1至X4中，當(dāng)基本段的中心位置為0(λ)，且X1＝-X4時，如果X2和X3的位置滿足等式(1)和(2)，則能保證基本段的中心為參考位置時，反射中心的矢量角的絕對值在約45±10°內(nèi)或約135±10°以內(nèi)，或能保證激勵中心和反射中心間的相位差的絕對值在約45±10°內(nèi)或約135±10°以內(nèi)。所以，根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，可方便并可靠地提供一種能防止聲表面波的相位失配且有著優(yōu)良單向性的非對稱雙電極是有可能的。
當(dāng)在邊界位置X1至X4的聲表面波的反射量基本上彼此相等時，反射聲表面波和傳播聲表面波間的相位失配將非常有效地減小。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明各種較佳實施例，使IDT構(gòu)成包含非對稱雙電極時，防止反射聲表面波和傳播聲表面波之間相位失配，從而可提供單方向性優(yōu)良的IDT，并且能提供低損耗的橫向型聲表面波器件。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明較佳實施例得非對稱雙電極用作反射器時，由于能方便地對反射系數(shù)進(jìn)行加權(quán)，可提供能夠控制反射器的總反射系數(shù)頻率特性的聲表面波器件。
雖然本發(fā)明已參照當(dāng)前認(rèn)為較佳的實施例來描述，但應(yīng)理解其中可作各種變化和修改而在廣義上沒有脫離本發(fā)明，所以所附權(quán)利要求要覆蓋落在本發(fā)明精神實質(zhì)和范圍之內(nèi)的所有這些變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種聲表面波器件，包含一塊壓電基片，和至少兩個設(shè)置在所述壓電基片上的基本段，該至少兩個的基本段每個包括一非對稱雙電極，所述非對稱雙電極定義一個半波長段并且具有彼此寬度不同的第一和第二條帶；其中，當(dāng)所述至少兩個基本段各自的中心為以下角度范圍的參考位置時，從綜合第一與第二條帶的邊界上反射矢量而產(chǎn)生的合成矢量得到的反射中心矢量角的絕對值，其角度范圍在約45±10°或約135±10°以內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的聲表面波器件，其特征在于聲表面波的反射量在所述帶的邊界位置基本上彼此相等。
3.如權(quán)利要求1所述的聲表面波器件，其特征在于所述非對稱雙電極是叉指換能器。
4.如權(quán)利要求1所述的聲表面波器件，其特征在于所述非對稱雙電極是反射器。
5.如權(quán)利要求1所述的聲表面波器件，其特征在于所述壓電基片由石英晶體材料制成。
6.一種聲表面波器件，包含一塊壓電基片，和至少兩個設(shè)置在所述壓電基片上的基本段，該至少兩個基本段每個包括一非對稱雙電極，所述非對稱雙電極定義一個半波長段且具有彼此寬度不同的第一和第二條帶；其中，所述非對稱雙電極的激勵中心和反射中心間的相位差的絕對值在約45±10°或約135±10°以內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的聲表面波器件，其特征在于聲表面波的反射量在所述帶的邊界位置基本上彼此相等。
8.如權(quán)利要求6所述的聲表面波器件，其特征在于所述非對稱雙電極是叉指換能器。
9.如權(quán)利要求6所述的聲表面波器件，其特征在于所述非對稱雙電極是反射器。
10.如權(quán)利要求6所述的聲表面波器件，其特征在于所述壓電基片由石英晶體材料構(gòu)成。
11.一種聲表面波器件，包含一個壓電基片，和至少兩個設(shè)置在所述壓電基片上的基本段，該至少兩個基本段每個包括一非對稱雙電極，所述非對稱雙電極定義一個半波長段且具有彼此寬度不同的第一和第二條帶；其中，當(dāng)所述第一和第二帶的邊界位置為X1、X2、X3和X4，它們分別是用自由表面和金屬表面間的聲速差修正的值，又當(dāng)來自邊界位置的標(biāo)準(zhǔn)反射波的合成矢量長度為|Γ|，所述至少兩個基本段的一個的中心位置為0(λ)，且X1≌-X4時，X2和X3的位置各自基本上等于滿足下列等式(1)和(2)的值。X2[λ]＝A×X1[λ]2+B×X1[λ]+C±0.1[λ]… (1)X3[λ]＝D×X1[λ]2+E×X1[λ]+F±0.05[λ]… (2)；其中，在等式(1)和(2)中，A至F由下列等式表達(dá)A＝-34.546×|Γ|6+176.36×|Γ|5-354.19×|Γ|4+54.94×|Γ|3-160.44×|Γ|2+10.095×|Γ|-1.7558B＝-15.464×|Γ|6+77.741×|Γ|5-153.44×|Γ|4+147.20×|Γ|3-68.363×|Γ|2+6.3925×|Γ|-1.7498C＝-1.772×|Γ|6+8.7879×|Γ|5-17.07×|Γ|4+16.092×|Γ|3-7.4655×|Γ|2+0.8379×|Γ|-0.3318D＝12.064×|Γ|6-45.501×|Γ|5+57.344×|Γ|4-22.683×|Γ|3+12.933×|Γ|2-15.938×|Γ|-0.1815E＝7.2106×|Γ|6-30.023×|Γ|5+45.792×|Γ|4-29.784×|Γ|3+13.125×|Γ|2-6.3973×|Γ|+1.0203F＝1.0138×|Γ|6-4.4422×|Γ|5+7.3402×|Γ|4-5.474×|Γ|3+2.3366×|Γ|2-0.7540×|Γ|+0.2637
12.如權(quán)利要求11所述的聲表面波器件，其特征在于聲表面波的反射量在所述帶的邊界位置X1、X2、X3、X4基本上彼此相等。
13.如權(quán)利要求11所述的聲表面波器件，其特征在于所述非對稱雙電極是叉指換能器。
14.如權(quán)利要求11所述的聲表面波器件，其特征在于所述非對稱雙電極是反射器。
15.如權(quán)利要求11所述的聲表面波器件，其特征在于所述壓電基片由石英晶體材料構(gòu)成。
全文摘要
一種聲表面波器件包含一非對稱雙電極,此非對稱雙電極防止帶上反射波和傳播聲表面波間的失配,并能實現(xiàn)優(yōu)良的單向性。此聲表面波器件包含的非對稱雙電極,包含有著互不相同寬度的第一和第二條帶的一個半波長段。半波長安排成定義一個基本段。此聲表面波器件包含配置在一塊壓電基片上的至少兩個基本段。當(dāng)把基本段的中心作為參考位置時,反射中心矢量角度的絕對值在約45±10°或約135±10°以內(nèi)。換句話說,激勵中心和反射中心間的相位差的絕對值在約45±10°或約135±10°以內(nèi)。
文檔編號H03H9/145GK1338821SQ01124380
公開日2002年3月6日 申請日期2001年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月26日
發(fā)明者神藤始 申請人:株式會社村田制作所