專利名稱：具有鑭鎵硅氧化物單晶基片的聲表面波器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲表面波器件，本發(fā)明尤其涉及一種具有極好溫度特性和較大機電耦合系數(shù)的聲表面波器件。
聲表面波器件已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于移動通信設(shè)備中的通帶濾波器?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的一種聲表面波器件是具有在壓電基片上設(shè)置的包括梳形電極和反射器的叉指式換能器(下面稱為IDT)的結(jié)構(gòu)的聲表面波諧振器或諧振器濾波器。壓電單晶(諸如鈮酸鋰、鉭酸鋰、石英)和基于壓電躍變(PZT)的壓電陶瓷用于聲表面波諧振器或諧振濾波器的壓電基片的材料。
為了在聲表面波器件中得到良好的特性，必需具有良好的群延時溫度特性(下面稱為TCD)的材料，或者由溫度變化引起的特性變化較小的材料。上述的鈮酸鋰TCD較差，而鉭酸鋰的TCD比鈮酸鋰的TCD更差。由于熟知石英具有良好的TCD，故各種聲表面波器件使用石英形成聲表面波器件的基片。
雖然石英基片具有良好的TCD，但當(dāng)例如在將IDT設(shè)置在石英基片上的聲表面波器件中激發(fā)瑞利波時，其機電耦合系數(shù)(下面縮寫為K2)相對較小。
相應(yīng)地，有各種和石英基片的低K2相關(guān)的問題。具體而言，當(dāng)通過在石英基片上設(shè)置IDT和反射器而構(gòu)成聲表面波諧振器或聲表面波諧振濾波器時，和用除石英之外的其它材料構(gòu)成基片的情況相比，需要用許多電極叉指來形成反射器，因此使聲表面波諧振器或聲表面波諧振濾波器尺寸相當(dāng)大。另外，聲表面波諧振濾波器的工作頻帶較窄，而且難以得到寬的頻帶特性。還有一個問題，即，聲表面波的激發(fā)效率較低，這導(dǎo)致較大的插入損耗，因為當(dāng)聲表面波的激發(fā)效率較低時聲表面波諧振元件的激發(fā)阻力(excitation reistance)較大。
另外，當(dāng)通過在石英基片上設(shè)置兩個或更多的IDT而構(gòu)成橫向型濾波器時，聲表面波濾波器和聲表面波諧振濾波器的插入損耗比在由其它的材料構(gòu)成基片的情況下的插入損耗要大。石英基片的低的K2值還導(dǎo)致了和由其它的材料構(gòu)成基片的情況相比，聲表面波濾波器的通帶較窄。
包含石英基片的泄漏聲表面波器件也遇到上述問題。
為了解決上述問題，本發(fā)明的較佳實施例提供了一種具有極好的TCD和較大的K2值的聲表面波器件。
本發(fā)明的較佳實施例還提供了一種聲表面波器件，這種聲表面波器件包括由L單晶基片和至少一個包括一對相互交錯、并和壓電基片接觸的梳形電極的叉指式換能器。壓電基片的歐拉角最好為大約(0°,130°到170°,23°到30°)。
聲表面波器件還可以包括設(shè)置在壓電基片上的壓電薄膜，以便覆蓋至少一個叉指式換能器。
壓電基片的歐拉角較好為大約(0°,140°到162°,23°到27°)，更好為大約(0°,148°到159°,23.6°到26°)，從而可以得到較大的K2和極好的TCD。在另外一個較佳實施例中，歐拉角為大約(0°,148°,23.8°)。
當(dāng)歐拉角為大約(0°,151°到154°,24°到25°)時，可以得到一個具有良好的TCD，并且功率通量角為零的聲表面波器件。
當(dāng)聲表面波器件使用泄漏聲表面波時，歐拉角最好為大約(0°,30°,80°)。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，聲表面波器件和使用鈮酸鋰和鉭酸鋰的器件相比具有大大改善的TCD，并且和使用石英的器件相比具有大大增加的K2值，因為具有歐拉角為大約(0°,130°到170°,23°到30°)的鑭鎵硅氧化物(Langasite)單晶用于壓電元件。和使用石英的器件的K2值相比，更大的K2值允許在構(gòu)成聲表面波諧振元件時提高聲表面波的激發(fā)效率和反射器的反射效率，結(jié)果使得可以減小聲表面波諧振元件的諧振阻力(resonance resistance)。
另外，當(dāng)構(gòu)成聲表面波諧振型濾波器和橫向型聲表面波濾波器時，因為改善了的插入損耗而使濾波器的通帶顯著地加寬。
為了描述本發(fā)明的目的，附圖中示出幾種目前較佳的形式和實施例，但是，應(yīng)該知道，本發(fā)明不限于所示的精細(xì)的結(jié)構(gòu)和手段。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一較佳實施例的聲表面波諧振器的透視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二較佳實施例的豎向耦合的聲表面波諧振濾波器的透視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三較佳實施例的橫向耦合的聲表面波諧振濾波器的透視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的第四較佳實施例的聲表面波諧振器的透視圖。
下面參照附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明的較佳實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一較佳實施例的聲表面波諧振器的透視圖。
如圖1中所示，聲表面波諧振器1通過在由鑭鎵硅氧化物(La3Ga5SiO14)單晶制成的壓電基片2上設(shè)置叉指式換能器3和兩個反射器4而構(gòu)成。
叉指式換能器3最好包括諸如Al和Au的電極材料，并包含一對梳形電極3a和3b，其中每一個梳形電極都具有多個叉指電極。這對梳形電極3a和3b如此地設(shè)置，從而其電極叉指相互交錯。
反射器4由和叉指式換能器3相同的材料或不同的電極材料的材料制成。每一個反射器4包括多個電極叉指，這些電極叉指用于形成進(jìn)柵結(jié)構(gòu)。反射器4設(shè)置在壓電基片兩側(cè)，從而將叉指式換能器3插入它們之間。
接著將描述本發(fā)明的第二較佳實施例。圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二較佳實施例的豎向耦合聲表面波諧振濾波器的透視圖。
如圖2中所示，豎向耦合聲表面波諧振濾波器11通過在由鑭鎵硅氧化物(La3Ga5SiO14)單晶材料制成的壓電基片12上設(shè)置兩個叉指式換能器13和兩個反射器14構(gòu)成。
每一個叉指式換能器13最好都由(諸如Al和Au)的電極材料制成，并包括一對各具有多個電極叉指的梳形電極13a和13b。這對梳形電極13a和13b如此設(shè)置，從而其電極叉指相互交錯。這兩個叉指式換能器13沿聲表面波傳播方向隔開一給定的距離排列。
每一個反射器14由和叉指式換能器13的電極材料相同的材料或不同的電極材料制成，并包括多個形成為柵格結(jié)構(gòu)的電極叉指。這對反射器14在壓電基片上設(shè)置在兩側(cè)，從而兩個叉指式換能器13插入它們之間。
下面將描述本發(fā)明的第三較佳實施例。圖3是根據(jù)第三較佳實施例的橫向耦合聲表面波諧振濾波器的透視圖。
如圖3中所示，橫向耦合聲表面波諧振濾波器21通過在由鑭鎵硅氧化物(La3Ga5SiO14)單晶的材料制成的壓電基片22上設(shè)置叉指式換能器23和25以及兩個反射器24而構(gòu)成。
叉指式換能器23和25由諸如Al和Au的電極材料制成，并包括各具有多個電極叉指的梳形電極23a、23b和23c。每一個梳形電極23a和23c的電極叉指朝聲表面波傳播方向延伸，而梳形電極23b的電極叉指朝兩個相反的方向延伸。結(jié)果，包含梳形電極23a和梳形電極23b的一部分的叉指式換能器23以及包含梳形電極23c和梳形電極23b的一部分的叉指式換能器25沿大致上垂直于聲表面波傳播方向排列。
每一個反射器24最好由和叉指式換能器23的相同的電極材料或不同的電極材料制成，并包含多個電極叉指，以形成兩個點柵格狀的反射器。這兩個反射器24設(shè)置在壓電基片22兩側(cè)，從而叉指式換能器23和25插入它們之間。
關(guān)于切割角(cut-angle)和聲表面波(瑞利波)的傳播方向)要用于上述聲表面波器件的基片的材料的特性，(示于表1中。在表1中樣品號前面的符號*指不在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的例子。
表1
雖然當(dāng)使用鑭鎵硅氧化物(La3Ga5SiO14)單晶時rTCD比當(dāng)使用石英時的TCD稍微地減小，但K2大大地增加。但是，只要TCD的絕對值為大約為10ppm/℃這并不導(dǎo)致所施加通信設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域的明顯的特性變化。
如從表1中知道的，由于在歐拉角為大約(0°,130°到170°,23°到30°)的范圍內(nèi)，或在第9、10、12和13號樣品范圍中，TCD的絕對值是10ppm/℃或更小，而K2值是0.2％或更大，故和使用石英的聲表面波器件相比可以得到具有改善的TCD，并具有較大K2值的聲表面波器件。
相應(yīng)地，當(dāng)鑭鎵硅氧化物(La3Ga5SiO14)單晶用于圖1中所示的聲表面波諧振器和圖2以及圖3中所示的聲表面波諧振器濾波器的壓電基片2、12和22時和使用石英的聲表面波器件相比，可以得到具有更寬帶寬和更小插入損耗的聲表面波器件。在聲表面波諧振型濾波器中，由于改善的反射器的反射效率，還可減小反射器電極叉指的數(shù)量，因此使得聲表面波濾波器能夠作得更加小型化。另外，由于TCD的絕對值是大約11ppm/℃或更小，故器件不受周圍環(huán)境的較大溫度變化的影響。
從表1還可以知道，在鑭鎵硅氧化物(La3Ga5SiO14)單晶中聲速比在石英、鈮酸鋰或鉭酸鋰中的聲速小。這意味著，當(dāng)在相同頻率下時，壓電基片中聲速越小，則梳形電極的電極叉指和反射器之間的間隔就越小。
相應(yīng)地，因為在鑭鎵硅氧化物(La3Ga5SiO14)單晶中的聲速比在石英、鈮酸鋰或鉭酸鋰中的聲速小，故器件可以做得比使用石英、鈮酸鋰或鉭酸鋰的器件更加小型化。
關(guān)于L單晶的切割角和聲表面波(瑞利波)的傳播方向的更加詳細(xì)的特性在表2中示出。
表2
表2可以知道，當(dāng)鑭鎵硅氧化物(La3Ga5SiO14)單晶中的歐拉角在為大約(0°,140°到162°,23°到27°)的范圍中時，或者在第14到50號的樣品的范圍中時，TCD的絕對值是6.5ppm/℃或更小，而K2值是0.3％或更大。這樣，當(dāng)和示于表1中的其它部分相比時TCD的絕對值大大改善，而K2值更大。
從表2還可以知道，當(dāng)歐拉角在為大約(0°,148°到159°,23.6°到26％)，或者在第27到46號的樣品范圍中時，TCD絕對值是大約2ppm/℃或更小，而K2值是大約0.46％或更大。這顯示出，當(dāng)和表2中所示的其它部分相比時TCD是其它部分的一半或更小，而K2值更大。
另外，當(dāng)歐拉角在為大約(0°,151°到154°,24°到25°)，或在第35到40號樣品的范圍中時，TCD的絕對值是大約0.9ppm/℃或更小，而K2值為大約0.49％或更大。這意味著可以得到接近石英的溫度特性的溫度特性，并且示出當(dāng)在為大約(0°,151°到154°,24°到25°)的范圍中調(diào)節(jié)歐拉角時，由溫度變化引起特性變化很小。
在歐拉角為大約(0°,151°到154°,24°到25°)時除了TCD極好，而且K2值較大之外，還有另外一個優(yōu)點是功率通量角為0°。功率通量角是聲表面波傳播方向的方向偏離的指示。當(dāng)這個角度不是0°時，需要把叉指式換能器形成在相應(yīng)于該偏離的位置。但是，由于功率通量角是0°，故在歐拉角為大約(0°,151°到154°,24°到25°)的范圍中可以忽略此項要求。相應(yīng)地，在歐拉角為大約(0°,151°到154°,24°到25°)的范圍中滿足TCD、K2和功率通量角0°這三個因素都滿足。
如表2中所示，當(dāng)歐拉角為大約(0°,149°,23.8°)，或在第29號樣品中時，得到0.67％的最大K2值，由此和其它部分相比提供具有顯著更寬頻帶的聲表面波器件。
雖然上面解釋的聲表面波器件使用瑞利波，但本發(fā)明的較佳實施例的聲表面波器件適合于使用泄漏聲表面波。下面示出依賴于要用于圖1中的聲表面波器件的基片材料的切割角和依賴于泄漏聲表面波傳播方向的特性。包含在表3中的樣品號前面的符號*指出不在本發(fā)明的范圍中的例子。
表3
如表3中所示,在使用泄漏聲表面波的情況下，當(dāng)鑭鎵硅氧化物(La3Ga5SiO14)單晶的歐拉角為大約(0°,30°,80°)，或在第55號樣品中時，TCD絕對值是5.4ppm/℃，而K2是0.197％，由此和使用石英的聲表面波器件相比得到具有極好TCD和更大K2的值聲表面波器件。
下面解釋本發(fā)明的第四較佳實施例。圖4是根據(jù)本發(fā)明的第四較佳實施例的聲表面波諧振器的透視圖。
如圖4所示，通過在由鑭鎵硅氧化物(La3Ga5SiO14)單晶做成的壓電基片42上設(shè)置叉指式換能器43和壓電薄膜44而構(gòu)成聲表面波諧振器41。
如上所述，叉指式換能器43包括一對設(shè)置在壓電基片42上的梳形電極43a和43b。
壓電薄膜44由諸如ZnO等材料制成。壓電薄膜44的作用是通過使壓電基片42和壓電薄膜44的TCD用如此的方式相互抵消，從而當(dāng)壓電基片42和TCD為負(fù)時選擇具有正TCD的材料，而當(dāng)壓電基片42的TCD為正時選擇具有負(fù)TCD的材料，TCD的絕對值使接近于零。
由于在壓電基片42和叉指式換能器43上都設(shè)置了壓電薄膜44，故和第一較佳實施例相比，第四較佳實施例中的K2值可以顯著地增大。
雖然參照聲表面波諧振器描述了第四較佳實施例，但較佳實施例不限于這些，而是可應(yīng)用于豎向耦合聲表面波諧振器濾波器或橫向耦合聲表面波諧振器濾波器。
雖然參照聲表面波諧振器、豎向耦合聲表面波諧振器濾波器和橫向耦合聲表面波諧振器濾波器描述了第一到第四較佳實施例，但較佳實施例不限于這些，而例如可應(yīng)用于諸如具有多個叉指式換能器的橫向聲表面波濾波器或聲表面波諧振器在其中被連接以形成梯形電路的梯形濾波器之類的聲表面波器件，由此得到和本發(fā)明相同的效果。
雖然在第一到第四較佳實施例中描述了具有反射器的聲表面波器件，但是較佳實施例不限于這些，而是可應(yīng)用于不具有反射器的聲表面波器件。
雖然已經(jīng)揭示了本發(fā)明的較佳實施例，但實施這里揭示的原理的各種方式被認(rèn)為是在下面的權(quán)利要求書的范圍中。因此，應(yīng)該知道，本發(fā)明的范圍只由權(quán)利要求書限制。
權(quán)利要求
1．一種聲表面波器件，其特征在于包括由鑭鎵硅氧化物單晶制成的壓電基片；及至少一個叉指式換能器，所述叉指式換能器包括一對安排得相互交錯，并和所述壓電基片接觸的梳形電極，其中所述壓電基片具有約為(0°,130°到170°,23°到30°)的歐拉角。
2．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具有約為(0°,140°到162°,23°到27°)的歐拉角。
3．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具有約為(0°,148°到159°,23.6°到26°)的歐拉角。
4．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具有約為(0°,151°到154°,24°到25°)的歐拉角。
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具有約為(0°,148°,23.8°)的歐拉角。
6．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具有約為(0°,30°,80°)的歐拉角。
7．如權(quán)利要求1所述的聲表面波器件,其特征在于還包括設(shè)置在所述壓電基片上的壓電薄膜，以便覆蓋所述叉指式換能器。
8．如權(quán)利要求7所述的聲表面波器件，其特征在于所述壓電基片具有約為(0°,140°到162°,23°到27°)的歐拉角。
9．如權(quán)利要求7所述的聲表面波器件，其特征在于所述壓電基片具有約為(0°,148°到159°,23.6°到26°)的歐拉角。
10．如權(quán)利要求7所述的聲表面波器件，其特征在于所述壓電基片具有約為(0°,151°到154°,24°到25°)的歐拉角。
11．如權(quán)利要求7所述的聲表面波器件，其特征在于所述壓電基片具有約為(0°,148°,23.8°)的歐拉角。
12．如權(quán)利要求7所述的聲表面波器件，其特征在于所述壓電基片具有約為(0°,30°,80°)的歐拉角。
全文摘要
一種聲表面波器件包括由鑭鎵硅氧化物單晶制成的壓電基片和至少一個叉指式換能器,其中叉指式換能器包括一對相互交錯,并和壓電基片接觸的梳形電極。壓電基片具有約為(0°,130°到170°,23°到30°)的歐拉角,由此聲表面波器件具有極好的TCD和較大的K
文檔編號H03H9/00GK1212504SQ9811881
公開日1999年3月31日 申請日期1998年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月27日
發(fā)明者門田道雄, 熊取谷誠人 申請人:株式會社村田制作所