Title:
SAW-Bauelement mit verringerten Störungen durch transversale und SH-Moden und HF-Filter mit SAW-Bauelement
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Es werden ein SAW-Bauelement und ein HF-Filter mit einem SAW-Bauelement, jeweils mit verringerten Störungen durch transversale Moden und durch SH-Moden, angegeben. Das SAW-Bauelement umfasst einen aktiven Bereich mit einem inneren Bereich zwischen zwei Randbereichen. Die Hauptmode des SAW-Bauelements hat in den Randbereichen eine geringere Geschwindigkeit als im inneren Bereich.





Inventors:
Unterreithmeier, Quirin, Dr. (81543, München, DE)
Application Number:
DE102016105118A
Publication Date:
09/21/2017
Filing Date:
03/18/2016
Assignee:
SnapTrack, Inc. (Calif., San Diego, US)
International Classes:
H03H9/25; H03H9/64
Domestic Patent References:
DE102010046087A1N/A2011-08-04
Foreign References:
WO2011088904A12011-07-28
WO2015007319A12015-01-22
Attorney, Agent or Firm:
BARDEHLE PAGENBERG Partnerschaft mbB Patentanwälte, Rechtsanwälte, 81675, München, DE
Claims:
1. SAW-Bauelement (SAW-B) mit verringerten Störungen durch transversale und SH-Moden, umfassend
– ein piezoelektrisches Substrat (PS) und einen aktiven Bereich (AB) mit ineinandergreifenden Elektrodenfingern (EF) und einem inneren Bereich (IB) zwischen zwei Randbereichen, wobei
– im aktiven Bereich (AB) eine Hauptmode ausbreitungsfähig ist,
– die Hauptmode im inneren Bereich (IB) eine Geschwindigkeit vi und in den Randbereichen (RB) eine Geschwindigkeit vr hat, die zwischen 100 m/s und 200 m/s geringer als vi ist.

2. SAW-Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei sich die Randbereiche (RB) entlang der Ausbreitungsrichtung der Hauptmode erstrecken.

3. SAW-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in den Randbereichen (RB) jeweils ein Beschwerungsstreifen (BS), der die Massenbelegung in den Randbereichen (RB) erhöht, angeordnet ist.

4. SAW-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Metallisierungsverhältnis η in den Randbereichen (RB) vom Metallisierungsverhältnis η im inneren Bereich (IB) abweicht.

5. SAW-Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Beschwerungsstreifen (BS) ein Material als Hauptkomponente umfassen oder aus einem Material bestehen, das ausgewählt ist aus: Cu, Ag, Au, W, und Ti.

6. SAW-Bauelement nach einem der 3 vorherigen Ansprüche, wobei die Beschwerungsstreifen (BS) folgende Dicke d in Einheiten des Pitches p haben: 0,024 ≤ d/p ≤ 0,196.

7. SAW-Bauelement nach einem der 3 vorherigen Ansprüche, wobei zwischen den Beschwerungsstreifen (BS) und dem Substrat (SU) eine dielektrische Lage angeordnet ist.

8. SAW-Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei die dielektrische Lage (DL) ein Siliziumoxid, ein Germaniumoxid oder ein Telluroxid umfasst.

9. SAW-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei für das Metallisierungsverhältnis η gilt: 0,39 ≤ η ≤ 0,66.

10. SAW-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine obere dielektrische Lage (DL2).

11. SAW-Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei die obere dielektrische Lage (DL2) ein Siliziumoxid oder ein Germaniumoxid umfasst.

12. SAW-Bauelement nach einem der 2 vorherigen Ansprüche, wobei die dielektrische Lage (DL) eine Dicke d1 hat, die obere dielektrische Lage (DL2) die Dicke d2 hat und (d1 + d2)/p = 0,65.

13. SAW-Bauelement nach einem der 3 vorherigen Ansprüche, wobei die dielektrische Lage (DL) eine Dicke d1 hat, die obere dielektrische Lage (DL2) die Dicke d2 hat, der Beschwerungsstreifen (BS) Ti umfasst und eine Dicke dBS hat und (d1 + d2 + dBS)/p = 0,66.

14. SAW-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine dielektrische Decklage (DDL).

15. SAW-Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei die dielektrische Decklage (DDL) ein Siliziumnitrid umfasst.

16. SAW-Bauelement nach einem der 2 vorherigen Ansprüche, wobei die dielektrische Decklage (DDL) eine Dicke d mit 40 nm ≤ d ≤ 120 nm hat.

17. SAW-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Hauptmode eine Rayleigh-Mode ist und 3460 m/s ≤ vi ≤ 3600 m/s.

18. SAW-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die elektroakustische Kopplung krel = kIB/kRB im inneren Bereich (IB) bezogen auf die Kopplung im Randbereich (RB) größer oder gleich 0,90 ist.

19. SAW-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Elektrodenfinger (EF) Cu umfassen und für ihre Dicke d(EF) gilt: 0,15 ≤ d(EF)/p ≤ 0,19 nm.

20. SAW-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Elektrodenfinger (EF) Cu umfassen und für die Dicke der dielektrischen Lage (DL) gilt: 0,23 ≤ d(DL)/p ≤ 0,42.

21. SAW-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Elektrodenfinger (EF) Cu umfassen und für die Dicke des Beschwerungsstreifens (BS) gilt: 0,02 ≤ d(BS)/p ≤ 0,05.

22. SAW-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Beschwerungsstreifen (BS) Ti umfassen und für die Dicke des Beschwerungsstreifens (BS) gilt: 0,09 ≤ d(BS)/p ≤ 0,21.

23. HF-Filter mit einem SAW-Bauelement(SAW-B) nach einem der vorherigen Ansprüche.

Description:

Die Erfindung betrifft SAW-Bauelemente und HF-Filter mit solchen Bauelementen. Durch transversale Moden verursachte Störungen und durch SH-Moden verursachte Störungen in den Bauelementen und entsprechend in den Filtern sind verringert.

HF-Filter, z. B. Bandpass-Filter oder Bandsperr-Filter können in tragbaren Kommunikationsgeräten wie Mobiltelefonen in Frontend-Schaltungen Verwendung finden. SAW-Wandler (SAW = Surface Acoustic Wave = akustische Oberflächenwelle) als Teil von SAW-Bauelementen haben i.A. ein piezoelektrisches Substrat und darauf angeordnete und kammförmig ineinander greifende Elektrodenfinger. Solche Wandler wandeln durch den piezoelektrischen Effekt zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen, die an der Oberseite des Substrats ausbreitungsfähig sind. Die Wandler können elektroakustische Resonatoren mit einer Resonanz- und einer Antiresonanzfrequenz darstellen, die insbesondere durch den Mittenabstand benachbarter Elektrodenfinger festgelegt sind. Während des Betriebs eines Wandlers werden allerdings neben den gewünschten Wellenmoden i. A. auch unerwünschte Wellenmoden angeregt, die Verlustkanäle für die akustische Energie darstellen und die Einfügedämpfung erhöhen. Besonders wenn die unerwünschten Wellenmoden Resonanzen in der Nähe der Resonanz- oder Antiresonanzfrequenz ausbilden, wird die Funktion der Wandler gestört. HF-Filter mit SAW-Wandlern haben dann eine erhöhte Welligkeit im Passband oder im Sperrband und eine verfälschte Form der Bandflanken.

Zu den unerwünschten Moden gehören SH-Moden (SH-Mode = shear horizontal Mode = horizontal polarisierte Scherwellenmode) mit horizontal polarisierten Scherwellen und transversale Moden, die sich in transversaler Richtung, also orthogonal zur Ausbreitungsrichtung der gewünschten Wellenmoden, ausbreiten.

Um transversale Moden zu verringern, kann ein Bauelement mit einem transversalen Geschwindigkeitsprofil versehen werden, wie z. B. aus der WO 2011/088904 A1 bekannt, was das Ausbilden einer sog. „Piston“-Mode fördert. Dadurch werden Wellenleiter-Strukturen, die das Ausbilden transversaler Moden stören, gebildet.

Bekannte Maßnahmen zur Verringerung von Störungen durch SH-Moden betreffen das Verringern des Pol-Nullstellen-Abstands PZD (Pole-Zero-Distance), z. B. durch Verschalten der Wandler mit zusätzlichen kapazitiven Elementen. Dadurch wird die Intensität einer SH-Mode nicht zwangsläufig verringert. Aber der Abstand ihrer Frequenz zu den kritischen charakteristischen Frequenzen des Wandlers wird vergrößert. So ist es z. B. möglich, die Frequenz der Antiresonanz des Wandlers zu verringern und damit von der Frequenz der SH-Mode zu entfernen.

Das Verringern des Pol-Nullstellen-Abstands führt bei HF-Filtern allerdings zu einer Verringerung der erreichbaren Bandbreite, so dass diese Methode nur bei hinreichend schmalen abzudeckenden Frequenzbändern gewählt werden kann. Breitere Frequenzbänder, z. B. Band 3, können dann nicht mehr bedient werden.

Somit bestand der Wunsch nach Bauelemente, in denen Störungen durch unerwünschte Wellenmoden reduziert sind. Insbesondere bestand der Wunsch nach Bauelementen die weniger anfällig für Störungen durch transversale Moden sind, die weniger anfällig für Störungen durch SH-Moden sind und die als Teil von HF-Filtern breitere Frequenzbänder bedienen können.

Dafür werden das SAW-Bauelement und das HF-Filter gemäß den Hauptansprüchen angegeben. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.

Das SAW-Bauelement umfasst ein piezoelektrisches Substrat und einen aktiven Bereich mit ineinandergreifenden Elektrodenfingern. Der aktive Bereich hat ferner zwei Randbereiche und einen inneren Bereich. Der innere Bereich ist zwischen den zwei Randbereichen angeordnet. Im aktiven Bereich ist eine Hauptmode ausbreitungsfähig. Die Hauptmode hat im inneren Bereich eine Geschwindigkeit vi. Die Hauptmode hat in den Randbereichen eine Geschwindigkeit vr, die zwischen 100 m/s und 200 m/s geringer als vi ist.

Als piezoelektrisches Substrat kommen Materialien wie Lithiumniobat (LiNbO3), Lithiumtantalat (LiTaO3) und Quarz in Frage. Der aktive Bereich ist an der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats angeordnet. Insbesondere die ineinandergreifenden Elektrodenfinger, die jeweils mit einer Stromsammelschiene verschaltet sein können, sind auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats angeordnet. Der aktive Bereich des Bauelements ist derjenige Bereich, in dem die Elektrodenfinger entgegengesetzt gepolter Elektroden überlappen und zwischen akustischen Wellen und HF-Signalen wandeln. Die Randbereiche erstrecken sich entlang der Ausbreitungsrichtung der akustischen Wellen, der Longitudinalrichtung.

Die Elektrodenfinger erstrecken sich entlang der Transversalrichtung, die orthogonal zur Longitudinalrichtung ausgerichtet ist

Es ist möglich, dass die Randbereiche die jeweiligen freien Fingerenden, die nicht direkt mit einer Stromsammelschiene verbunden sind, bedecken.

In einem SAW-Bauelement dieser Konfiguration ergibt es sich, dass die Hauptmode nahezu vollständig als so genannte Piston-Mode ausgebildet sein kann. Transversale Störungen werden stark unterdrückt. SH-Moden haben eine so geringe Kopplung, dass sie praktisch vernachlässigt werden können.

Ferner eignet sich die Konfiguration sehr gut dazu, in breitbandig arbeitenden Filtern eingesetzt zu werden. Im Übrigen ermöglicht die Konfiguration durch ihre hohe Homogenität der Lagenstrukturen eine einfache Herstellung, ohne dass die Anfälligkeit für Fehler während des Herstellungsprozesses deutlich erhöht ist.

Es ist deshalb möglich, dass die Randbereiche sich entlang der Ausbreitungsrichtung der Hauptmode erstrecken.

Die Randbereiche können eine streifenförmige Ausdehnung haben.

Es ist möglich, dass jeweils ein Beschwerungsstreifen pro Randbereich in den Randbereichen angeordnet ist. Der jeweilige Beschwerungsstreifen erhöht die Massenbelegung in den Randbereichen.

Durch die erhöhte Massenbelegung wird ein transversales Geschwindigkeitsprofil erhalten, das eine transversale Anregung hinreichend stark unterdrückt und gleichzeitig die Kopplung für SH-Moden reduziert.

Es ist möglich, dass die Beschwerungsstreifen ein Metall als Hauptkomponente umfassen oder aus einem Metall bestehen, das ausgewählt ist aus Kupfer (Cu), Silber (Ag), Gold (Au), Wolfram (W) und Titan (Ti).

Im Prinzip eignet sich jedes Element oder jede Verbindung, die gegenüber den üblichen Materialien auf der Oberseite eines SAW-Bauelements, z. B. einem Passivierungs-Material oder einem Material zur Verringerung des temperaturabhängigen Frequenzgangs, bestehen.

Neben Metallen sind auch schwere dielektrische Materialien, z. B. Oxide der oben genannten Schwermetalle, als Material für die Beschwerungsstreifen geeignet.

Die Periodizität der Elektrodenfinger entlang der Longitudinalrichtung wird durch den so genannten Pitch p ausgedrückt. Der Pitch p ist dabei der lokal definierte durchschnittliche Abstand der Fingermitten oder der linken oder rechten Fingerkanten benachbarten Elektrodenfinger. Der Pitch p entspricht dadurch im Wesentlichen der halben Wellenlänge λ/2 der Hauptmode, die im aktiven Bereich ausbreitungsfähig ist.

Die Beschwerungsstreifen können eine Dicke d aufweisen, die in Einheiten des Pitches p angegeben wird und z. B. zwischen 0,024 und 0,196 liegt: 0,02 ≤ d/p ≤ 0,04.

Es ist möglich, dass zwischen dem Beschwerungsstreifen und dem Substrat bzw. zwischen dem Beschwerungsstreifen und den Elektrodenfingern eine dielektrische Lage angeordnet ist. Insbesondere wenn die Beschwerungsstreifen aus einem leitfähigen Material bestehen, stellt die dielektrische Lage eine elektrische Isolation zwischen nebeneinander angeordneten Elektrodenfingern unterschiedlicher Polarität und den Beschwerungsstreifen dar.

Die dielektrische Lage kann ein Siliziumoxid, z. B. SiO2, ein Germaniumoxid, z. B. GeO oder GeO2, oder ein Telluroxid, z. B. TeO oder TeO2, umfassen oder daraus bestehen.

Die Ausbreitung der akustischen Wellen und damit die akustischen und elektrischen Eigenschaften entsprechend ausgestalteter SAW-Bauelemente sind komplex. Damit sowohl transversale Störungen als auch SH-Moden hinreichend stark unterdrückt sind, kann das Metallisierungsverhältnis η geeignet gewählt sein, z. B. 0,39 ≤ η ≤ 0,65.

Es ist möglich, dass das SAW-Bauelement zusätzlich eine obere dielektrische Lage oberhalb der oben genannten dielektrischen Lage bzw. oberhalb der Beschwerungsstreifen aufweist.

Es ist möglich, dass die obere dielektrische Lage ein Siliziumoxid, z. B. SiO2, oder ein Germaniumoxid, z. B. GeO oder GeO2, aufweist.

Es ist möglich, dass die dielektrische Lage eine Dicke d1 hat und zusammen mit der oberen dielektrischen Lage der Dicke d2 eine gemeinsame Lage mit einer Dicke d1 + d2 bilden, die – normiert auf den Pitch p – 0,66 beträgt.

Es ist möglich, dass die dielektrische Lage eine Dicke d1 hat, die obere dielektrische Lage die Dicke d2 hat, der Beschwerungsstreifen Ti umfasst und eine Dicke dBS hat und (d1 + d2 + dBS)/p = 0,66.

Es ist möglich, dass das SAW-Bauelement zusätzlich eine dielektrische Decklage aufweist, die z. B. als Passivierungsschicht dient.

Die dielektrische Decklage kann ein Siliziumnitrid umfassen oder aus einem Siliziumnitrid bestehen.

Es ist möglich, dass die dielektrische Decklage eine Dicke d mit 40 nm ≤ d ≤ 120 nm hat.

Es ist möglich, dass die Hauptmode eine Rayleigh-Mode ist und die Geschwindigkeit im inneren Bereich vi zwischen 3.460 m/s und 3.600 m/s liegt.

Die Geschwindigkeit vi im inneren Bereich kann dabei ebenfalls von der Dicke der dielektrischen Schicht an der Oberseite des piezoelektrischen Substrats und unter dem Beschwerungsstreifen abhängen. Zum Beispiel für Beschwerungsstreifen aus Kupfer mit einer Dicke von 0,06 μm kann die Geschwindigkeit vi bei einer Dicke der dielektrischen Schicht in Höhe von 0,0 μm 3.420 m/s betragen.

Zum Beispiel für Beschwerungsstreifen aus Kupfer mit einer Dicke von 0,1 μm kann die Geschwindigkeit vi bei einer Dicke der dielektrischen Lage in Höhe von 0,5 μm bei 3.390 m/s liegen.

Es ist möglich, dass die relative elektroakustische Kopplung krel = kRB/kIB, nämlich die Kopplung im Randbereich kRB normiert auf die Kopplung im inneren Bereich kIB, größer oder gleich 0,90, vorzugsweise 1,0, ist.

Die nachfolgende Tabelle gibt bevorzugte Parameterkombinationen an. Dabei ist das Material der Elektrodenfinger Kupfer. Das Material der Beschwerungsstreifen MatBS ist entweder Kupfer oder Titan. Die Dicke d(EF) der Elektrodenfinger ist in nm angegeben. Die Dicke d(DL) der dielektrischen Lage ist in μm angegeben. Die Dicke d(BS) des Beschwerungsstreifens ist in μm angegeben. Der Pitch p ist in μm angegeben. Das Metallisierungsverhältnis η ist eine dimensionslose Zahl. Die relative Anregungsstärke (Anregungsstärke k im Randbereich / Anregungsstärke im inneren Bereich) ist ebenso eine dimensionslose Zahl. Δv gibt die Geschwindigkeitsverringerung im Randbereich gegenüber der Geschwindigkeit im inneren Bereich in m/s an. d(BS)/p ist die Dicke des Beschwerungsstreifens pro Pitch p.

MatBSD(EF)d(DL)d(BS)pηkrelΔvd(BS)/pCu3350,60,062,050,60,92951030,029268293Cu3350,60,072,050,620,9231180,034146341Cu3350,50,082,050,530,9081060,03902439Cu3350,50,092,050,5350,9051190,043902439Cu3350,50,12,050,540,90251310,048780488Cu3550,70,052,050,5850,9451060,024390244Cu3550,60,062,050,540,93521040,029268293Cu3550,70,062,050,6150,9351240,029268293Cu3550,60,072,050,5550,9305119,50,034146341Cu3550,60,082,050,570,925134,50,03902439Cu3550,60,092,050,580,9191490,043902439Cu3550,60,12,050,5950,9131630,048780488Ti3550,80,22,050,580,961150,097560976Ti3550,60,32,050,50,9461250,146341463 Ti 3550,50,42,050,4450,91151400,195121951

Das Metallisierungsverhältnis η kann um ±0,15 abweichen. Die relative Kopplungsstärke krel kann um ±0,04 abweichen. Die Geschwindigkeitsdifferenz kann um ±20 m/s abweichen.

Es ist möglich, dass die Elektrodenfinger Cu oder Ti umfassen und für ihre auf den Pitch p normierte Dicke d gilt: 0,15 ≤ d(EF)/p ≤ 0,19.

Es ist möglich, dass die Elektrodenfinger Cu oder Ti umfassen und für die Dicke der dielektrischen Lage gilt: 0,5 μm ≤ d(DL) ≤ 0,8 μm.

Es ist möglich, dass die Elektrodenfinger Cu umfassen und für die Dicke der dielektrischen Lage gilt: 0,23 ≤ d(DL)/p ≤ 0,42.

Es ist möglich, dass die Elektrodenfinger Cu umfassen und für die Dicke des Beschwerungsstreifens gilt: 0,05 μm ≤ d(BS) ≤ 0,1 μm.

Es ist möglich, dass die Elektrodenfinger Cu umfassen und für die Dicke des Beschwerungsstreifens gilt: 0,02 ≤ d(BS)/p ≤ 0,05.

Es ist möglich, dass die Elektrodenfinger Cu bei einem Beschwerungsstreifen aus Ti umfassen und für die Dicke des Beschwerungsstreifens gilt: 0,2 μm ≤ d(BS) ≤ 0,4 μm.

Es ist möglich, dass die Beschwerungsstreifen Ti umfassen und für die Dicke des Beschwerungsstreifens gilt: 0,09 ≤ d(BS)/p ≤ 0,21.

Für Elektrodenfinger aus Cu der Dicke 335 nm bei einem Beschwerungsstreifen aus Cu kann das Metallisierungsverhältnis η folgende Abhängigkeit von der Dicke des Beschwerungsstreifens d(BS) in μm und von der Dicke der dielektrischen Lage d(DL) in μm haben: η = 0,0184 + 0.670 d(BS) + 0.917 d(DL).

Für Elektrodenfinger aus Cu der Dicke 355 nm bei einem Beschwerungsstreifen aus Cu kann das Metallisierungsverhältnis η folgende Abhängigkeit von der Dicke des Beschwerungsstreifens d(BS) in μm und von der Dicke der dielektrischen Lage d(DL) in μm haben: η = 0,0358 + 1,47 d(BS) + 0.695 d(DL).

Für Elektrodenfinger aus Cu der Dicke 355 nm bei einem Beschwerungsstreifen aus Ti kann das Metallisierungsverhältnis η folgende Abhängigkeit von der Dicke des Beschwerungsstreifens d(BS) in μm und von der Dicke der dielektrischen Lage d(DL) in μm haben: η = 0,500 – 0,356 d(BS) + 0,194 d(DL).

Für Elektrodenfinger aus Cu der Dicke 335 nm bei einem Beschwerungsstreifen aus Cu kann die Geschwindigkeitsverringerung Δv in m/s folgende Abhängigkeit von der Dicke des Beschwerungsstreifens d(BS) in μm und von der Dicke der dielektrischen Lage d(DL) in μm haben: Δv = –140 + 1280 d(BS) + 237 d(DL).

Für Elektrodenfinger aus Cu der Dicke 355 nm bei einem Beschwerungsstreifen aus Cu kann die Geschwindigkeitsverringerung Δv in m/s folgende Abhängigkeit von der Dicke des Beschwerungsstreifens d(BS) in μm und von der Dicke der dielektrischen Lage d(DL) in μm haben: Δv = –97,1 + 1500 d(BS) + 186 d(DL).

Für Elektrodenfinger aus Cu der Dicke 355 nm bei einem Beschwerungsstreifen aus Ti kann die Geschwindigkeitsverringerung Δv in m/s folgende Abhängigkeit von der Dicke des Beschwerungsstreifens d(BS) in μm und von der Dicke der dielektrischen Lage d(DL) in μm haben: η = 81,4 + 138 d(BS) + 9,83 d(DL).

Für Elektrodenfinger aus Cu der Dicke 335 nm bei einem Beschwerungsstreifen aus Cu kann eine Anpassung des Metallisierungsverhältnisses η an Pitchabweichungen (in μm) folgende Abhängigkeit haben: Δη = –0,089 (p – 2,05).

Für Elektrodenfinger aus Cu der Dicke 355 nm bei einem Beschwerungsstreifen aus Cu kann eine Anpassung des Metallisierungsverhältnisses η an Pitchabweichungen (in μm) folgende Abhängigkeit haben: Δη = –0,113 (p – 2,05).

Für Elektrodenfinger aus Cu der Dicke 355 nm bei einem Beschwerungsstreifen aus Ti kann eine Anpassung des Metallisierungsverhältnisses η an Pitchabweichungen (in μm) folgende Abhängigkeit haben: Δη = –0,366 (p – 2,05).

Für Elektrodenfinger aus Cu der Dicke 335 nm bei Beschwerungsstreifen aus Cu kann die Geschwindigkeitsverringerung Δv in m/s folgende Abhängigkeit folgende Abhängigkeit vom Pitch p in μm haben: Δv = 147 – 15,0 p.

Für Elektrodenfinger aus Cu der Dicke 355 nm bei Beschwerungsstreifen aus Cu kann die Geschwindigkeitsverringerung Δv in m/s folgende Abhängigkeit folgende Abhängigkeit vom Pitch p in μm haben: Δv = 168 – 18,7 p.

Für Elektrodenfinger Cu der Dicke 355 nm bei Beschwerungsstreifen aus Ti kann die Geschwindigkeitsverringerung Δv in m/s folgende Abhängigkeit folgende Abhängigkeit vom Pitch p in μm haben: Δv = 382 – 124 p.

Es ist möglich, dass die Elektrodenfinger Cu umfassen und für die Dicke der dielektrischen Lage gilt: 0,23 ≤ d(DL)/p ≤ 0,42.

Es ist möglich, dass die Elektrodenfinger Cu umfassen und für die Dicke des Beschwerungsstreifens gilt: 0,02 ≤ d(BS)/p ≤ 0,05.

Es ist möglich, dass die Beschwerungsstreifen Ti umfassen und für die Dicke des Beschwerungsstreifens gilt: 0,09 ≤ d(BS)/p ≤ 0,21.

Ein HF-Filter kann zumindest ein entsprechend ausgestaltetes SAW-Bauelement mit verringerten Störungen durch transversale und SH-Moden verursachten Störungen umfassen.

Funktionsweisen und Beispiele, die der Veranschaulichung des Aufbaus der Lagenstapel dienen, sind den schematischen Figuren zu entnehmen.

Es zeigen:

1: eine Draufsicht auf ein SAW-Bauelement mit Randbereichen im aktiven Bereich,

2: einen Querschnitt durch ein entsprechendes Bauelement und die Definition des Pitches p,

3: einen Querschnitt durch ein Bauelement mit einem Elektrodenfinger, der in einer dielektrischen Lage eingebettet ist,

4: einen Querschnitt durch ein weiteres Bauelement mit Beschwerungsstreifen,

5: verbreiterte Elektrodenfinger im Randbereich,

6: schmalere Elektrodenfinger im Randbereich,,

721: vorteilhafte Parameter.

1 zeigt eine Draufsicht auf die Elektrodenstruktur eines SAW-Bauelements SAW-B, bei der Elektrodenfinger EF jeweils entlang der Longitudinalrichtung nebeneinander angeordnet sind und sich selbst entlang der Transversalrichtung erstrecken. Die Elektrodenfinger EF sind dabei abwechselnd mit jeweils einer von zwei Stromsammelschienen BB verschaltet. Der Bereich, in dem die Elektrodenfinger entgegengesetzter Stromsammelschienen überlappen, ist der aktive Bereich AB, in dem zwischen HF-Signalen der gewünschten Frequenz und akustischen Wellen gewandelt wird. Der aktive Bereich AB hat dabei Randbereiche RB und einen inneren Bereich IB. Die Randbereiche bedecken im Wesentlichen die Enden der Elektrodenfinger, die nicht direkt mit einer Stromsammelschiene verbunden sind, den so genannten freien Fingerenden. Der innere Bereich IB ist zwischen den Randbereichen angeordnet.

Durch die Verringerung der Geschwindigkeit vr in den Randbereichen relativ zur Geschwindigkeit vi der Hauptmode im inneren Bereich IB ergibt sich ein transversales Geschwindigkeitsprofil, das zum einen transversale Moden unterdrückt und zum anderen die elektroakustische Kopplung für SH-Moden so weit verringert, dass die Bauelement selbst in breitbandig arbeitenden Filtern gut eingesetzt werden können.

2 zeigt einen Querschnitt durch einen Lagenaufbau, um die Definition des Pitches p zu veranschaulichen: Elektrodenfinger EF sind auf dem piezoelektrischen Substrat PS angeordnet. Der Abstand von linken oder rechten Fingerkanten benachbarter Elektrodenfinger ist der Pitch p.

3 zeigt einen Querschnitt durch einen Lagenstapel im inneren Bereich IB mit Elektrodenfingern EF, die auf dem piezoelektrischen Substrat PS angeordnet sind. Auf die Oberseite des piezoelektrischen Substrats PS bzw. des Elektrodenfingers EF ist ein dielektrisches Material der dielektrischen Lage DL angeordnet. Das Material der dielektrischen Lage DL kann dabei einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben, der so ausgewählt ist, dass der Temperaturgang der Frequenzen bei vorgegebenen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats und des Fingermaterials so gewählt ist, dass der Temperaturgang des gesamten Lagenstapels reduziert oder verringert ist.

Auf der dielektrischen Lage DL ist eine dielektrische Decklage DDL angeordnet, die als Passivierungsschicht dienen kann.

Als Material der dielektrischen Lage kommt Siliziumoxid in Frage. Als Material der dielektrischen Decklage kommt Siliziumnitrid in Frage.

4 zeigt einen Querschnitt durch einen Lagenstapel auf Höhe des Randbereichs RB, wobei der Beschwerungsstreifen BS auf Material der dielektrischen Lage DL angeordnet ist. Somit hat das Material der dielektrischen Lage nicht nur die Aufgabe, einen Temperaturgang der Frequenzen zu verringern. Das Material der dielektrischen Lage DL muss vielmehr verhindern, dass das Material des Beschwerungsstreifens BS Elektrodenfinger, die mit unterschiedlichen Stromsammelschienen verschaltet sind, kurzschließt.

Oberhalb des Beschwerungsstreifens ist eine obere dielektrische Lage DL2 angeordnet, auf der wiederum die dielektrische Decklage DDL angeordnet ist.

5 zeigt schematisch, dass die Fingerbreiten (und damit das Metallisierungsverhältnis η) im Randbereich geringer als die Fingerbreiten im inneren Bereich sein können.

6 zeigt analog, dass die Fingerbreiten im inneren Bereich geringer als im Randbereich sein können.

Die 7 bis 21 zeigen vorteilhafte Parameter des SAW Bauelements. Die 7 bis 18 zeigen Werte für einen Wandler mit Elektrodenfinger und Beschwerungsstreifen aus Kupfer. Die 19 bis 21 zeigen Werte für einen Wandler mit Elektrodenfinger aus Cu und Beschwerungsstreifen aus Titan.

Die 7 bis 11 zeigen Werte für einen Wandler, dessen Elektrodenfinger eine Dicke von 335 nm haben. Die 12 bis 18 zeigen Werte für einen Wandler, dessen Elektrodenfinger eine Dicke von 355 nm haben. 19 bis 21 zeigen Werte für einen Wandler, dessen Elektrodenfinger eine Dicke von 335 nm haben. Die gezeigten Werte der Dicke der dielektrischen Lage DL, der Dicke des Beschwerungsstreifens BS, des für einen bestimmten Pitch p (etwa p = 2,05 ± 0,15) vorteilhaften Metallisierungsverhältnis η, der für einen bestimmten Pitch p vorteilhaften relativen Kopplungsstärke krel sowie der vorteilhaften Reduzierung der Geschwindigkeit sind in der oben dargestellten Tabelle zusammengefasst.

Weicht der Pitch p von 2,05 ab, so lassen sich die entsprechend optimierten Werte aus den Schaubildern ablesen.

Bezugszeichenliste

  • AB:
    aktiver Bereich
    BB:
    Stromsammelschiene
    d:
    Dicke der dielektrischen Lage
    DDL:
    dielektrische Decklage
    DL:
    dielektrische Lage
    DL2:
    obere dielektrische Lage
    EF:
    Elektrodenfinger
    IB:
    innerer Bereich
    p:
    Pitch
    PS:
    piezoelektrisches Substrat
    RB:
    Randbereich
    SAW-B:
    SAW-Bauelement
    v, vi, vr:
    Ausbreitungsgeschwindigkeit
    w:
    Breite der Elektrodenfinger
    κ2:
    Kopplungsstärke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • WO 2011/088904 A1 [0004]