CN1129372A - 有Ta或W薄膜的乐甫波器件 - Google Patents

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Abstract

一种价廉的乐甫波器件，其谐振与反谐振频率间的频差范围宽，该器件供X传播的Y切割基片由LiNbO3制成。基片上设有Ta或W薄膜组成的叉指换能器，供激发乐甫波之用。

Description

有Ta或W薄膜的乐甫波器件
本发明涉及一种具Ta或W薄膜形成的叉指换能器、供激发乐甫波器件。
现有技术的乐甫波器如图8所示，其中Au薄膜11a在供X传播的Y切割基片10上形成。基片10由LiNbO3制成。鉴于Au薄膜只能弱粘附到LiNbO3基片10上，因而先在基片10上形成Cr薄膜11b，再在Cr薄膜11b上形成Au薄膜11a，然后用光刻技术制成叉指换能器11。迄今，利用瑞利波的乐甫波器广受欢迎。
日本专利申请004815/1993公开了一种构件，构件制取的方法是先在Y切割X传播的LiNbO3基片20上形成A1薄膜，制成叉指换能器21，再形成ZnO膜22，如图9中所示。这种构件也能激发乐甫波。更具体地说，这种乐甫波也可以通过在LiNbO3基片上形成金属薄膜来进行激发，该金属薄膜的速度小于基片的SAW(表面声波)速度。
此外，下面的几篇文章中也介绍了在具周期性(排列的)金属条而不是均匀薄膜的器件中激发乐甫波的情况：Shimizu和Mizunuma在日本电子通信协会科研报告(US82-25)上写的题为“耦合能力高(K2约为0.3)的乐甫波型弹性表面波基片”的文章；Suzuki和Shimizu在日本电子通信协会科研报告(US86-37)上写的题为“乐甫波型弹性声波在Au条阵列/YX-LiNbO3构件中的传播特性及其在IDT(交叉指型变换器)谐振器中的应用”的文章。
现有技术采用Au薄膜电极的乐甫波器件，在Au薄膜电极上采用Cr或其它材料制成的基底，因而这种现有技术乐甫波器件的制造工艺复杂。此外，由于采用Au，器件的造价高。
另一方面，采用瑞利波的乐甫波器件，其机电耦合系数K小，因而要扩大其谐振与反谐振频率之间的频差有困难。
在上述文章中，在采用Ag、BGO(Bi12GeO20、SiO2和Au薄膜的场合，对乐甫波进行了分析。但上述现有技术没有公开过在Ta或W薄膜上形成有叉指换能器的乐甫波器件。
因此，本发明的目的是提供一种乐甫波器件，它用不同于上述传统的乐甫波激发IDT材料(例如Ta或W)制成，因而这种器件能激发乐甫波。
本发明的一个实施例提供的乐甫波器件由一个供X传播用的Y切割基片和一个供激发乐甫波用的叉指换能器组成。基片由LiNbO3制成。叉指换能器是一个安置在基片上的Ta薄膜。
本发明另一个实施例提供的乐甫波器件由一个供X传播用的Y切割基片和一个供激发乐甫波用的叉指换能器组成。基片由LiNbO3制成。叉指换能器是安置在基片上的W薄膜。
本发明中，叉指换能器是由Ta或W薄膜在X传播用的LiNbO3基片上制成的。在Ta或W薄膜的一系列厚度下，得出的机电耦合系数K，且能激发出乐甫波。此外，本发明一些实施例的乐甫波器件比起现有技术的同类器件更容易制造，而且它采用的W或Ta就比现有技术所使用的Au便宜。
从下面即将对本发明进行的说明可以清楚了解本发明的其它目的特点。
图1是本发明供分析乐甫波用的乐甫波器件的片段剖面。
图2是本发明第一实施例的SAW速度V与归一化的薄膜厚度HTa/λ的关系曲线圈。
图3是本发明第一实施例的机电耦合系数K与归一化的薄膜厚度HTa/λ的关系曲线图。
图4是本发明第一实施例的剖面示意图。
图5是本发明第一实施例的阻抗特性曲线。
图6是本发明第二实施例的SAW速度V与归一化的薄膜厚度Hw/λ的关系曲线图。
图7是本发明第二实施例的机电耦合系数K与归一化的薄膜厚度Hw/λ的关系曲线图。
图8是现有技术乐甫波器件的剖面示意图。
图9是现有技术另一种乐甫波器件的剖面示意图。
本发明的第一实施例用实验说明Ta薄膜能激发乐甫波。叉指换能器由Ta薄膜制成。乐甫波器件就是用在所述Ta薄膜上形成的叉指换能器制成的。
图1示出供分析乐甫波用的构件。该构件由供X传播用的LiNbO3制成的Y切割基片和在基片1上的均匀Ta薄膜2a组成。Ta薄膜2a的厚度HTa/λ。
图2中，归一化的薄膜厚度HTa/λ在水平轴线上描出，SAW速度V在垂直轴线上描出。图2中在4079米/秒SAW速度处描出的虚线表示在LiNbO3基片的X方向上传播的慢的横波速度。在SAW速度大于此横波速度的范围内，这种波是伪表面声波。在SAW速度小于该横波速度的范围内，这种波是乐甫波。
鉴于本发明并不是与伪SAW和乐甫波的消失和出现直接有关，因而这里没有对这些波进一步说明。乐甫波在断路状态下出现时，可以看出，乐甫波是在HTa/λ(归一化薄膜厚度)＝0.03时开始激发的。在图1所示的构件中，SAW速度V随着Ta薄膜2a厚度的增加而减小。另一方面，乐甫波在短路状态下则在HTa/λ(归一化薄膜厚度)＝0时受激。
图2还示出了瑞利波的SAW速度。瑞利波在断路状态下的相速基本上与其在短路状态下的相速相同。用这些断路和短路状态的瑞利波之间的差值表示的机电耦合系数K几乎等于0。这就是说，叉指换能器几乎激发不出任何瑞利波。乐甫波的SAW速度与瑞利波的SAW速度大不相同，因此采用乐甫波时，瑞利波引起寄生信号的可能性较小。
现在更详细地说明上述断路和短路状态。压电学的基本公式可用下式表示：
    Ti＝CijSj－emiEm
    Dn＝enhSh＋EnmEm其中Ti为应力，Cij为弹性常数，Sj为应变，emi为压电常数，Em为电场，Dn为电通量，enh为压电常数，Sh为应变，Enm为介电常数。因此，在断路状态下，上述基本公式中的Em≠0。在短路状态下，上述基本公式中的Em＝0。
图3中，图1所示构件的归一化薄膜厚度HTa/λ在水平轴线上描出，机电耦合系数K在垂直轴线上描出。从图3的曲线可以看出，机电耦合系数K在归一化薄膜厚度HTa/λ为0.04时处于0.54的最大值。在0.03至0.15HTa/λ的宽范围内，关系式K＞0.4(40％)成立。在Ta薄膜2a较宽的厚度范围内，若制造VCO(压控振荡器)，则可以扩大频率的变化范围。
如图4中所示，Ta薄膜组成的叉指换能器在供X传播用的Y切割基片3上形成。在一个最佳实施例中，基片3由LiNbO3制成，长2.0毫米，宽1.8毫，厚0.5毫米。换能器4成对的叉指电极的对数为25。各叉指电极间的间距为9.9微米。毗邻的叉指电极彼此重叠495微米左右。叉指电极4厚0.7微米。具备这些尺寸的乐甫波器件，其阻抗特性如图5所示。
本发明的第二最佳实施例用实验说明，W薄膜能激发乐甫波。此W薄膜形成叉指换能器，叉指换能器又形成乐甫波器件。这里采有了W薄膜2b代替图1所示第一实例中采用的Ta薄膜2a。此W薄膜2b的厚度HW用表面波波长λ归一化后得出归一化的薄膜厚度。图6中，归一化的薄膜厚度Hw/λ在水平轴线上描出，SAW速度在垂直轴线上描出。图6的曲线相当于图2的曲线。鉴于图2说明中应用的原理同样适用于图6的曲线，因而下面不再详述图6的曲线。从图6的曲线可以看出，乐甫波可在归一化薄膜厚度Hw/λ大于0.028的范围内加以激发。
图7中，归一化的薄膜厚度Hw/λ在水平轴线上描出，机电耦合系数K在垂直轴线上描出。从图7的曲线可以看出，归一化薄膜厚度Hw/λ为0.04时，耦合系数K处在0.52的最大值。Hw/λ在0.028至0.15的宽范围内，关系式K＞0.4(40％)成立。在W薄膜的薄膜厚度广阔的范围内，可以扩大谐振与反谐振频率之间的频差。
本发明中，叉指换能器是由Ta或W薄膜在供X传播用的Y切割LiNbO3基片上形成的。因此，用较简单的结构就可在Ta或W薄膜广阔的厚度范围内获取大的机电耦合系数。此外，由于Ta和W较Au便宜，因而可以降低成本。

Claims (4)

1.一种乐甫波器件，包括：
一个Y切割基片，供X传播用；
一个叉指换能器，供激发乐甫波用；
所述换能器由安置在所述Y切割基片上的Ta薄膜组成。
2.如权利要求1所述的乐甫波器件，其特征在于，所述基片由LiNbO3制成。
3.一种乐甫波器件，包括：
一个Y切割基片，供X传播用；和
一个叉指换能器，供激发乐甫波用；
所述换能器由安置在所述Y切割基片上的W薄膜组成。
4.如权利要求3所述的乐甫波器件，其特征在于，所述Y切割基片由LiNbO3制成。
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