DE102018109833A1 - SAW-Resonator, HF-Filter, Multiplexer und Verfahren zur Herstellung eines SAW-Resonators - Google Patents

SAW-Resonator, HF-Filter, Multiplexer und Verfahren zur Herstellung eines SAW-Resonators Download PDF

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Abstract

Es ist ein SAW-Resonator vorgesehen, der die Möglichkeit bietet, die Bandbreite eines Bandpassfilters oder eines Bandsperrfilters einzustellen. Der SAW-Resonator weist ein piezoelektrisches Material, eine Elektrodenstruktur über dem piezoelektrischen Material und eine dielektrische Einstellschicht zwischen dem piezoelektrischen Material und der Elektrodenstruktur auf.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft SAW-Resonatoren, z. B. SAW-Resonatoren mit einem verringerten Pol-Nullstellen-Abstand, ein HF-Filter, das einen SAW-Resonator aufweist, einen Multiplexer und ein Verfahren zur Herstellung eines SAW-Resonators.
  • In mobilen Kommunikationsgeräten werden HF-Filter benötigt, um gewünschte HF-Signale von unerwünschten HF-Signalen zu trennen. Im Allgemeinen sollten HF-Filter eine niedrige Einfügedämpfung in einem Durchlassband und einen hohen Sperrpegel außerhalb eines Durchlassbandes vorsehen. Resonatoren von HF-Filtern sollten einen hohen Qualitätsfaktor haben. Charakteristische Frequenzen sollten von der Temperatur unabhängig sein. Außerdem sollten Spezifikationen in Bezug auf Frequenzbänder eingehalten werden. Ferner sollten entsprechende Filterkomponenten geringe räumliche Abmessungen und eine hohe Leistungsbeständigkeit aufweisen, und mit niedrigen Herstellungskosten herstellbar sein.
  • Herkömmliche HF-Filter können akustische Oberflächenwellen verwenden. Solche SAW-Filter weisen eine Elektrodenstruktur auf, die sich auf einem piezoelektrischen Material befindet. Die erreichbare Bandbreite von HF-Filtern, die auf SAW-Resonatoren basieren, ist jedoch begrenzt.
  • Was gewünscht wird, ist ein HF-Filter, der eine verbesserte Flexibilität in Bezug auf die Bandbreite vorsieht.
  • Insbesondere ist ein HF-Filter erwünscht, der Durchlassbänder mit verringerter Bandbreite ermöglicht.
  • Zu diesem Zweck werden ein SAW-Resonator, der eine verringerte Bandbreite ermöglicht, ein entsprechendes HF-Filter, ein Multiplexer und ein Verfahren zur Herstellung eines SAW-Resonators gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgesehen. Abhängige Ansprüche sehen bevorzugte Ausführungsformen vor.
  • Der SAW-Resonator (SAW = surface acoustic wave = akustische Oberflächenwelle) weist ein piezoelektrisches Material und eine über dem piezoelektrischen Material angeordnete Elektrodenstruktur auf. Ferner weist der SAW-Resonator eine dielektrische Einstellschicht auf, die zwischen dem piezoelektrischen Material und der Elektrodenstruktur angeordnet ist.
  • Die dielektrische Einstellschicht kann verwendet werden, um den Pol-Nullstellen-Abstand des Resonators einzustellen. Der Pol-Nullstellen-Abstand eines Resonators bestimmt hauptsächlich die Bandbreite eines entsprechenden HF-Filters. SAW-Resonatoren können elektrisch in einer leiterartigen Topologie verbunden sein, um ein HF-Filter zu bilden. Serienresonatoren können in einem Signalpfad zwischen einem Eingangstor und einem Ausgangstor elektrisch in Reihe geschaltet sein. Einer oder mehrere parallele Pfade können den Signalpfad elektrisch mit Masse verbinden. Jeder parallele Pfad kann einen oder mehrere parallele Resonatoren aufweisen. Ein Bandpassfilter wird erhalten, indem Serienresonatoren vorgesehen werden, die eine Resonanzfrequenz aufweisen, die hauptsächlich der Antiresonanzfrequenz der Parallelresonatoren entspricht.
  • In ähnlicher Weise kann ein Bandsperrfilter erhalten werden, wenn die Antiresonanzfrequenz der Serienresonatoren hauptsächlich gleich der Resonanzfrequenz der Parallelresonatoren ist.
  • Der Frequenzunterschied zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz ist somit ein Maß für die Bandbreite eines entsprechenden Bandpassfilters oder eines Bandsperrfilters. Durch Einstellen des Pol-Nullstellen-Abstandes eines Resonators, insbesondere durch Verringern des Pol-Nullstellen-Abstandes eines Resonators, kann somit eine entsprechende Breite eines Durchlassbandes oder eines Sperrbandes verringert werden.
  • Die Dicke der dielektrischen Einstellschicht kann so vorgesehen werden, dass ein gewünschter elektroakustischer Kopplungskoeffizient κ2 erhalten wird, der den gewünschten Pol-Nullstellen-Abstand vorsieht.
  • Solche SAW-Resonatoren ermöglichen die Erzeugung von HF-Filtern, die bezüglich Leistung, Temperaturverhalten und ähnlicher Parameter, Spezifikationen z. B. von Mobilkommunikationssystemen der nächsten Generation entsprechen.
  • Herkömmliche SAW-HF-Filter benötigen externe Schaltungselemente, wie etwa externe kapazitive Elemente oder induktive Elemente, um die Bandbreite zu verringern. Die externen Schaltungselemente erhöhen die Herstellungskosten und die geometrische Größe der entsprechenden Filterkomponenten.
  • Ferner verringern externe Schaltungselemente den effektiven Qualitätsfaktor der Resonanzschaltungen, da ihr inhärenter Qualitätsfaktor typischerweise viel kleiner ist als der der akustischen Resonatoren.
  • Somit können durch Verwenden der dielektrischen Einstellschicht externe Schaltungselemente unnötig werden, und entsprechende Filterkomponenten können mit verringerten Kosten, mit verringerten räumlichen Abmessungen, und mit erhöhten Qualitätsfaktoren hergestellt werden. Bei einem solchen SAW-Resonator kann die über dem piezoelektrischen Material angeordnete Elektrodenstruktur direkt auf der dielektrischen Einstellschicht angeordnet sein. Die Elektrodenstruktur kann verschränkte Strukturen mit kammartigen Elektrodenfingern aufweisen, die elektrisch mit Stromschienen und Reflexionsstrukturen an den distalen Enden einer akustischen Spur verbunden sind, was zu einem akustischen Resonator führt.
  • Herkömmliche SAW-Elektrodenstrukturentwürfe, z. B. Mittel zur Unterdrückung von transversalen Moden, wie Apodisieren, Schrägen oder ein Piston-Mode, können ferner verwendet werden, da keine Einstellungen oder nur kleine Einstellungen in Bezug auf Parameter, wie etwa Metallisierungsverhältnis n, Abstand, Elektrodenmaterial, und dergleichen, notwendig sind.
  • Es ist entsprechend möglich, dass die Einstellschicht vorgesehen ist, um den elektroakustischen Kopplungskoeffizienten κ2 des Resonators auf einen vorbestimmten Wert einzustellen.
  • Es ist möglich, dass die Einstellschicht ein dielektrisches Material aufweist, oder daraus besteht, das ausgewählt ist aus Aluminiumnitrid (AlN), einem Siliziumoxid, z. B. Siliciumdioxid (SiO2), einem dotierten Siliziumoxid, z. B. mit Fluor, Phosphor oder Bor, einem Aluminiumoxid, z. B. Al2O3, einem Siliciumnitrid, z .B. Si3N4, einem Hafniumoxid, z. B. HfO2, oder einem Metalloxid.
  • Insbesondere die Verwendung von Siliziumoxid hat den Vorteil, dass Siliziumoxid, wie etwa Siliziumdioxid, ein Material ist, das den Konstrukteuren von SAW-Resonatoren bekannt ist, da Siliziumdioxid genauso als Material einer FTK-Kompensationsschicht (FTK = Frequenztemperaturkoeffizient = frequency coefficient of temperature [TCF]) verwendet werden kann. Eine FTK-Schicht wirkt einer Temperaturabhängigkeit von akustischen Parametern, wie etwa der Steifigkeit eines Materials oder der Wellengeschwindigkeit, entgegen. Wenn sich die Temperatur einer entsprechenden Filterkomponente ändert, dann ändern sich aufgrund der Wärmeausdehnung und aufgrund sich ändernder Steifheits- und Wellengeschwindigkeitsparameter die charakteristischen Frequenzen des Filters, z. B. die Position einer Passbandflanke. Durch Vorsehen einer FTK-Schicht, die temperaturinduzierte Frequenzänderungen kompensiert, können temperaturinduzierte Frequenzdrifts verringert oder beseitigt werden.
  • Somit kann durch Verwendung eines FTK-Materials als Material für die dielektrische Einstellschicht eine Verringerung der Bandbreite und eine Verringerung oder Beseitigung von temperaturinduzierten Frequenzdrifts erzielt werden. Die Verwendung von Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid hat den Vorteil, dass zusätzlich eine verbesserte Leistungsbeständigkeit erhalten werden kann. Aluminiumnitrid und Aluminiumoxid sind dielektrisch. Somit wird ein Kurzschluss von Elektrodenstrukturen entgegengesetzter Polarität verhindert.
  • Die gute Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitrid und Aluminiumoxid trägt jedoch dazu bei, HF-Energie zu verteilen, die über eine große Fläche verteilt wird. Dadurch können lokale Temperaturerhöhungen, die zur lokalen Zerstörung des Materialsystems führen, verringert werden.
  • Es ist möglich, dass das piezoelektrische Material ein Material aufweist, oder besteht, das ausgewählt ist, aus Lithiumtantalat (LiTaO3), Lithiumniobat (LiNbO3), Quarz und Aluminiumnitrid (A1N).
  • Somit können herkömmliche piezoelektrische Materialien, deren physikalische Parameter bekannt sind, verwendet werden, um den entsprechenden SAW-Resonator und entsprechende HF-Filter herzustellen.
  • Es ist möglich, dass das piezoelektrische Material als eine dünne Schicht oder als ein Grundmaterial vorgesehen ist.
  • Wenn es als ein Grundmaterial vorgesehen ist, kann das piezoelektrische Material als ein einkristallines Material vorgesehen sein, das einen bevorzugten Kristallschnitt aufweist.
  • Ferner kann das piezoelektrische Material als eine dünne Schicht vorgesehen werden, d. h. durch Waferbonden mit einer Dünnschicht-Verarbeitung, z. B. mechanischen Schleifen oder Aufspalten („smart cut“), oder Anwenden von Dünnschicht-abscheidungs-Techniken, wie etwa Sputtern, physikalisches Aufdampfen, chemisches Aufdampfen, Molekularstrahlepitaxie, und dergleichen.
  • Es ist möglich, dass der SAW-Resonator ferner ein Trägersubstrat aufweist. Das piezoelektrische Material kann auf oder über dem Trägersubstrat angeordnet sein.
  • Das Trägersubstrat kann ein Material aufweisen, oder daraus bestehen, das ausgewählt ist aus Silizium, Aluminiumoxid, Saphir, kristallinem Kohlenstoff (Diamant), Siliziumkarbid, SiC, Quarz und ähnlichen Materialien, einschließlich Dotieren der erwähnten Trägersubstratmaterialien. Insbesondere werden Trägersubstrate mit einem Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit bevorzugt.
  • Es ist möglich, dass der SAW-Resonator mindestens eine Zwischenschicht aufweist, die einen sagittalen Schallwellenleiter vorsieht. Das piezoelektrische Material kann auf oder über diesem Wellenleiter angeordnet sein.
  • Der Wellenleiter kann aus einer einzelnen Schicht bestehen. Es ist jedoch möglich, dass der Wellenleiter zwei oder mehr Schichten aufweist. Es wird bevorzugt, dass der Wellenleiter eine Schicht aufweist, die ein Material aufweist, das eine akustische Impedanz aufweist, die sich von der akustischen Impedanz einer Schicht über oder unter der Schicht des Wellenleiters unterscheidet. Entsprechend ist es möglich, dass der Wellenleiter zwei oder mehr Schichten unterschiedlicher akustischer Impedanzen aufweist. Eine Grenzfläche zwischen zwei Materialien mit unterschiedlicher akustischer Impedanz reflektiert akustische Wellen. Somit werden akustische Wellen von der Oberfläche des Resonators reflektiert, und es wird verhindert, dass akustische Energie in dem darunter liegenden Schichtsystem dissipiert wird. Somit hilft der Wellenleiter, die akustische Energie auf die Oberfläche des Resonators zu begrenzen, was den Qualitätsfaktor verbessert. Eine Schicht hoher akustischer Impedanz des Wellenleiters kann Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid, kristallinen Kohlenstoff (Diamant) oder polykristallines Silizium aufweisen.
  • Eine Schicht des Wellenleiters, die eine niedrige akustische Impedanz aufweist, kann Siliziumdioxid, ein dotiertes Siliziumdioxid oder Germaniumdioxid aufweisen. Siliciumdioxid kann durch Fluor oder Phosphor oder Bor dotiert werden.
  • Wenn das SAW-Resonator einen Wellenleiter und ein Trägersubstrat aufweist, dann wird es bevorzugt, dass die Wellenführung zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen Material angeordnet ist.
  • Es ist möglich, dass der Resonator ferner eine Zwischenschicht aufweist, die eine Temperaturkompensationsschicht zur FTK Verringerung vorsieht. Dann ist das piezoelektrische Material auf oder über der Temperaturkompensationsschicht angeordnet.
  • Die Temperaturkompensationsschicht kann ein Siliziumoxid aufweisen, z. B. SiO2. Insbesondere kann das Material der FTK-Kompensationsschicht aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus SiO2, dotiertem SiO2, GeO2, ScYF, ZrW2O8, ZrMo2O8, HfMo2O8, ScW3O12, AlW3O12, Zr(WO4) (PO4)2, Zeolith und B2O3 besteht. Diese Materialien zeigen alle einen positive FTK, der dem negativen FTK des verwendeten piezoelektrischen Materials entgegenwirken kann. Darüber hinaus zeigen sie meist einen negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, was besonders für Materialien zutreffend ist, die aus Übergangsmetallverbindungen und Verbindungen von Seltenerdmetallen ausgewählt sind. Überraschenderweise zeigen solche Materialien einen hohen positiven Temperaturkoeffizienten ihres E-Moduls, das heißt, eine verbesserte Steifigkeit bei höheren Temperaturen.
  • Es ist möglich, dass der SAW-Resonator eine Passivierungs- und/oder Temperaturkompensations-Schichtanordnung auf oder über der Elektrodenstruktur aufweist.
  • Das Metalloxid kann ein Oxid, z. B. ein Metalloxid oder ein Siliziumoxid aufweisen. Das Metalloxid kann ein Oxid des Metalls der Elektrodenstruktur sein.
  • Ferner kann die Passivierungsschicht aus Siliziumnitrid bestehen, oder dieses aufweisen.
  • Die Elektrodenstruktur kann Elektroden auf Basis von Kupfer oder Aluminium, oder auf Basis einer Legierung auf Kupferbasis oder einer Legierung auf Aluminiumbasis aufweisen. Die Elektroden können eine Schichtstruktur aufweisen, die eine Haftschicht und eine zusätzliche Massenbelastungsschicht oder ein Schichtsystem zur Unterdrückung von transversalen Moden aufweist. Im Allgemeinen können herkömmliche Elektrodenstrukturen auf der Einstellschicht verwendet werden, einschließlich geeigneter Mittel zur Unterdrückung transversaler Moden, wie Apodisierung, Neigung oder ein Piston-Mode.
  • Es ist möglich, dass ein HF-Filter einen oder mehrere solcher SAW-Resonatoren aufweist. Die SAW-Resonatoren können in einer leiterartigen Konfiguration elektrisch verbunden sein und ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrfilter bilden.
  • Es ist möglich, dass der Multiplexer ein entsprechendes Filter aufweist, z. B. als ein Sendefilter oder als ein Empfangsfilter. Der Multiplexer kann ein Duplexer oder ein Multiplexer höheren Grades, wie etwa ein Triplexer, Quadplexer usw., sein.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines SAW-Resonators weist die Schritte auf:
    • - Vorsehen eines piezoelektrischen Materials,
    • - Anordnen einer dielektrischen Einstellschicht auf dem piezoelektrischen Material,
    • - Strukturieren einer Elektrodenstruktur auf dem dielektrischen Material,
    • - Einstellen des elektroakustischen Kopplungskoeffizienten κ2 durch Einstellen der Dicke der Einstellschicht.
  • Die Dicke der Einstellschicht kann in einem Bereich von 0,5 nm bis 50 nm liegen. In Bezug auf die akustische Wellenlänge A ist es möglich, dass die Dicke der Einstellschicht 5% von A oder weniger beträgt.
  • Es ist auch möglich, einen TF-SAW (thin film SAW = Dünnschicht-SAW)-Resonator zu erzeugen. Zu diesem Zweck können mögliche Schritte die Schritte aufweisen:
    • - Vorsehen eines Trägersubstrats,
    • - Anordnen einer Schicht mit schneller Geschwindigkeit auf dem Trägersubstrat
    • - Anordnen einer Schicht mit langsamer Geschwindigkeit auf der Schicht mit schneller Geschwindigkeit
    • - Vorsehen eines piezoelektrischen Materials auf der Schicht mit langsamer Geschwindigkeit
    • - Anordnen einer dielektrischen Einstellschicht auf dem piezoelektrischen Material,
    • - Strukturieren einer Elektrodenstruktur auf dem dielektrischen Material,
    • - Einstellen des elektroakustischen Kopplungskoeffizienten k2 durch Einstellen der Dicke der Einstellschicht.
  • Die Schicht mit langsamer Geschwindigkeit und die Schicht mit schneller Geschwindigkeit können einen sagittalen Schallwellenleiter bilden.
  • Das piezoelektrische Material kann als eine piezoelektrische dünne Schicht bereitgestellt werden, der unter Verwendung von Dünnschicht-Abscheidungs-Techniken erzeugt wird, oder als ein monokristallines Material, das mit der korrekten Dicke versehen ist, z. B. vorgesehen unter Verwendung eines Ausschneide- („Smart Cut“) Verfahrens.
  • Der oben beschriebene SAW-Resonator kann die Temperaturkoeffizienten der Frequenz verringern, z. B. durch eine FTK-Kompensationsschicht, oder eine Schicht, die gleichzeitig den Kopplungskoeffizienten und die thermischen Abhängigkeiten verringert. Jedoch wird aufgrund einer verringerten Bandbreite auch ein Unterschied bei temperaturinduzierten Frequenzverschiebungen verringert. Somit wird ein Unterschied bei temperaturinduzierten Frequenzverschiebungen der linken und rechten Durchlassbandflanke verringert.
  • Der verringerte elektroakustische Kopplungskoeffizient κ2 bewirkt auch, dass eine Verteilung von Schallenergie in eine Richtung zu höheren Frequenzen hin verringert wird.
  • Zentrale Aspekte des SAW-Resonators und Einzelheiten von bevorzugten Beispielen sind in den beigefügten schematischen Figuren gezeigt.
  • In den Figuren gilt:
    • 1 zeigt eine Grundkonstruktion eines SAW-Resonators;
    • 2 zeigt die Verwendung einer Passivierungs- oder Temperaturkompensationsschicht auf oder über der Elektrodenstruktur;
    • 3 zeigt die Verwendung eines Trägersubstrats;
    • 4 zeigt die Verwendung eines sagittalen akustischen Wellenleiters;
    • 5 zeigt einen SAW-Resonator, der mehrere gestapelte Schichten aufweist;
    • 6 zeigt den Einfluss einer Dickenänderung der dielektrischen Einstellschicht auf den elektroakustischen Kopplungskoeffizienten;
    • 7 zeigt einen Vergleich von Admittanzen von Resonatoren mit und ohne eine Einstellschicht;
    • 8 zeigt die Abhängigkeit des FTK-Unterschieds einer Resonanz- und einer Antiresonanzfrequenz von der Dicke der Einstellschicht;
    • 9 zeigt eine mögliche Verwendung eines SAW-Resonators in einem Filter und in einem Duplexer.
  • Die 1 veranschaulicht einen möglichen Grundaufbau eines SAW-Resonators SAWR. Elektrodenstrukturen ES, die z. B. Elektrodenfinger EF und Reflexionselemente aufweisen, sind oberhalb einem piezoelektrischen Material PM angeordnet. Zwischen der Elektrodenstruktur ES und dem piezoelektrischen Material ist das dielektrische Material der dielektrischen Einstellschicht angeordnet.
  • Die Dicke der dielektrischen Einstellschicht (im Wesentlichen gleich dem Abstand zwischen der Elektrodenstruktur ES und dem piezoelektrischen Material PM) stellt den elektroakustischen Kopplungskoeffizienten κ2 ein. Somit erhält man durch die Möglichkeit der Einstellung des elektroakustischen Kopplungskoeffizienten eine Maßnahme für die Einstellung der Bandbreite eines Durchlassbandes oder eines Sperrbandes.
  • Die 2 veranschaulicht die Möglichkeit, eine Passivierungsschicht PL über dem Material der Elektrodenstruktur vorzusehen. Diese Schicht kann auch als eine Temperaturkompensationsschicht zur FTK-Verringerung wirken. Alternativ kann eine zusätzliche FTK-Schicht aufgebracht werden, was eine Kombination einer FTK- und Passivierungsschicht zur Folge hat. Somit werden Oberseiten und Seitenflächen der Elektrodenstruktur abgedeckt, um die Elektrodenstruktur vor äußeren Umwelteinflüssen zu schützen.
  • Die 3 zeigt die Möglichkeit, ein Trägersubstrat CS für piezoelektrische dünne Schichten zu verwenden, um eine Trägerfunktionalität bereitzustellen, d. h. um eine einfache Integration des entsprechenden SAW-Resonators in ein Filtermodul oder in ein Duplexermodul zu unterstützen. Zu diesem Zweck kann das Trägersubstrat die notwendige mechanische Stabilität vorsehen. Ferner kann das Trägersubstrat CS als eine Basis für angeordnete Signalleitungen verwendet werden, die die Elektrodenstruktur mit einer externen Schaltungsumgebung elektrisch verbinden sollen.
  • Die 4 zeigt einen möglichen sagittalen Schallwellenleiter WG. Der Wellenleiter WG weist eine erste Schicht L1 und eine zweite Schicht L2 auf. Die erste Schicht L1 kann eine niedrige akustische Impedanz aufweisen. Die zweite Schicht L2 kann eine hohe akustische Impedanz aufweisen.
  • Die akustische Impedanz hängt von der Wellengeschwindigkeit und den Steifigkeitsparametern ab. Eine höhere Wellengeschwindigkeit führt zu einer höheren Impedanz. Eine höhere Steifigkeit führt zu höheren Frequenzen. Ferner führt eine niedrigere spezifische Dichte zu einer niedrigeren akustischen Impedanz.
  • Die 5 veranschaulicht eine mögliche Konfiguration eines SAW-Resonators, der eine Passivierungs- und/oder Temperaturkompensationsschicht auf den Elektrodenstrukturen aufweist, eines Wellenleiters, der zwei Schichten unterhalb des piezoelektrischen Materials PM aufweist, und eines Trägersubstrats CS unterhalb der unteren Schicht des Wellenleiters WG.
  • Die 6 veranschaulicht die Abhängigkeit des Kopplungskoeffizienten κ2 von der Dicke der Einstellschicht in einem SAW-Resonator, der die in 5 gezeigte Schichtkonfiguration aufweist.
  • Typischerweise führt diese Anordnung zu einem sehr großen Pol-Nullstellen-Abstand, was für viele Anwendungen ungünstig ist. Durch geeignete Wahl der Dicke und des Materials der DM kann der Pol-Nullstellen-Abstand geeignet eingestellt werden.
  • Die Erhöhung der Schichtdicke bewirkt eine Abnahme des Kopplungskoeffizienten. Die Schichtkonfiguration des SAW-Resonators stellt eine nahezu lineare Abhängigkeit dar. Somit stellt 6 die bevorzugte Dicke für einen gewünschten Kopplungskoeffizienten dar, der für eine gewünschte Bandbreite benötigt wird.
  • 7 veranschaulicht die Wirkung der Einstellschicht auf den Pol-Nullstellen-Abstand, der durch den Frequenzunterschied zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz gegeben ist: Kurve (1) entspricht einem herkömmlichen SAW-Resonator. Kurve (2) entspricht der Admittanz eines SAW-Resonators, der die Einstellschicht zwischen dem piezoelektrischen Material und der Elektrodenstruktur aufweist. Das Vorhandensein der dielektrischen Einstellschicht hat einen kleinen Einfluss auf Resonanzfrequenz, die durch Modifikation der Teilung („pitch“) nachjustiert werden kann. Jedoch weist die Antiresonanzfrequenz eine größere Verschiebung zu einer kleineren Frequenz auf, was eine Verringerung des Pol-Nullstellen-Abstandes zur Folge hat. Der Frequenzunterschied bestimmt hauptsächlich die Bandbreite des entsprechenden Bandpassfilters oder Bandsperrfilters. Das Vorsehen der Einstellschicht mit einer definierten Schichtdicke erlaubt es, die Bandbreite des entsprechenden Bandsperrfilters oder Bandpassfilters einzustellen.
  • 8 zeigt, dass eine zunehmende Dicke der dielektrischen Einstellschicht einen verringerten FTK-Unterschied der Resonanz- und Antiresonanzfrequenz zur Folge hat.
  • 9 zeigt eine mögliche Topologie eines Duplexers. Der Duplexer weist ein Sendefilter TXF und ein Empfangsfilter RXF auf. Zwischen dem Sendefilter TXF und dem Empfangsfilter RXF kann ein Antennenanschluss AN vorgesehen sein, zwischen dem Antennenanschluss AN und dem Empfangsfilter RXF kann eine Impedanzanpassungsschaltung vorgesehen sein. Das Sendefilter und das Empfangsfilter können eine leiterartige Topologie mit Serienresonatoren SR und Parallelresonatoren PR aufweisen. Serienresonatoren SR sind im Signalpfad zwischen einem Eingangstor und einem Ausgangstor elektrisch in Reihe geschaltet. Parallelresonatoren PR in entsprechenden parallelen Pfaden verbinden den Signalpfad elektrisch mit Masse.
  • Einer oder mehrere Resonatoren eines Sendefilters und/oder einer oder mehrere Resonatoren eines Empfangsfilters können wie oben diskutiert realisiert werden.
  • Der SAW-Resonator ist nicht auf die in den Figuren gezeigten und oben erläuterten Ausführungsformen oder technischen Merkmale beschränkt. Der Resonator kann weitere Schaltungselemente oder weitere Schichten umfassen. HF-Filter können weitere Resonatoren und Schaltungselemente aufweisen. Der Multiplexer kann auch noch weitere Resonatoren und Schaltungselemente aufweisen, z.B. zum Schutz von empfindlichen MEMS-Strukturen vor unerwünschten äußeren Einflüssen. Das Verfahren zur Herstellung des SAW-Resonators kann weitere Schritte, insbesondere Schritte und Maßnahmen zum Erhalten einer homogenen Dicke der Einstellschicht und einer hohen kristallinen Qualität der Einstellschicht aufweisen.
  • Bezugszeichenliste
    • AN:
    Antennenanschluss
    CS:
    Trägersubstrat
    DAL:
    dielektrische Einstellschicht
    DM:
    dielektrisches Material
    DU:
    Duplexer
    EF:
    Elektrodenfinger
    ES:
    Elektrodenstruktur
    L1, L2:
    Schichten eines Wellenleiters
    MUL:
    Multiplexer
    PR:
    Parallelresonator
    PL:
    Passivierungsschicht
    PM:
    piezoelektrisches Material
    RXF:
    Empfangsfilter
    SAWR:
    SAW-Resonator
    SR:
    Serienresonator
    TXF:
    Sendefilter
    WG:
    Wellenleiter

Claims (13)

  1. SAW-Resonator, aufweisend - ein piezoelektrisches Material, - eine Elektrodenstruktur, die über dem piezoelektrischen Material angeordnet ist, - eine dielektrische Einstellschicht, die zwischen dem piezoelektrischen Material und der Elektrodenstruktur angeordnet ist.
  2. SAW-Resonator nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Einstellschicht vorgesehen ist, um den elektroakustischen Kopplungskoeffizienten κ2 auf einen vorbestimmten Wert einzustellen.
  3. SAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einstellschicht ein Material aufweist, das ausgewählt ist aus Aluminiumnitrid, einem Siliziumoxid, SiO2, einem dotierten Siliziumoxid, fluordotiertem Siliziumoxid, phosphordotiertem Siliziumoxid, bordotiertem Siliziumoxid, einem Aluminiumoxid, Al2O3, einem Siliziumnitrid, Si3N4, einem Hafniumoxid, HfO2, und einem Metalloxid, oder daraus besteht.
  4. SAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das piezoelektrische Material ein Material aufweist, oder daraus besteht, das ausgewählt ist aus LiTaO3, LiNbO3, Quarz, A1N.
  5. SAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das piezoelektrische Material als eine dünne Schicht oder als ein Grundmaterial vorgesehen ist.
  6. SAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Trägersubstrat, wobei das piezoelektrische Material auf oder über dem Trägersubstrat angeordnet ist.
  7. SAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend mindestens eine Zwischenschicht, die einen sagittalen Schallwellenleiter vorsieht, wobei das piezoelektrische Material auf oder über dem Wellenleiter angeordnet ist.
  8. SAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Zwischenschicht, die eine Temperaturkompensationsschicht zur TFK-Verringerung vorsieht, wobei das piezoelektrische Material auf oder über der Temperaturkompensationsschicht angeordnet ist.
  9. SAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Passivierungs- und/oder Temperaturkompensationsschicht auf oder über der Elektrodenstruktur.
  10. HF-Filter, das einen SAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
  11. Multiplexer, der ein Filter nach dem vorhergehenden Anspruch aufweist.
  12. Verfahren zur Herstellung eines SAW-Resonators, aufweisend die Schritte: - Vorsehen eines piezoelektrischen Materials, - Anordnen einer dielektrischen Einstellschicht auf dem piezoelektrischen Material, - Strukturieren einer Elektrodenstruktur auf dem dielektrischen Material, - Einstellen des elektroakustischen Kopplungskoeffizienten κ2 durch Einstellen der Dicke der Einstellschicht.
  13. Verfahren zur Herstellung eines TF-SAW-Resonators, aufweisend die Schritte: - Vorsehen eines Trägersubstrats, - Anordnen einer Schicht mit hoher Geschwindigkeit auf dem Trägersubstrat - Anordnen einer Schicht mit langsamer Geschwindigkeit auf der Schicht mit hoher Geschwindigkeit - Vorsehen eines piezoelektrischen Materials auf der Schicht mit langsamer Geschwindigkeit - Anordnen einer dielektrischen Einstellschicht auf dem piezoelektrischen Material, - Strukturieren einer Elektrodenstruktur auf dem dielektrischen Material, - Einstellen des elektroakustischen Kopplungskoeffizienten κ2 durch Einstellen der Dicke der Einstellschicht.
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