DE102018130144A1

DE102018130144A1 - Elektroakustischer Resonator und HF-Filter

Info

Publication number: DE102018130144A1
Application number: DE102018130144.8A
Authority: DE
Inventors: Gholamreza Dadgar Javid; Christian Huck
Original assignee: RF360 Europe GmbH
Current assignee: RF360 Singapore Pte Ltd
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2020-05-28
Also published as: WO2020109082A1; CN113169723A; US20220006441A1

Abstract

Ein elektroakustischer Resonator ist bereitgestellt, der mit piezoelektrischen Dünnfilmen kompatibel ist und zusätzliche Freiheitsgrade bereitstellt. Der Resonator umfasst einen IDT-Abschnitt mit zwei Sammelschienen und Elektrodenfingern. Der IDT-Abschnitt ist geneigt und mit Bezug auf die piezoelektrische Achse gedreht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektroakustische Resonatoren, die kombiniert werden können, um HF-Filter herzustellen, die in Drahtloskommunikationsvorrichtungen verwendet werden können.
Elektroakustische Resonatoren können elektrisch kombiniert werden, z. B. in einer laddertype-artigen (abzweigtypartigen) Schaltkreistopologie oder in einer latticetype-artigen Schaltkreistopologie, um HF-Filter, wie etwa Bandpassfilter oder Bandsperrfilter, herzustellen. Solche Filter können in Drahtloskommunikationsvorrichtungen verwendet werden. Der Trend zur Miniaturisierung verlangt kleinere räumliche Abmessungen. Der Trend zu einer höheren Anzahl von Drahtlosfunktionen führt zu strengeren Spezifikationen, die eingehalten werden müssen. Dementsprechend gibt es ein allgemeines Problem des Bereitstellens von Resonatoren für Filter mit guter elektrischer und akustischer Leistungsfähigkeit, die Spezifikationen einhalten.
Herkömmliche elektroakustische Resonatoren können eine akustische Spur umfassen, in der akustische Wellen propagieren können. Eine Elektrodenstruktur ist auf einem piezoelektrischen Material angeordnet und wandelt - aufgrund des piezoelektrischen Effekts - zwischen elektromagnetischen HF-Signale und akustische HF-Signalen, die in der akustischen Spur propagieren, um. Typischerweise ist es erwünscht, eine einzige Mode einer akustischen Welle zu haben. Jedoch können in realen Wandlern störende Moden angeregt werden, die die akustische und elektrische Leistungsfähigkeit des Resonators und entsprechend des HF-Filters verschlechtern.
Aus der US 2013/0051588 A1 sind elektroakustische Wandler und entsprechende Resonatoren mit reduzierten Verlusten und mit einer reduzierten Transversalemission von akustischer Energie und verbesserter Leistungsfähigkeit und einer verbesserten Unterdrückung der Transversalmoden bekannt.
Jedoch wurde herausgefunden, dass die darin offenbarten technischen Maßnahmen möglicherweise Effekte in einem neuen Typ von elektroakustischem Resonator reduziert haben, der das piezoelektrische Material verwendet, das als ein dünner Film bereitgestellt ist.
Dementsprechend ist es wünschenswert, einen verbesserten elektroakustischen Resonator zu haben, der HF-Filter mit guter elektrischer und akustischer Leistungsfähigkeit bereitstellt und der mit einem piezoelektrischen Dünnfilmmaterial kompatibel ist.
Ferner sollte ein entsprechender Wandler unterdrückte oder beseitigte störende Moden, reduzierte akustische Verluste und eine verbesserte Durchschlagsfestigkeit zum Verhindern einer elektrostatischen Entladung und eine verbesserte Leistungsbeständigkeit aufweisen.
Ferner ist es wünschenswert, einen zusätzlichen Freiheitsgrad beim Gestalten von Resonatoren und Filtern zu haben. Insbesondere ist es wünschenswert, steilere Durchlassband- oder Sperrbandflanken zu erhalten.
Zu diesem Zweck ist ein elektroakustischer Resonator gemäß dem unabhängigen Anspruch bereitgestellt. Abhängige Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen und bevorzugte Filter bereit.
Der elektroakustische Resonator umfasst ein piezoelektrisches Material mit einer piezoelektrischen Achse, eine Ausbreitungsrichtung und eine Elektrodenstruktur. Die Elektrodenstruktur weist einen IDT-Abschnitt (IDT: Inter Digital Transducer - Interdigitalwandler) mit zwei Sammelschienen und Elektrodenfingern auf. Die Elektrodenfinger erstrecken sich in einer Richtung normal zu der Ausbreitungsrichtung. Der IDT-Abschnitt ist geneigt. Ferner ist der geneigte IDT-Abschnitt mit Bezug auf die piezoelektrische Achse gedreht.
Bei dem vorliegenden Resonator stellen das piezoelektrische Material und die Elektrodenstruktur eine akustische Spur her. Die akustische Spur ist der Bereich des Resonators, der für die Propagation der akustischen Welle bereitgestellt ist. Die Richtung der Ausbreitung der akustischen Wellen stellt die Longitudinalrichtung x der akustischen Spur und des Resonators her. Das Neigen des IDT-Segments bedeutet, dass der Resonator - im Vergleich zu einem nicht geneigten Resonator - so geschert ist, dass die Elektrodenfinger ihre Richtungsausdehnung beibehalten. Jedoch hängt die Transversalposition der Elektrodenfinger von der Longitudinalposition des Fingers ab. Im Gegensatz dazu weisen die Sammelschienen eine Richtung einer Ausdehnung auf, die mit Bezug auf die Longitudinalrichtung x gedreht ist. Die Sammelschienen können bei den Transversalseitenflanken der akustischen Spur angeordnet sein. Die Transversalrichtung ist im Wesentlichen orthogonal zu der Longitudinalrichtung in der Ebene, die im Wesentlichen durch die Oberfläche des piezoelektrischen Materials definiert ist.
Es ist anzumerken, dass „x“ eine Position entlang der Longitudinalrichtung bezeichnet. „y“ bezeichnet eine Position entlang der Transversalrichtung orthogonal zu der Longitudinalrichtung.
Zusätzlich zu einer Drehung der Ausdehnung der Sammelschienen, die in der Neigung begründet ist, ist der entsprechende geneigte IDT-Abschnitt zusätzlich - um einen Winkel β - mit Bezug auf die piezoelektrische Achse gedreht.
Die Normalenrichtung der Elektrodenfinger wird beibehalten durch Bestimmen der Ausbreitungsrichtung x entlang der Längsachse, weil diese Richtung durch die Orientierung der Finger als die Richtung normal zu der Ausdehnung der Finger definiert ist. Jedoch führt die Drehung mit Bezug auf die piezoelektrische Achse zu einer nichtorthogonalen Beziehung der Finger und der piezoelektrischen Achse.
Es ist möglich, dass diese Drehung den elektroakustischen Kopplungskoeffizienten reduziert.
Ein reduzierter elektroakustischer Kopplungskoeffizient kann den Pol-Nullstelle-Abstand des Resonators reduzieren.
Ein reduzierter Pol-Nullstelle-Abstand kann zu einer reduzierten Bandbreite oder einer reduzierten Breite eines Sperrbandes führen, falls solche Resonatoren verbunden werden, um ein Bandpassfilter bzw. ein Bandsperrfilter herzustellen.
Ferner kann ein reduzierter Pol-Nullstelle-Abstand zu steileren Flanken von Durchlassbändern oder Sperrbändern führen.
Dementsprechend wird ein neuer Freiheitsgrad zum Formen von Flanken eines Bandpassfilters oder eines Bandsperrfilters erhalten.
Der Drehungswinkel β kann gleich oder zwischen -45° und -5° oder gleich oder zwischen -5° und 5° oder gleich oder zwischen 5° und 45° sein: -45° ≤ β ≤ -5° oder -5° ≤ β ≤ 5° oder 5° ≤ β ≤ 45°.
Es ist möglich, dass sich die Sammelschienen entlang einer Neigungsrichtung gedreht um einen Winkel α1 mit Bezug auf die Ausbreitungsrichtung erstrecken. Die Neigungsrichtung kann um einen Winkel größer als oder gleich -15° und kleiner als oder gleich 15° gedreht werden: -15° ≤ α1 ≤ 15°.
Es ist möglich, dass der Resonator ferner einen zweiten IDT-Abschnitt mit zwei Sammelschienen und Elektrodenfingern und/oder mehr IDT-Abschnitte mit ihren entsprechenden Fingern und Sammelschienen umfasst.
Es ist anzumerken, dass in dem Fall eines Resonators mit mehr als einem IDT-Abschnitt Sammelschienen unterschiedlicher Abschnitte elektrisch verbunden sein können oder nicht. Ein Einportresonator kann eine erste Gruppe verbundener Sammelschienen und eine zweite Gruppe verbundener Sammelschienen aufweisen. Die zwei Gruppen entsprechen - elektrisch - den elektrischen Resonatorkomponenten.
Im Fall eines Zweiportresonators oder eines Mehrfachportresonators - z. B. eines DMS-Resonators - können mehr als zwei Gruppen von elektrisch isolierten Sammelschienen existieren.
Es ist möglich, dass sich die Sammelschienen des zweiten IDT-Abschnitts entlang einer Neigungsrichtung gedreht um einen Winkel α2 mit Bezug auf die Ausbreitungsrichtung erstrecken. Die Neigungsrichtung kann um einen Winkel größer als oder gleich -15° und kleiner als oder gleich 15° gedreht werden: - 15° ≤ α1 ≤ 15°. Dementsprechend kann die Drehung des zweiten Segments in einer Richtung entgegengesetzt zu der Drehung des ersten IDT-Abschnitts sein.
Es ist möglich, dass sich die Sammelschienen des zweiten IDT-Abschnitts parallel zu der Ausbreitungsrichtung erstrecken.
Dann ist der zweite IDT-Abschnitt ein nicht geneigter Abschnitt, dessen Sammelschienen mit Bezug auf die piezoelektrische Achse gedreht sind. Der Drehungswinkel ist β.
Ein Resonator, der 2 geneigte Abschnitte (allgemein mit unterschiedlichen Neigungswinkeln) umfasst, ist als geknickter geneigter Resonator bezeichnet.
Es ist möglich, dass der Resonator ein gedrehter geneigter Zickzack-Resonator ist.
Ein geneigter Zickzack-Wandler umfasst iterativ wiederholte Segmente mit allgemein unterschiedlichen Neigungswinkeln, die möglicherweise abwechselnde Vorzeichen aufweisen (positive und negative Neigungswinkel).
Es ist möglich, dass der Resonator ein Zickzack-Muster aufweist.
Eine Symmetrie des Resonators kann eine Translationssymmetrie, Reflexionssymmetrie mit Bezug auf eine Spiegelebene oder mit Bezug auf eine Punktsymmetrie sein.
Es ist möglich, dass der Resonator zwei geneigte IDT-Abschnitte und ein Impedanzelement umfasst, die - in einer Transversalrichtung - neben den IDT-Abschnitten angeordnet sind.
Das Neigen erfordert typischerweise einen zusätzlichen Flächenverbrauch des piezoelektrischen Materials. Jedoch kann ein Filterelement mit kleiner räumlicher Abmessung stattdessen erhalten werden, falls eine Stelle, z. B. in dem „V“-förmigen Bereich neben einem Resonator mit wenigstens zwei Segmenten zum Platzieren zusätzlicher Schaltkreiselemente verwendet wird. Manche Schaltkreiselemente können Passivelemente, wie etwa Induktivitätselemente, Impedanzelemente, Widerstandselemente, Signalleitungen, Phasenleitungen usw. und solche Elemente umfassende Schaltkreise, sein. z. B. kann ein Impedanzanpassungsschaltkreis aus solchen Elementen bestehen oder diese umfassen.
Es ist möglich, dass der elektroakustische Resonator aus einem SAW-Resonator (SAW: Surface Acoustic Wave - akustische Oberflächenwelle), einem TC-SAW-Resonator (TC: Temperature Compensated - temperaturkompensiert), einem GBAW-Resonator (GBAW: Guided Bulk Acoustic Wave - geleitete akustische Volumenwelle) und einem TF-SAW-Resonator (TF: Thin Film - Dünnfilm) ausgewählt ist.
Ein TC-SAW-Resonator umfasst ein Temperaturkompensationsmaterial oberhalb oder unterhalb der Elektrodenstruktur. Die Steifigkeitsparameter des Materials der Temperaturkompensationsstruktur sind so gewählt, dass ein temperaturinduzierter Drift von Eigenfrequenzen des Resonators reduziert oder beseitigt wird. Es ist möglich, dass eine entsprechende Temperaturkompensationsstruktur ein Oxid, wie etwa Siliciumoxid, wie etwa SiO₂, umfasst.
Ein GBAW-Resonator umfasst eine Wellenleitungsstruktur, die oberhalb und/oder unterhalb der Elektrodenstruktur angeordnet ist, sodass die propagierenden Wellen an der Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen Material und einer entsprechenden Wellenleitungsschicht propagieren.
Ein TF-SAW-Resonator nutzt ein piezoelektrisches Material, das als ein Dünnfilm bereitgestellt ist. Der Dünnfilm wird unter Nutzung von Dünnfilmschichtabscheidungstechniken, wie etwa CVD (Chemical Vapor Deposition - chemischer Dampfphasenabscheidung), PVD (Physical Vapor Deposition - physikalischer Dampfphasenabscheidung), Sputtern, MBE (Molecular Beam Epitaxy - Molekularstrahlepitaxie) und dergleichen, bereitgestellt.
Es ist möglich, dass das piezoelektrische Dünnfilmmaterial auf einem Trägersubstrat angeordnet ist.
Es ist möglich, dass die Elektrodenstruktur aus einem nicht gewichteten Wandler, einem apodisierten Wandler, einem geneigten Wandler, einem geknickten geneigten Wandler und einem Zickzack-geneigten Wandler ausgewählt ist. Bei einem nicht gewichteten Wandler trägt jedes Paar von Elektrodenfingern im Wesentlichen den gleichen Betrag zu der Umwandlung zwischen elektromagnetischen HF-Signalen und akustischen HF-Signalen bei. Zu diesem Zweck kann die Überlappung entlang der Transversalrichtung von benachbarten Elektrodenfingern entgegengesetzter Polarität entlang der Longitudinalrichtung der akustischen Spur gleich sein.
Im Gegensatz dazu stellt ein gewichteter Wandler unterschiedliche Beiträge zu der Gesamtanregung akustischer Wellen für unterschiedliche Paare benachbarter Elektrodenfinger entgegengesetzter Polarität bereit. Zu diesem Zweck kann die transversale Überlappung der benachbarten Finger entlang der Longitudinalrichtung abweichen. Ein solcher gewichteter Wandler kann ein apodisierter Wandler sein. Ein apodisierter Wandler kann ein Sinus-gewichteter oder ein Kosinus-gewichteter Wandler sein.
Ein geneigter Wandler weist einen Winkel zwischen der Richtung einer Ausdehnung der Sammelschienen und den Elektrodenfingern auf, der von 90° abweicht. Typischerweise sind die Elektrodenfinger orthogonal zu der piezoelektrischen Achse des piezoelektrischen Materials orientiert. Die Elektrodenfinger sind typischerweise auch orthogonal zu der Richtung der Propagation der akustischen Wellen der gewollten akustischen Hauptmode. Dementsprechend ist die Ausrichtung der Sammelschienen in einem geneigten Wandler nicht parallel zu der Richtung einer Propagation von akustischen Wellen, d. h. zu der Longitudinalrichtung.
Es wurde herausgefunden, dass Neigen oder Apodisieren von Resonatoren ungewollte Transversalmoden effektiv reduzieren kann, selbst in einem TF-SAW-Resonator.
Ferner wurde herausgefunden, dass Beugungseffekte in dem Spaltgebiet eines Resonators eine stärkere Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit des Resonators als bei nicht gewichteten Resonatoren haben, weil die Wechselwirkung zwischen akustischen Wellen und dem Spaltgebiet bei entsprechenden Geometrien intensiviert wird. Dementsprechend minimiert der kontraintuitive Ansatz des Bereitstellens eines homogenen Transversalgeschicklichkeitsprofils, das einer homogenen akustischen Impedanz, selbst in dem Spaltgebiet, entsprechen kann, nichtgewollte akustische Effekte in dem Spaltgebiet.
Dementsprechend können verbesserte elektroakustische Resonatoren, die mit piezoelektrischen Dünnfilmmaterialien kompatibel sind, mit den oben beschriebenen Maßnahmen erhalten werden.
Ein geknickter geneigter Wandler weist Segmente entlang der akustischen Spur mit unterschiedlichen Neigungswinkeln auf. Dementsprechend weist ein geknickter geneigter Wandler wenigstens zwei Segmente auf. Es ist möglich, dass der Neigungswinkel bei einem Segment 0° beträgt. Ein solches Segment entspricht einem Segment eines herkömmlichen nicht geneigten Resonators.
Ein Zickzack-geneigter Wandler umfasst iterativ wiederholte Segmente mit allgemein unterschiedlichen Neigungswinkeln, die möglicherweise abwechselnde Vorzeichen aufweisen. Positive und negative Neigungswinkel sind möglich.
Es ist möglich, dass der elektroakustische Resonator aus einem Einportresonator, einem Zweiportresonators, einem Mehrfachportresonators und einem DMS-Resonator (DMS: Dual Mode SAW - Doppelmoden-SAW) ausgewählt wird. Ein Einportresonator weist nur einen Port auf, der mit einer externen Schaltkreisumgebung zu verbinden ist. Ein Zweiportresonator weist zwei Ports auf, die mit einer externen Schaltkreisumgebung zu verbinden sind. Einer der zwei Ports kann ein Eingangsport zum Empfangen elektromagnetischer HF-Signale sein. Der jeweilige andere Port kann ein Ausgangsport zum Liefern elektromagnetischer HF-Signale an eine externe Schaltkreisumgebung sein.
Ein DMS-Resonator kann als ein Einportresonator oder als ein Zweiportresonator hergestellt werden. Bei dem DMS-Resonator kann mehr als eine akustische Hauptmode propagieren. Ein DMS-Resonator kann einen ersten IDT (IDT: Interdigitalwandler) und einen zweiten IDT umfassen.
Der Resonator kann einen einzigen Wandler oder mehrere Wandler aufweisen. Der eine oder die mehreren Wandler des Resonators können zwischen Elementen eines akustischen Reflektors, z. B. Elementen eines Bragg-Reflektors, angeordnet sein.
Ein oder mehrere Wandler können gewichtet, apodisiert, geneigt, geknickt geneigt oder Zickzack-geneigt sein. Jedoch ist es auch möglich, dass einige Wandler so geneigt sind, dass mehrere Wandler in der akustischen Spur eine geknickte geneigte oder Zickzack-geneigte Anregungsstruktur herstellen.
Die IDTs von Resonatoren können zwischen Reflektorstrukturen des Resonators angeordnet sein.
Es ist möglich, den beschriebenen Resonator in einem HF-Filter zu verwenden.
Entsprechend ist es möglich, dass ein HF-Filter einen elektroakustischen Resonator, wie oben beschrieben, umfasst.
Das HF-Filter kann ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrfilter sein und kann in einem Frontend-Schaltkreis einer Drahtloskommunikationsvorrichtung verwendet werden. Es ist möglich, dass das HF-Filter eine laddertype-artige Filtertopologie oder eine latticetyp-artige (kreuzgliedtypartige) Filtertopologie aufweist.
In einer laddertype-artigen Filtertopologie sind ein oder mehrere Reihenresonatoren elektrisch in einer Signalleitung zwischen einem Eingangsport und einem Ausgangsport in Reihe verbunden. Ein oder mehrere Parallelresonatoren können in einem oder mehreren Shunt-Pfaden angeordnet sein, die die Signalleitung elektrisch mit Masse verbinden.
Eine latticetype-artige Filtertopologie kann einen Eingangsport und einen Ausgangsport aufweisen. Der Eingangsport kann einen ersten Eingangsanschluss und einen zweiten Eingangsanschluss umfassen. Der Ausgangsport kann einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss umfassen. Eine latticetype-artige Filtertopologie wird erhalten, falls ein Resonator den ersten Eingangsanschluss elektrisch mit dem zweiten Ausgangsanschluss verbindet. Eine Signalkreuzung von Signalen, die über einen ersten Resonator und einen zweiten Resonator propagieren, wird erhalten.
Es ist möglich, dass ein HF-Filter ferner einen nicht geneigten und/oder einen - mit Bezug auf die piezoelektrische Achse - nicht gedrehten Resonator umfasst.
Dann kann eine frequenzabhängige Abschwächung erhalten werden, indem herkömmliche Resonatoren (mit nicht gedrehten und geneigten IDT-Abschnitten) kombiniert werden, die eine breite Bandbreite innerhalb Resonatoren, wie oben beschrieben, ermöglichen, um eine Flankensteilheit lokal zu erhöhen.
Das HF-Filter kann ein Übertragungsfilter oder ein Empfangsfilter eines Multiplexers, z. B. eines Duplexers, sein.
Der obige Resonator reduziert nichtgewollte akustische Moden und stellt zusätzliche Freiheitsgrade für einen Gestalter bereit, sodass ein Resonator erhalten wird, der kompatibel mit guten elektrischen und akustischen Eigenschaften und piezoelektrischen Dünnfilmmaterialien ist.
Zentrale Aspekte des bereitgestellten Resonators und Einzelheiten bevorzugter Ausführungsformen sind in den begleitenden schematischen Figuren gezeigt und erklärt. Aus Gründen der Einfachheit zeigen manche Figuren nicht die akustischen Reflektoren oder weitere Elemente, die zum Bilden eines Resonators notwendig sind.

1 zeigt einen geneigten IDT-Abschnitt, der mit Bezug auf die piezoelektrische Achse gedreht ist.
2 zeigt einen geknickten geneigten Resonator, der gedreht ist.
3 zeigt einen gedrehten Zickzack-geneigten IDT.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des elektroakustischen Resonators mit zwei IDT-Abschnitten, die unterschiedliche Winkel mit der x-Achse einschließen.
5 zeigt mehr Einzelheiten des IDT-Abschnitts, der in 4 nur schematisch dargestellt ist.
6 zeigt eine andere Ausführungsform von zwei IDT-Abschnitten, die unterschiedliche Winkel mit der x-Achse einschließen.
7 zeigt vier aufeinanderfolgende IDT-Abschnitte, die eine Zickzackanordnung bilden.
8 bis 11 zeigen schematisch unterschiedliche Arten einer Verschaltung von zwei aufeinanderfolgenden IDT-Abschnitten, die relativ zueinander geneigt sein.
12 und 13 zeigen zwei aufeinanderfolgende IDT-Abschnitte, die über unterschiedliche Passivelemente verbunden sind.
14 zeigt einen geneigten IDT-Abschnitt mit Sammelschienen, die parallel zu der Wellenpropagationsrichtung (x-Achse) orientiert sind und zu Stummelfingern unterschiedlicher Länge führen.
15 zeigt eine Anordnung von zwei IDT-Abschnitten, die zu der x-Achse mit unterschiedlichen Winkeln geneigt sind, aber mit zwei gemeinsamen Sammelschienen, die parallel zu der Wellenpropagationsrichtung (x-Achse) orientiert sind, mit Stummelfingern variierender Länge.
16 zeigt zwei geneigte IDT-Abschnitte eines Einportresonators, der zwischen zwei Reflektoren angeordnet ist.
17 zeigt schematisch zwei longitudinal akustisch gekoppelte aufeinanderfolgende IDT-Abschnitte, die mit dem gleichen Neigungswinkel geneigt sind.
18 zeigt schematisch zwei longitudinal akustisch gekoppelte aufeinanderfolgende IDT-Abschnitte, die mit unterschiedlichen Neigungswinkeln geneigt sind.
19 zeigt ein mögliches Layout eines DMS-Resonators.
20 zeigt eine andere Ausführungsform eines DMS-Filters mit drei IDTs, wobei jeder IDT eine Anzahl an unterschiedlichen geneigten IDT-Abschnitten innerhalb desselben IDT umfasst.
21 zeigt eine mögliche laddertype-artige Schaltkreistopologie, die mit einem DMS-Resonator verbunden ist.

1 zeigt einen geneigten Interdigitalwandler IDT, der mit Bezug auf die piezoelektrische Achse PA gedreht ist. Der Wandler IDT kann auf einem piezoelektrischen Material angeordnet sein. Das Material weist die piezoelektrische Achse PA auf.
Die Richtung einer Ausdehnung y der Elektrodenfinger EF ist als Transversalrichtung bezeichnet. Die Longitudinalrichtung x liegt innerhalb der Ebene, gemäß der die Elektrodenstruktur orientiert ist, und ist orthogonal zu der Transversalrichtung. Die Longitudinalrichtung ist auch die Richtung einer Propagation der akustischen Wellen, wenn der Resonator aktiv ist.
Das Neigen des Resonators reduziert nichtgewollte Wellenmoden, selbst wenn der Resonator ein TF-SAW-Resonator ist. Es ist anzumerken, dass das Neigen die Orientierung der Elektrodenfinger oder die Richtung einer Propagation nicht ändert.
Das Drehen des Resonators mit Bezug auf die piezoelektrische Achse führt zu einer gedrehten Elektrodenfingerrichtung, einer gedrehten Richtung einer Propagation und zu einem reduzierten elektroakustischen Kopplungsfaktor.
Allgemein verweisen Winkel, die durch α bezeichnet werden, auf Neigungswinkel aufgrund einer Scherung des IDT-Abschnitts. Winkel, die als β bezeichnet werden, verweisen auf die Drehung der Elektrodenstruktur des IDT-Abschnitts als Ganzes.
2 zeigt eine Kombination aus zwei geneigten IDT-Abschnitten IS1, IS2, die als ein geknickter geneigter IDT bezeichnet wird. Die zwei IDT-Abschnitte weisen unterschiedliche Neigungswinkel auf, die durch ihre Neigungsrichtungen SD1, SD2 oder unterschiedliche Richtungen der Neigung definiert sind. Jedoch sind alle Elektrodenfinger parallel und beide Abschnitte unterliegen der gleichen Drehung mit dem Drehungswinkel β relativ zu der piezoelektrischen Achse PA.
Die zwei Abschnitte IS1, IS2 sind symmetrisch mit Bezug auf die Spiegelebene parallel zu der Fingerrichtung.
3 zeigt einen gedrehten Zickzack-geneigten Interdigitalwandler. Zwei Gruppen geneigter Abschnitte existieren. Die zwei Gruppen weisen einen Translationssymmetrie auf. In jeder Gruppe weisen die Abschnitte eine Spiegelebenensymmetrie auf. Jeder Abschnitt unterliegt einer Neigung gemäß einer der zwei Neigungsrichtungen. Der gesamte Resonator unterliegt einer gemeinsamen Drehung mit Bezug auf den Drehungswinkel β. Ein akustischer Reflektor LL mit Reflektorfingern FI ist angegeben.
4 zeigt eine einfache Ausführungsform der Erfindung, die zwei angrenzende IDT-Abschnitte IS1 und IS2 umfasst, in einer vereinfachten Darstellung. Der erste IDT-Abschnitt IS1 erstreckt sich entlang einer ersten Neigungsrichtung SD1, die einen Winkel α1 zu der x-Achse beinhaltet, wobei die x-Achse die Ausbreitungsrichtung der akustischen Welle ist. Der direkt angrenzende zweite IDT-Abschnitt IS2 beinhaltet einen Neigungswinkel α2 zu der x-Achse, wobei α1 nicht gleich α2 ist. Der zweite IDT-Abschnitt IS2 erstreckt sich parallel zu der zweiten Neigungsrichtung SD2. Der Klarheit halber ist jede Neigungsrichtung angrenzend an den jeweiligen Resonatorabschnitt IS dargestellt. Die Neigungswinkel α können Absolutwerte zwischen 0 und 30 Grad aufweisen. Ein optimierter Neigungswinkel α wird in Abhängigkeit von dem piezoelektrischen Material und den gewünschten Eigenschaften der SAW-Vorrichtung, von der die abgebildete Anordnung ein Teil ist, gewählt.
5 zeigt einen beispielhaften IDT-Abschnitt IS, der die wichtigsten Teile davon darstellt. Der IDT-Abschnitt IS umfasst zwei Sammelschienen BB, BB', von denen sich Elektrodenfinger EF so erstrecken, dass sie abwechselnd fingerartig ineinandergreifen. Die Elektrodenfinger EF sind normal zu der x-Achse orientiert und bilden ein Überlappungsgebiet, das sich parallel zu einer Neigungsrichtung SD erstreckt. Der Neigungswinkel α wird zwischen der x-Achse und der Neigungsrichtung SD gemessen. Die Sammelschienen BB können parallel zu der Neigungsrichtung orientiert sein oder alternativ dazu von einer solchen parallelen Orientierung abweichen. Nicht gezeigt sind Stummelfinger, die bei einer bevorzugten IDT-Abschnitt-Gestaltung in dem Nichtüberlappungsgebiet vorhanden sind, das zwischen dem Überlappungsgebiet und einer jeweiligen Sammelschiene angeordnet ist. Falls die Orientierung der Sammelschiene BB von der Orientierung einer Neigungsrichtung abweicht, ergibt sich, dass ein Nichtüberlappungsgebiet eine dreieckige Form aufweist (zum Beispiel in 14 oder 15 gezeigt). Bevorzugt ist die Überlappung zwischen zwei angrenzenden Elektrodenfingern EF gleich entlang der gesamten Länge des IDT-Abschnitts IS und ist bevorzugt gleich in allen IDT-Abschnitten IS.
6 zeigt eine andere Ausführungsform davon, wie zwei angrenzende IDT-Abschnitte IS1, IS2 relativ zueinander angeordnet werden können. Bei diesem geknickten geneigten Resonator beinhaltet der erste IDT-Abschnitt IS1 einen Neigungswinkel α1 zu der x-Achse, wohingegen sich der zweite IDT-Abschnitt IS2 parallel zu der x-Achse erstreckt, sodass der Neigungswinkel α des zweiten IDT-Abschnitts IS2 0 beträgt. Ferner ist die Länge der dargestellten zwei IDT-Abschnitte unterschiedlich, kann aber auch gleich sein.
7 zeigt eine Zickzackanordnung aufeinanderfolgender IDT-Abschnitte IS. Dargestellt sind vier IDT-Abschnitte IS1 bis IS4, aber eine Zickzackanordnung kann allgemein mit drei oder mehr IDT-Abschnitten erreicht werden. Jeder IDT-Abschnitt IS umfasst einen Neigungswinkel α, der zwischen der Neigungsrichtung des jeweiligen IDT-Abschnitts und der x-Achse eingeschlossen wird. Jeder IDT-Abschnitt kann einen unterschiedlichen Neigungswinkel aufweisen. Jeder IDT-Abschnitt kann eine Länge aufweisen, die für alle IDT-Abschnitte gleich sein kann. Zudem kann die Länge für zwei angrenzende IDT-Abschnitte verschieden sein oder kann für alle der IDT-Abschnitte verschieden sein.
Jeder der IDT-Abschnitte beinhaltet einen Neigungswinkel α zu der x-Achse, wobei die Neigungswinkel von zwei aufeinanderfolgenden IDT-Abschnitten IS unterschiedlich sind.
Wie in 7 gezeigt, kann sich eine Zickzackanordnung von IDT-Abschnitten als Ganzes parallel zu der x-Achse erstrecken, aber es ist auch möglich, dass sich die Zickzacktopologie mit einem Winkel relativ zu der x-Achse erstreckt. Dies bedeutet, dass nicht nur IDT-Abschnitte geneigt sind, sondern auch die gesamte Zickzackanordnung gegenüber der x-Achse geneigt sein kann.
Zudem kann, obwohl eine symmetrische Anordnung von IDT-Abschnitten bevorzugt wird, die Anordnung auch kein Symmetrieelement aufweisen.
Wie bereits erklärt, können unterschiedliche IDT-Abschnitte IS elektrisch verbunden sein oder nicht. Jedoch gehören in allen Fällen unterschiedliche IDT-Abschnitte innerhalb einer Spur zu demselben Resonator.
Die 8 bis 11 zeigen beispielhaft in jeweiligen Blockdiagrammen vier unterschiedliche Möglichkeiten zum elektrischen Verbinden von zwei angrenzenden IDT-Abschnitten IS, die innerhalb einer akustischen Spur zwischen zwei Reflektoren LL angeordnet sind. Die Figur ist nur schematisch gezeichnet und zeigt keinerlei geometrische Einzelheiten, wie etwa einen Neigungswinkel von wenigstens einem der IDT-Abschnitte IS1, IS2.
8 zeigt zwei angrenzende IDT-Abschnitte IS1, IS2 innerhalb einer akustischen Spur. Eine Sammelschiene ist den beiden IDT-Abschnitten gemein. Die andere Sammelschiene ist so unterteilt, dass jeder IDT-Abschnitt seinen eigenen Sammelschienenabschnitt getrennt von dem Sammelschienenabschnitt des anderen IDT-Abschnitts aufweist. Die resultierende Struktur ist eine elektrische Reihenverbindung eines ersten und zweiten IDT-Abschnitts IS1, IS2 zwischen einem ersten und einem zweiten Anschluss TE1, TE2.
9 zeigt zwei IDT-Abschnitte mit der gleichen Anordnung von Sammelschienen wie in 8 gezeigt, aber mit einer unterschiedlichen Verschaltung. Jede Sammelschiene oder jeder Sammelschienenabschnitt der IDT-Abschnitte weist einen eigenen elektrischen Anschluss TE auf, der es ermöglicht, beide IDT-Abschnitte IS1, IS2 parallel oder in Reihe zu schalten.
10 zeigt eine Anordnung, bei der jeder der zwei dargestellten IDT-Abschnitte IS1, IS2 seine eigenen Sammelschienen auf beiden Seiten des Interdigitalwandlers aufweist, sodass kein galvanischer Kontakt zwischen den zwei IDT-Abschnitten existiert. Ungeachtet dessen ermöglichen die vier Anschlüsse der zwei IDT-Abschnitte eine beliebige gemeinsame Verschaltung der zwei IDT-Abschnitte.
11 zeigt die einfachste Anordnung von zwei angrenzenden IDT-Abschnitten, die beide Sammelschienen teilen. Eine erste und eine zweite Sammelschiene sind den beiden IDT-Abschnitten IS1, IS2 gemein. Jede Sammelschiene ist mit einem jeweiligen Anschluss TE auf einer jeweiligen Seite der Anordnung gekoppelt.
Die in 8 bis 11 gezeigten Anordnungen können Einportresonatoren repräsentieren, während 10 auch als ein Zweiportresonator verschaltet werden kann.
Jeweils zwei aufeinanderfolgende IDT-Abschnitte IS1, IS2 mit unterschiedlichen Neigungswinkeln α bilden eine V-förmige Anordnung. Es gibt etwas Raum zwischen den inneren Schenkeln der V-förmigen Anordnung zum Anordnen eines Elements, wie etwa eines Passivelements PE, darin.
12 zeigt eine sehr allgemeine Darstellung einer solchen Anordnung, die den freien Raum zwischen den Schenkeln der V-förmigen Anordnung verwendet. Ein Passivelement PE kann mit einem oder beiden IDT-Abschnitten oder einem beliebigen anderen Element der SAW-Vorrichtung oder des Schaltkreises, in dem die SAW-Vorrichtung angeordnet ist, verbunden sein. Das Passivelement kann zum Beispiel eine Kapazität oder Induktivität oder eine Kombination von ihnen sein, z. B. um einen Anpassungsschaltkreis zu bilden.
13 zeigt eine Anordnung mit zwei IDT-Abschnitten, die zwischen einem ersten und einem zweiten Anschluss TE1, TE2 in Reihe geschaltet sind. Hier verbindet das Passivelement - oder allgemeiner: ein Element oder ein Schaltkreis, z. B. ein Erfassungsschaltkreis - eine erste Sammelschiene, die mit dem Anschluss TE1 verbunden ist, und eine gegenüberliegende Sammelschiene miteinander. Aber wie oben erklärt, ist eine beliebige andere Verbindung zu einem beliebigen Element der SAW-Vorrichtung ebenfalls möglich. Das Passivelement PE kann als ein Anpassungselement der SAW-Vorrichtung verwendet werden. Eine solche Verbindung von Anpassungsschaltkreiselementen ist auch für alle Schaltkreise, z. B. die Varianten in 9 bis 11, möglich.
Eine Anordnung, bei der der freie Raum zwischen den zwei Schenkeln der V-förmigen Anordnung verwendet wird, indem ein beliebiges Element der SAW-Vorrichtung oder eines Schaltkreises dort platziert wird, führt zu einer besseren Ausnutzung des verfügbaren Raums. Dann ist es möglich, die Fläche der SAW-Vorrichtung zu reduzieren, weil der Raum für das zusätzliche Element, wie das Passivelement PE, bei einer anderen Stelle auf der Oberfläche des Substrats eingespart wird.
14 zeigt einen IDT-Abschnitt IS, der einen Interdigitalwandler umfasst. Der Wandler umfasst eine erste und eine zweite Sammelschiene BB1, BB2. Elektrodenfinger EF erstrecken sich von jeder Sammelschiene so, dass sie in einem Überlappungsgebiet OR fingerartig ineinandergreifen. Zwischen der Spitze eines Elektrodenfingers EF und der Sammelschiene, die nicht mit diesen Elektrodenfinger EF verbunden ist, ist ein Stummelfinger ST angeordnet. Dadurch wird das Nichtüberlappungsgebiet zwischen dem Überlappungsgebiet und einer jeweiligen Sammelschiene BB mit Stummelfingern oder dem Nichtüberlappungsabschnitt der Elektrodenfinger EF gefüllt.
Ein weiteres Merkmal des dargestellten Interdigitalwandlers ist die Orientierung des Überlappungsgebiets OR, die parallel zu der Neigungsrichtung dieses IDT-Abschnitts ist. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Anordnungen sind die Sammelschienen nicht parallel zu der Neigungsrichtung. Daher ist das Überlappungsgebiet OR entlang der Neigungsrichtung LA orientiert und ist LA gegenüber den sich linear erstreckenden Sammelschienen geneigt. Dies bedeutet, dass jedes Nichtüberlappungsgebiet des IDT-Abschnitts ein Trapezoid oder ein Dreieck ist. Dann weisen die Stummelfinger ST notwendigerweise verschiedene Längen auf, um das Nichtüberlappungsgebiet GU zu füllen. Jedoch kann eine der Mittelachsen parallel zu der x-Achse orientiert sein, sodass außer dem unvermeidbaren Transversalspalt und optional kurzen Stummelfingern ST kein Überlappungsgebiet GU angrenzend an diesen IDT-Abschnitt IS gebildet wird.
15 zeigt die Anordnung von zwei solchen IDT-Abschnitten IS1, IS2, die jeweils einen unterschiedlichen Neigungswinkel α relativ zu der x-Achse aufweisen. Beide angrenzende IDT-Abschnitte teilen ihre Sammelschienen BB1, BB2, sodass jede gemeinsame Sammelschiene eine lineare und gerade Ausdehnung aufweist, die parallel zu der x-Achse, aber nicht parallel zu der Neigungsrichtung von einem beliebigen der zwei IDT-Abschnitte angeordnet sein kann. Auch hier ist das schematisch dargestellte Nichtüberlappungsgebiet GU zwischen dem Überlappungsgebiet OR und der gegenüberliegenden Sammelschiene BB mit Stummelfingern ST gefüllt.
Gemäß einer Variante kann das Nichtüberlappungsgebiet GU mit einer kontinuierlichen Metallschicht bedeckt sein, die durch entsprechendes Strukturieren einer oder mehrerer Sammelschienen gebildet werden kann. Dann weist ein jeweiliger Sammelschienenabschnitt eine dreieckige Form auf.
Resonatoren, die durch wenigstens einen IDT-Abschnitt gebildet werden, sind innerhalb einer akustischen Spur zwischen zwei Reflektoren LL angeordnet. Da nur ein geneigter Resonator in der akustischen Spur vorhanden ist, bildet die SAW-Vorrichtung einen Einport-SAW-Resonator.
16 ist eine andere Darstellung eines Einportresonators mit zwei geneigten IDT-Abschnitten zum Bilden einer V-förmigen Anordnung. Auch hier ist jede Sammelschiene BB1, BB2 den beiden IDT-Abschnitten IS1, IS2 gemein, erstreckt sich linear und kann parallel zu der x-Achse angeordnet sein oder nicht. Dies bedeutet, dass trapezoidförmige, z. B. dreieckige, Nichtüberlappungsgebiete zwischen den Überlappungsgebieten OR1, OR2 und der benachbarten Sammelschiene BB gebildet werden. In 16 ist das Überlappungsgebiet OR so dargestellt, dass es der Bereich zwischen den zwei gestrichelten Linien ist. Zur gleichen Zeit ist die gestrichelte Linie die Stelle des Fingerspalts zwischen der Spitze eines überlappenden Elektrodenfingers und dem gegenüberliegenden Stummelfinger. Es wird bevorzugt, dass der Transversalspalt so klein wie möglich ist. Mit der derzeitig verfügbaren Technologie kann ein kleiner Spalt von 100 nm bis 500 nm erzielt werden.
Auf beiden Seiten des gezeigten Resonators ist ein jeweiliger akustischer Reflektor LL1, LL2 platziert, um die akustische Energie zwischen diesen einzuschließen. Die gestrichelten Linien erstrecken sich in einem Teil des jeweiligen Reflektors, was bedeutet, dass die Reflektorfinger jedes akustischen Reflektors LL teilweise fingerartig ineinandergreifen, obwohl sie elektrisch kurzgeschlossen sind. Alternativ dazu müssen sich die Spalten nicht in den Reflektor erstrecken, sodass jeder Reflektorfinger mit beiden Reflektorsammelschienen verbunden ist.
Aus 16 kann ferner gesehen werden, dass die Öffnung, die durch die transversale Länge einer Fingerüberlappung definiert ist, entlang der x-Achse von Finger zu Finger in der y-Richtung verschoben ist oder variiert. Aber die Verschiebung ist klein genug, damit die Öffnungen, die die größte Verschiebung oder Variation relativ zu der äußersten Öffnung an dem Anfang oder dem Ende des Resonators aufweisen, immer noch eine gemeinsame Überlappung bei Betrachtung parallel zu der x-Achse aufweisen. Dies bedeutet, dass die Kopplung zwischen unterschiedlichen Enden eines IDT-Abschnitts immer noch stark genug ist, um einen angemessenen Betrieb des Resonators zu erlauben.
Die 17 und 18 zeigen zwei angrenzende IDT-Abschnitte IS1, IS2, die einen Teil eines DMS-Filters bilden können.
Während die IDT-Abschnitte aus 17 beide mit dem gleichen Neigungswinkel geneigt sind, sodass sie die gleiche Neigungsrichtung SD teilen, sind in 18 die zwei IDT-Abschnitte mit unterschiedlichen Neigungswinkeln der geknickten geneigten Gestaltung gemäß der Erfindung angeordnet. Die dargestellten Pfeile symbolisieren die longitudinale akustische Kopplung zwischen zwei IDT-Abschnitten. In Abhängigkeit von Neigungswinkeln in 18 gibt es gewisse Neigungswinkel, die im Vergleich zu nicht geknickten Strukturen eine stärkere Kopplung ergeben.
Bei allen Ausführungsformen bilden jeweils zwei aufeinanderfolgende IDT-Abschnitte IS1, IS2 mit unterschiedlichen Neigungswinkeln α eine V-förmige Anordnung. Dadurch wird etwas freier Raum zwischen den inneren Schenkeln der V-förmigen Anordnung eingespart, wodurch es ermöglicht wird, darin ein Element, wie etwa ein Passivelement PE, anzuordnen.
19 zeigt ein schematisches Blockdiagram eines DMS-Filters, das drei Interdigitalwandler IDT1 bis IDT3 umfasst, wobei jeder Interdigitalwandler IDT einen IDT-Abschnitt IS wie oben beschrieben umfasst, sodass das DMS-Filter eine geknickte geneigte Gestaltung aufweist. Jeder der Neigungswinkel der IDT-Abschnitte kann unterschiedlich sein. Neigungswinkel α1 und α2 können gemäß der Beziehung α1 = -α2 variieren, sodass eine regelmäßige symmetrische Zickzackanordnung eines IDT-Abschnitts gebildet wird. Ein Reflektor LL ist jeweils an beiden lateralen (longitudinalen) Enden der akustischen Spur des DMS-Filters angeordnet.
Jedoch sind die Interdigitalwandler, welche Resonatoren der DMS-Struktur bilden, nicht darauf beschränkt, jeweils nur einen IDT-Abschnitt zu umfassen. Daher kann jeder Resonator zwei oder mehr IDT-Abschnitte umfassen, die mit einem Neigungswinkel geneigt sind, wobei unterschiedliche IDT-Abschnitte unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen können.
Ein DMS-Filter kann mehr als drei Interdigitalwandler aufweisen, die üblicherweise abwechselnd mit einem ersten und einem zweiten Anschluss verbunden sind.
Ein passives element kann mit einem oder beiden IDT-Abschnitten oder einem beliebigen anderen Element der SAW-Vorrichtung oder des Schaltkreises, in dem die SAW-Vorrichtung angeordnet ist, verbunden sein. Das Passivelement kann zum Beispiel eine Kapazität oder eine Induktivität sein. Außerdem kann es ein Element mit einem Induktivitätswert und einem Kapazitätswert sein. Insbesondere kann es eine Kombination aus Elementen, z. B. ein Schaltkreis, z. B. ein Anpassungsschaltkreis, sein. Es kann durch eine strukturierte Metallisierung auf der freien Substratoberfläche gebildet sein. Alternativ dazu kann ein diskretes Passivelement auf dem Substrat zwischen jeweils zwei Schenkeln eines V angeordnet sein. Das Passivelement kann mit einem Schenkel, mit zwei Schenkeln verbunden sein oder ist einfach zwischen den Schenkeln angeordnet, sodass es nur den freien Raum verwendet, ohne mit einer Sammelschiene des V oder eines anderen IDT-Abschnitts verbunden zu sein. Das Passivelement kann, falls es mit einem Resonator verbunden ist, als ein Anpassungselement der SAW-Vorrichtung verwendet werden.
Eine Anordnung, bei der der freie Raum zwischen den zwei Schenkeln der V-förmigen Anordnung verwendet wird, indem ein beliebiges Element der SAW-Vorrichtung oder eines Schaltkreises dort platziert wird, führt zu einer besseren Ausnutzung der verfügbaren Chipfläche. Dann ist es möglich, die Fläche der SAW-Vorrichtung zu reduzieren, weil der Raum für das zusätzliche Element, wie das Passivelement, bei einer anderen Stelle auf der Oberfläche des Substrats eingespart wird. 20 zeigt eine weitere Ausführungsform eines DMS-Filters, das wenigstens drei Interdigitalwandler IDT1, IDT2 und IDT3 umfasst. Der erste Interdigitalwandler IDT1 umfasst zwei IDT-Abschnitte IS1, IS2, die jeweils einen jeweiligen Neigungswinkel α1, α2 (der gleich null sein kann und daher ist seine Repräsentation in der Figur weggelassen) relativ zu der Longitudinalrichtung aufweisen. Bei dieser Ausführungsform ist der erste Neigungswinkel α1 größer als 0 und größer als der zweite Neigungswinkel α2, der null sein kann, wie in der Figur gezeigt ist, oder nicht.
Der zweite Interdigitalwandler IDT2 umfasst drei IDT-Abschnitte IS3 bis ISS, wobei jeder IDT-Abschnitt IS einen jeweiligen Neigungswinkel relativ zu der Longitudinalrichtung beinhaltet. Der dritte IDT-Abschnitt IS3 ist mit einem geringen Neigungswinkel, bevorzugt von null, wie der zweite IDT-Abschnitt IS2, angeordnet. Dies ermöglicht eine maximale longitudinale akustische Kopplung zwischen dem zweiten und dritten IDT-Abschnitt und daher eine maximale Kopplung zwischen dem ersten und zweiten Interdigitalwandler IDT1 und IDT2. Der Neigungswinkel α4 des vierten IDT-Abschnitts IS4, der der zweite IDT-Abschnitt des zweiten Wandlers IDT2 ist und der in der Mitte des zweiten Interdigitalwandlers IDT2 angeordnet ist, ist größer als der Neigungswinkel α3 (ebenfalls nicht explizit gezeigt) des dritten IDT-Abschnitts IS3 und größer als der Neigungswinkel α5 des fünften IDT-Abschnitts IS5.
Der dritte Interdigitalwandler IDT3 auf der rechten Seite der Figur umfasst zwei IDT-Abschnitte IS6 und IS7, die jeweils einen jeweiligen Neigungswinkel α6, α7 (ebenfalls nicht explizit gezeigt) zu der Longitudinalrichtung beinhalten. Der Neigungswinkel α7 des äußersten rechten IDT-Abschnitts IS7 ist größer als der Neigungswinkel α6 des sechsten IDT-Abschnitts IS6.
Folglich können die äußersten IDT-Abschnitte jedes Interdigitalwandlers IDT, die einander zugewandt sind, einen kleinen Neigungswinkel oder einen Neigungswinkel von null aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Neigungswinkel von jeweils zwei äußersten IDT-Abschnitten, die direkt aneinander angrenzen, gleich, aber nicht null sind. Daher erstrecken sich die zwei angrenzenden äußersten IDT-Abschnitte zwischen dem ersten und zweiten oder zweiten und dritten Interdigitalwandler IDT parallel oder beinahe parallel. In der Figur sind die Neigungswinkel der äußersten IDT-Abschnitte IS2, IS3, IS5 und IS6 so dargestellt, dass sie null sind, aber dies ist kein notwendiges Merkmal der Erfindung, wie oben erklärt ist.
Durch diese Anordnung ist die longitudinale akustische Kopplung zwischen den angrenzenden Interdigitalwandlern bei einem Maximum, wie in der Figur mit den zweiseitigen Pfeilen angegeben ist.
Falls die zwei angrenzenden äußersten IDT-Abschnitte relativ zueinander schräg wären, wäre die Kopplung reduziert. Daher kombiniert die in 20 dargestellte Anordnung des DMS-Filters den Vorteil einer geneigten Orientierung für eine Transversalmodenunterdrückung mit dem Vorteil einer starken longitudinalen akustischen Kopplung zwischen den äußersten IDT-Abschnitten von zwei angrenzenden Resonatoren. Bei dieser Ausführungsform kann jeder Neigungswinkel α verschieden von den anderen verwendeten Neigungswinkeln sein. Aber es wird bevorzugt, ein DMS-Filter mit einer hohen Symmetrie relativ zu einem mittleren Wandler oder einem mittleren IDT-Abschnitt zu gestalten. Eine symmetrische Anordnung von Wandlern kann erzielt werden, falls IDT-Abschnitte, die das gleiche Symmetrieelement aufweisen, hinsichtlich ihrer Absolutwerte des Neigungswinkels gleich sind und hinsichtlich der Länge gleich sind.
Die IDT-Abschnitte des DMS-Filters, wie zum Beispiel in 20 gezeigt, können unterschiedliche Längen aufweisen. Es wird bevorzugt, dass die äußersten IDT-Abschnitte mit den geringsten Neigungswinkeln eine kürzere Länge als die anderen IDT-Abschnitte aufweisen, aber sie müssen lang genug sein, um eine optimale longitudinale akustische Kopplung zwischen angrenzenden IDTs sicherzustellen. Ferner ist es möglich, einen Resonator in mehr als die dargestellten zwei oder drei IDT-Abschnitte zu unterteilen, sodass ein entsprechender Interdigitalwandler vier oder mehr IDT-Abschnitte umfassen kann. Kurze IDTs weisen möglicherweise nur einen IDT-Abschnitt auf.
Alle möglichen Variationen können verwendet werden, um die Freiheitsgrade zu erhöhen, wenn ein spezielles DMS-Filter gestaltet wird. Die Optimierung des Filters kann hinsichtlich einer besseren Filterleistungsfähigkeit oder hinsichtlich einer besseren Verwendung von Chipfläche erfolgen. Üblicherweise muss ein Kompromiss eingegangen werden, der durch die möglichen Variationen optimiert werden kann.
Weitere Variationen des SAW-Filters sind möglich, die an sich aus der Technik bekannt sind und die SAW-Vorrichtung vorteilhaft verbessern können. Die Mode, die in der akustischen Spur des SAW-Filters propagiert, kann als eine reine Piston-Mode gebildet werden, indem modenformende Merkmale zu der Gestaltung der Elektrodenfinger hinzugefügt werden. Solche Merkmale können eine zusätzliche Massenbelegung an den Fingerspitzen oder eine größere Fingerbreite an den Spitzen von diesen umfassen. Unterschiedliche Spaltlängen sind möglich, um nichtgewollte Transversalmoden zu reduzieren. Es wird bevorzugt, dass der Transversalspalt so klein wie möglich ist. Mit der derzeitig verfügbaren Technologie kann ein kleiner Spalt von 100 nm bis 500 nm erzielt werden.
Bei einem geneigten IDT-Abschnitt ist die Öffnung, die durch die transversale Länge einer Fingerüberlappung definiert ist, entlang der Longitudinalrichtung von Finger zu Finger in der y-Richtung verschoben. Aber die Verschiebung ist klein genug, damit die Öffnungen, die die größte Verschiebung oder Variation relativ zu der äußersten Öffnung an dem Anfang oder dem Ende des Resonators aufweisen, immer noch eine gemeinsame Überlappung bei Betrachtung parallel zu der Longitudinalrichtung aufweisen. Dies bedeutet, dass die Kopplung zwischen unterschiedlichen Enden eines IDT-Abschnitts immer noch stark genug ist, um einen angemessenen Betrieb des Resonators zu erlauben.
21 zeigt eine mögliche laddertype-artige Schaltkreistopologie eines HF-Filters. Das HF-Filter weist einen ersten Port P1 und einen zweiten Port P2 auf. Der erste Port P1 kann ein Eingangsport zum Empfangen von HF-Signalen von einer externen Schaltkreisumgebung sein. Der zweite Port kann ein Ausgangsport zum Liefern gefilterter HF-Signale an eine externe Schaltkreisumgebung sein.
In dem Signalpfad zwischen den zwei Ports P1, P2 sind ein DMS-Resonator DMS, ein erster Reihenresonator SR1 und ein zweiter Reihenresonator SR2 elektrisch in Reihe verbunden. Die zwei parallelen Shunt-Pfade verbinden den Signalpfad mit Masse. In einem Shunt-Pfad ist ein Parallelresonator PR verbunden. In dem anderen Shunt-Pfad ist ein Impedanzelement IE verbunden. Das Impedanzelement kann akustisch inaktive IDT-Strukturen umfassen, um ein Kapazitätselement herzustellen. Das Kapazitätselement kann verwendet werden, um eine Durchlassbandflanke zu verbessern.
Der DMS-Resonator DMS umfasst vier geneigte und gedrehte IDT-Abschnitte.
Der erste Reihenresonator SR1 umfasst herkömmliche (d. h. nicht gedrehte, nicht geneigte) IDT-Abschnitte.
Der zweite Reihenresonator SR2 umfasst kaskadierte (2x2) gedrehte und geneigte IDT-Abschnitte.
Der Parallelresonator PR umfasst kaskadierte(2x3) gedrehte und geneigte IDT-Abschnitte. Der Grad der Reihenkaskadierung ist 2. Der Grad der Parallelkaskadierung ist 3. Dementsprechend sind 2x3=6 IDT-Abschnitte in dem Parallelresonator PR enthalten.
Bezugszeichenliste

β:: Drehungswinkel mit Bezug auf die piezoelektrische Achse
BB, BB1, BB2:: Sammelschiene
SD, SD1, SD2:: Neigungsrichtung
IDT, IDT1, ....: Interdigitalwandler
IS, IS1, IS2, ...:: IDT-Abschnitt
P1, P2:: erster, zweiter Filterport
α:: Winkel zwischen x-Achse und Neigungsrichtung
LL:: akustischer Reflektor
ES:: Elektrodenstruktur
GU:: Nichtüberlappungsgebiet
TE:: Anschluss des IDT-Abschnitts
ST:: Stummelfinger
EF:: Elektrodenfinger
FI:: Reflektorfinger
DMS:: Doppelmoden-SAW-Filter
OR:: Überlappungsgebiet
P:: Filterport
PA:: piezoelektrische Achse
PE:: Passivelement
x:: Longitudinalrichtung, Ausbreitungsrichtung der SAW
y:: Transversalrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2013/0051588 A1 [0004]

Claims

Elektroakustischer Resonator, der Folgendes umfasst: • ein piezoelektrisches Material mit einer piezoelektrischen Achse, • eine Ausbreitungsrichtung, . eine Elektrodenstruktur, die einen IDT-Abschnitt mit zwei Sammelschienen und Elektrodenfingern aufweist, wobei • sich die Elektrodenfinger normal zu der Ausbreitungsrichtung erstrecken, • der IDT-Abschnitt geneigt ist, • der geneigte IDT-Abschnitt in Bezug auf die piezoelektrische Achse gedreht ist.
Resonator nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei • sich die Sammelschienen entlang einer Neigungsrichtung gedreht um einen Winkel α1 in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung erstrecken, . -15° ≤ α1 ≤ 15°.
Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner einen zweiten IDT-Abschnitt mit zwei Sammelschienen und Elektrodenfingern umfasst.
Resonator nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei die Sammelschienen des zweiten IDT-Abschnitts • sich entlang einer Neigungsrichtung gedreht um einen Winkel α2 in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung erstrecken und wobei -15° ≤ α2 ≤ 155° gilt oder • parallel zu der Ausbreitungsrichtung sind.
Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ein gedrehter Zickzack-geneigter Resonator ist.
Resonator nach den vorhergehenden Ansprüchen, der ein symmetrisches Zickzackmuster aufweist.
Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der zwei geneigte IDT-Abschnitte und ein Impedanzelement umfasst, die - in einer Transversalrichtung - neben den IDT-Abschnitten angeordnet sind.
Akustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der aus einem SAW-Resonator, einem TC-SAW-Resonator, einem GBAW-Resonator, einem TF-SAW-Resonator ausgewählt ist.
Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrodenstruktur aus einem nicht gewichteten Wandler, einem apodisierten Wandler, einem geneigten Wandler, einem geknickten geneigten Wandler, einem Zickzack-geneigten Wandler ausgewählt ist.
Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der aus einem Einportresonator, einem Zweiportresonator, einem DMS-Resonator ausgewählt ist.
Elektroakustisches Filter, das einen Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
HF-Filter nach den vorhergehenden Ansprüchen, das eine laddertype-artige Topologie oder eine latticetype-artige Topologie aufweist.
HF-Filter nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, das einen nicht geneigten und/oder einen - in Bezug auf die piezoelektrische Achse - nicht gedrehten Resonator umfasst.