DE102018207825B3

DE102018207825B3 - Acoustic-Wave-Resonator und elektronische Filterschaltung

Info

Publication number: DE102018207825B3
Application number: DE102018207825.4A
Authority: DE
Inventors: Marius Knapp
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2019-10-24
Anticipated expiration: 2038-05-19
Also published as: US20190356300A1; US10903815B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Acoustic Wave Resonator (1) mit einem Grundkörper (10), welcher ein piezoelektrisches Material enthält oder daraus besteht, und mit zumindest einer Elektrode (2), welche auf dem Grundkörper (10) angeordnet ist und zumindest eine Teilfläche des Grundkörpers (10) bedeckt und welche Graphen (21) enthält, wobei dass das Graphen (21) der Elektrode (2) mit einer Metallbeschichtung (22) versehen ist, welche als Teil-beschichtung des Graphens (21) ausgeführt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektronische Filterschaltung mit einem solchen Acoustic Wave Resonator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Akustik-Wave-Resonator mit einem Grundkörper, welcher ein piezoelektrisches Material enthält oder daraus besteht und mit zumindest einer Elektrode, welche Graphen enthält und welche auf dem Grundkörper angeordnet ist und zumindest eine Teilfläche des Grundkörpers bedeckt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektronische Filterschaltung mit einem solchen Akustik-Wave-Resonator. Akustik-Wave-Resonatoren der eingangs genannten Art können beispielsweise als Bestandteil von Filterschaltungen in der Hochfrequenztechnik eingesetzt werden.
Aus Z. Quian, Y. Hui, F. Liu, S. Kar, M. Rinaldi: „245 Mhz Graphene-Aluminum Nitride Nano Plate Resonator" 2013 Transducers & Eurosensors XXVII, Barcelona, 16.-20. Juni 2013, Seiten 2005-2008 ist ein akustischer Resonator bekannt, welcher einen piezoelektrischen Grundkörper und eine Graphen-Elektrode aufweist. Eine weitere Beschichtung auf der Graphen-Elektrode ist nicht vorgesehen.
Aus der US 2013/342079 A1 ist bekannt, ein piezoelektrisches Material auf einer strukturierten metallischen Elektrode abzuscheiden. Auf das piezoelektrische Material wird eine Graphen-Elektrode aufgebracht. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an beiden Elektroden wird ein elektrisches Feld im piezoelektrisches Material erzeugt. Sofern die angelegte Spannung eine Wechselspannung ist, kann das piezoelektrische Material zu Schwingungen angeregt werden. Solche Bauteile können damit als Filterelement für Frequenzen zwischen 0,2 GHz und 2,6 GHz eingesetzt werden.
Dieser bekannte Resonator weist den Nachteil auf, dass Graphen einen spezifischen Flächenwiderstand von 31 Ω aufweist. Damit ist der Flächenwiderstand der Graphen-Elektrode erheblich höher als derjenige einer Metallschicht. Beispielsweise weist eine Kupferschicht mit einer Stärke von 35 µm lediglich einen spezifischen Flächenwiderstand von 0,5 m Ω auf. In der Praxis hat sich daher gezeigt, dass die Graphen-Elektrode nicht in der Lage ist, den eingeleiteten Strom homogen über die Oberfläche zu verteilen. Hierdurch kann der Kopplungsfaktor des Resonators nachteilig beeinflusst werden. Jedoch fügt eine Metallelektrode dem piezoelektrischen Material zusätzliche Masse hinzu, welche die Resonanzfrequenz nachteilig beeinflusst.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Resonatoren für Hochfrequenzfilter anzugeben, welche gegenüber bekannten Resonatoren eine erhöhte Resonanzfrequenz bei gleichzeitiger Verbesserung des Gütefaktors und des Kopplungsfaktors aufweisen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Acoustic-Wave-Resonator gemäß Anspruch 1 und eine elektronische Filterschaltung nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Akustik-Wave-Resonator mit einem Grundkörper vorgeschlagen. Der Grundkörper enthält ein piezoelektrisches Material oder besteht aus einem solchen. Bei Betrieb des Resonators kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung auf dem Grundkörper eine Oberflächenwelle angeregt werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das gesamte Volumen oder ein Teilvolumen des Grundkörpers in Schwingung versetzt werden.
Auf dem Grundkörper ist zumindest eine Elektrode angeordnet. Die Elektrode bedeckt zumindest eine Teilfläche des Grundkörpers. Über die zumindest eine Elektrode kann ein elektrisches Feld im piezoelektrischen Material erzeugt werden. Ein solches elektrisches Wechselfeld führt zu erzwungenen Schwingungen des piezoelektrischen Materials. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Akustik-Wave-Resonator stellt somit ein mikroelektromechanisches Bauteil dar.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können zumindest zwei Elektroden auf einer Oberfläche des Grundkörpers angeordnet sein, welche jeweils eine Teilfläche dieser Oberfläche bedecken. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können Elektroden an gegenüberliegenden Flächen des Grundkörpers angeordnet werden.
Erfindungsgemäß enthält zumindest eine Elektrode Graphen. Unter Graphen wird im Sinne der vorliegenden Beschreibung eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler Struktur verstanden, bei welcher jedes Kohlenstoffatom im Winkel von 120° von drei weiteren Kohlenstoffatomen umgeben ist. In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält die Elektrode genau eine Atomlage Graphen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Mehrzahl von Graphenlagen zumindest teilweise überlappend auf dem Grundkörper angeordnet sein. Aufgrund der geringen Dichte und der geringen absoluten Masse des Graphens fügt eine solche Elektrode dem Grundkörper nur wenig zusätzliche Masse hinzu, sodass die Resonanzfrequenz nicht oder nur geringfügig beeinträchtigt wird.
Das Graphen kann mechanisch oder elektrochemisch durch Spalten von Graphit gewonnen werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Graphen durch Reduktion von Graphenoxid hergestellt werden. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann Graphen epitaktisch auf metallischen Substraten wachsen und von dort auf den Grundkörper des Akustik-Wave-Resonators transferiert werden.
Um den bei Betrieb des Akustik-Wave-Resonators fließenden elektrischen Strom homogen über die Elektrode zu verteilen, wird das Graphen der Elektrode zusätzlich mit einer Metallbeschichtung versehen. Diese Metallbeschichtung ist erfindungsgemäß als Teilbeschichtung ausgeführt. Auf diese Weise kann die Metallbeschichtung einerseits den elektrischen Widerstand in der Ebene des Graphens reduzieren und zur homogenen Verteilung des elektrischen Stromes beitragen. Andererseits spart die Teilbeschichtung zusätzliche Masse ein, sodass ein negativer Einfluss auf die Resonanzfrequenz des Akustik-Wave-Resonators vermieden wird. Gleichzeitig steigt die Resonatorgüte gegenüber bekannten, vollflächigen Metallbeschichtungen und der Kopplungsfaktor ist höher als bei bekannten Elektroden, welche ausschließlich aus Graphen bestehen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Metallbeschichtung zumindest teilweise über dem Teil des Grundkörpers angeordnet sein, welcher bei Betrieb des Akustik-Wave-Resonators in mechanische Schwingungen versetzt wird. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Metallbeschichtung eine Strukturierung mit zumindest einem Finger aufweisen, welcher in der Ebene der Elektrode eine größere Länge als Breite aufweist. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Metallbeschichtung eine netz- oder gitterförmige Strukturierung aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Metallbeschichtung zwischen 2 und 20 Finger bzw. Gitterstege aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können zwischen 2 und 10 Finger bzw. Gitterstege vorhanden sein. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung können mehrere Elektroden vorhanden sein, welche jeweils eine Mehrzahl von Fingern aufweisen, wobei die Finger der einen Elektrode in die Zwischenräume der anderen Elektrode eingreifen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Metallbeschichtung mit einem CVD- oder einem PVD-Verfahren erzeugt werden. Solche Metallbeschichtungen eignen sich aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit des Metalls oder der Legierung zur Homogenisierung und Verteilung des elektrischen Stroms auf dem Graphen. Gleichzeitig führt die Strukturierung der Metallbeschichtung dazu, dass nur geringe Massen zusätzlich auf dem Resonator abgeschieden werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Breite von zumindest einem Finger der Metallbeschichtung weniger als etwa 6 µm oder weniger als etwa 3 µm betragen. Solche schmalen Finger weisen zwar aufgrund ihres geringeren Querschnitts einen höheren elektrischen Widerstand auf. Völlig überraschend wurde jedoch erkannt, dass dies zur Homogenisierung des Stromflusses über die Elektrode ausreichend ist und die Resonatorgüte und der Kopplungsfaktor bei kleineren Breiten der fingerförmigen Metallbeschichtung weiter ansteigen. Gleichzeitig wird durch schmalere Strukturen der Metallbeschichtung das Auftreten von Nebenresonanzen vermieden oder zumindest reduziert, sodass ein solches erfindungsgemäßes Bauelement einfacher in Filterschaltungen einsetzbar ist bzw. eine solche Filterschaltung eine höhere Qualität aufweist.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Metallbeschichtung eine Dicke von etwa 5 nm bis etwa 500 nm oder von etwa 30 nm bis etwa 300 nm oder von etwa 50 nm bis etwa 250 nm aufweisen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Metallbeschichtung so ausgeführt, dass das Verhältnis der Summe der Länge aller Kanten der Metallbeschichtung zur Gesamtfläche der Metallbeschichtung größer als etwa 0,3 µm/µm² oder größer als etwa 0,5 µm/µm² oder größer als etwa 0,8 µm/µm² oder größer als etwa 1 µm/µm² oder größer als etwa 1,3 µm/µm² oder größer als etwa 1,5 µm/µm² ist. Es hat sich gezeigt, dass der Transfer des elektrischen Stromes zwischen der Metallbeschichtung und dem Graphen primär über die Kanten der Metallbeschichtung erfolgt. Eine vergleichsweise große Kantenlänge im Verhältnis zur Gesamtfläche der Metallbeschichtung wirkt sich daher positiv auf den Kopplungsfaktor aus.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Grundkörper ein Gruppe-III-Nitrid enthalten oder daraus bestehen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Grundkörper AlN oder AlScN enthalten oder daraus bestehen. Diese Materialien sind sämtlich piezoelektrisch und weisen aufgrund ihrer großen Bandlücke eine hohe Durchbruchfeldstärke auf, sodass der Akustik-Wave-Resonator auch bei kleinen geometrischen Abmessungen und den Daraus resultierenden großen Feldstärken im Grundkörper zuverlässig betrieben werden kann.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der erfindungsgemäße Akustik-Wave-Resonator einen Gütefaktor von mehr als etwa 550 oder mehr als etwa 600 oder mehr als etwa 700 oder mehr als etwa 750 oder mehr als etwa 800 oder mehr als etwa 1000 oder mehr als etwa 1400 aufweisen. Der Gütefaktor ist in der vorliegenden Beschreibung ein Maß für die Dämpfung bzw. den Energieverlust des Resonators. Eine hohe Güte besagt in diesem Zusammenhang, dass der erfindungsgemäße Resonator schwach gedämpft ist.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Elektrode eine Breite und/oder eine Länge von etwa 100 µm bis etwa 500 µm oder von etwa 150 µm bis etwa 400 µm oder von etwa 180 µm bis etwa 300 µm aufweisen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Metallbeschichtung so strukturiert sein, dass keine Periodizitäten auftreten. Hierdurch wird das Auftreten von Nebenresonanzen verhindert oder zumindest reduziert.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Metallbeschichtung Titan und/oder Gold und/oder Molybdän und/oder Wolfram enthalten. Eine solche Beschichtung kann als Legierung ausgeführt sein, welche sowohl Titan als auch Gold enthält. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Metallbeschichtung eine Titanschicht sein, welche ihrerseits mit Gold und/oder Wolfram und/oder Molybdän beschichtet wird. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann entweder Titan oder Gold oder Molybdän oder Wolfram verwendet werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Metallbeschichtung alternativ oder zusätzlich Al und/oder Ru und/oder Ag und/oder Cu enthalten oder daraus bestehen. Solche Schichten lassen sich einfach abscheiden, beispielsweise durch thermisches Verdampfen oder durch Sputtern. Darüber hinaus kann eine solche Metallbeschichtung einfach strukturiert werden, beispielsweise durch Maskieren mit einem Photolack, nachfolgendes Strukturieren und nass- oder trockenchemisches Ätzen.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt

1 einen bekannten Akustik-Wave-Resonator.
2 zeigt einen Akustik-Wave-Resonator gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt einen Akustik-Wave-Resonator gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Elektrode in einer ersten Ausführungsform.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Elektrode in einer zweiten Ausführungsform.
6 zeigt die Admittanz gegen die Frequenz für unterschiedliche Strukturbreiten der Metallbeschichtung.
7 zeigt den Gütefaktor des Akustik-Wave-Resonators gegen die Strukturbreite der Metallbeschichtung.
8 zeigt den Kopplungskoeffizienten gegen die Strukturbreite der Metallbeschichtung.

1 zeigt einen Akustik-Wave-Resonator 1 gemäß dem Stand der Technik. Der Akustik-Wave-Resonator 1 weist einen Grundkörper 10 auf. Der Grundkörper 10 kann ein piezoelektrisches Material enthalten oder daraus bestehen, beispielsweise AlN oder AlScN. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann auch eine andere binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung verwendet werden. Eine solche Verbindung kann ein Gruppe-III-Nitrid enthalten oder daraus bestehen.
Der Grundkörper weist eine erste Seite 101 und eine gegenüberliegende zweite Seite auf. Die zweite Seite des Grundkörpers 10 ist auf einem Bragg-Reflektor 35 angeordnet. Der Bragg-Reflektor 35 enthält eine Mehrzahl von Einzelschichten 31 und 32. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind fünf Einzelschichten 31 und 32 dargestellt. Dem Fachmann ist selbstverständlich geläufig, dass die Anzahl der Einzelschichten größer oder auch geringer sein kann. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Bragg-Reflektor 35 auch entfallen. Daneben können die Einzelschichten 31 und/oder 32 auch dazu verwendet werden, eine Gitterfehlanpassung des Grundkörpers 10 zum darunterliegenden Substrat 3 auszugleichen oder zu minimieren. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Bragg-Reflektor und/oder die Einzelschichten 31 und 32 auch entfallen.
Der Akustik-Wave-Resonator 1 ist mit dem Bragg-Reflektor 35 und dem Grundkörper 10 auf einem Substrat 3 angeordnet. Das Substrat 3 kann beispielsweise Silizium oder Siliziumcarbid enthalten oder daraus bestehen. Das Substrat 3 kann größer sein als der Grundkörper 10 oder, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, in etwa dieselbe Größe haben.
Der Grundkörper 10 kann eine Breite von etwa 50 µm bis etwa 500 µm und/oder eine Länge von etwa 50 µm bis etwa 500 µm und/oder eine Dicke von etwa 70 nm bis etwa 3600 nm und/oder eine Dicke von etwa 100 nm bis etwa 5000 nm aufweisen.
Auf der ersten Seite 101 des Grundkörpers 10 sind eine erste Elektrode 2 und eine zweite Elektrode 29 angeordnet. Die Elektroden enthalten ein Metall oder eine Legierung bzw. bestehen aus einem Metall oder einer Legierung. Im Betrieb des Akustik-Wave-Resonators wird an beide Elektroden eine Wechselspannung angelegt, welche in Abhängigkeit der angelegten Frequenz eine mechanische Schwingung des Grundkörpers 10 induzieren kann. Diese Schwingung kann eine Volumenschwingung des Grundkörpers 10 sein. Die angeregte Schwingung kann die erste transversale elektrische Mode des Grundkörpers 10 sein. Bei der Resonanzfrequenz des Grundkörpers ergibt sich die maximale Gesamtimpedanz des Akustik-Wave-Resonators bzw. das Minimum der Admittanz. In diesem Fall wird ein Teil der zugeführten elektrischen Energie in mechanische Schwingungsenergie umgewandelt. Der Akustik-Wave-Resonator gemäß der Erfindung kann somit auch als mikroelektromechanische Komponente bezeichnet werden.
Nachteilig an dem in 1 dargestellten Bauteil ist die große Masse der Elektrode 2, welche die Resonanzfrequenz zu niedrigeren Werten verschiebt und/oder den Gütefaktor des Resonators verschlechtert. Ausgehend von dem in 1 gezeigten Resonator besteht die Aufgabe der Erfindung somit darin, einen Resonator mit höherer Resonanzfrequenz und/oder höherer Güte und/oder größerem Kopplungsfaktor bereitzustellen. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zumindest eine Elektrode 2 so auszugestalten, dass diese Graphen 21 enthält, welches mit einer Metallbeschichtung 22 versehen ist, welche als Teilbeschichtung des Graphens 21 ausgeführt ist.
2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Bestandteile der Erfindung sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist die erste Elektrode 2 als Graphenlage auf der ersten Seite 101 des Grundkörpers 10 ausgeführt. Das Graphen kann beispielsweise aus der Gasphase abgeschieden oder durch Spalten von hochorientiertem Graphit erzeugt werden. Im Anschluss daran kann das Graphen 21 auf die erste Seite 101 des Grundkörpers 10 aufgebracht werden, beispielsweise durch Bonden und/oder Nasstransfer. Da Graphen eine wesentlich geringere Dichte und eine wesentlich geringere Dicke aufweist als die Metallelektroden gemäß dem Stand der Technik, wird die auf den Grundkörper 10 aufgebrachte Zusatzmasse durch die Elektrode 2 reduziert, sodass die Resonanzfrequenz gegenüber der Verwendung einer Metallelektrode ansteigt. Graphen im Sinne der vorliegenden Beschreibung bezeichnet eine atomar dünne Lage von Kohlenstoff, bei welchem jedes Kohlenstoffatom mit einem Bindungswinkel von 120° mit einem benachbarten Kohlenstoffatom verbunden ist.
Zur Kontaktierung des Graphens 21 steht eine Metallbeschichtung 22 zur Verfügung, welche als Teilbeschichtung des Graphens ausgeführt ist. In der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung befindet sich die Metallbeschichtung 22 nur im Randbereich der Elektrode 2, sodass die aufgebrachte Zusatzmasse durch die Elektrode 2 minimal ist.
Anhand der 3 wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert. Auch in diesem Fall sind gleiche Bestandteile der Erfindung mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt. Wie aus 2 ersichtlich ist, weist die Metallbeschichtung 22 eine Strukturierung mit zumindest einem Finger auf, welcher in der Ebene der Elektrode 2 eine größere Länge als Breite aufweist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Strukturierung drei Finger auf. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Anzahl der Finger größer oder auch kleiner sein. Die Erfindung lehrt nicht die Verwendung von exakt drei Fingern als Lösungsprinzip.
Anhand der 4 und 5 wird eine Elektrode 2 nochmals im Detail dargestellt. Die Elektrode 2 weist eine Graphenschicht 21 auf, welche die erste Seite 101 des Grundkörpers 10 zumindest teilweise bedeckt. Auf dem Graphen 21 ist die Metallbeschichtung 22 angeordnet. Die Metallbeschichtung 22 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel drei Finger 23 auf, welche eine vergleichsweise geringe Breite von beispielsweise weniger als etwa 6 µm oder weniger als etwa 3 µm beträgt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Breite größer als etwa 0,5 µm. Zudem weisen die Finger 23 eine vergleichsweise große Länge auf, welche beispielsweise mehr als 50 µm, mehr als 100 µm oder mehr als 150 µm beträgt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Länge geringer als etwa 200 µm.
Anhand der 4 und 5 ist ersichtlich, dass die Metallbeschichtung so strukturiert ist, dass diese etwa drei Finger aufweist. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Anzahl der Finger größer oder geringer sein.
Die Metallbeschichtung 22 weist eine umlaufende Kante 235 auf, welche die Metallbeschichtung gegen das umgebende Graphen begrenzt. Das Verhältnis der Summe der Länge aller Kanten der Metallbeschichtung kann größer als etwa 0,3 µm/µm² oder größer als etwa 0,5 µm/µm² oder größer als etwa 0,8 µm/µm² oder größer als etwa 1 µm/µm² oder größer als etwa 1,3 µm/µm² oder größer als etwa 1,5 µm/µm² sein. Wie anhand der 4 und 5 ersichtlich ist, steigt das Verhältnis der Summe der Längen aller Kanten der Metallbeschichtung zur Gesamtfläche der Metallbeschichtung an, wenn die Finger 23 dünner ausgeführt sind. Die in 5 dargestellte Metallbeschichtung mit geringerer Gesamtfläche bringt weniger Zusatzmasse auf die Elektrode 2 auf und kann auf diese Weise dazu beitragen, dass die Gütefaktor und/oder die Resonanzfrequenz ansteigt. Da der Ladungstransfer zwischen der Metallbeschichtung 22 und dem Graphen 21 überwiegend über die Kanten 235 der Metallbeschichtung 22 erfolgt, kann der Kopplungsfaktor ebenfalls günstig beeinflusst werden.
6 zeigt die Admittanz über die Frequenz für die in 3 dargestellte Bauteilgeometrie gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Dargestellt ist der Frequenzbereich von 1,2 bis 2,6 GHz auf der Abszisse und die Admittanz in dB auf der Ordinate für eine Metallbeschichtung mit drei verschiedenen Breiten der jeweils drei Finger. Dargestellt sind Messwerte für eine Breite von 21 µm, 15 µm und 6 µm. Wie 6 zeigt, weist der Akustik-Wave-Resonator eine Hauptresonanz bei etwa 2,1 GHz auf und eine Nebenresonanz bei 1,74 GHz. Diese Nebenresonanz kann insbesondere bei der Kaskadierung einer Mehrzahl von Resonatoren in einer elektronischen Filterschaltung störend sein. Wie aus 6 ersichtlich ist, wird die Nebenresonanz weniger stark oder überhaupt nicht angeregt, wenn die Breite der Finger weniger als etwa 6 µm beträgt.
7 zeigt den Gütefaktor auf der Ordinate gegen die Breite der Finger auf der Abszisse für die in 3 gezeigte zweite Ausführungsform der Erfindung. Dargestellt ist ein Wertebereich von 1 µm bis 21 µm in Schritten von 2 µm. Untersucht wurden somit 11 Resonatoren, welche sämtlich die in 3 dargestellte Geometrie aufweisen, jedoch jeweils unterschiedliche Breiten der Finger der Metallbeschichtung aufweisen. Dargestellt ist der Gütefaktor Q_p der Parallelresonanz. Dies ist der Arbeitspunkt des Resonators, bei welchem die Admittanz minimal und ein Teil der elektrischen Energie in Schwingungsenergie umgewandelt wird. Mechanisch schwingt der Grundkörper 10 dabei in der ersten transversalen elektrischen Mode. Wie aus 7 ersichtlich ist, steigt der Gütefaktor bei Strukturbreiten unterhalb von etwa 6 µm stark an, d.h. die Dämpfung des Resonators nimmt ab.
Auf der rechten Ordinate ist der Gütefaktor Q_s aufgetragen. Dieser bleibt näherungsweise unbeeinflusst. Diese sogenannte Serienresonanz tritt bei einer Frequenz auf, bei welcher die Gesamtimpedanz ein Minimum aufweist bzw. die Admittanz ihr Maximum zeigt. Bei dieser Frequenz schwingt der Grundkörper 10 nicht mechanisch, weshalb eine Abhängigkeit von der Masse der Elektrode 2 nicht beobachtet wird.
8 zeigt die Kopplungseffizienz gegen die Breite der Finger 23 für die in 3 gezeigte zweite Ausführungsform der Erfindung. Dargestellt ist ein Wertebereich von 1 µm bis 21 µm in Schritten von 2 µm. Untersucht wurden somit 11 Resonatoren, welche sämtlich die in 3 dargestellte Geometrie aufweisen, jedoch jeweils unterschiedliche Breiten der Finger der Metallbeschichtung aufweisen. Auch die Kopplungseffizienz nimmt mit abnehmender Breite bzw. zunehmendem Verhältnis der Summe der Länge aller Kanten der Metallbeschichtung zur Gesamtfläche der Metallbeschichtung zu. Der Anstieg erfolgt exponentiell mit der Abnahme der Breite der Finger 23, sodass die Qualität des Akustik-Wave-Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung mit abnehmender Breite der Finger 23 der Metallbeschichtung 22 zunimmt.

Claims

Acoustic Wave Resonator (1) mit einem Grundkörper (10), welcher ein piezoelektrisches Material enthält oder daraus besteht, und mit zumindest einer Elektrode (2), welche auf dem Grundkörper (10) angeordnet ist und zumindest eine Teilfläche des Grundkörpers (10) bedeckt und welche Graphen (21) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Graphen (21) der Elektrode (2) mit einer Metallbeschichtung (22) versehen ist, welche als Teilbeschichtung des Graphens (21) ausgeführt ist.
Acoustic Wave Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung (22) eine Strukturierung mit zumindest einem Finger (23) aufweist, welcher in der Ebene der Elektrode (2) eine größere Länge als Breite aufweist.
Acoustic Wave Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite von zumindest einem Finger weniger als 6 µm oder weniger als 3 µm beträgt.
Acoustic Wave Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Summe der Länge aller Kanten (235) der Metallbeschichtung (22) zur Gesamtfläche der Metallbeschichtung (22) größer als 0,3 µm·µm^–2 oder größer als 0,5 µm·µm^–2 oder größer als 0,8 µm·µm^–2 oder größer als 1,0 µm·µm^–2 oder größer als 1,3 µm·µm^–2 oder größer als 1,5 µm·µm^–2 ist.
Acoustic Wave Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) ein Gruppe-III-Nitrid enthält oder daraus besteht oder dass der Grundkörper (10) AlN oder AlScN enthält oder daraus besteht.
Acoustic Wave Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen Gütefaktor von mehr als 550 oder mehr als 600 oder mehr als 700 oder mehr als 750 oder mehr als 800 aufweist.
Acoustic Wave Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (2) eine Breite und/oder eine Länge von 100 µm bis 500 µm oder von 150 µm bis 400 µm oder von 180 µm bis 300 µm aufweist.
Acoustic Wave Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung (22) so strukturiert ist, dass keine Periodizitäten auftreten.
Acoustic Wave Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung (22) Titan und/oder Gold und/oder Molybdän und/oder Wolfram enthält oder daraus besteht.
Elektronische Filterschaltung enthaltend einen Acoustic Wave Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 9.