DE2557603A1

DE2557603A1 - Akustisches oberflaechenwellengeraet und verfahren zum herstellen eines solchen geraetes

Info

Publication number: DE2557603A1
Application number: DE19752557603
Authority: DE
Inventors: Sheldon J Kerbel
Original assignee: Hazeltine Corp
Current assignee: BAE Systems Aerospace Inc
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1975-12-20
Publication date: 1976-07-01
Also published as: NL179859C; JPS5917631U; FR2296306B1; US3995240A; JPS5942750Y2; JPS5189366A; NL7515032A; CA1049647A; NL179859B; GB1527245A; FR2296306A1

Description

f'cienfanwältc Dipl.-Ing. W Scherrmann Dr.-Ing. R. Rüger

7300 Essiingen (Neckar) Webergasse 3. Postfach 348

19. Dezember 197 5

Telefon

3 5 beCi Stuttgart (0711)35 65 39

^J 35 9619

Telex 07 256610 smru

Telegramme Patentschutz Esslingenneckar

riazeltlne Corporation, Green lawn, New York 11740/üSA

Akustisches Oberflächenwellengerät und Verfahren zum Herstellen eines solchen Gerätes

Die Erfindung betrifft ein akustisches Oberflächen- ' wellengerät mit einem innerhalb eines vorgegebenen Arbeitstemperatur-Bereiches eine wesentliche Abhängigkeit der Laufzeit von der Temperatur aufweisenden piezoelektrischen Substrat und mit Wandlern, durch die beim Anlegen eines elektrischen Signals akustische Oberflächenwellen längs eines vorgegebenen Pfades auf dem Substrat übertragbar sind, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Oberflächenwellengerätes.

Derartige Oberflächenwellengeräte müssen einen kleinen Temperaturkoeffizienten der Fortpflanzungs- oder Laufzeit der Oberflächenwellen aufweisen, d.h. die Laufzeit muß möglichst wenig temperaturabhängig sein. Es ist ein solches Gerät bekannt, das einen niedrigen Laufzeit-Temperaturkoeffizienten aufweist (US-PS 3 818 382) Dieses bekannte Gerät nutzt die Tatsache aus, daß ein in X-Richtung übertragender Y-Schnitt-Quarz bei einer von dem Schnittwinkel des Quarzsubstrates abhängigen Temperatur einen Nullwert des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit hat. In der genannten Patentschrift ist insbesondere daraufjhingewiesen, daß bei einem in X-Richtung übertragenden Y-Schnitt-Quarz mit einem Kristallschnittwinkel von 39,5° der Temperaturkoeffizient der Laufzeit bei einer Temperatur von 50° gleich Null ist, und daß bei einem

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Schnittwinkel von 46,5° der Nullwert des Temperaturkoeffizienten bei einer Temperatur von O C liegt. Aus dem Kurvenverlauf von Fig. 1 der Zeichnung, die der genannten Patentschrift entnommen ist, kann ersehen werden, daß eine Drehung des Schnittwinkels des Quarzkristalls weg von der Y-Achse eine Verringerung des piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten und eine Verringerung der Temperatur, bei der der Temperaturkoeffizient der Laufzeit einen Nullwert aufweist, bewirkt.

Das bekannte Oberflächenwellengerät ist damit nur in der Umgebung einer bestimmten Temperatur, die durch den Schnittwinkel des Kristalls gegeben ist, temperaturunabhängig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine akustisches Oberflächenwellengerät zu schaffen, das innerhalb eines vorzugebenden Arbeitstemperatur-Bereiches einen möglichst geringen Temperaturkoeffizienten der Laufzeit und außerdem einen möglichst großen piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten aufweist. Dabei soll insbesondere der Temperaturkoeffizient der Laufzeit ohne den Schnittwinkel des Quarzkristalls verändern zu müssen eingestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest auf einem ausgewählten Oberflächenteil des vorgegebenen Pfades eine den Nullwert des Temperaturkoeffizienten der Oberflächenwellenlaufzeit in Richtung auf den Mittelpunkt des Arbeitstemperatür-Bereiches verschiebende Ablagerung eines leitenden Werkstoffes ausgewählter Schichtstärke aufgebracht ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen in der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet.

Ein Verfahren zum Herstellen eines innerhalb eines vorgegebenen Arbeitstemperatur-Bereiches einen annehmbaren

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Temperaturkoeffizienten der Laufzeit aufweisenden akustischen Oberflächenwellengerätes unter Verwendung eines
piezoelektrischen Substrates, dessen Laufzeit in dem
vorgegebenen Bereich merklich von der Temperatur abhängt, wobei auf dem Substrat Wandler aufgebracht werden, durch die beim Anlagen eines elektrischen Signals akustische Oberflächenwellen längs eines vorgegebenen Pfades
auf dem Substrat übertragbar sind, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß zumindest in einem ausgewählten Oberflächenteil des vorgegebenen Pfades auf dem Substrat
eine Ablagerung eines leitenden Werkstoffes in ausgewählter Schichtstärke aufgebracht und dadurch die Temperatur, bei welcher der Temperaturkoeffizient der Laufzeit gleich Null ist, in Richtung auf den Mittelpunkt des Arbeitstemperatur-Bereiches verschoben wird.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Λ, 1B und 1C den piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten, den Temperaturkoeffizienten der Lauf- oder Verzögerungszeit bzw. die Temperatur des Nulltemperaturkoeffizienten eines iⁿ X-Richtung übertragenden Y-Schnitt-Quarzes in Abhängigkeit von dem Schnittwinkel P,

Fig. 2 die relative Laufzeitänderung (A L/L) in Abhängigkeit von der Temperatur,

Fig. 3 ein akustisches Oberflächenwellen-Gerät gemäß der Erfindung,

Fig. 4 die Verschiebung des Nullpunktes des Temperaturkoeffizienten in Abhängigkeit von dem mit einer metallischen Ablagerxma versehenen Oberflächenanteil und

Fig. 5 die Auswirkung einer metallischen Ablagerung auf einem ST-Schnitt-Quarzkristall.

Aus den Kurven der Fig. 1 (A, B und C), die der US-Patentschrift 3 818 382 entnommen sind, ist der Verlauf des piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten, des Temperaturkoeffizienten der Lauf- oder Verzögerungszeit bzw. der Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten eines in X-Richtung übertragenden Y-Schnitt-Quarzes in Abhängigkeit von dem Schnittwinkel θ ersichtlich, d.h. von dem Winkel um den die Schnittebene um die X-Achse gegenüber der Y-Achse gedreht ist. Aus Fig. 1 A ergibt sich, daß für Schnittwinkel oberhalb - 20 gegenüber der Y-Achse der piezoelektrische

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Kopplungskoeffizient mit zunehmendem Schnittwinkel abfällt. Aus Fig. 1 B ist ersichtlich, daß sich der Temperaturkoeffizient der Laufzeit in Abhängigkeit von dem Schnittwinkel θ verändert und daß diese Abhängigkeit für bei unterschiedlichen Temperaturen betriebene Kristalle verschieden ist. Eine Kurve 12 stellt den Verlauf des Temperaturkoeffizienten für Kristalle bei einer Temperatur von O C und eine Kurve 11 bei einer Temperatur von 50 C dar. Die beiden Kurven 11 und 12 weisen je einen unterschiedlichen Schnittv/inkel θ (Punkte 14 bzw. 13) auf, bei denen der Temperaturkoeffizient jeweils null ist. Nach dei ns-P^ 3 R18 3 82 ist es möalich, in Abhängigkeit eines für den Betrieb eines Oberflächenwellengerätes gewünschten Temperaturbereiches einen Kristall-Schnittwinkel so zu wählen, daß der Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten innerhalb des gewünschten Betriebstemperaturbereiches liegt. Mit einer solchen Auswahl des Schnittwinkels kann die Gesamtänderung der Lauf- oder Ausbreitungszeit über den vorgegebenen Temperaturbereich minimiert v/erden. Aus Fig. 1 C ist außerdem der Temperaturbereich ersichtlich, in welchem der Temperaturkoeffizient in Abhängigkeit von dem Schnittv/inkel einen Nullwert aufweist.

Es ist bekannt, ein Oberflächenwellengerät, das in einem Temperaturbereich von 0° C bis 50° C betrieben werden soll, unter Verwendung eines Substrats aus einem in X-Richtung übertragenden Y-Schnitt-Quarzes herzustellen, dessen Schnittwinkel gegenüber der Y-Achse 42,75° beträgt. Ein solcher Kristall ist in der Fachwelt unter dem Namen "ST-Schnitt-Ouarz" bekannt ge\-/orden und dieser Ausdruck wird im folgenden zur Bezeichnung eines solchen Kristallschnitts verwendet. Wie aus einer Kurve 15 in Fig. 1 ersehen werden kann, v/eist der Temperaturkoeffizient der Laufzeit eines

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ST-Quarzes einen Nullwert bei etwa 2 5 C auf. Aus Fig. 2 ist die relative Laufzeitänderung Λ L/L in Abhängigkeit von der Temperatur ersichtlich. Eine Kurve 20 stellt die angenäherte Abhängigkeit bei einem ST-Schnitt-Quarz nach der obengenannten Patentschrift dar. Es ist zu ersehen, daß die gesamte temperaturabhängige Änderung der Laufzeit innerhalb des Temperaurbereiches von O bis 50 C weniger als 25 ppm (1O~ ) beträgt.

Ein Nachteil der Verwendung eines ST-Schnitt-Quarzes für ein akustisches Oberflächenwellengerät ergibt sich aus der Kurve 17 von Fig. 1 A. Ein ST-Schnitt-Quarz mit einem Schnittwinkel von 42,75 gegenüber der Y-Achse hat einen niedrigeren piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten als ein Quarz mit einem geringeren Schnittwinkelabstand gegenüber der Y-Achse.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, daß metallische Ablagerungen auf der wellenübertragenden Oberfläche des Quarzsubstrates einen signifikanten Einfluß auf den Temperaturkoeffizienten der Laufzeit, insbesondere auf die Temperatur bei der der Koeffizient der Oberflächenwellenlaufzeit den Wert Null annimmt, haben. Es ist außerdem gefunden worden, daß der Einfluß metallischer Ablagerungen auf die Laufzeit in Bezug steht ^zu dem Anteil des Obarf lMchenwellenveaes oder -pf ades , auf dem Ablagerungen angebracht sind, und zu der Frequenz der zu übertragenden Oberflächenwellen. Die Abhängigkeit dieses Effektes von der Frequenz der Oberflächenwellen läßt sich erklären, indem der Einfluß der Dicke der Metallablagerung zu der Oberflächenwellenlänge in Bezug gesetzt wird, wie im folgenden ausführlicher erläutert wird.

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Aus Fig. 3 ist ein erfindungsgemäß hergestelltes Oberflächenwellengerät ersichtlich. Dieses Oberflächenwellengerät weist ein piezoelektrisches Substrat 32 auf, bei dem es sich im vorliegenden Fall um ein an ST-Schnitt-Quarz handelt, d.h. um einen in X-Richtung übertragenden Y-Schnitt-Quarz mit einem Schnittwinkel von 42,7 5 gegenüber der Y-Achse. Das Oberflächenwellengerät öder -Bauelement von Fig. 3 weist einen ersten (elektroakustischen) Wandlet und einen zweiten Wandler 36 auf, wobei diese beiden Wandler "Interdigital" -Wandler, insbesondere des in der US-Patentschrift 3 727 155 beschriebenen Typs, sind. Ein solcher Wandler ist mit ineinandergreifenden Anordnungen leitender Finger versehen. Das Bauelement von Fig. 3 weist außerdem eine metallische Ablagerung 38 auf, die in dem Pfad der zwischen den Wandlern 34 und 36 übertragenen Oberflächenwellen liegt.

Bekanntlich erzeugen elektrische Signale, die an die beiden Pole des Wandlers 34 angelegt werden, Oberflächenwellen, die auf den Wandler 36 entlang eines Pfades übertragen v/erden, der etwa die Breite der einzelnen Wandlerfinger aufweist. Die angenäherte Pfad- oder Weglänge der sich zwischen dem Wandler 34 und dem Wandler 36 fortpflanzenden Oberflächenwellen ist durch einen Abstand 44 zwischen der Mitte des Wandlers 34 und der Mitte des Wandlers 36 angedeutet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind etwa 75 Prozent des Oberflächenwellenpfades mit einem auf das Substrat 32 aufgebrachten metallisierten Werkstoff versehen. Etwa 50 Prozent des Pfades liegt innerhalb der Wandler und 36, worin etwa 50 Prozent des Oberflächeninhalts durch

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metallische Ablagerungen belegt sind, welche die Finger der Wandler bilden. Zwischen den beiden Wandlern 34 und 36, und damit auf den restlichen 50 Prozent des Oberflächenwellenpfades, liegt die metallische Ablagerung 38, die im wesentlichen den gesamten Oberflächeninhalt zwischen den V?andlern belegt. Hieraus ist ersichtlich, daß etwa 7 5 Prozent der Gesamtoberfläche des akustischen Oberflächenwellenpfades mit einer metallischen Ablagerung versehen sind.

Die Wandler 3 4 und 3 6 können so ausgelegt werden, daß sie mit einer ausgewählten Grundfrequenz betrieben werden, wie das in der genannten US-PS 3 727 155 beschrieben ist. Sie können außerdem so ausgebildet werden, daß sie mit einer höheren harmonischen Frequenz als die Grundfrequenz, für die sie ausgelegt sind, betreibbar sind. Sind die Wandler 34 und 36 beispielsweise so ausgelegt, daß ihre Periodizität einer akustischen Wellenlänge bei 23,8 MHZ entspricht, können sie auch mit der elften harmonischen Oberschwingung, d.h. mit der elffachen Frequenz der Grundfrequenz, mit 262 MHZ, schwingen. Aus Fig. 2 ist die temperaturabhängige Änderung der Laufzeit von sich zwischen dem Wandler 34 und dem Wandler 36 des Gerätes nach Fig. 3 fortpflanzenden Oberflächenwellen ersichtlich. Die bereits erwähnte Kurve 20 stellt die theoretische Änderung der Oberflächenwellenlaufzeit in Abhängigkeit von der Temperaturänderung für einen ST-Schnitt-Quarz entsprechend dem US-PS 3 818 382 dar. Die Kurve 20 weist einen Nullwert des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit bei einem Punkt 26 auf, der etwa 25 C entspricht. Die Kurve 22 stellt die temperaturabhängige Laufzeitänderung des Gerätes nach Fig. 3 dar, wobei die metallischen Ablagerungen aus Aluminium mit einer

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Stärke von 1 OOO A* besteht und die Frequenz 23,8 MHZ beträgt. Wie aus der Kurve 22 ersichtlich ist, hat sich der Nullpunkt 28 des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit um etwa 9° C bis 14 C verschoben. Eine Kurve 25 von Fig. 2 stellt die temperaturabhängige Änderung der Oberflächenwellenlaufzeit desselben Gerätes bei der harmonischen Oberwellenschwingung von 262 MHZ dar. Aus dieser Kurve ist ersichtlich, daß der Nullpunkt 31 des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit noch weiter um etwa -40 verschoben worden ist, was einer Gesamtverschiebung von etwa 65 C entspricht.

Die Wirkung der metallischen Ablagerung auf dem Oberflächenwellengerät von Fig. 3 ergibt sich aus den Kurven von Fig. 2. Wenn beispielsweise das Gerät von Fig. 3 mit einer Frequenz von etwa 23,8 MHZ in einem Temperaturbereich von O bis 30° C betrieben wird, so verändert sich die Laufzeit eines ST-Schnitt-Quarzes gemäß der Kurve 20 für Temperaturen in dem Bereich zwischen 0 und 10 C wesentlich mit der Temperatur. Das mit einer metallischen Ablagerung 38 versehene Gerät von Fig. 3 v/eist die durch die Kurve 22 gekennzeichnete Temperaturabhängigkeit auf, d.h. in dem Bereich von 0 bis 10 C eine wesentlich geringere temperaturabhängige Änderung der Laufzeit als der einfache ST-Schnitt-Ouarz des bekannten, der Kurve 20 entsprechenden Oberflächenwellengerätes. Aus Fig. 2 läßt sich außerdem ersehen, daß die Änderung der Laufzeit in Abhängigkeit von der Temperatur viel drastischer ist, wenn das Gerät mit den harmonischen Oberwellenfrequenzen schwingt; dies ergibt sich aus der Kurve 25, welche die temperaturabhängige Laufzeitänderung bei mit 262 MHZ betriebenem Gerät gemäß Fig. 3 darstellt. Der Nullpunkt 31 des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit im Falle von 262~MHz-Schwingungen eines Oberflächenwellengerätes mit einer metallischen Ablagerung 38 ist von etwa 25° C (dem Wert aus der US-PS 3 818 382) nach -38° C verschoben worden. Es wird

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angenommen, daß diese größere Verschiebung bei der höheren Frequenz auf die im Vergleich zu der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwellen größeren Stärke des Metallfilmes zurückzuführen ist.

Es hat sich herausgestellt, daß der vorstehend genannte Effekt proportional dem Anteil der die Oberflächenwelle übertragenden Oberfläche ist, der durch den metallischen Film oder die metallischen Teile des Wandlers abgedeckt ist. Wird die metallische Ablagerung 38 von der übertragenden Oberfläche des Gerätes nach Fig. 3 entfernt, so bleiben etwa 25% der Oberfläche durch den die Finger der beiden Wandler bildenden abgelagerten Metallfilm bedeckt. Wenn das Gerät mit 262 MHZ und ohne diese metallische Ablagerung betrieben wird, so ergibt sich die durch die Kurve 24 von Fig. 2 dargestellte Veränderung der Laufzeit in Abhängigkeit von der Temperatur. In diesem Fall liegt der Nullwert des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit bei dem Punkt 30, d.h. etwa bei 4° C.

Aus den obenstehenden Erläuterungen und aus den Kurven von Fig. 2 ergibt sich, daß der Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten der OberflächenweIlenlaufzeit für einen in X-Richtung übertragenden Y-Schnitt-Quarz durch die Anwesenheit eines metallischen Filmes auf dem Weg der Oberflächenwellen erniedrigt wird. Es ergibt sich außerdem, daß die Änderung des Nullpunktes des Laufzeit-Temperaturkoeffizienten von dem mit einem metallischen Film abgedeckten prozentualen Anteil des Fortpflanzungsweges abhängt. Aus Fig. 4 ist die Änderung des Nullpunktes des Temperaturkoeffizienten in Abhängigkeit von dem mit einer Ablagerung versehenen Anteils des Fortpflanzungspfades ersichtlich. Die Kurve 46 stellt die Änderung für den Fall einer 1000 8 starken Aluminiumschicht bei einer Frequenz von 23,8 MHZ dar. Die Kurve 5O stellt die Änderung des Nullpunktes des Temperaturkoeffizienten eines Oberf lächenwel'lengerätes mit einer 1000 S starken

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Aluminiumschicht bei einer Frequenz von 262 MHZ dar. Fig. 4 enthält außerdem Kurven, die die Verschiebung des Nullpunktes des Temperaturkoeffizienten von ST-Schnitt-Quarzsubstraten darstellen, bei denen die Stärke der Aluminiumschicht auf 3000 A erhöht worden ist. Die Kurve 48 gibt die Veränderung bei einer Frequenz von 23,8 MHZ und die Kurve 52 bei einer Frequenz von 262 MHZ wieder. Es ist ersichtlich, daß die Verschiebung des Nullpunktes des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit linear von dem Anteil des akustischen Oberflächenpfades auf dem Substrat abhängt, der mit einer Metallschicht versehen ist. Es ist außerdem ersichtlich, daß die Größe der Verschiebung mit zunehmender Stärke der Aluminiumablagerung und außerdem mit zunehmender Betriebsfrequenz ansteigt.

Um den Einfluß der Frequenz und der Stärke der Metallschicht zu analysieren, ist auch die Änderung des Nullwertes des Temperaturkoeffizienten in Abhängigkeit von der Stärke des Metallfilmes in Form von auf den metallisierten Anteil des Oberflächenwellenpfades bezogenen Oberflächfinwollenlänaen aufgezeichnet worden. Die Kurve 54 von Fig. 5 stellt den Einfluß einer metallischen Ablagerung auf einem ST-Schnitt-Quarzkristall dar. Die Kurve 56 von Fig. 5 stellt den Einfluß einer Kupferablagerung auf einem ST-Schnitt-Quarzkristall dar. Aus dieser Kurve ergibt sich, daß auf ein Substrat aufgebrachtes Kupfer einen stärkeren Einfluß ausübt als Aluminium.

Die beschriebenen Versuche sind mit einem ST-Schnitt-Quarzkristall durchgeführt worden, der einen natürlichen Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit etwa bei 25° C aufweist. Das Aufbringen von metallischen Ablagerungen auf einem ST-Schnitt-Quarzkristall bewirken eine Verringerung des Nullpunktes des Laufzeit-Temperaturkoeffizienten bis zu einem Punkt, der niedriger liegt als üblicherweise im Versuch erreichte Betriebstemperaturen. Die vorliegende Erfindung ist besonders wirksam

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bei der Herabsetzung des Nullpunktes des Laufzeit-Temperaturkoeffizienten bis zu einem üblicherweise vorgegebenen Betriebstemperaturbereich, und zwar bei Verwendung von Quarzschnitten mit einem Schnittwinkel von weniger als 42° gegenüber der Y-Achse. So wird beispielsweise ein in X-Richtung übertragender Y-Schnitt-Quarz mit einem Schnittwinkel von 3 5,15° gegenüber der Y-Achse üblicherweise für in Massenfertigung hergestellte Verzögerungsleitungen verwendet. Dieser Kristallschnitt ist als AT-Schnitt-Quarz bekannt. Wie aus der Darstellung von Fig. 1C ersichtlich, weist der AT-Schnitt-Quarz einen natürlichen Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit bei etwa 80° C auf. Wie außerdem aus der Darstellung von Fig. 1a ersichtlich, weist der AT-Schnitt-Quarzkristall einen höheren piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten als der ST-Schnitt-Ouarzkristall auf. Die Wirksamkeit einer metallischen Ablagerung auf einer akustische Wellen übertragenden Oberfläche im Sinne einer Veränderung des Nullpunktes des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit ist besonders nützlich für einen AT-Schnitt-Quarzkristall. Indem eine metallische Ablagerung mit einer zweckmäßig gewählten Schichtstärke auf einen zweckmäßig ausgesuchten Anteil des akustischen Oberflächenwellenpfades aufgebracht wird, ist es beispielsweise möglich, den Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit von 80 C auf 25° C zu erniedrigen. Außerdem ist es möglich, den Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit bei Verwendung eines einfachen Kristallschnitts auf irgendeinen vorgegebenen Temperaturwert zu verändern, indem etwa metallische Ablagerung hinzugefügt oder Weggenommen wird. In Fig. 5 ist eine Kurve 58 ersichtlich, die die Änderung des Nullpunktes des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit bei einer Ablagerung von Aluminium auf einem AT-Schnitt-Quarz darstellt. Aus dieser Kurve ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Effekt bei einem AT-Schnitt-Quarz wesentlich stärker ist als bei einem ST-Schnitt-Quarz.

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ο £ κ 7 ρ Π

Es wird angenommen, daß dieser Unterschied mit der Tatsache zusammenhängt, daß der AT-Schnitt-Quarz einen höheren piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten als der ST-Schnitt-Quarz aufweist, wie sich aus Fig. 1 ergibt.

Aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung dazu verwendet werden kann, ein akustisches Oberflächenwellengerät mit einem innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches liegenden Temperaturkoeffizienten der Laufzeit herzustellen. Dazu muß erfindungsgemäß ein in X-Richtung übertragender y-Schnitt-Quarz gewählt werden, dessen Schnittwinkel einem Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten entspricht, welcher bei einer Temperatur oberhalb der Mitteltemperatur des gewünschten Betriebsbereiches liegt. Wird beispielsweise ein akustisches Oberflächenwellengerät verlangt, das in einem Temperaturbereich von 0 bis 40 C arbeiten soll, so muß als Substrat ein in X-Richtung übertragender Y-Schnitt-Quarz mit einem Schnittwinkel von 30° C gegenüber der Y-Achse gewählt werden. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, hat dieser Quarzkristall einen natürlichen Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit bei etwa 95 C, der weit oberhalb des gewünschten Arbeitsbereiches für das Gerät liegt. Dieses Gerät würde damit in dem gewünschten Arbeitsbereich von 0 bis 40 C einen hohen Temperaturkoeffizienten aufweisen. Um den Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit des Gerätes gemäß der Erfindung herabzusetzen, muß eine entsprechend ausgewählte metallische Ablagerung im Bereich des Pfades für die Oberflächenwellen auf das Substrat aufgebracht werden. Soll das Gerät beispielsweise bei einer Frequenz von 262 MHZ arbeiten, so kann anhand der Kurve 58 von Fig. 5 ermittelt werden, daß eine 1200 R starke Aluminium-Ablagerung den Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit um etwa 150 verringert, wenn der

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gesamte Wellenpfad mit Aluminium abgedeckt ist. Sind lediglich 50% des die Oberflächenwellen übertragenden Pfades mit der Aluminium-Ablagerung bedeckt, so wird der Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit um etwa 75° C verringert. Damit ist es möglich, den Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten von 95°.C auf 20° C zu verringern. Diese Temperatur liegt innerhalb des gewünschten Arbeitsbereiches.und etwa in dessen Mitte. Diese Änderung, die durch Fig. 2 verdeutlicht wird, ergibt eine wesentliche Verringerung der Temperaturabhängigkeit der Laufzeit innerhalb des gewünschten Arbeitsbereiches.

Somit kann der Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten der Laufzeit genau eingestellt und damit die Auslegung des Oberflächenwellen-Bauelementes optimiert werden, indem metallische Ablagerung hinzugefügt oder entfernt wird.

- Patentansprüche -

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Claims

2 5 5 7 R O 3 Patentansprüche

1.' Akustisches Oberflächenwellengerät mit einem innerhalb eines vorgegebenen Arbeitstemperatur-Bereiches eine wesentliche Abhängigkeit der Laufzeit von der Temperatur aufweisenden piezoelektrischen Substrat (32) und mit Wandlern (34,36) , durch die beim Anlegen eines elektrischen Signals akustische Oberflächenwellen längs eines vorgegebenen Pfades auf dem Substrat (32) übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest auf einem ausgewählten Oberflächenteil des vorgegebenen Pfades eine den Nullwert des Temperaturkoeffizienten der Oberflächenwellenlaufzeit in Richtung auf den Mittelpunkt des Arbeitstemperatur-Bereiches verschiebende Ablagerung (38) eines leitenden Werkstoffes ausgewählter Schichtstärke aufgebracht ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicht, daß das Substrat aus einem in X-Richtung übertragenden Y-Schnitt-Quarz mit einem Schnittwinkel in der Größenordnung von 42° oder weniger besteht.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittwinkel kleiner als 39° ist.

4. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablagerung (38) aus Aluminium besteht.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablagerung (38) eine Schichtstärke von mehr als 0,0005 akustische Wellenlängen bei der Arbeitsfrequenz des Geräts aufweist.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (34,36) interdigitale Oberflächenwellenwandler sind.

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7. Verfahren zum Herstellen eines innerhalb eines vorgegebenen Arbeitstemperatur-Bereiches einen annehmbaren Temperaturkoeffizienten der Laufzeit aufweisenden akustischen Oberflächenwellengerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 6 unter Verwendung eines piezoelektrischen Substrates, dessen Laufzeit in dem vorgegebenen Bereich merklich von der Temperatur abhängt, wobei auf dem Substrat Wandler aufgebracht werden, durch die beim Anlegen eines elektrischen Signals akustische Oberflächenwellen längs eines vorgegebenen Pfades auf dem Substrat übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem ausgewählten Oberflächenteil des vorgegebenen Pfades auf dem Substrat eine Ablagerung eines leitenden Werkstoffes in ausgewählter Schichtstärke aufgebracht und dadurch die Temperatur, bei welcher der Temperaturkoeffizient der Laufzeit gleich Null ist, in Richtung auf den Mittelpunkt des Arbeitstemperatur-Bereiches verschoben wird.

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