DE69120339T2 - Elektrodenstruktur mit konstanter Geschwindigkeit und vorbestimmtem Reflexionsvermögen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf akustische Oberflächenwellenbauteile im allgemeinen und speziell auf akustische Oberflächenwellenresonatoren mit Wandlern und/oder Gittern, die eine konstante Geschwindigkeit haben bei einem Wechsel im Reflexionskoeffizienten.
• Aus dem Bereich der akustischen Oberflächenwellen ist bekannt, daß Resonatoren ein besonderes Problem in ihrer Konstruktion darstellen. Resonatoren benötigen eine konstante Geschwindigkeit in ihrer gesamten Struktur, und sie bestehen typischerweise aus ersten und zweiten reflektierenden Gittern mit zwischen den Gittern getrennt angeordneten ersten und zweiten Wandlern. Wenn diese Wandler sehr nahe nebeneinander angeordnet sind, kommt es zu elektromagnetischem Übersprechen, da die Wandler stark kapazitiv sind. Aus diesem Grund müssen sie voneinander getrennt oder voneinander elektrisch isoliert werden. Wenn sie voneinander separiert werden, entsteht eine unmetallisierte Region zwischen den beiden Wandlern. Diese Region hat nicht die gleiche Geschwindigkeit wie die metallisierten Regionen, die die Wandlerelektroden oder das reflektierende Gitter auf sich tragen. Das bedeutet, daß die nicht- metallisierte Region oder der Freiraum nicht länger auf derselben Frequenz resoniert wie die Gitter oder der Wandler. Aus diesem Grund muß der Freiraum in seiner Länge geändert werden, um die Frequenz zu stören. Das ist ein sehr komplizierter Prozeß, der aber durchgeführt werden muß, da der Freiraum ohne Elektroden eine Einfügedämpfung und Verzerrungen der Phasenantwort des Resonators verursacht.
• Infolgedessen muß in der Mitte ein Gitter hinzugefügt werden, das dann eine konstante Geschwindigkeit durch die Region verursacht, die die beiden Wandler trennt. Weiter ist es wichtig, daß das mittlere Gitter keine Reflexionen verursacht. Die Geschwindigkeit der akustischen Welle durch den Freiraum ist konstant, wenn λ/4-Elektroden für das Koppelgitter benutzt werden, aber an den Elektroden des mittleren Gitters entstehen Reflexionen. Die bekannten Splitfinger-Elektroden könnten als mittleres Gitter eingesetzt werden, und es würden keine Reflexionen auftreten. Aber dann wäre die Geschwindigkeit durch Regionen verschieden, da eine unterschiedliche Anzahl von Ecken pro gegebener Länge existieren. Bei λ/4-Elektroden sind es vier Ecken für die zwei Elektroden und eine Metallisierung im Verhältnis von 50 zu 50 der Metallisierung oder 50 % der Region ist metallisiert und 50 % freier Raum. Dieses Verhältnis von 50 zu 50 der Metallisierung zur freien Flächen bleibt erhalten, wenn Splitfinger-Elektroden eingesetzt werden, aber hier sind nun acht Reflektorecken anstelle von zwei Ecken zu berücksichtigen. Die Geschwindigkeit der akustischen Welle wird durch an den Ecken der Elektroden gespeicherte Energie beeinflußt, und die Splitfinger-Elektrode hat doppelt so viele Ecken. Infolgedessen ist die Geschwindigkeit durch die Splitfinger-Elektroden verschieden von der Geschwindigkeit durch eine Struktur, die λ/4-Elektroden hat.
• Weiterhin ist von solchen Resonatoren bekannt, daß diese Resonatoren meistens aus gleichmäßig verteilten Reflektoren aufgebaut sind. Beispielsweise können alle Elektroden eine Weite von λ/4 aufweisen, und durch λ/4 weite Freiflächen voneinander getrennt sein. Die Reflexionscharakteristik eines gleichmäßig aufgebauten Reflektors weist relativ starke Seitenzipfel und eine große Einfügedämpfung auf. Um diese Nachteile zu mindern, werden zurücknehmend gewichtete Reflektorgitter benutzt. Zurücknehmende Gewichtung bezeichnet das selektive Auslassen oder Zurücknehmen von reflektiven Elementen oder Elektroden. Eine angemessen gewichtete Zurücknahme verursacht eine Reduktion der Reflexionsseitenzipfel. Jedoch ändert sich die Geschwindigkeit durch das Gitter, sobald einige der Elektrodenfinger oder -elemente hinweggenommen werden, was Verzerrungen und Einfügedämpfung erzeugt. Um diese Nachteile des Standes der Technik auszugleichen, werden die verbleibenden Elektroden verschoben oder an einen anderen Ort auf dem Substrat bewegt, um die fehlenden Elektroden zu ersetzen. Aber um zu bestimmen, wo die Elektroden nun zu positionieren sind, muß man die akustische Geschwindigkeit auf der freien Flächen im Vergleich zu der auf der metallisierten Fläche kennen, und diese Berechnungen werden sehr kompliziert und eine präzise Plazierung der Elektroden ist fast unmöglich. Ferner befinden sich die Elektroden nun nicht länger auf einem gleichmäßig geteilten Gitterraster, weil sie in ihren Positionen nichtlinear variieren mit der Folge, daß es unmöglich ist, diese Masken mit einem E Beam-Verfahren herzustellen. E-Beam-Systeme sind gut bekannter Stand der Technik und enthalten üblicherweise einen Elektronenstrahl, der das erwünschte Muster auf eine fotografisch empfindliche Schicht aufträgt. Der E-Beam operiert digital auf einem Gittersystem. Weiterhin müssen für jedes unterschiedliche Metall, das in Einsatz kommt, oder mit dem Wechsel eines Metalls in seiner Dicke neue Berechnungen durchgeführt werden, da verschiedene Metalle oder verschiedene Stärken unterschiedliche Geschwindigkeiten erzeugen, und daher eine separate Maske für jeden unterschiedlichen Metalltyp oder Metalldicke geschaffen werden muß.
• US-A-4731595 offenbart einen akustischen Oberflächenwellenresonator mit einer resonierenden Freifläche, die auf einem Substrat zwischen einem Wandler und dem mit ihm in Verbindung stehenden Strichgitter gebildet wird.
• US-A-4281301 offenbart eine Elektrodenstruktur zur Anwendung in Wandlern und Strichgittern in einem akustischen Oberflächenwellenbauteil mit der Wellenlänge λ der akustischen Wellen, einer Struktur, die keine Reflexionen aufweist und die die akustische Wellengeschwindigkeit einer Elektrodenstruktur mit gleichmäßig verteilt zwei Elektroden pro Wellenlänge und einem Verhältnis von Metallisierung zu freiem Raum von 50 zu 50 aufweist. Die Elektrodenstruktur schließt ein piezoelektrisches Substrat ein, nur vier räumlich getrennte Elektroden auf dem Substrat auf je 2λ Elektrodenstrukturlänge, einem durchschnittlichen Verhältnis von Metall zu freier Fläche von 50 zu 50 über je 2λ Länge der Elektrodenstruktur. Gemäß einem dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine solche Elektrodenstruktur durch die ersten beiden Elektroden mit identischen Weiten und einem Mittellinenabstand von 3/4λ gekennzeichnet, um eine Wellenauslöschung zwischen den ersten beiden Elektroden zu bewirken, und einem zweiten Paar von Elektroden mit identischer Weite, die sich vom ersten Paar von Elektroden unterscheiden, und einem Mittellinienabstand von λ/4, um eine Auslöschung der Wellen zwischen den zweiten zwei Elektroden zu erreichen, um eine wiederholbare Elektrodenstruktur zu erhalten.
• Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Elektrode zum Formen einer Elektrodenstruktur für den Gebrauch in Wandlern und Strichgittern in einem akustischen Oberflächenwellenbauteil nach Anspruch 14 bereitzustellen.
• Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile des Standes der Technik, indem sie eine Methode und eine Vorrichtung zum Formen einer Elektrodenstruktur zur Benutzung in Wandlern und reflektiven Strichgittern in einem akustischen Oberflächenwellenbauteil offenbart, der eine konstante Geschwindigkeit und kein Reflexionsvermögen aufweist.
• Um eine solche akustische Oberflächenwellenstruktur ohne Reflexionen mit konstanter Geschwindigkeit aufzubauen, wird eine Vielzahl von Elektroden aus jeweils nur vier räumlich getrennten Elektroden mit jeweils 2λ Strukturlänge auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnet. Die ersten zwei Elektroden haben einen Mittellinienabstand von 3/4λ, um eine Wellenauslöschung zwischen den ersten beiden Elektroden zu bewirken, und die zweiten zwei Elektroden haben einen Mittellinienabstand von λ/4, um einen Wellenauslöschung zwischen den zweiten zwei Elektroden zu bewirken, wobei sie eine Elektrodenstruktur mit konstanter Geschwindigkeit und ohne Reflexionsvermögen schaffen. Die Struktur hat eine konstante Geschwindigkeit, weil, über die gesamte Elektrodenstruktur gesehen, nur zwei Elektroden pro Wellenlänge λ benutzt werden. Daher ist sie akustisch gleichwertig mit einer gleichförmigen λ/4-Struktur. Sie hat ein Verhältnis von Metall zu freier Fläche von 50 zu 50 und dieselbe Anzahl von Elektrodenecken wie die Struktur mit zwei Elektroden pro Wellenlänge. Aus diesem Grund ist die Geschwindigkeit durch die Struktur konstant. Es treten keine Reflexionen auf, da die ersten zwei Elektroden eines jeden 2λ-Abschnittes der Struktur eine Weite von 3/8λ aufweisen und 3/8λ voneinander durch freien Raum getrennt sind. So ergibt sich für die Umlaufdistanz vom Mittelpunkt einer Elektrode zu dem der anderen eine Distanz von 12λ/8 oder 6λ/4 oder eine und eine halbe Wellenlänge. Da es sich hierbei um ein ungeradzahliges Vielfaches handelt, gerät die reflektierte Welle im Vergleich zur transmittierten Welle in Gegenphase und löscht sie aus. In gleicher Weise ergibt sich für den Mittelpunktsabstand der Zwischenräume der zweiten zwei Elektroden in jedem 2λ Abstand der Struktur als Ergebnis λ/4 oder eine viertel Wellenlänge. Daher ist die Umlaufdistanz λ/2 oder eine halbe Wellenlänge, und dieses verursacht, daß die reflektierte Welle in Bezug auf die transmittierte Welle in Gegenphase ist, und die beiden Wellen sich so gegenseitig auslöschen. Infolgedessen hat diese Struktur eine Geschwindigkeitsdarstellung äquivalent zur Geschwindigkeitskarstellung einer Struktur mit zwei Elektroden pro Wellenlänge, aber sie hat im Gegensatz zu der Struktur mit zwei Elektroden pro Wellenlänge kein Reflexionsvermögen. Der Aufbau dieser Struktur kann entweder in Strichgittern oder Wandlern benutzt werden, um nichtreflektierende Strichgitter oder nichtreflektierende Wandler oder beides zu erzeugen, wobei beide über die gesamte Struktur gesehen eine konstante Geschwindigkeit haben. Die beiden λ/4-Freiflächen sind nicht kritisch und die beiden λ/8-Elektroden können als Einheit leicht nach rechts oder nach links verschoben werden, ohne daß sich die Resultate ändern.
• Als Hilfe beim Verstehen einer Ausführungsform der Erfindung ist es bedeutsam, daß die Struktur dort, wo es wünschenswert ist, einen Wandler oder ein Strichgitter mit variabler Reflektivität hat wie im Fall von äußeren Strichgittern, wo ein allmählich abnehmendes Reflexionsvermögen zur Reduzierung der Seitenzipfel und der Einfügedämpfung wünschenswert ist, so ausgerichtet wird, daß zwei Elektroden auf eine Wellenlänge kommen, wie im Fall einer Struktur mit Viertel- Wellenlängen- Elektroden, mit Ausnahme, daß in diesem Fall die erste Elektrode 3/8λ weit und die zweite Elektrode λ/8 weit ist, mit Zwischenräumen von λ/4 zwischen diesen Elektroden. Die Weite der beiden Elektroden kann während des Aufbaus gleichzeitig verändert werden, um das Reflexionsvermögen zu variieren. So kann die Weite der ersten Elektrode von 3/8λ bis λ/4 verändert werden, und die Weite der zweiten Elektrode kann umgekehrt von λ/8 bis auf λ/4 variiert werden. Es ist bekannt, daß bei einer gegebenen Strecke einer Elektrodenstruktur unter Verwendung von Viertel-Wellenlängen-Elektroden mit Zwischenräumen das Reflexionsvermögen eine Sinuskurve approximiert. So ergibt sich unter Verwendung von 1/4-Wellenlängen-Elektroden der Sinus von 90º gleich 1, und das Reflexionsvermögen hat sein Maximum erreicht. Jedoch nimmt die Reflexion auf jeder Seite von λ/4 ab. Auf diese Weise wird das Reflexionsvermögen auf 0,707 ( 2/2, das entspricht einem Winkel von 135º (45º)) reduziert, indem die erste Elektrode eine Weite von 3/8λ erhält. In gleicher Weise wird das Reflexionsvermögen wiederum auf 0,707 (entspricht 2/2) erniedrigt, indem die zweite Elektrode mit einer Weite von λ/8 (45º) ausgestattet wird. Wird nun die erste Elektrode in ihrer Weite zwischen 3/8λ und λ/4 variiert, während gleichzeitig die zweite Elektrode umgekehrt im Bereich der Weite von λ/8 mit λ/4 variiert wird, kann also das Reflexionsvermögen einer gegebenen Länge reduziert werden auf einen beliebigen Wert zwischen einem Maximum und dem 0,707-fachen des Maximums. In dieser Weise kann eine Elektrodenstruktur des erwünschten Reflexionsvermögens entwickelt werden.
• In der Kombination einer nicht reflexiven Struktur mit einer Struktur variablen Reflexionsvermögens erreicht man größere Kontrolle über den Betrag an Reflexionsvermögen eines Wandlers oder eines Strichgitters und so jede angestrebte allmähliche Abnahme des Reflexionsvermögens.
• In den beigefügten Abbildungen zeigt
• Fig. 1 einen Resonator nach dem Stand der Technik in schematischer Darstellung;
• Fig. 2 einen Koppelresonator nach dem Stand der Technik in schematischer Darstellung;
• Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch einen Bereich einer Elektrodenstruktur, in welcher vier Elektroden auf einer Länge von zwei Wellenlängen benutzt werden, wobei die ersten zwei Elektroden eine Weite von je 3/8λ und die zweiten zwei Elektroden jeweils eine Weite von λ/8 aufweisen und so eine Struktur ohne Reflexion mit konstanter Geschwindigkeit durch die gesamte Struktur erzeugen;
• Fig. 4 einen Graph, der das Reflexionsvermögen von λ/4-Elektroden nach dem Stand der Technik darstellt, durch eine gestrichelte Linie ein Beispiel für einen gewünschten Reflexionsverlauf angibt, der durch Verjüngung des Strichgitters mit nachgebender Gewichtung erreicht wird, und das Reflexionsvermögen einer einzelnen Elektrode;
• Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Resonators nach dem Stand der Technik, in welchem die äußeren Strichgitter nachgebend gewichtet worden sind, um ein gewichtetes Reflexionsvermögen zu erreichen; und
• Fig. 6 eine schematische Darstellung eines 2λ Abschnittes von Elektrodenstrukturen, worin Viertel-Wellenlängen-Elektroden und freie Räume nach dem Stand der Technik mit einem 2λ Abstand einer Elektrodenstruktur verglichen werden, die nützlich zum Verständnis einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist, indem sie ein vorbestimmtes Reflexionsvermögen vorsieht und die erste Elektrode je einer Wellenlänge mit einer Weite von 3/8λ besitzt und die zweite Elektrode mit einer Weite von λ/8 zeigt, und die ersten und zweiten Elektrode einen Mittellinienabstand von λ/2 aufweisen.
• Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Resonators nach dem Stand der Technik 10, der zwei Wandler 12 und 14 zeigt, die zwei äußere reflektive Strichgitter 16 und 18 voneinander trennen. Ein Hohlraum oder eine Freiraumfläche 19 trennt die beiden Wandler 12 und 14. Wenn die beiden Wandler 12 und 14 mit angrenzender Beziehung zueinander plaziert werden könnten, so wäre die Geschwindigkeit durch die gesamte Struktur, in Fig. 1, konstant, was wünschenswert ist. Wenn die Wandler 12 und 14 aber in angrenzender Beziehung oder nahe aneinander plaziert werden, dann existiert starkes elektromagnetisches Übersprechen, da die Wandler 12, 14 stark kapazitiv sind. Aus diesem Grund müssen sie voneinander getrennt oder elektrisch isoliert werden. Wenn das geschieht, wird im Zentrum des Bauteils die unmetallisierte Fläche 19 geschaffen. Die Region 19 wird nicht dieselbe Geschwindigkeit haben wie die teilweise metallisierten Oberflächen, auf denen die Wandler 12, 14 und die Strichgitter 16, 18 positioniert sind. Der Wechsel in der Geschwindigkeit hat zur Folge, daß die Resonanzfrequenz der Freifläche 18 nicht mit der Resonanzfrequenz der Strichgitter und der Wandler zusammenfällt, was eine gestiegene Einfügedämpfung und Verzerrung in der Phasenantwort verursacht. Um die Unterschiede in der Geschwindigkeit auszugleichen, ist es notwendig, die Zwischenraumdistanz 19 so zu ändern, daß sie kein Vielfaches von λ/4 ist. Das erfordert jedoch die exakte Kenntnis, um wieviel sich die Geschwindigkeit durch das Auftreten der unmetallisierten Region 19 geändert hat. Die Struktur ist nicht länger periodisch, und die Änderung der Länge des Freiraumes kann durch geeignete Einstellung der Länge des Freiraumes durch geeignete Positionierung der Elektroden kompensiert werden. Eine solche Technik ist jedoch sehr kompliziert und unpräzise und hängt von der Dicke des Metalls ab und von der Kenntnis, wie weit die Elektroden zu verschieben sind.
• Ein anderer Weg zur Kompensation der durch die Region freier Fläche 19 verursachten Geschwindigkeitsänderung plaziert ein Strichgitter in dem Freiraum 19, um eine konstante Geschwindigkeit in dieser Region zu erzeugen. Ein λ/4 Strichgitter weist jedoch ein starkes Reflexionsvermögen auf und muß daher für den Betrieb mit einer anderen Frequenz als die der reflektierenden Strichgitter 16, 18 ausgelegt werden. Infolgedessen wird es beispielsweise bei einer höheren oder tieferen Frequenz mit einer Abweichung von ca. 20 % ausgelegt, um die durch Reflexionen am Strichgitter entstehenden Verzerrungen zu minimieren. Die Struktur paßt nicht länger in ein festes Koordinatengitter, und sie weist noch einiges Reflexionsvermögen auf. Wenn die Frequenz zu stark geändert worden ist, ist die Geschwindigkeit auch nicht länger konstant.
• Das gleiche Problem tritt bei nach dem Stand der Technik aufgebauten gekoppelten Resonatoren auf, wie sie in Fig. 2 gezeigt werden. In einem gekoppelten Resonator ist das ideale mittlere Strichgitter 20 plaziert im freien Zwischenraum zwischen den Wandlern 12, 14. Die Aufgabe des mittleren Strichgitters 20 zwischen den Wandlern 12, 14 ist, die Wandler 12, 14 elektrisch voneinander zu separieren und nun eine konstante akustische Geschwindigkeit in der Region zwischen den Wandlern 12, 14 ohne Reflexionen zu erreichen.
• Weiter kann es in den beiden Resonatoren nach Fig. 1, und dem gekoppelten Resonator nach Fig. 2 wünschenswert sein, das Reflexionsvermögen der äußeren Strichgitter 16, 18 allmählich zu reduzieren, um die Amplitude des Seitenzipfels und die Phasenverzerrung zu reduzieren. Nach dem Stand der Technik wird dieses getan durch gewichtete Rücknahme der Elektroden. Infolgedessen werden einige der Elektroden physikalisch an ihren normalen Positionen auf dem Substrat ausgelassen. Sobald jedoch Elektroden ausgelassen werden und damit freie Flächen auf dem Substrat erzeugt werden, ändert sich die Geschwindigkeit des akustischen Signals durch das Strichgitter. Es ist sehr schwierig zu wissen, wie durch Anordnen von Zwischenräumen zwischen den Elektroden hier ein Ausgleich geschaffen werden kann, da sich die Geschwindigkeit mit Dicke, Typ, Weite und Plazierung der Elektroden ändert. Man muß wissen, wie die Geschwindigkeit durch die Metallelektroden beeinflußt wird, und wie die Geschwindigkeit sich mit der Dicke des Metalls ändert, um die Elektroden angemessen zu plazieren. Das muß experimentell ausgemessen werden und ist keine akkurate Vorgehensweise., Sobald diese Berechnungen durchgeführt worden sind und eine Produktionsmaske für eine festgelegte Metalldicke gefertigt worden ist, muß die gesamte Maske neu geschaffen werden, um ein Optimum der Leistungsfähigkeit zu erreichen, falls die Metalidicke geändert wird, oder ein anderes Metall zum Einsatz kommen soll.
• Die vorliegende Erfindung überwindet diese Nachteile des Standes der Technik, indem sie Elektrodenstrukturen vorsieht, die einen Reflexionskoeffizienten K = 0 bereitstellen und nun wird die Geschwindigkeit durch die Struktur konstant gehalten. Die Erfindung schafft die Fähigkeit, Reflexionen komplett zu eleminieren, wobei eine konstante Geschwindigkeit durch die Elektrodenstruktur beibehalten wird.
• In Fig. 3 wird eine 2λ lange Elektrodenstruktur nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dieser Struktur ist das Reflexionsvermögen völlig eliminiert worden, wobei die Geschwindigkeit in der Struktur konstant gehalten wurde, demzufolge ist der Reflexionskoeffizient K gleich Null. In der typischen Struktur mit zwei Elektroden je Wellenlängenausdehnung, die normalerweise für Resonatorwandler und Strichgitter eingesetzt wird, herrscht eine besondere Geschwindigkeit, da der Metallisationsgrad des Substrates 50 zu 50 beträgt und die Zahl der Elektrodenecken acht Ecken pro 2λ Distanz beträgt. In der in Fig. 3 dargestellten Struktur sind diese Charakteristika nicht geändert worden. Die Metallisation bedeckt immer noch eine Hälfte der Strukturfläche, und die freie Fläche nimmt die andere Hälfte ein. Es sind auch immer noch vier Elektroden mit acht Ecken in einer Distanz von 2λ. Demzufolge ist die Geschwindigkeit unverändert und konstant durch die gesamte Struktur. Jedoch haben die ersten zwei Elektroden eine Weite von 3/8λ und werden durch einen Freiraum von 3/8λ voneinander getrennt. Infolgedessen ist der Mittelpunktlinienabstand der ersten zwei Elektroden 22 und 24 6/8λ. Eine sich von der ersten Elektrode (22) zur zweiten Elektrode (24) ausbreitende akustische Welle, die reflektiert wird, wird einen Gesamtweg von 2 x 6/8λ oder 12/8λ oder 1 1/2λ zurücklegen. Das bedeutet, daß die reflektierte Welle an ihrem Ursprung ankommt mit 180º Phasenverschiebung zur übertragenen Welle, die sich damit auslöscht. In gleicher Weise haben die zweiten zwei Elektroden 26 und 28 eine Weite von λ/8 und sind voneinander getrennt durch einen freien Raum von λ/8. Daher legt eine übertragene Welle ausgehend von der Elektrode 26 und sich fortbewegend zur Elektrode 28 und reflektierend zu ihrem Ursprung, eine Distanz von 2 x λ/4 oder λ/2 zurück. Das ist wiederum die Hälfte einer Schwingungsperiode, und die reflektierte Welle ist in Gegenphase zur übertragenen Welle und löscht sie aus. Infolgedessen hat die Struktur nach Fig. 3 einen Reflexionskoeffizienten K = 0 und löscht jede Reflexion vollständig aus und hat nun die gleiche Geschwindigkeit wie ein Wandler mit zwei Elektroden pro Wellenlänge, weil sie das gleiche Verhältnis von Metallisierung zu freier Oberflächenfläche und die gleiche Anzahl von Elektrodenecken aufweist, welche Energie speichern. Eine solche Struktur kann über die gesamte Länge eines Strichgitters oder Wandlers unbegrenzt fortgesetzt werden und bewirkt, daß die gesamte Struktur nichtreflektierend ist, falls erwünscht, oder kann in Verfahren zurücknehmender Gewichtung benutzt werden, indem selektiv einige der Elektrodenreflexionen zu Null gesetzt werden und so effektiv aus der Elektrodenstruktur entfernt werden, soweit Reflexionen betroffen sind, obgleich sie für physikalisch in der Struktur belassen werden, um eine konstante Geschwindigkeit durch die Struktur zu erhalten. Dieses ist nicht nur leicht physikalisch zustandezubringen und erlaubt jede vorbestimmte Variation des Reflexionsvermögens wie gewünscht, sondern liefert Resultate, die mit denen der zurücknehmenden Gewichtung vergleichbar sind. Es gestattet ferner, daß die Masken unter Benutzung der bekannten E-Beam- Technik gefertigt werden, da alle Elektroden auf festen Gitterpositionen liegen, infolgedessen digital in Schritten von einer Position zur nächsten die Elektrodenformen durchschritten werden kann. Nach dem Stand der Technik ist dieses nicht möglich, weil bei Einstellung durch nachgebende Gewichtung die Zwischenräumen irregulär werden und Intervalle entstehen, welche keine Vielfachen von λ/8 sind.
• Infolgedessen hat die Struktur, die in Fig. 3 dargestellt ist, vielfache Vorteile. Sie kann beispielsweise eingesetzt werden für das mittlere Strichgitter in einem Resonator nach Fig. 1 oder dem Resonator nach Fig. 2, wo eine konstante Geschwindigkeit im freien Raum 19 benötigt wird, und außerdem keine Reflexionen erwünscht sind. Weiterhin ist es in dem gekoppelten Resonator nach Fig. 2 wichtig, daß die Wandler 12 und 14 keine Reflexionen haben. Solche Wandler und Strichgitter können dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm entsprechend gestaltet werden, und die erwünschten Ausführungen werden erreicht.
• Fig. 4A zeigt eine Elektrodenstruktur 30 mit gleichförmigen Weiten von Elektroden und Freiräumen. Die Kurve 32 in Fig. 4B ist eine grafische Darstellung der gleichmäßigen Reflexion der Gruppe von Elektroden (30), die in Fig. 4A dargestellt werden. Fig. 4C zeigt das Reflexionsvermögen einer einzelnen Elektrode. Es wird in Fig. 4C festgehalten, daß die Wellenform 33, die das Reflexionsvermögen einer einzelnen Elektrode darstellt, sinusförmig ist. Bei einem Winkel von 90º oder λ/4, wie bezeichnet durch den Punkt 34, ist das Reflexionsvermögen der Elektrode bei ihrem Maximalpunkt. Bei λ/8 oder 45º ist das Reflexionsvermögen auf einen Wert von 0,707 oder 2/2 abgesunken. In gleicher Weise ist das Reflexionsvermögen bei 3/8λ oder 135º auf 0,707 oder 2/2 reduziert worden. Infolgedessen zeigt Fig. 4C, daß, wenn die individuellen Elektrodenbreiten auf λ/8 geändert werden, das Reflexionsvermögen von dem Maximalwert, der erhalten wird, wenn die Elektrode eine Weite von λ/4 besitzt, herabsinkt. Wenn die Elektrode in ihrer Größe auf 3/8λ zunimmt, nimmt das Reflexionsvermögen der Elektrode wiederum in gleicher Weise bis auf 0,707 ab. Es kann wünschenswert sein, wie bereits angemerkt, die Reflexion der äußeren Strichgitter durch gewichtete Rücknahme einzustellen, um ein Reflexionsvermögen zu erhalten, das allmählich zurückgeht, anstatt daß es einen konstanten Wert hat, wie durch die Welle der Form 32 in Fig. 4B dargestellt. In Fig. 4B wird durch die gestrichelte Linie 36 eine Wellenform dargestellt, welche eine allmählich abnehmende Wellenform der Reflexion der Strichgitterstruktur 30 darstellt, die erwünscht sein mag und durch nachgebende Gewichtung erhalten werden kann. Andere allmählich abnehmende Werte können für verschiedene Umstände wünschenswert sein, und der in Fig. 4B dargestellte dient lediglich der Illustration.
• Um eine Wellenform wie gezeigt durch die Wellenform 36 in Fig. 4B durch den Stand der Technik zu erreichen, kann der in Fig. 5 gezeigte Resonator äußere Strichgitter 16 und 18 haben, so eingestellt, daß an vorbestimmten Stellen 15 Elektroden über die Länge fehlen, wodurch das gewünschte Reflexionsmuster erzeugt wird. Die zurücknehmende Gewichtung erreicht eine einheitliche Bandweite für die Struktur, wenn sie sauber durchgeführt wird. Das Problem ist jedoch, wie bereits früher ausgeführt, zu bestimmen, wo die verbleibenden Elektroden plaziert werden, wenn bestimmte Elektroden ausgelassen worden sind, weil die Geschwindigkeit sich in den freien Räumen ändert. Es ist sehr schwierig, solche Elektrodenplazierungen zu berechnen, wie in dem Artikel von "Zurücknehmend gewichtete Reflektoren nutzende Sägezahnresonatoren" (Saw Resonators Utilizing Withdrawal Weighted Reflectors), IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, vol. SU-26, Nr. 6, Nov. 1979, S. 404 ff. von Tanski gezeigt wird.
• Die neuartige Elektrodenstruktur mit K = 0, bzw. keiner Reflexion, wie in Fig. 3 gezeigt, kann vorteilhafterweise in der Resonatorstruktur von Fig. 5 eingesetzt werden, weil die Elektroden effektiv aus der Wandlerstruktur beseitigt werden, insofern, als das Reflexionsvermögen betrachtet wird, dadurch, daß ihr Reflexionsvermögen auf 0 reduziert wird. Zugleich wird jedoch eine konstante Geschwindigkeit durch das Strichgitter dadurch beibehalten, daß die Elektroden physikalisch anwesend bleiben. Falls eine tatsächliche Änderung der Reflexion über die gesamte Elektrodenstruktur in gewissem Maße gewünscht wird, kann eine Strichgitterstruktur ferner, wie in Fig. 6B gezeigt, mit Fig. 3 kombiniert werden, um jedes gewünschte allmählich abnehmendes Reflexionsvermögen der äußeren Strichgitter ohne jede Änderung der Geschwindigkeit zu erreichen.
• Fig. 6A zeigt eine typische einheitlich mit Freiräumen versehene λ/4-Elektrodenstruktur. Es wird darauf hingewiesen, daß jede Elektrode die identische Weite von λ/4 hat, und von seinem Nachbarn in einer Weite von λ/4 getrennt ist. Bei diesem Typ von Elektrodenstruktur befindet sich die Reflexion auf ihrem Maximum, wie der Punkt 34 in Fig. 4C zeigt. Wenn man jedoch eine der ersten Elektroden in der Weite zunehmen läßt, während die nächste entsprechend in ihrer Weite abnimmt, wird als Ergebnis das Reflexionsvermögen ohne Änderung der Geschwindigkeit herabgesetzt. Wie anhand von Fig. 6B, welche beim Verstehen einer Ausführungsform der Erfindung helfen soll, gesehen werden kann, sind vier Elektroden 38, 40, 42 und 44 in einem 2λ-Abstand angeordnet, wobei zwei aufeinanderfolgende Elektroden 38, 40 und 42, 44 jede im Bereich einer einzigen Wellenlänge, λ, auftreten. Es sei darauf hingewiesen, daß die Anzahl der Elektroden und damit die Zahl der Ecken selbstverständlich im Vergleich zu denen in Fig. 6A nicht geändert worden sind. In gleicher Weise wurde das Benutzungsverhältnis von freier Fläche zu Metall nicht geändert. In Fig. 6A bedecken die ersten zwei Elektroden 46 und 48 eine halbe Wellenlänge, während die Freiflächen 50 und 52 ebenfalls eine halbe Wellenlänge abdecken. In Fig. 6B bedecken die beiden Elektroden 38 und 40 zusammen- eine halbe Wellenlänge, während die zwei Zwischenräume 54 und 56 zusammengezogen eine halbe Wellenlänge abdecken. Infolgedessen hat sich die Geschwindigkeit der Struktur in Fig. 6B gegenüber der Struktur 6A nicht geändert. Jedoch hat sie nun eine Reflexion von 0,707 oder 2/2, wie durch Punkt 58 in Fig. 4C gezeigt wird, da die Elektrode 38 eine Weite von 3/8λ hat. In gleicher Weise hat die Elektrode 40 ihre Weite auf λ/8 reduziert, und hat nun eine Reflexion von 0,707 oder 2/2, wie durch Punkt (60) in Fig. 4C gekennzeichnet ist. Infolgedessen ist das Reflexionsvermögen der Struktur, die in Fig. 6A gezeigt wird, bei seinem Maximalwert, während das Reflexionsvermögen der Struktur aus Fig. 6B auf einen Wert von 0,707 des Maximums reduziert worden ist, aber die Geschwindigkeit sich nicht geändert hat.
• Das Reflexionsvermögen kann natürlich durch Einstellen der Weiten der zwei Elektroden jeweils in dem Bereich von λ/4 bis 3λ/8 und von λ/4 bis λ/8 auf jeden Wert zwischen dem Maximum und 0,707 vom Maximum vorher festgelegt werden. Wie aus Fig. 4C ersehen werden kann, könnte das Reflexionsvermögen auch unter 0,707 eingestellt werden, was Elektrodendicken von weniger als λ/8 und mehr 3λ/8 verursachen würde. Dann müssen jedoch andere Überlegungen mit in Betracht gezogen werden.
• Auf diese Weise kann durch Kombination der Elektrodenstrukturen aus Fig. 3 und Fig. 6B ein reflektives Strichgitter zurücknehmend gewichtet werden und auf jede bestimmte Reflexionskurve einfach dadurch zurechtgeschnitten werden, daß irgendeine gewünschte Kombination aus den Strukturen aus Fig. 3 und Fig. 6B verwendet wird. Die Struktur aus Fig. 3 wird kein Reflexionsvermögen, aber eine konstante Geschwindigkeit haben, wobei die Struktur aus Fig. 6B eine konstante Geschwindigkeit haben wird und auf jedes gewünschte Reflexionsvermögen zwischen dem Maximum bei Punkt 34 in Fig. 4C und 2/2, oder λ/8 und 3λ/8 Elektroden, zurechtgeschnitten werden kann, um eine Antwort zu geben, die der Entwickler wünscht. Wie vorausgehend festgestellt, würde durch eine weitere Abnahme der Weite der schmaleren Elektrode 40 über λ/8 hinaus und entsprechend weiteres Anwachsen der breiteren 3/8λ Elektrode 38 das resultierende Reflexionsvermögen sich weiter auf der in Fig. 4C gezeigten Kurve 32 hinabbewegen. Es entstehen jedoch Komplikationen, wenn Elektrodenweiten unter λ/8 benutzt werden.
• Einer der Vorteile der Benutzung einer Schaltung nach Fig. 3, um einen Reflexionskoeffizienten von K = 0 bereitzustellen, ist, daß die Wandlerelektroden für maximale Kupplung an der Stelle der Spitze der stehenden Welle plaziert werden können. Generell werden die Elektroden außerhalb des Zentrums der Spitze der stehenden Welle geordnet, um Verzerrungen der Antwort zu reduzieren, da die Wandlerelektroden ein Reflexionsvermögen haben. Durch die vorliegende Erfindung können die Elektroden im Zentrum der Spitze der stehenden Welle für maximale Kopplung angeordnet werden, da sie keine Reflexionen aufweisen. Demzufolge erreicht die Struktur die gleichen Ergebnisse wie Split-Finger Elektroden ohne die Notwendigkeit, die Länge des Freiraumes zu ändern.
• Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Konstruktion von Elektrodenstrukturen, die kein Reflexionsvermögen aufweisen, wobei eine konstante Geschwindigkeit erhalten bleibt. Diese Merkmale ergeben eine große Menge an Vorzügen bei der Entwicklung von Resonatoren und gekoppelten Resonatoren. Wandler können hergestellt werden für Resonatoren ohne Reflexionsvermögen, und mittlere Strichgitter können dann für maximale Kopplung auf den Spitzen der stehenden Wellen plaziert werden. Äußere Strichgitter können leicht so zugeschnitten werden, daß sie eine erwünschte allmählich nachlassende Reflexionsneigung erzeugen mit dem Ziel, daß Seitenzipfel und Phasenverzerrungen reduziert werden. Weiterhin variiert das Elektrodenmuster nicht mit einem Wechsel der Metallisierung oder der Metalldicke. Ferner kann ein E-beam-Verfahren zur Produktion der Masken eingesetzt werden.

Claims (15)

1. Eine Elektrodenstruktur (20) für den Gebrauch in Wandlern (12, 14) und Strichgittern (16, 18) in akkustischen Oberflächenwellenbauteilen, mit der Wellenlänge der akkustischen Welle λ, keinem Reflexionsvermögen der Struktur und der Geschwindigkeit der akkustischen Welle von einheitlich zwei Elektroden pro Wellenlänge, einem 50 zu 50 Metallasierung-zu-Freiflächen-Verhältnis der Elektrodenstruktur; die Elektrodenstruktur schließt ein piezoelektrisches Substrat ein; nur vier räumlich getrennte Elektroden (20, 24, 26, 28) auf dem Substrat auf jeweils 2 λ Elektrodenstrukturlänge; einem durchschnittlichen Verhältnis von Metall-zu-freier-Fläche von 50 zu 50 über jeweils 2λ Elektrodenstrukturlänge; wobei die Elektrodenstruktur gekennzeichnet dadurch ist, daß die ersten zwei Elektroden (22, 24) identische Weiten und einen Mittellinienabstand von 3/4λ zur Auslöschung der Wellen zwischen den ersten zwei Elektroden (22, 24) aufweisen; und die zweiten zwei Elektroden identische Weiten haben, im Unterschied zu den ersten beiden Elektroden, und einen Mittellinienabstand λ/4 zur Wellenauslöschung zwischen den zweiten zwei Elektroden (26, 28), um eine wiederholbare Elektrodenstruktur zu erzeugen.

2. Eine Elektrodenstruktur nach Anspruch 1, worin die Weite jeder der ersten zwei Elektroden (22, 24) 3/8λ beträgt, und die Weite jeder der zweiten zwei Elektroden (26, 28) λ/8 beträgt.

3. Eine Elektrodenstruktur nach Anspruch 2, wobei der Freiraum zwischen den ersten zwei Elektroden (22, 24) 3/8 λ beträgt, der Freiraum zwischen den ersten zwei Elektroden (22, 24) und den zweiten zwei Elektroden (26, 28) λ/4 beträgt; und der Freiraum zwischen den zweiten zwei Elektroden (26, 28) λ/8 beträgt.

4. Eine Elektrodenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Struktur ein Reflektor-Strichgitter ist.

5. Eine Elektrodenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Struktur ein Wandler mit parallelgeschalteten Elektroden ist.

6. Ein gekoppelter Resonator bestehend aus äußeren Strichgittern (16, 18), voneinander getrennt durch räumlich getrennte Wandler (12, 14) und einem mittleren Strichgitter (20), die alle im Durchschnitt nur zwei Elektroden pro λ Länge der Elektrodenstruktur aufweisen und alle dieselbe akkustische Wellengeschwindigkeit haben, wobei das mittlere Strichgitter (20) einen Reflexionskoeffizienten K von 0 aufweist, der gekoppelte Resonator ein piezoelektrisches Substrat umfaßt; erste und zweite raumlich getrennte Strichgitter (16, 18) sind auf dem Substrat befestigt; räumlich getrennte Eingangs- und Ausgangswandlerstrukturen (12, 14) sind auf dem Substrat angebracht zwischen dem ersten und zweiten Strichgitter (16, 18), um stehende Wellen auf dem Substrat zu erzeugen; ein zentrales Strichgitter (20) ist angeordnet zwischen den Eingangs- und Ausgangswandlerstrukturen (12, 14), um diese Wandlerstrukturen akkustisch miteinander zu koppeln, wobei das zentrale Strichgitter (20) eine Struktur gemäß Anspruch 4 hat.

7. Eine Elektrodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die darüberhinaus wenigstens einen zweiten zusammenhängenden Abschnitt von Elektroden mit der akkustischen Wellengeschwindigkeit einer gleichmäßigen zwei- Elektroden-pro-Wellenlänge-Struktur und einen vorbestimmten Reflexionskoeffizienten K aufweist, wobei die Struktur des zweiten zusammenhängenden Stücks von Elektroden ein piezoelektrisches Substrat umfaßt mit mehreren Elektroden (38, 40, 42, 44) darauf mit einem Mittellinienabstand von λ/2; wobei die ersten alternierend auftretenden Elektroden (38, 42) des wenigstens zweiten zusammenhängenden Elektorodenteils eine gemeinsame Weite von λ/4 bis 3 λ/8 innerhalb jeder ausgewählten Distanz von 2λ aufweisen; und die zweiten alternierend auftretenden (40, 44) des mindestens zweiten zusammenhängenden Teils von Elektroden innerhalb jeder ausgewählten Distanz von 2λ eine gemeinsamenn Weite im Bereich von λ/4 bis λ/8 in umgekehrter Beziehung zu den erstauftretenden alternierenden Elektrodenweiten (38, 42) aufweisen, derart, daß die gesamte Reflexion K all dieser Elektroden (38, 40, 42, 44), zumindest eines zweiten zusammenhängenden Abschnitts, in jedem beliebig ausgewählten Stück von 2λ Länge von einem Wert K = ein Maximum variiert, wenn alle Elektroden eine Weite von λ/4 aufweisen, bis zu einem Wert K = 2/2 bei Elektrodenweiten von jeweils der ersten (38, 42) 3/8λ und der zweiten (40, 44) abwechselnden Elektrode, λ/8, wobei eine zurücknehmend gewichtete Elektrodenstruktur gebildet wird, welche wenigstens in ihrem ersten zusammenhängenden Elektrodenteil einen Reflexionskoeffizienten von Null aufweist und zumindest einen zweiten zusammenhängenden Abschnitt mit einem bestimmten Reflexionskoeffizienten K aufweist.

8. Eine Elektrodenstruktur nach Anspruch 7, worin die Struktur ein Strichgitter ist.

9. Eine Elektrodenstruktur nach Anspruch 7, worin die Struktur einen Wandler ist.

10. Ein Resonator mit äußeren Strichgittern (16, 18), voneinander separiert durch getrennte Wandler (12, 14), mit den Strichgittern (16, 18) und den Wandlern (12, 14), die im Durchschnitt nur zwei Elektroden auf eine Länge von λ und dieselbe akkustische Wellengeschwindigkeit aufweisen, wobei die Strichgitter (16, 18) einen vorbestimmten Reflexionskoeffizienten K aufweisen, der Resonator ein piezo-elektrisches Substrat umfaßt; erste und zweite getrennte äußere Strichgitter (16, 18) sind auf dem Substrat aufgebracht; und die räumlich getrennten Eingangs- und Ausgangswandlerstrukturen (12, 14) sind zwischen dem ersten und zweiten Strichgitter (16, 18) aufgebracht, um stehende Wellen im Substrat zu erzeugen; jedes der ersten und zweiten Strichgitter hat eine zurücknehmend gewichtete Elektrodenstruktur gemäß Anspruch 8.

11. Einen Resonator nach Anspruch 10, worin der Resonator ein mittleres Strichgitter hat, das einen gekoppelten Resonator bildet.

12. Einen Resonator nach Anspruch 11, worin das mittlere Strichgitter eine akkustische Wellengeschwindigkeit aufweist, die identisch mit der akkustischen Wellengeschwindigkeit der Wandler (12, 14) und der äußeren Strichgitter (16, 18) ist und keine Reflexionen aufweist.

13. Einen Resonator nach Anspruch 10, worin das mittlere Strichgitter eine Elektrodenstruktur umfaßt, welche eine mit den Wandlern (12, 14) und den äußeren Strichgittern (16, 18) gemeinsame akkustische Wellengeschwindigkeit hat, aber ein variables Reflexionsvermögen vom Maximum bis zum 2/2-fachen des maximalen Reflexionsvermögens aufweist.

14. Ein Verfahren zum Formen von Elektrodenstrukturen für den Einsatz in Wandlern (12, 14) und Strichgittern (16, 18) in akkustischen Oberflächenwellenbauteilen mit der Wellenlänge λ der akkustischen Oberflächenwellen, wobei die Struktur kein Reflexionsvermögen aufweist sowie eine akkustische Wellengeschwindigkeit mit gleichförmig zwei Elektroden pro Wellenlänge, eine im Verhältnis von Metallisierung zu freier Fläche von 50 zu 50 aufweisenden Elektrodenstruktur, wobei das Verfahren die Schritte des Formens von lediglich vier räumlich getrennten Elektroden (22, 24, 26, 28) auf einem piezoelektrischen Substrat auf jeweils 2λ Strukturlänge umfaßt; die geformten Elektroden ein durchschnittliches Metall-zu-freier-Fläche-Verhältnis von 50 zu 50 über je Länge von 2λ der Elektrodenstruktur aufweisen, wobei die Methode dadurch gekennzeichnet ist, daß die ersten zwei Elektroden (22, 24) mit identischen Weiten und einem Mittellinienabstand von 3/4λ zur Verursachung einer Wellenauslöschung zwischen den ersten beiden Elektroden (22, 24) gebildet sind, und durch Gestaltung der zweiten zwei Elektroden (26, 28) mit identischen Weiten und einem Mittellinienabstand von λ/4 zur Verursachung einer Wellenlängenauslöschung zwischen den zweiten zwei Elektroden ausgestattet sind und eine Elektrodenstruktur erzeugen, welche wiederholbar ist.

15. Ein Verfahren nach Anspruch 14, worin die Elektroden mit einer Maske geformt werden, welche durch eine digital aufgebrachte E-beam Struktur gebildet wird.