JP5936393B2 - Acoustic wave waveguide apparatus and method for minimizing trimming effects and instability in piston mode - Google Patents

Description

本発明は広くは音響波装置と関連の方法に関し、より詳細には、トランスデューサ開口部内で概ねフラットな伝播モードを得る音響波装置のトランスデューサ電極の変更に関する。   The present invention relates generally to acoustic wave devices and associated methods, and more particularly to changing the transducer electrodes of an acoustic wave device to obtain a generally flat propagation mode within the transducer opening.

関連出願の相互参照
本出願は、２００９年９月２２日出願の米国特許出願第１２／５６４，３０５号の一部継続出願であり、その開示のすべては参照により本明細書に援用され、すべては共通に所有される。 This application is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 12 / 564,305 filed Sep. 22, 2009, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference. Are commonly owned.

本明細書では、「表面弾性波（ＳＡＷ）」および「ＳＡＷ装置」という用語は、材料の表面上あるいは複数の材料の界面における弾性波の伝播を使用する任意の装置に対して参照及び使用されるものとする。本明細書で説明される開示は、弾性波がインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を使用して生成または検出される限り、様々な種類の弾性波に適用され得ることは理解されるべきである。例えば、所謂、漏れＳＡＷ、擬似ＳＡＷ、境界波、表面横波、界面波またはラブ波は本明細書ではＳＡＷと見なされる。   As used herein, the terms “surface acoustic wave (SAW)” and “SAW device” are referenced and used for any device that uses acoustic wave propagation on the surface of a material or at the interface of multiple materials. Shall be. It should be understood that the disclosure described herein can be applied to various types of elastic waves as long as the elastic waves are generated or detected using an interdigital transducer (IDT). For example, so-called leaky SAWs, pseudo SAWs, boundary waves, surface transverse waves, interface waves or Love waves are considered herein as SAWs.

従来技術で周知のように、ＳＡＷ装置はＩＤＴを用いて電気エネルギを音響エネルギに、または逆に音響エネルギを電気エネルギに変換する。例えば図１に示すＩＤＴは、圧電基板と、２つの異なる電位にある２つの対向するバスバーと、該２つのバスバーに接続された２つの電極セットとを使用する。圧電効果により、電位が異なる２つの連続する電極間の電界は音響源となる。   As is well known in the prior art, SAW devices use an IDT to convert electrical energy into acoustic energy or vice versa. For example, the IDT shown in FIG. 1 uses a piezoelectric substrate, two opposing bus bars at two different potentials, and two electrode sets connected to the two bus bars. Due to the piezoelectric effect, an electric field between two successive electrodes having different potentials becomes an acoustic source.

逆に、トランスデューサが入射波を受ける場合、圧電効果の結果として、電極に電荷が生じる。図２に示すように、２つの反射格子間にトランスデューサ配置することにより、共振器が得られる。従来技術で周知のように、複数の共振器を接続することにより、あるいは、１つまたは複数のＩＤＴから受け取られる音響エネルギを生成する１つまたは複数の伝播ＩＤＴを有することにより、フィルタまたはデュプレクサが設計できる。   Conversely, when the transducer receives an incident wave, charge is generated at the electrode as a result of the piezoelectric effect. As shown in FIG. 2, a resonator is obtained by placing a transducer between two reflection gratings. As is well known in the art, a filter or duplexer can be connected by connecting multiple resonators or by having one or more propagation IDTs that generate acoustic energy received from one or more IDTs. Can design.

表面弾性波（ＳＡＷ）装置を設計する場合の典型的な１つの問題は、トランスデューサ領域での弾性波の速度がバスバー領域での速度よりも遅くなることに関するものである。トランスデューサは、トランスデューサからの音響エネルギの漏れを防止する導波路として機能し、損失の低減に役立つ。しかしながら、この導波路が複数の音響波伝播導波モードをサポートするとき、装置の伝達関数により、望ましくないリップルまたは偽信号がもたらされる。これは一般に複数の方法で対処される。   One typical problem when designing a surface acoustic wave (SAW) device relates to the fact that the velocity of the elastic wave in the transducer region is slower than the velocity in the busbar region. The transducer functions as a waveguide that prevents leakage of acoustic energy from the transducer and helps reduce loss. However, when this waveguide supports multiple acoustic wave propagation modes, the transfer function of the device introduces undesirable ripples or spurious signals. This is generally addressed in several ways.

１つの方法は、１つの導波モードだけを持つように小さな音響開口部を選択することを含む。この方法によって、装置に対して過度の負荷または好ましくない信号源インピーダンスが生じ得る。別の方法は、モードの横プロファイルの一致を試みるために、トランスデューサのアポダイゼーションを使用することを含む。この方法でも、望ましくない大きなインピーダンスと、電気機械結合の低減と、損失が生じる。横モードを減少させるさらに別の方法として、二次元の障害物を周期的に使用する方法があるが、この場合はより複雑な製造プロセスが必要になる。   One method involves selecting a small acoustic aperture to have only one guided mode. This method can cause excessive loading or undesirable source impedance to the device. Another method involves using transducer apodization to attempt to match the transverse profile of the mode. This method also produces undesirably high impedance, reduced electromechanical coupling, and losses. Yet another way to reduce the transverse mode is to use two-dimensional obstacles periodically, but this requires a more complex manufacturing process.

ピストンモードアプローチは、トランスデューサ開口部に本質的にフラットな形状を持つ１つの伝播モードを保持するために、トランスデューサの速度プロフィールの変化に依存する。このアプローチは、トランスデューサでの速度がバスバー内の速度でのものより遅い場合については米国特許第７，５７６，４７１号に開示されており、その全体は参照により本明細書に援用される。   The piston mode approach relies on changes in the transducer velocity profile to maintain a single propagation mode with an essentially flat shape at the transducer opening. This approach is disclosed in US Pat. No. 7,576,471 for cases where the speed at the transducer is slower than that at the speed in the busbar, the entirety of which is hereby incorporated by reference.

ニオブ酸リチウムなどの高結合基板では、表面での電気的条件が速度に大きな影響を与え、通常、電極端部ギャップでの速度はトランスデューサ開口部での速度よりはるかに大きく、またバスバーでの速度より大きい。該ギャップの長さは通常、電極幅と同程度であり、典型的には音響波長の何分の１かである。この場合、エッジギャップへの反射による横モードとトランスデューサ外部へのエネルギ漏れが生じる。トランスデューサ領域とギャップ領域の間の速度差は、エッジへの全反射には十分な大きさである。   For highly bonded substrates such as lithium niobate, the electrical conditions at the surface have a significant impact on the speed, and typically the speed at the electrode end gap is much higher than the speed at the transducer opening and the speed at the busbar. Greater than. The length of the gap is usually on the order of the electrode width and is typically a fraction of the acoustic wavelength. In this case, the transverse mode due to reflection to the edge gap and energy leakage to the outside of the transducer occur. The velocity difference between the transducer area and the gap area is large enough for total reflection to the edge.

不要な横モードを抑制するために、典型的な一方法は、図３に示すようにアポダイゼーションの使用を含む。この場合、エッジギャップの位置はトランスデューサ開口部領域内まで延びている。ギャップの位置はモードに大きな影響を及ぼすので、モード形はトランスデューサの長さに沿って変化する。その結果、望ましくない横モードが異なる周波数で発生し、所望の効果が低下する。   To suppress unwanted transverse modes, one typical method involves the use of apodization as shown in FIG. In this case, the position of the edge gap extends into the transducer opening region. Since the position of the gap has a large effect on the mode, the mode shape varies along the length of the transducer. As a result, undesirable transverse modes occur at different frequencies, reducing the desired effect.

同様に、Ｋｅｎ Ｈａｓｈｉｍｏｔｏは、「Ｔ．Ｏｍｏｒｉ，＊Ｋ．Ｍａｔｓｕｄａ，Ｙ．Ｓｕｇａｍａ，＊Ｙ．Ｔａｎａｋａ，Ｋ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ ａｎｄ Ｍ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，「Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｓｐｕｒｉｏｕｓ Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｆｏｒ Ｕｌｔｒａ−Ｗｉｄｅｂａｎｄ ａｎｄ Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ ＳＡＷ Ｌａｄｄｅｒ Ｆｉｌｔｅｒ ｏｎ ａ Ｃｕ−ｇｒａｔｉｎｇ／１５°ＹＸ−ＬｉＮｂＯ３ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」，２００６ ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ ｓｙｍｐ．，ｐｐ１８７４−１８７７」の中で、図４に示すように、ギャップ位置は一定だが開口部はトランスデューサ内で変化するトランスデューサを提示した。これは、ダミー電極アポダイゼーションの使用と呼んでもよい。このトランスデューサは、それに沿った横モード周波数を変化させることで機能する。   Similarly, Ken Hashimoto, “T. Omori, * K. Matsuda, Y. Sugata, * Y. Tanaka, K. Hashimoto and M. Yamaguchi and“ Suppression of Spurous Responses, ” on a Cu-grading / 15 ° YX-LiNbO3 Structure ”, 2006 IEEE Ultrasonics sym. , Pp 1874-1877 ”, as shown in FIG. 4, presents a transducer in which the gap position is constant but the opening varies within the transducer. This may be called the use of dummy electrode apodization. This transducer works by changing the transverse mode frequency along it.

さらなる例として、Ｍｕｒａｔａの米国特許出願第２００７／０２９６５２８Ａ１には、図５に示すように、エッジギャップ領域とトランスデューサ開口部領域間の速度差を低減するためにエッジギャップの前で電極の幅を広くしたＳＡＷトランスデューサが記載されている。Ｍｕｒａｔａの別の米国特許出願第２００８／０３０９１９２Ａ１号には、図６に示すようにアポダイゼーションの変形版が開示されている。そのような場合の位相やインピーダンスを含む性能特性を図６ａのグラフに示す。   As a further example, Murata's US Patent Application No. 2007 / 0296528A1 includes a wide electrode in front of the edge gap to reduce the speed difference between the edge gap region and the transducer opening region, as shown in FIG. SAW transducers are described. Another U.S. Patent Application No. 2008 / 0309192A1 by Murata discloses a modified version of apodization as shown in FIG. The performance characteristics including the phase and impedance in such a case are shown in the graph of FIG. 6a.

ＳＡＷトランスデューサでは、再度図３に示すように、所謂「ダミー電極」がしばしば使用される。これらのダミーの電極は、特にアポダイゼーションを使用する場合に、トランスデューサの活性領域とトランスデューサの不活性領域間の速度差を抑制するために使用される。   In SAW transducers, so-called “dummy electrodes” are often used, as shown again in FIG. These dummy electrodes are used to suppress the speed difference between the active area of the transducer and the inactive area of the transducer, particularly when using apodization.

典型的には、ダミー電極と活性電極とを分離する電極端部ギャップは、その効果をできるだけ低減するために、電極幅程度の大きさ（波長の何分かの１）で選択される。高結合材料が選択された場合、ギャップでの速度は、トランスデューサでの速度よりかなり大きくなる。この場合、ギャップ長が短くても、ギャップ位置は横モードに非常に大きな影響を及ぼすことが分かる。   Typically, the electrode end gap separating the dummy electrode and the active electrode is selected as large as the electrode width (a fraction of the wavelength) in order to reduce the effect as much as possible. If a high coupling material is selected, the speed at the gap will be significantly greater than the speed at the transducer. In this case, it can be seen that even if the gap length is short, the gap position has a great influence on the transverse mode.

これらの教示はすべて、トランスデューサのエッジギャップにおける望ましくない効果を低減しようとするものである。良好なクォリティファクタが実証されたとしても、アポダイゼーションにより等価結合係数の望ましくない低下が生じる。さらに、トランスデューサに対して導波が著しく軽減されるか、あるいは有用なエネルギがトランスデューサの外部に漏れるような波速度となる。   All of these teachings seek to reduce undesirable effects in the transducer edge gap. Even if a good quality factor is demonstrated, apodization causes an undesirable reduction in the equivalent coupling coefficient. In addition, the waveguiding is significantly reduced with respect to the transducer, or the wave velocity is such that useful energy leaks out of the transducer.

例として、高結合基板を使用する場合の問題を再度述べると、ＳＡＷ共振器またはＳＡＷトランスデューサを設計する場合の難しさの１つは、トランスデューサ開口部領域よりはるかに大きな速度を有する電極エッジギャップの存在である。これは特に、レイリー波またはラブ波が使用される場合の問題である。特に、一般に、Ｙ＋１２８°近傍またはＹ＋１５°近傍の方位を有するニオブ酸リチウム基板で発生する。これらの方位は、感温性を低下させるための酸化ケイ素誘電体層または保護膜と共にしばしば使用される。音響反射率を高めるために銅などの電極用重金属が使用される場合も多い。   As an example, to reiterate the problem when using a highly coupled substrate, one of the difficulties in designing a SAW resonator or SAW transducer is that of an electrode edge gap having a much higher speed than the transducer aperture area. It exists. This is particularly a problem when Rayleigh waves or Love waves are used. In particular, it generally occurs in a lithium niobate substrate having an orientation in the vicinity of Y + 128 ° or Y + 15 °. These orientations are often used with a silicon oxide dielectric layer or protective film to reduce temperature sensitivity. In order to increase the acoustic reflectivity, heavy metals for electrodes such as copper are often used.

この場合、モード形と周波数は、トランスデューサ領域内のギャップ位置に強く依存する。アポダイゼーションを使用する場合、ギャップ位置が変化することから、これらのモード形と速度はトランスデューサに沿って変化する。これによって、ギャップ位置が異なる領域間でモード変換と損失が生じる。さらに、アポダイゼーションによって、装置の等価圧電結合が低減される。高結合基板では通常の場合、バスバーでの速度がトランスデューサでの速度より小さいと、トランスデューサ領域での導波は発生せず、エネルギが外部に漏れて、やはり損失とクォリティファクタの低下が生じる。   In this case, the mode shape and frequency strongly depend on the gap position in the transducer region. When using apodization, these mode shapes and velocities vary along the transducer because the gap position changes. This causes mode conversion and loss between regions with different gap positions. Furthermore, apodization reduces the equivalent piezoelectric coupling of the device. In a high coupling substrate, when the speed at the bus bar is smaller than the speed at the transducer, no wave guide is generated in the transducer region, energy is leaked to the outside, and loss and quality factor are also reduced.

例として、本明細書で説明する本発明の実施形態では、高結合基板上にＳＡＷトランスデューサまたはＳＡＷ共振器を形成し、アポダイゼーションを必要とすることなく、トランスデューサ領域のエネルギを誘導する方法を提供する。より高い等価結合係数とより少ない損失とが得られる。アポダイゼーションの代替として、トランスデューサ領域での導波を保証することが望ましい。   By way of example, the embodiments of the invention described herein provide a method of forming a SAW transducer or SAW resonator on a highly coupled substrate to induce energy in the transducer region without the need for apodization. . A higher equivalent coupling coefficient and less loss are obtained. As an alternative to apodization, it is desirable to ensure guiding in the transducer region.

本発明の十分な理解のために、本発明の種々の実施形態を示す添付図と共に、以下の詳細な説明を参照する。
図１は、インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の概略図である。 図２は、ＳＡＷ共振器の概略図である。 図３は、要素の三角形アポダイゼーションを有するＳＡＷ共振器の概略図である。 図４は、ダミー電極アポダイゼーションを含むＳＡＷ共振器の概略図である。 図５は、ギャップ領域での速度を低減するためのＩＤＴ構成の概略図である。 図６は、二重の三角形アポダイゼーションを有するトランスデューサの概略図である。 図６ａ．１は、二重の三角形アポダイゼーションの場合に生成するインピーダンスを示す。 図６ａ．２は、二重の三角形アポダイゼーションの場合に生成する位相特性を示す。 図７は、長いギャップと、要素内に対応する速度プロファイルを有するトランスデューサの概略図である。 図８は、中央領域と物理的に異なり、中央領域およびギャップ領域よりも小さな速度プロファイルを有する長いギャップエッジ領域を有する、本発明の教示によるトランスデューサの概略図である。 図９は、長いエッジギャップと変形エッジ領域を有し、ギャップ領域での電極の幅がトランスデューサ領域での幅と同じであるトランスデューサの例を示す。 図１０は、長いエッジギャップと変形エッジ領域を有し、ギャップ領域での電極の幅がエッジ領域での幅と同じであるトランスデューサの例を示す。 図１１は、横モードが低減されＱが向上した共振器であって、２つの格子が短絡していることを除けば、トランスデューサと同じ音響構造を有し、この短絡は、格子の外側において接続を追加することによりもたらされる共振器の概略図である。 図１１ａ．１は、共振器の周期が２μｍ、エッジ長が３μｍである図１１の共振器の特性データを示す。 図１１ａ．２は、共振器の周期が２μｍ、エッジ長が３μｍである図１１の共振器の特性データを示す。 図１１ａ．３は、共振器の周期が２μｍ、エッジ長が３μｍである図１１の共振器の特性データを示す。 図１２は、エッジ領域での速度低減のために頂部に誘電体層または金属層を有し、ダミー電極のないトランスデューサの概略図である。 図１３は、中央領域での速度上昇のために頂部に誘電体層または金属層を有し、ダミー電極のないトランスデューサの概略図である。 図１４は、中央領域での速度上昇のために頂部に誘電体層を有し、ダミー電極のない共振器の概略図である。 図１５は、電極が誘電材料（例えばＳｉＯ_Ｘ）に埋め込まれたＳＡＷ装置の概略断面図である。 図１６は、本発明の一実施形態を、高速誘電材料がトランスデューサ中央領域の頂部に層状に重ねられて酸化ケイ素内に埋め込まれた電極に沿った断面図で示す。 図１６ａは、所望の速度構成を得るために高速誘電体が使用され、酸化ケイ素に埋め込まれた装置の電極に沿った一実施形態の概略断面図である。ここでは、周波数トリミングプロセスを容易にするために、この高速材料がトランスデューサの全表面（ギャップ／エッジ／トランスデューサ）に追加され、中央にはさらなる材料が追加されており、一部の高速材料が除去されても、高速材料の厚みの差は一定に保たれるので、速度差は所望の値に維持される。 図１６ｂは、本発明の教示による一実施形態を、適切な速度構成を得るために低速誘電材料が使用され、酸化ケイ素に埋め込まれた改良された装置の例における電極に沿った断面図で示す。ここでは、周波数トリミングプロセスを容易にするために、この高速材料がトランスデューサの全表面（ギャップ／エッジ／トランスデューサ）に追加され、中央にはさらなる低速材料が追加され、あるいは中央領域に埋め込まれていてもよい。 本発明の教示による実施形態を、酸化ケイ素層に埋め込まれたＩＤＴの電極に沿った断面図で示す。ここでは、周波数トリミングのために窒化ケイ素層が使用されており、この窒化ケイ素層は、図１６ｃの実施形態では中央領域とエッジ領域に追加されている。また、チタンストリップなどの「低速」材料がエッジ領域内だけの酸化ケイ素保護膜内に配置されている。 本発明の教示による実施形態を、酸化ケイ素層に埋め込まれたＩＤＴの電極に沿った断面図で示す。ここでは、周波数トリミングのために窒化ケイ素層が使用されており、この窒化ケイ素層は、図１６ｄの実施形態では好適にギャップ領域内まで延在している。また、チタンストリップなどの「低速」材料がエッジ領域内だけの酸化ケイ素保護膜内に配置されている。 図１７は、長いエッジギャップとより低速のエッジ領域を有し、ギャップ領域での電極幅はトランスデューサ領域での幅と同じであり、ダミー電極が存在するトランスデューサの例を示す。 図１８は、長いエッジギャップとより低速のエッジ領域を有する本発明の教示によるトランスデューサの例を示す。ここでは、デューティファクタを高めることによってエッジ領域での速度が低減されており、その頂部に誘電体層を追加することによって中央領域での速度が増加されている。 図１９は、長いエッジギャップとより低速のエッジ領域を有するトランスデューサの一例を示す。ここでは、横モードレベルをさらに低減するために一部のアポダイゼーションを有するが、この場合は非常に軽いアポダイゼーションで十分である。 図２０は、低速エッジ領域幅が一定でないトランスデューサの一例を示す。 図２１は、長いエッジギャップとより低速のエッジ領域を有し、より低速の領域の速度が一定でないトランスデューサの一例を示す。 図２２は、モード抑制を備える２つのトランスデューサが結合された共振器フィルタの一例を示す。 図２３は、標準の装置と、本発明の教示によるピストンモードトランスデューサを使用した装置で行った伝達関数の比較を示す。 図２４は、本発明の教示によるモード抑制を備える３つのトランスデューサが結合された共振器フィルタの一例を示す。 図２５ａ〜図２５ｈは、本発明のピストンモード共振器で得られた結果を示す。ここでは、種々のギャップエッジ長が示されており、図示されたグラフは、インピーダンスの位相、共振におけるＱおよび***振におけるＱを示す。共振の周期は２μｍであり、４μｍの波長に対応している。低速側のモードはギャップ長が１λの場合に消滅する。クォリティファクタは、ギャップ長が３λの場合に所望の値となり、より大きなギャップ長に対しても所望の値は維持される。 図２６ａ〜図２６ｋは、保護膜誘電体層（本明細書では酸化ケイ素）内に埋め込まれたチタンストリップの種々の位置に対する窒化ケイ素トリミング材料厚みの関数として、電極のエッジ領域内にチタンストリップが埋め込まれた場合のエッジ領域での速度シフトに対する厚みを示す曲線である。上記の種々の位置は、エッジ領域の誘電体層内に延在する電極上の０％から１００％までの、増分１０％での位置である。 図２７は、電極のエッジ領域における誘電体層内のチタンストリップの位置の関数としての、公称の波速度シフトを示す曲線である。 図２８は、窒化ケイ素トップ層の種々の厚みに対する、エッジ領域の誘電体層内のチタンストリップの位置の関数としての速度シフトの変形を示す曲線である。 For a full understanding of the present invention, reference is made to the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, which illustrate various embodiments of the present invention.
FIG. 1 is a schematic diagram of an interdigital transducer (IDT). FIG. 2 is a schematic diagram of a SAW resonator. FIG. 3 is a schematic diagram of a SAW resonator with triangular apodization of elements. FIG. 4 is a schematic diagram of a SAW resonator including dummy electrode apodization. FIG. 5 is a schematic diagram of an IDT configuration for reducing the speed in the gap region. FIG. 6 is a schematic diagram of a transducer with double triangular apodization. Figure 6a. 1 indicates the impedance generated in the case of double triangle apodization. Figure 6a. 2 indicates a phase characteristic generated in the case of double triangle apodization. FIG. 7 is a schematic diagram of a transducer having a long gap and a corresponding velocity profile within the element. FIG. 8 is a schematic diagram of a transducer according to the teachings of the present invention that has a long gap edge region that is physically different from the central region and has a smaller velocity profile than the central region and the gap region. FIG. 9 shows an example of a transducer having a long edge gap and a deformed edge region, where the width of the electrode in the gap region is the same as the width in the transducer region. FIG. 10 shows an example of a transducer having a long edge gap and a modified edge region, where the width of the electrode in the gap region is the same as the width in the edge region. FIG. 11 shows a resonator with reduced transverse mode and improved Q, which has the same acoustic structure as the transducer, except that the two gratings are shorted, which is connected outside the grating. FIG. 6 is a schematic diagram of a resonator provided by adding FIG. 11a. 1 shows characteristic data of the resonator of FIG. 11 in which the period of the resonator is 2 μm and the edge length is 3 μm. FIG. 11a. 2 shows characteristic data of the resonator of FIG. 11 in which the period of the resonator is 2 μm and the edge length is 3 μm. FIG. 11a. 3 shows characteristic data of the resonator of FIG. 11 in which the resonator has a period of 2 μm and an edge length of 3 μm. FIG. 12 is a schematic diagram of a transducer with a dielectric or metal layer on top for no speed reduction in the edge region and without a dummy electrode. FIG. 13 is a schematic diagram of a transducer with a dielectric or metal layer on top for speed increase in the central region and without a dummy electrode. FIG. 14 is a schematic diagram of a resonator with a dielectric layer on top and no dummy electrode for increased speed in the central region. FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a SAW device in which electrodes are embedded in a dielectric material (for example, SiO _x ). FIG. 16 illustrates an embodiment of the present invention in a cross-sectional view along an electrode in which a high speed dielectric material is layered on top of the transducer central region and embedded in silicon oxide. FIG. 16a is a schematic cross-sectional view of one embodiment along an electrode of a device in which a high speed dielectric is used to obtain a desired velocity configuration and is embedded in silicon oxide. Here, to facilitate the frequency trimming process, this high speed material has been added to the entire surface of the transducer (gap / edge / transducer), additional material has been added in the middle, and some high speed material has been removed. Even so, the difference in the thickness of the high speed material is kept constant, so that the speed difference is maintained at a desired value. FIG. 16b illustrates one embodiment in accordance with the teachings of the present invention in a cross-sectional view along an electrode in an example of an improved device in which a low speed dielectric material is used to obtain a suitable speed configuration and embedded in silicon oxide. . Here, in order to facilitate the frequency trimming process, this high speed material is added to the entire surface of the transducer (gap / edge / transducer) and additional low speed material is added in the center or embedded in the central area. Also good. An embodiment in accordance with the teachings of the present invention is shown in a cross-sectional view along an electrode of an IDT embedded in a silicon oxide layer. Here, a silicon nitride layer is used for frequency trimming, which silicon nitride layer has been added to the central and edge regions in the embodiment of FIG. 16c. Also, a “slow” material such as a titanium strip is placed in the silicon oxide overcoat only in the edge region. An embodiment in accordance with the teachings of the present invention is shown in a cross-sectional view along an electrode of an IDT embedded in a silicon oxide layer. Here, a silicon nitride layer is used for frequency trimming, which silicon nitride layer preferably extends into the gap region in the embodiment of FIG. 16d. Also, a “slow” material such as a titanium strip is placed in the silicon oxide overcoat only in the edge region. FIG. 17 shows an example of a transducer having a long edge gap and a slower edge region, where the electrode width in the gap region is the same as the width in the transducer region, and a dummy electrode is present. FIG. 18 shows an example of a transducer according to the teachings of the present invention having a long edge gap and a slower edge region. Here, the speed in the edge region is reduced by increasing the duty factor, and the speed in the central region is increased by adding a dielectric layer on top of it. FIG. 19 shows an example of a transducer having a long edge gap and a slower edge region. Here we have some apodization to further reduce the transverse mode level, but in this case a very light apodization is sufficient. FIG. 20 shows an example of a transducer where the slow edge region width is not constant. FIG. 21 shows an example of a transducer having a long edge gap and a slower edge region, where the velocity of the slower region is not constant. FIG. 22 shows an example of a resonator filter in which two transducers with mode suppression are coupled. FIG. 23 shows a comparison of transfer functions performed with a standard device and a device using a piston mode transducer according to the teachings of the present invention. FIG. 24 shows an example of a resonator filter coupled with three transducers with mode suppression in accordance with the teachings of the present invention. Figures 25a to 25h show the results obtained with the piston mode resonator of the present invention. Here, various gap edge lengths are shown, and the graph shown shows the impedance phase, Q at resonance, and Q at anti-resonance. The period of resonance is 2 μm and corresponds to a wavelength of 4 μm. The mode on the low speed side disappears when the gap length is 1λ. The quality factor becomes a desired value when the gap length is 3λ, and the desired value is maintained even for a larger gap length. FIGS. 26a-26k show that the titanium strips in the edge region of the electrode as a function of silicon nitride trimming material thickness for various locations of the titanium strips embedded in the overcoat dielectric layer (silicon oxide herein). It is a curve which shows the thickness with respect to the speed shift in the edge area | region at the time of being embedded. The various positions mentioned above are positions in increments of 10% from 0% to 100% on the electrodes extending in the dielectric layer in the edge region. FIG. 27 is a curve showing the nominal wave velocity shift as a function of the position of the titanium strip in the dielectric layer in the edge region of the electrode. FIG. 28 is a curve showing the variation in velocity shift as a function of the position of the titanium strip in the dielectric layer in the edge region for various thicknesses of the silicon nitride top layer.

以下、本発明の諸実施形態を示す添付図を参照して本発明をより詳細に説明する。但し、本発明は多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。これらの実施形態は、本開示を完璧で完全なものにし、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されるものである。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings showing embodiments of the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

長手方向に延在するエッジ領域内のトランスデューサ電極の物性が変更されて、該エッジ領域内の音響波の波速度がトランスデューサ中央領域内の波速度より小さく、対向するギャップ領域内の波速度がトランスデューサ中央領域の速度より大きくなると、好適なことに、フラットな伝播モードが生じる。さらに、長手方向に延在するエッジ領域のトランスデューサの物性が変更されて、該エッジ領域内の音響波の波速度がトランスデューサ中央領域内の波速度より小さく、対向するギャップ領域内の波速度がトランスデューサ中央領域内の波速度より大きくなると、本質的にフラットな伝播モードがトランスデューサ開口部内に生じる。このモードにおける振幅は電気音響源の振幅に一致するため、それは優先的に励振されるであろう。高結合基板上のＳＡＷトランスデューサまたはＳＡＷ共振器はこうして、アポダイゼーションを必要とせずに、トランスデューサ領域でエネルギを誘導する。より高い等価結合係数とより少ない損失とが得られる。エッジ領域の物性は、電極寸法を変えるか、エッジ領域に誘電体層または金属層を追加するか、あるいはこれらの組み合わせによって変更できる。誘電体層（またはこの複数）は中央領域に追加されてもよい。誘電体層は本明細書では例として説明されるが、該層は、誘電体層、複数の誘電体層、金属層あるいはこれらの組み合わせの内の１つであってもよいと理解される。その結果、対向するギャップ領域内での音響波の速度は、ギャップ領域間のトランスデューサ中央領域での速度より大きくなり、エッジ領域での速度は中央領域での速度より小さくなるため、トランスデューサの開口部（中央領域）内に本質的にフラットな望ましい伝播モードが生じる。   The physical properties of the transducer electrodes in the longitudinally extending edge region are changed so that the acoustic wave velocity in the edge region is less than the wave velocity in the transducer central region and the wave velocity in the opposing gap region is Greater than the speed of the central region preferably results in a flat propagation mode. Further, the physical properties of the transducer in the edge region extending in the longitudinal direction are changed so that the wave velocity of the acoustic wave in the edge region is smaller than the wave velocity in the central region of the transducer, and the wave velocity in the opposing gap region is Beyond the wave velocity in the central region, an essentially flat propagation mode occurs in the transducer opening. Since the amplitude in this mode matches the amplitude of the electroacoustic source, it will be preferentially excited. SAW transducers or SAW resonators on highly coupled substrates thus induce energy in the transducer region without the need for apodization. A higher equivalent coupling coefficient and less loss are obtained. The physical properties of the edge region can be changed by changing the electrode dimensions, adding a dielectric layer or metal layer to the edge region, or a combination thereof. Dielectric layer (s) may be added to the central region. Although a dielectric layer is described herein as an example, it is understood that the layer may be one of a dielectric layer, a plurality of dielectric layers, a metal layer, or a combination thereof. As a result, the velocity of the acoustic wave in the opposing gap region is greater than the velocity in the center region of the transducer between the gap regions, and the velocity in the edge region is less than the velocity in the center region. The desired propagation mode is essentially flat in the (central region).

例として、音響波を支持する表面１４を有する圧電基板１２を備えた音響波装置１０として、本発明のある実施形態を図７及び図８を参照して説明する。第１の細長いバスバー１６と、対向する第２の細長いバスバー１８は、概ね音響波の長手方向２０に沿って延在している。複数の第１の電極２２は第１のバスバー１６と電気的に接続されてそれから概ね横方向に延在し、複数の第２の電極２４は第２のバスバー１８と電気的に接続されてそこから延在している。対向するバスバー１６、１８および複数の電極２２、２４は、音響波伝播を支持する圧電基板１２の表面１４に担持されたインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）２６を形成する。   As an example, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8 as an acoustic wave device 10 including a piezoelectric substrate 12 having a surface 14 that supports acoustic waves. The first elongated bus bar 16 and the opposing second elongated bus bar 18 generally extend along the longitudinal direction 20 of the acoustic wave. The plurality of first electrodes 22 are electrically connected to the first bus bar 16 and extend substantially laterally therefrom, and the plurality of second electrodes 24 are electrically connected to the second bus bar 18 and there. Extends from. Opposing bus bars 16, 18 and a plurality of electrodes 22, 24 form an interdigital transducer (IDT) 26 carried on the surface 14 of the piezoelectric substrate 12 that supports acoustic wave propagation.

引き続き図７および図８を参照し、複数の電極２２、２４のそれぞれは、第１のバスバー１６および第２のバスバー１８の内の１つと電気的に接続された第１の端部２８と、対向するバスバー１６、１８から離間したエッジ３２を有する対向する第２の端部３０とを有し、これにより、電極２２、２４のそれぞれのエッジと対向するバスバー１６、１８との間にギャップ３４、３６を形成する。対向するバスバー１６、１８に近接するギャップ３４、３６は、トランスデューサに沿って長手方向に延在し概ね互いに平行なギャップ領域３８、４０を形成する。   With continued reference to FIGS. 7 and 8, each of the plurality of electrodes 22, 24 includes a first end 28 electrically connected to one of the first bus bar 16 and the second bus bar 18; An opposing second end 30 having an edge 32 spaced from the opposing bus bars 16, 18, thereby providing a gap 34 between the respective edges of the electrodes 22, 24 and the opposing bus bars 16, 18. , 36 are formed. The gaps 34, 36 proximate to the opposing bus bars 16, 18 form gap regions 38, 40 that extend longitudinally along the transducer and are generally parallel to one another.

本発明の実施形態では、以下にさらに詳細に述べるように、ギャップ３４、３６の長さ寸法４２は、ＩＤＴ２６内で伝播される音響波の一波長より長い。一波長より長くまた三波長より長いことが好適に効果的であることが示された。さらに、引き続き図８を参照して、複数の電極２２、２４のそれぞれは、電気的に接続された関連するバスバー１６、１８に近接しギャップ領域３８、４０内に概ね含まれる横方向に延在する第１の電極部５０と、エッジ３２に近接しトランスデューサ２６に沿って長手方向に延在するエッジ領域５４、５６を定義する横方向に延在する第２の電極部５２と、により定義される。電極２２、２４の横方向に延在する第３の電極部５８は、横方向に延在する第１および第２の電極部５０および５２の間に延在する。横方向に延在する第３の電極部５８は、その全体がトランスデューサ中央領域４６内に存在する。   In an embodiment of the present invention, the length dimension 42 of the gaps 34, 36 is longer than one wavelength of the acoustic wave propagating in the IDT 26, as described in further detail below. It has been shown that it is preferably effective to be longer than one wavelength and longer than three wavelengths. Still referring to FIG. 8, each of the plurality of electrodes 22, 24 extends in a lateral direction adjacent to the electrically connected associated bus bar 16, 18 and generally contained within the gap region 38, 40. And a second electrode portion 52 extending in a lateral direction defining edge regions 54 and 56 proximate to the edge 32 and extending longitudinally along the transducer 26. The The third electrode portion 58 extending in the lateral direction of the electrodes 22 and 24 extends between the first and second electrode portions 50 and 52 extending in the lateral direction. The third electrode portion 58 extending in the lateral direction is entirely present in the transducer central region 46.

さらに図８に示されるように、エッジ領域５４、５６の物性は、中央領域４６の電極部５８の物性とは異なっており、エッジ領域波速度（Ｖｅ）は中央領域波速度（Ｖｃ）より小さく、対向するギャップ領域３８、４０内の音響波の速度４４は、対向するギャップ領域間のトランスデューサ中央領域４６の速度より大きいという結果をもたらしている。   Further, as shown in FIG. 8, the physical properties of the edge regions 54 and 56 are different from the physical properties of the electrode portion 58 of the central region 46, and the edge region wave velocity (Ve) is smaller than the central region wave velocity (Vc). The result is that the acoustic wave velocity 44 in the opposing gap regions 38, 40 is greater than the velocity of the transducer central region 46 between the opposing gap regions.

例として、図９を参照し、対向するエッジ領域５４、５６内の横方向に延在する第２の電極部５２の幅寸法６０は、ギャップ領域３８、４０およびトランスデューサ中央領域４６内の横方向に延在する第１および第３の電極部５０、５８のそれぞれの幅寸法６２、６４より大きく、それによって、向上したデューティファクタと、従って、トランスデューサ中央領域４６内の波速度より小さいエッジ領域５４、５６内の波速度４４と、が得られる。トランスデューサのデューティファクタに関し、エッジ領域の物性はトランスデューサ中央領域のそれとは異なっている。本質的にフラットな伝播モードがトランスデューサ２６の開口部４８内に生じる。図９を参照して本明細書で説明した本発明の実施形態は、ＩＤＴによって伝播される波長の少なくとも３倍より長いギャップ長寸法を含む。   By way of example, referring to FIG. 9, the width dimension 60 of the second electrode portion 52 extending in the lateral direction in the opposing edge regions 54, 56 is the lateral direction in the gap regions 38, 40 and the transducer central region 46. An edge region 54 that is greater than the respective width dimension 62, 64 of the first and third electrode portions 50, 58 that extend to the same, thereby increasing the duty factor, and thus less than the wave velocity in the transducer central region 46. , 56 is obtained. Regarding the duty factor of the transducer, the physical properties of the edge region are different from those of the central region of the transducer. An essentially flat propagation mode occurs in the opening 48 of the transducer 26. The embodiments of the invention described herein with reference to FIG. 9 include a gap length dimension that is at least three times longer than the wavelength propagated by the IDT.

例として、本明細書で説明する本発明の実施形態では、エッジギャップ長は、ギャップによるトンネル効果の低減さらには除去のために十分に長くしてもよい。本明細書では長い端部ギャップ３４、３６が開示されている。「長い」とは本明細書では、少なくとも伝播波の波長およびＳＡＷ装置で典型的に使用されるものより大きなギャップの長さ寸法を示すものとして使用される。一波長以上のエッジギャップ長によって、望ましい導波が得られる。三波長より大きなエッジギャップ長によって、さらに向上した導波が可能となる。この場合、非常に強い横モードが得られる。これらの強い横モードにかかわらず、エネルギはトランスデューサ内に限定されるので、損失は少ない。例として再度図８を参照し、横モードを減少させるために、エッジでの低速度によって、トランスデューサ領域に本質的にフラットなモードが得られる。これは例えば、電極のエッジにおけるデューティファクタを増加させることにより実現できる。フラットモード、すなわち所謂ピストンモードが得られる。信号源プロファイルがほぼ完全にモード形に一致するため、他のモードはほとんど励振されない。   By way of example, in the embodiments of the invention described herein, the edge gap length may be sufficiently long to reduce or eliminate the tunneling effect due to the gap. Long end gaps 34, 36 are disclosed herein. “Long” is used herein to indicate at least the wavelength of the propagating wave and the length dimension of the gap that is larger than that typically used in SAW devices. A desired waveguide is obtained by an edge gap length of one wavelength or more. Further improved waveguiding is possible with an edge gap length greater than three wavelengths. In this case, a very strong transverse mode is obtained. Despite these strong transverse modes, the energy is confined within the transducer, so there is less loss. Referring again to FIG. 8 as an example, to reduce the transverse mode, the low velocity at the edge results in an essentially flat mode in the transducer region. This can be achieved, for example, by increasing the duty factor at the edge of the electrode. A flat mode, that is, a so-called piston mode is obtained. The other modes are hardly excited because the source profile almost completely matches the mode shape.

図１０を参照し、装置１０の一実施形態は、関連する電気的に接続されたバスバー１６、１８に近接しギャップ領域３８、４０内に概ね含まれる横方向に延在する第１の電極部５０と、エッジ３２に近接し、トランスデューサ２６に沿って長手方向に延在するエッジ領域５４、５６を定義する横方向に延在する第２の電極部５２と、によって定義される複数の電極２２、２４のそれぞれをさらに含む。電極２２、２４の横方向に延在する第３の電極部５８は、横方向に延在する第１および第２の電極部５０、５２間に延在する。横方向に延在する第３の電極部５８は、その全体がトランスデューサ中央領域４６内に存在する。   Referring to FIG. 10, one embodiment of the apparatus 10 includes a laterally extending first electrode portion proximate an associated electrically connected bus bar 16, 18 and generally contained within a gap region 38, 40. A plurality of electrodes 22 defined by 50 and a laterally extending second electrode portion 52 defining edge regions 54, 56 proximate to edge 32 and extending longitudinally along transducer 26. , 24 are further included. The third electrode portion 58 extending in the lateral direction of the electrodes 22 and 24 extends between the first and second electrode portions 50 and 52 extending in the lateral direction. The third electrode portion 58 extending in the lateral direction is entirely present in the transducer central region 46.

引き続き図１０を参照して説明する本明細書の実施形態では、ギャップ領域３８、４０およびエッジ領域５４、５６それぞれ内の横方向に延在する第１および第２の電極部５０、５２は、トランスデューサ中央領域４６内に存在する横方向に延在する第３の電極部５８の幅寸法６４より大きな幅寸法６０、６２を有しており、これにより、向上したデューティファクタと、従って、トランスデューサ中央領域内の波速度より小さな長手方向に延在するエッジ領域内の波速度４４と、が得られる。   In the embodiment of the present description, which will continue to be described with reference to FIG. 10, the first and second electrode portions 50, 52 extending laterally in the gap regions 38, 40 and the edge regions 54, 56, respectively, It has a width dimension 60, 62 that is greater than the width dimension 64 of the laterally extending third electrode portion 58 present in the transducer center region 46, so that it has an improved duty factor and thus a transducer center. And a wave velocity 44 in the edge region extending in the longitudinal direction which is smaller than the wave velocity in the region.

図１０は、長い端部ギャップ３４、３６を使用してトランスデューサ内の導波を可能にする本発明の別の実施形態を示す。横モードを低減するために、トランスデューサのエッジでの速度は、エッジ領域３８，４０内のフィンガ要素部分に対するデューティファクタを増加させることによって低減される。図９の場合、ギャップでのデューティファクタはエッジ領域でのものと同じであり、デューティサイクルは、図１０の実施形態での中央領域におけるギャップでのものと同じである。   FIG. 10 illustrates another embodiment of the present invention that uses long end gaps 34, 36 to allow guiding in the transducer. In order to reduce the transverse mode, the velocity at the edges of the transducer is reduced by increasing the duty factor for the finger element portions in the edge regions 38,40. In the case of FIG. 9, the duty factor at the gap is the same as at the edge region, and the duty cycle is the same as at the gap in the central region in the embodiment of FIG.

図９および図１０の実施形態での両方の構成とも、ギャップ領域３８、４０での平均速度４４がトランスデューサ開口部中央領域４６での速度より大きく、エッジ領域での速度が中央領域での速度より小さければ、他の構成と同様に機能する。本質的にフラットなモードを優先的に励振するために、エッジ領域の長さおよびその速度を調節してトランスデューサ中央領域にこのモードを得る。本発明を機能させるために重要なパラメータは、異なる領域における平均速度であることを理解することが重要である。それは、エッジ領域での平均速度が中央領域でのものより遅く、ギャップ領域での平均速度が中央領域でのものより早い限り、連続する電極領域が物理的に同一でなくても（例えば幅が異なっていても）、恐らく同様な結果が得られることを意味する。さらに、対向するバスバーは厳密に平行である必要がないことも理解される。ギャップ領域が十分に大きければ、バスバーでの音響エネルギは無視されてもよく、それらの正確なレイアウトは、装置性能にわずかな影響を及ぼすのみである。   For both configurations in the embodiment of FIGS. 9 and 10, the average velocity 44 in the gap regions 38, 40 is greater than the velocity in the transducer opening central region 46, and the velocity in the edge region is greater than the velocity in the central region. If it is small, it functions similarly to other configurations. In order to preferentially excite the essentially flat mode, the length of the edge region and its speed are adjusted to obtain this mode in the central region of the transducer. It is important to understand that an important parameter for the functioning of the present invention is the average speed in different regions. As long as the average velocity in the edge region is slower than that in the central region and the average velocity in the gap region is faster than that in the central region, even if successive electrode regions are not physically identical (e.g., the width is This means that you will probably get similar results. It is further understood that the opposing bus bars need not be strictly parallel. If the gap area is large enough, the acoustic energy at the busbars may be ignored, and their exact layout has only a minor impact on device performance.

図１１に示すように、装置１０は、インターデジタルトランスデューサ２６の長手方向の対向する端部７０、７２上の基板１２の表面１４上に担持された第１および第２の格子６６、６８をさらに備えていてもよい。さらに、対向する格子６６、６８内にあり、トランスデューサ２６から最も隔たった予め選択された電極７４、７６は、接続バー７８経由で電気的に接続されて短絡されている。引き続き図１１に示すように、第１および第２格子６６、６８は、これに限定されないが、トランスデューサ２６内の電極２２、２４のように構成された電極８０、８２を備えていてもよい。   As shown in FIG. 11, the apparatus 10 further includes first and second gratings 66, 68 carried on the surface 14 of the substrate 12 on the longitudinally opposite ends 70, 72 of the interdigital transducer 26. You may have. In addition, the preselected electrodes 74, 76 that are in the opposing grids 66, 68 and furthest away from the transducer 26 are electrically connected via a connection bar 78 and shorted. As shown in FIG. 11, the first and second gratings 66 and 68 may include, but are not limited to, electrodes 80 and 82 configured like the electrodes 22 and 24 in the transducer 26.

格子６６、６８とトランスデューサ２６間の分離部におけるモード変換を避けるために、該格子が音響エネルギの再生を避けるために短絡されていることを除いてトランスデューサと同様である。この短絡は、電極の金属接続部を追加することによりあるいは外的に行うことができる。この追加接続部は、音響エネルギが最も小さくその影響も最も小さい反射器の外部に配置されることが好ましい。   To avoid mode conversion at the separation between the gratings 66, 68 and the transducer 26, it is similar to the transducer except that the grating is shorted to avoid acoustic energy reproduction. This short-circuiting can be performed by adding a metal connection of the electrode or externally. This additional connection is preferably arranged outside the reflector with the lowest acoustic energy and the least influence.

図１１ａ．１、１１ａ．２および１１ａ．３は、図９の実施形態を参照して説明した本発明の共振器で得られるインピーダンス曲線を示す。基板はＹカット１２８°ニオブ酸リチウムとした。電極は銅金属で構成し、酸化ケイ素層内に埋め込んでいる。金属の厚みは２５００Å、該酸化物の厚みは１μｍであった。トランスデューサと反射器の周期は２μｍである。トランスデューサのデューティファクタは５０％であり、エッジおよびギャップにおけるそれは７５％であった。共振器はアクティブ電極を２００個備えていた。アクティブ開口部は８０μｍであり、ギャップ領域は２０μｍ〜４０μｍの間で変化した。図示のように、エッジ長が２μｍ〜５μｍ、従って波長の０．７５〜１．２倍の場合に望ましい結果が得られた。得られたクォリティファクタは共振において１２５２であり、***振において１４２４であった。このモードは減衰する。比較として、同じ金属と酸化物について、三角形アポダイゼーションを使用した場合、クォリティファクタは８５０より小さい。これによって、提示した実施形態が優れていることがわかる。   FIG. 11a. 1, 11a. 2 and 11a. 3 shows an impedance curve obtained with the resonator of the present invention described with reference to the embodiment of FIG. The substrate was Y-cut 128 ° lithium niobate. The electrode is made of copper metal and embedded in the silicon oxide layer. The thickness of the metal was 2500 mm, and the thickness of the oxide was 1 μm. The period between the transducer and the reflector is 2 μm. The transducer duty factor was 50% and at the edges and gaps was 75%. The resonator was equipped with 200 active electrodes. The active opening was 80 μm and the gap area varied between 20 μm and 40 μm. As shown, the desired results were obtained when the edge length was 2 μm to 5 μm, and thus 0.75 to 1.2 times the wavelength. The quality factor obtained was 1252 at resonance and 1424 at anti-resonance. This mode is attenuated. For comparison, the quality factor is less than 850 when triangular apodization is used for the same metal and oxide. This shows that the presented embodiment is superior.

図１２を参照し、前述の音響波装置１０は、トランスデューサに沿って長手方向に延在した誘電体層または金属層８４、８６を有するトランスデューサ２６を備えていてもよい。ここで、該誘電体層または金属層８４、８６は、エッジ領域５４、５６内の電極部５２のみを被覆し、トランスデューサ中央領域４６には存在しない。エッジ領域５４、５６での速度を低減するこの代替実施形態は、エッジ領域８４、８６に誘電体層または金属層８４、８６を追加することを含む。
金属層は電極の上方または下方のエッジに追加されてもよい。 Referring to FIG. 12, the acoustic wave device 10 described above may include a transducer 26 having a dielectric or metal layer 84, 86 extending longitudinally along the transducer. Here, the dielectric layers or metal layers 84 and 86 cover only the electrode portions 52 in the edge regions 54 and 56, and do not exist in the transducer central region 46. This alternative embodiment for reducing the velocity at the edge regions 54, 56 includes adding a dielectric or metal layer 84, 86 to the edge regions 84, 86.
A metal layer may be added to the upper or lower edge of the electrode.

後にこの節でさらに詳細に説明するように、誘電体層の最適な深さに配置されたチタン（Ｔｉ）を含む金属層は、誘電体層と組み合わせられてもよい。   As will be described in more detail later in this section, a metal layer comprising titanium (Ti) disposed at an optimum depth of the dielectric layer may be combined with the dielectric layer.

図１３に示すように、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素などの音響速度が速い層を中央領域に追加してもよい。この場合も同様の音速速度構成が得られ、エッジでの速度は最も小さく、ギャップでの速度は大きく、中央での速度はエッジでの速度より大きくなる。層の厚みおよびまたはエッジ幅を適切に選択することにより、フラットな伝播モードが得られる。従って、エッジ領域の物性は、エッジ領域またはトランスデューサ中央領域上に適切な誘電体層を追加することによって中央領域のものとは違ったものにできる。   As shown in FIG. 13, a layer having a high acoustic velocity such as aluminum nitride or silicon nitride may be added to the central region. In this case as well, a similar sound speed structure is obtained, the speed at the edge is the smallest, the speed at the gap is large, and the speed at the center is larger than the speed at the edge. By appropriately selecting the layer thickness and / or edge width, a flat propagation mode is obtained. Thus, the physical properties of the edge region can be made different from those of the central region by adding an appropriate dielectric layer over the edge region or transducer central region.

図１３および１８に示すように、トランスデューサ２６は、トランスデューサ中央領域４６内の電極部５８を被覆する誘電体層を有するトランスデューサに沿って長手方向に延在する誘電体層８８を備えていてもよい。共振器９０の概略図を示す図１４にさらに示すように、共振器９０は、トランスデューサ２６と隣接する格子６６、６８との両方に対する中央領域内の電極の頂部に誘電体層８８を有し、中央領域４６内の音響波の速度を高めている。図１８にさらに示すように、誘電体層８８は、誘電体部８８４に示すように、トランスデューサ境界を越えて延在していてもよい。   As shown in FIGS. 13 and 18, the transducer 26 may include a dielectric layer 88 extending longitudinally along the transducer having a dielectric layer covering the electrode portion 58 in the transducer central region 46. . As further shown in FIG. 14, which shows a schematic diagram of resonator 90, resonator 90 has a dielectric layer 88 on top of the electrodes in the central region for both transducer 26 and adjacent gratings 66, 68; The speed of the acoustic wave in the central region 46 is increased. As further shown in FIG. 18, the dielectric layer 88 may extend beyond the transducer boundary, as shown in the dielectric portion 884.

トランスデューサを十分に被覆する酸化ケイ素層または保護膜の感温性は、エッジ領域長を音響波長の１．５倍より小さくすることによって低下する。   The temperature sensitivity of the silicon oxide layer or protective film that sufficiently covers the transducer is reduced by making the edge region length less than 1.5 times the acoustic wavelength.

さらなる例として、図１４は、図１３の構成を使用した１つの共振器を示す。繰り返しになるが、トランスデューサ構成と類似した音響構成を有する反射器の選定には注意が必要である。   As a further example, FIG. 14 shows one resonator using the configuration of FIG. Again, care must be taken when selecting a reflector having an acoustic configuration similar to the transducer configuration.

図１５は、１つの埋め込みＩＤＴ構成を示す。この場合、図１６にさらに示すように、速度シフトを実現する追加層は頂部に堆積することができる。一実施形態では、第１の誘電体層９２はトランスデューサ２６を被覆しており、第２の誘電体層９４はトランスデューサに沿って長手方向に延在し、トランスデューサ中央領域４６内の電極部だけを被覆している。前述のように、また後に本開示で詳細に説明するように、エッジ領域内の誘電体層の１つは、金属で置き換えられてもよい。一実施形態では、チタンがエッジ領域内だけに追加されている。   FIG. 15 shows one embedded IDT configuration. In this case, an additional layer that achieves a speed shift can be deposited on top, as further shown in FIG. In one embodiment, the first dielectric layer 92 covers the transducer 26, and the second dielectric layer 94 extends longitudinally along the transducer and covers only the electrode portion in the transducer central region 46. It is covered. As described above and as will be described in detail later in this disclosure, one of the dielectric layers in the edge region may be replaced with a metal. In one embodiment, titanium is added only in the edge region.

オプションとして、図１６ａおよび図１６ｂを参照し、装置１０は、トランスデューサ２６を被覆する第１の誘電体層９２と、トランスデューサに沿って長手方向に延在しギャップ領域３８、４０、エッジ領域５４、５６および中央領域４６内の電極部を被覆する第２の誘電体層９４と、さらに備えていてもよい。さらに、図１６ａに示すように、中央領域４６内の電極部をさらに被覆する第３の誘電体層９６が含まれていてもよい。またさらに、図１６ｂに示すように、エッジ領域５４、５６内の電極を被覆する第３の誘電体層９６が含まれていてもよい。   Optionally, referring to FIGS. 16a and 16b, the device 10 includes a first dielectric layer 92 covering the transducer 26 and a longitudinally extending gap region 38, 40, edge region 54, along the transducer, 56 and a second dielectric layer 94 covering the electrode portions in the central region 46 may be further provided. Further, as shown in FIG. 16 a, a third dielectric layer 96 that further covers the electrode portion in the central region 46 may be included. Still further, as shown in FIG. 16b, a third dielectric layer 96 covering the electrodes in the edge regions 54, 56 may be included.

所望の技術的選択に応じて、これらの層は電極上に直接堆積させることもできる。エッジ領域５４，５６での音響波速度がより低い速度プロファイルを有することおよび本質的にフラットなモード形を得るためのエッジ長と速度差を選択することが望ましい。   Depending on the desired technical choice, these layers can also be deposited directly on the electrodes. It is desirable that the acoustic wave velocities at the edge regions 54, 56 have a lower velocity profile and that the edge length and velocity difference be selected to obtain an essentially flat mode shape.

フィルタの周波数をトリミングすることが必要となることが多い。これは通常、フィルタの頂部上の材料の一部をエッチングまたは追加することによって可能となる。フィルタ構造の頂部に層を追加して所望の速度シフトを得る場合、図１６ａおよび図１６ｂに示すものと同様な構成を用いることが有利であり得る。これにより、装置の中心周波数を無相関化しスプリアスモードの低減することができる。   Often it is necessary to trim the frequency of the filter. This is usually possible by etching or adding a portion of the material on the top of the filter. If a layer is added on top of the filter structure to obtain the desired velocity shift, it may be advantageous to use a configuration similar to that shown in FIGS. 16a and 16b. Thereby, the center frequency of the apparatus can be made uncorrelated and the spurious mode can be reduced.

代替の実施形態では、引き続き図１２、図１６、図１６ａおよび図１６ｂを参照し、エッジ領域５４、５６内の層８４、８６は、チタン層（ストリップまたはフィルムとも呼ぶ）８４ｔおよび８６ｔを含む。ここでは、例として図１２を参照して前述したエッジ領域内の速度（Ｖｅ）が望ましく低下する。後にこの開示で説明するように、チタン層の位置、金属電極の厚みおよび誘電体層の厚みは、好ましい装置性能のために最適化されることになる。   In an alternative embodiment, with continued reference to FIGS. 12, 16, 16a and 16b, the layers 84, 86 in the edge regions 54, 56 include titanium layers (also referred to as strips or films) 84t and 86t. Here, as an example, the velocity (Ve) in the edge region described above with reference to FIG. 12 is desirably reduced. As will be described later in this disclosure, the location of the titanium layer, the thickness of the metal electrode and the thickness of the dielectric layer will be optimized for favorable device performance.

図１７に示すように、本発明の教示による１つのトランスデューサ２６は、図７および図９を参照して前述したようなものであってもよい。ここで、対向するバスバー１６、１８から延在するダミー電極９８を備えることにより、バスバーに隣接するダミー電極領域１００、１０２が形成され、ギャップ領域３８、４０の長さが低減される。端部ギャップが十分に長いので、これらのダミー電極９８の有無は、装置性能に影響しない。   As shown in FIG. 17, one transducer 26 in accordance with the teachings of the present invention may be as previously described with reference to FIGS. Here, by providing the dummy electrodes 98 extending from the opposing bus bars 16 and 18, dummy electrode regions 100 and 102 adjacent to the bus bars are formed, and the lengths of the gap regions 38 and 40 are reduced. Since the end gap is sufficiently long, the presence or absence of these dummy electrodes 98 does not affect the device performance.

図１８は、本発明の別の実施形態を示す。この場合、トランスデューサ開口部中央領域４６と低速エッジ領域５４、５６間の速度差は、低速領域で高デューティファクタを選択し中央領域に誘電体層（例としては窒化ケイ素層）を追加することによって得られる。これによって、小さなエッジ幅でありながらも、領域間での速度差を上昇させることが可能になる。これは、フォトリソグラフィ分解能によって可能なデューティファクタが制限されている高周波数の場合にも使用できる。しかしながら、このような窒化物層を追加する場合には注意しなければならない。窒化ケイ素トリミングによって、ピストンモードを不安定化し得る非均一な速度シフトが生じ得る。図１２、図１６、図１６ａおよび図１６ｂを参照した前述のチタン層８４ｔ、８６ｔの使用によってこうした懸念が回避できる。   FIG. 18 illustrates another embodiment of the present invention. In this case, the speed difference between the transducer opening center region 46 and the slow edge regions 54, 56 is obtained by selecting a high duty factor in the slow region and adding a dielectric layer (eg, a silicon nitride layer in the center region). can get. This makes it possible to increase the speed difference between the regions while having a small edge width. This can also be used for high frequencies where the possible duty factor is limited by photolithography resolution. However, care must be taken when adding such nitride layers. Silicon nitride trimming can cause non-uniform speed shifts that can destabilize the piston mode. Such concerns can be avoided by using the titanium layers 84t, 86t described above with reference to FIGS. 12, 16, 16a and 16b.

図１９に示すように、ギャップ領域、エッジ領域および中央領域内の電極部は、アポダイズされたトランスデューサ２６ａを形成するように構成されてもよい。さらに、図２０に示すように、中央領域内の電極部は、不等な横方向の長さ寸法を含み、アポダイズされたエッジ領域構造５４ａ、５６ｂを生成するエッジ領域について等しい横方向の長さ寸法を含んでいてもよい。さらに、図２１に示すように、エッジ領域内の電極部の各々の幅寸法は先細りであってもよい。先細り電極部５２ｔは、中央領域内の電極部の幅寸法と同じ第１の幅寸法から、ギャップ領域の電極部の幅寸法に等しい第２の幅寸法へ次第に細くなってもよい。   As shown in FIG. 19, the electrode portions in the gap region, the edge region, and the central region may be configured to form an apodized transducer 26a. Further, as shown in FIG. 20, the electrode portions in the central region include unequal lateral length dimensions and are equal in lateral length for the edge regions that generate the apodized edge region structures 54a, 56b. Dimensions may be included. Furthermore, as shown in FIG. 21, the width dimension of each electrode part in the edge region may be tapered. The tapered electrode part 52t may gradually become thinner from the first width dimension that is the same as the width dimension of the electrode part in the central region to a second width dimension that is equal to the width dimension of the electrode part in the gap region.

例として、図１９は、アポダイゼーションとフィンガ要素部分がより広い低速エッジ領域とを有するトランスデューサを示す。ほとんどのモードは低速領域を使用することにより抑制されるが、残りの偽信号を抑制するには非常に小さなアポダイゼーションが役立つであろう。この場合、必要とされるアポダイゼーションは、低速領域またはエッジ領域を使用しない場合よりはるかに小さいので、結合係数は大きいままである。さらに、図２０に示すように、低速エッジ領域の幅はトランスデューサに沿って調整できる。   As an example, FIG. 19 shows a transducer having apodization and a slow edge region with a wider finger element portion. Most modes are suppressed by using the slow region, but very little apodization will help to suppress the remaining spurious signals. In this case, the coupling coefficient remains large because the required apodization is much smaller than when not using the slow or edge regions. Further, as shown in FIG. 20, the width of the slow edge region can be adjusted along the transducer.

図２１は、低速エッジ領域での速度が一定でないトランスデューサの例を示す。この場合、デューティファクタは、エッジ領域でのフィンガ要素部分の先細りによってエッジ領域で変化する。エッジ領域での速度が中央領域での速度およびギャップエッジ領域の速度より小さい限り、速度が一定の場合と同様な挙動が得られる。フラットな横モードを得るために、低速エッジ領域幅を調整することができる。同様に、ギャップエッジ領域と共に、中央領域は一定ではない速度を持つことができる。   FIG. 21 shows an example of a transducer with non-constant velocity in the slow edge region. In this case, the duty factor changes in the edge region due to the taper of the finger element portion in the edge region. As long as the velocity in the edge region is smaller than the velocity in the central region and the velocity in the gap edge region, the same behavior as when the velocity is constant is obtained. To obtain a flat transverse mode, the slow edge region width can be adjusted. Similarly, along with the gap edge region, the central region can have a non-constant velocity.

図２２は、本発明の教示による結合された共振器フィルタ１０４を示す。この場合、２つのトランスデューサ１０６、１０８が使用されている。図２３は、結合された共振器フィルタ１０４について、ピストンモードトランスデューサを備えた場合と備えていない（標準装置）場合に得られる結果を示している。例として、本明細書に説明した本発明の実施形態の場合、リップルと挿入損失が好適に低減していることが非常に明確である。当業者は、本発明の教示の利点を利用して、所望の周波数特性を得るためにトランスデューサをさらに展開できる。例えば、図２４は、３つのトランスデューサを用いた構成を示す。同様に、５つ以上のトランスデューサを使用してもよい。ＣＲＦの複数のセクションをカスケードできること、あるいはＣＲＦのセクションを共振器要素とカスケードできることも示されている。さらに、複数の波長当たり２つの電極のＳＡＷトランスデューサだけしか説明していないが、本発明は例えばＳＰＵＤＴなどの任意のトランスデューサに適用される。   FIG. 22 illustrates a coupled resonator filter 104 in accordance with the teachings of the present invention. In this case, two transducers 106 and 108 are used. FIG. 23 shows the results obtained for the coupled resonator filter 104 with and without a piston mode transducer (standard device). By way of example, for the embodiments of the invention described herein, it is very clear that ripple and insertion loss are suitably reduced. One skilled in the art can take advantage of the teachings of the present invention to further deploy the transducer to obtain the desired frequency characteristics. For example, FIG. 24 shows a configuration using three transducers. Similarly, more than four transducers may be used. It has also been shown that multiple sections of the CRF can be cascaded, or that sections of the CRF can be cascaded with resonator elements. Furthermore, although only two electrode SAW transducers per wavelength are described, the present invention applies to any transducer such as SPUDT.

図２５ａ〜図２５ｈは、本発明のピストンモード共振器の場合に得られた結果を示す。ここでは、ギャップ横方向長さが変化し、示した曲線はインピーダンスの位相であり、共振におけるＱおよび***振におけるＱも示されている。また、共振器の周期は２μｍであって４μｍの波長に対応しており、低速側のモードは、ギャップ長が１λの場合消滅し、クォリティファクタは、ギャップ長が２λの場合に所望のものとなり、より大きなギャップ長でもその状態が維持されている。   Figures 25a to 25h show the results obtained for the piston mode resonator of the present invention. Here, the gap lateral length is changed, the curve shown is the phase of impedance, and Q at resonance and Q at antiresonance are also shown. The resonator period is 2 μm and corresponds to a wavelength of 4 μm, and the low-speed mode disappears when the gap length is 1λ, and the quality factor becomes desired when the gap length is 2λ. This state is maintained even with a larger gap length.

代替の実施形態に対して、図１２、図１６、図１６ａおよび図１６ｂを参照して前述したように、エッジ領域５４、５６内の層８４、８６は、本明細書ではフィルムまたはストリップ８４ｔ、８６ｔと呼ぶチタン層を含んでいてもよく、ここでのエッジ領域５４、５６内の速度（Ｖｅ）は好適に低減されている。例として、再度図１６を参照し、チタンストリップ８４ｔ、８６ｔそれぞれの位置、金属電極２２、２４の厚み２２ｔ、２４ｔ、エッジ領域５４、５６内の厚み９２ｔは、装置１０の好適な性能のために最適化されている。   For alternative embodiments, as described above with reference to FIGS. 12, 16, 16a and 16b, the layers 84, 86 in the edge regions 54, 56 are referred to herein as films or strips 84t, A titanium layer called 86t may be included, and the velocity (Ve) in the edge regions 54 and 56 here is preferably reduced. As an example, referring again to FIG. 16, the location of the titanium strips 84t, 86t, the thicknesses 22t, 24t of the metal electrodes 22, 24, and the thickness 92t in the edge regions 54, 56, respectively, for the preferred performance of the device 10. Optimized.

引き続き図１６を参照し、厚みの選択は好適には、電極厚み２２ｔ、２４ｔおよび、所望の結合係数と温度係数が得られるように選択された保護膜層９２厚み９２ｔと；ピストンモード導波装置１０の構築に必要な速度シフトを得るように選択された、エッジ領域内のチタンストリップ８４ｔ、８６ｔの厚み８５ｔ、８７ｔと；層９２、あるいは周波数変化の修正のためのトリミング時に使用するオプションとしての追加層９４のＳｉ_３Ｎ_４厚み範囲と、に基づいて行われる。 With continued reference to FIG. 16, the thickness selection is preferably the electrode thicknesses 22t, 24t and the overcoat layer 92 thickness 92t selected to provide the desired coupling and temperature coefficients; piston mode waveguide device Thicknesses 85t, 87t of titanium strips 84t, 86t in the edge region, chosen to obtain the speed shift required for the construction of 10; layer 92, or as an option to use when trimming to correct frequency changes This is performed based on the Si ₃ N ₄ thickness range of the additional layer 94.

前述のように、トリミングによって種々の実施形態が得られ得るが、本明細書で提示される好適な厚みの確立に使用される実施形態として図１６ｃおよび図１６ｄが参照される。例示したように、また本発明の教示に従って、電極２２、２４を備えるＩＤＴ２６は、本明細書では例えば酸化ケイ素層である第１の誘電体層９２内に埋め込まれている。第２の誘電体層９４は、周波数トリミングのための窒化ケイ素層である。例示したように、窒化ケイ素層９４は、実施形態１６ｃの場合、導波中央領域４６とエッジ領域５４、５６の低速度を被覆している。あるいは、窒化ケイ素トリミング層は、図１６ｄに示したように、ギャップ領域３８、４０を被覆していてもよい。チタンストリップ８４ｔ、８６ｔは、前述のように、エッジ領域５４、５６内だけの酸化ケイ素保護膜層９４内に位置している。   As described above, various embodiments may be obtained by trimming, but reference is made to FIGS. 16c and 16d for embodiments used to establish the preferred thickness presented herein. As illustrated and in accordance with the teachings of the present invention, an IDT 26 comprising electrodes 22, 24 is embedded within a first dielectric layer 92, here a silicon oxide layer, for example. The second dielectric layer 94 is a silicon nitride layer for frequency trimming. As illustrated, the silicon nitride layer 94 covers the low velocity of the waveguide central region 46 and the edge regions 54, 56 for the embodiment 16c. Alternatively, the silicon nitride trimming layer may cover the gap regions 38, 40 as shown in FIG. 16d. The titanium strips 84t and 86t are located in the silicon oxide protective film layer 94 only in the edge regions 54 and 56 as described above.

例として、本発明の実施形態で使用される典型的な厚みを以下の表Ｉに示す。

By way of example, typical thicknesses used in embodiments of the present invention are shown in Table I below.

本発明のある実施形態では、エッジ領域のみ内および保護膜を形成する誘電体層内にチタンストリップが配置されている。該チタンストリップの垂直の位置はピストンモードでの不安定性を最小化するように選択され、誘電体層の頂面上を含む、電極頂部と保護膜を形成する誘電体層の表面間の誘電材料内に位置する。Ｔｉストリップまたはフィルムを適切な垂直位置に配置することによって、導波すなわち中央領域とエッジ領域の低速度間の速度シフトは、トリミングに使用されるＳｉ_３Ｎ_４層の厚み変化に対して安定化し得る。 In one embodiment of the invention, a titanium strip is disposed only in the edge region and in the dielectric layer forming the protective film. The vertical position of the titanium strip is selected to minimize piston mode instability, including the top surface of the dielectric layer and the dielectric material between the top of the electrode and the surface of the dielectric layer forming the protective film Located in. By placing the Ti strip or film in the proper vertical position, the velocity shift between the low speeds of the guided or central region and the edge region is stabilized against changes in the thickness of the Si ₃ N ₄ layer used for trimming. obtain.

この配置は、Ｔｉストリップまたはフィルム下の誘電体層の小数部分で定量化される。好適な実施形態選択のためのストラテジでは、公称値としては、例えば、Ｔｉ厚み：ｈ_Ｔｉ／ｐ≒０．０８±０．００３、Ｓｉ_３Ｎ_４厚み：０．００５≦ｈ_{Ｓｉ３Ｎ４}／ｐ≦０．０１５、保護膜でのＴｉ位置：電極の頂部から誘電体層（保護膜）９２の表面までの距離の０％〜１００％が含まれていた。 This arrangement is quantified in a fraction of the dielectric layer under the Ti strip or film. In the strategy for selecting a preferred embodiment, nominal values include, for example, Ti thickness: h _Ti /p≈0.08±0.003, Si ₃ N ₄ thickness: 0.005 ≦ h _{Si 3} N ₄ / p ≦ 0 .015, Ti position in the protective film: 0% to 100% of the distance from the top of the electrode to the surface of the dielectric layer (protective film) 92 was included.

例えば、例として本明細書で説明した構造の場合、構造形状を選択する基準は、例として、Ｙカット１２８°ニオブ酸リチウム基板１２を使用して図１６ｄの実施形態で示したように、好適な速度シフトを得るためのＴｉストリップの厚み選択と、共振器周波数に対して調整するためのＳｉ_３Ｎ_４トリミング材の厚み変更と、周波数調整による速度シフト変化を最小化するための誘電体保護膜でのＴｉストリップ位置の選択と、であった。 For example, in the case of the structure described herein by way of example, the criteria for selecting the structure shape is preferably as shown in the embodiment of FIG. 16d using, as an example, a Y-cut 128 ° lithium niobate substrate 12 Selection of Ti strip thickness to obtain a good speed shift, Si ₃ N ₄ trimming thickness change to adjust for resonator frequency, and dielectric protection to minimize speed shift change due to frequency adjustment Selection of the Ti strip position in the film.

誘電体層内の電極表面から誘電体表面に向かって約８０％上部にチタンストリップを配置することによって、中央領域とエッジ領域間に安定した速度シフトが作られることを示してきた。   It has been shown that placing a titanium strip about 80% above the electrode surface in the dielectric layer toward the dielectric surface creates a stable speed shift between the central and edge regions.

図２６ａ〜図２６ｋは、本明細書では例えば、トリミングと周波数調節を行うための中央領域上に使用された窒化ケイ素層の種々の厚みだけに対して、エッジ領域の誘電体層内に配置されたチタンストリップでの速度シフトを示す。Ｓｉ_３Ｎ_４とＴｉ厚みの関数としての速度シフトのこのような等高線図は、保護膜内の種々の位置におけるＴｉの配置を比較するために使用される。図２７および図２８に示すように、チタンストリップの配置によって速度シフトが安定化され、電極頂部から誘電体層の頂部エッジまでの距離の約８０％におけるチタンストリップの好適な配置が得られる。このようなプロセスによって、フィルタ製造者にとっては、ピストンモード導波のトリミングの影響を最小化し、これによってピストンモードでの不安定性を最小化する好適な実施形態を特定することが可能となる。これらの非均一なシフトによってピストンモードが不安定になる。従って、チタンストリップの誘電体層（保護膜）内での配置すべき位置と、トリミング量と中央領域被覆のために使用される窒化ケイ素量への依存性と、を知ることが好ましい。 FIGS. 26a-26k are arranged here in the dielectric layer of the edge region, for example only for the various thicknesses of the silicon nitride layer used on the central region for trimming and frequency adjustment. Shows the velocity shift on a titanium strip. Such a contour plot of velocity shift as a function of Si ₃ N ₄ and Ti thickness is used to compare the placement of Ti at various locations within the overcoat. As shown in FIG. 27 and FIG. 28, the titanium strip placement stabilizes the speed shift, resulting in a preferred placement of the titanium strip at about 80% of the distance from the top of the electrode to the top edge of the dielectric layer. Such a process allows the filter manufacturer to identify preferred embodiments that minimize the effects of piston mode waveguide trimming, thereby minimizing instabilities in the piston mode. These non-uniform shifts make the piston mode unstable. Therefore, it is preferable to know the position of the titanium strip to be placed in the dielectric layer (protective film) and the dependency on the amount of trimming and the amount of silicon nitride used for coating the central region.

さらなる例として、下表ＩＩでは、速度シフトに対する安定性許容範囲と誘電体保護膜内でのチタンストリップの配置とを関連付けている。

As a further example, Table II below correlates the stability tolerance for speed shift with the placement of the titanium strip within the dielectric overcoat.

より一般的には、エッジ領域と中央領域間の速度シフトの周波数トリミングに対する感度は、誘電体層９２とは特性的に異なる層を埋め込むことによって、またその深さを最適化することによって低減できる。今や本発明が教示する利点を得た当業者は、エッジ領域での速度が小さいという結果が得られる限り、Ｔｉ以外の金属も同様に誘電材料として使用できることは理解するであろう。誘電体層９２にこれらの層を埋め込み、その深さを最適化することによって、トリミングに対する感度は低減するであろう。前述のように、最適な深さは、基板材料、基板の方位、トランスデューサを被覆する誘電体層の性質と厚み、および金属電極の性質と厚みに依存するであろう。同様に、速度の上昇をもたらす層は、誘電体層内の最適な位置に埋め込みできる。   More generally, the sensitivity to frequency trimming of the speed shift between the edge region and the central region can be reduced by embedding a layer characteristically different from the dielectric layer 92 and by optimizing its depth. . Those skilled in the art who have now gained the advantages taught by the present invention will appreciate that metals other than Ti can be used as dielectric materials as well, so long as the result is a low velocity in the edge region. By embedding these layers in the dielectric layer 92 and optimizing their depth, the sensitivity to trimming will be reduced. As discussed above, the optimum depth will depend on the substrate material, the orientation of the substrate, the nature and thickness of the dielectric layer covering the transducer, and the nature and thickness of the metal electrode. Similarly, the layer that provides the increased speed can be embedded at the optimal location within the dielectric layer.

上記の説明および関連した図面で提示した教示の利点を有する当業者は、本発明の多くの変更と他の実施形態を想到するであろう。従って、本発明は開示した特定の実施形態に限定されないこと、および変更および実施形態は添付の特許請求の範囲内に包含されるものと意図されることは理解される。   Those skilled in the art having the benefit of the teachings presented in the foregoing description and the associated drawings will envision many modifications and other embodiments of the invention. Accordingly, it is to be understood that the invention is not limited to the specific embodiments disclosed, and that modifications and embodiments are intended to be included within the scope of the appended claims.

Claims (25)

音響波をサポートする表面を有する圧電基板と；
前記圧電基板の前記表面上に担持されたインターデジタルトランスデューサであって、このトランスデューサの複数の電極のそれぞれは、第１のバスバーと第２のバスバーの内の少なくとも１つに電気的に接続された第１の端部と、前記対向するバスバーから離れたエッジを有する対向する第２の端部と、を有して、前記トランスデューサに沿って長手方向に延在するギャップ領域を形成する、前記各電極のエッジと前記対向するバスバー間のギャップを形成し、前記各電極は、前記バスバーに近接し概ね前記ギャップ領域内に含まれる横方向に延在する第１の部分と、前記エッジに近接し、前記トランスデューサに沿って長手方向に延在するエッジ領域を定義する横方向に延在する第２の部分と、トランスデューサ中央領域を定義する、前記第１の部分と前記第２の部分間の電極の横方向に延在する第３の部分と、トランスデューサを埋め込むためにトランスデューサを被覆する第１の誘電体層と、によってさらに定義されるトランスデューサと；
少なくとも前記中央領域とエッジ領域内の前記複数の電極を被覆し、前記中央領域内の前記音響波の周波数変更に十分なものである第２の誘電体層と；
前記中央領域と前記エッジ領域の内の少なくとも１つ内の前記音響波の速度変更に十分な誘電体層であって、前記中央領域と２つのエッジ領域の１つだけ内に延在する第３の層と、を備え、前記エッジ領域での速度は前記中央領域での速度より小さいことを特徴とする音響波装置。 A piezoelectric substrate having a surface that supports acoustic waves;
An interdigital transducer carried on the surface of the piezoelectric substrate, wherein each of the plurality of electrodes of the transducer is electrically connected to at least one of a first bus bar and a second bus bar. Each having a first end and an opposing second end having an edge away from the opposing bus bar to form a gap region extending longitudinally along the transducer. Forming a gap between the edge of the electrode and the opposing bus bar, each electrode being proximate to the bus bar and extending in a lateral direction generally within the gap region and proximate to the edge. A transversely extending second portion defining a longitudinally extending edge region along the transducer, and a transducer central region defining a front A third portion extending laterally of the first portion and the electrode between the second portion, a transducer is further defined in the first dielectric layer covering the transducer, by for embedding transducer ;
A second dielectric layer covering at least the plurality of electrodes in the central region and the edge region and being sufficient for changing the frequency of the acoustic wave in the central region;
A dielectric layer sufficient to change the velocity of the acoustic wave in at least one of the central region and the edge region, and extending in only one of the central region and the two edge regions; The acoustic wave device is characterized in that a velocity in the edge region is smaller than a velocity in the central region. 前記第３の層は、誘電体層または金属層の内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the third layer comprises at least one of a dielectric layer or a metal layer. 前記金属層はチタンストリップを含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。   The apparatus of claim 2, wherein the metal layer comprises a titanium strip. 前記圧電基板はニオブ酸リチウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the piezoelectric substrate comprises lithium niobate. 前記電極は、密度がアルミニウムより高い金属から形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the electrode is formed of a metal having a higher density than aluminum. 前記第１の誘電体層は、その感温性を低減するために、前記トランスデューサを十分に被覆する保護膜を形成する酸化ケイ素材を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the first dielectric layer includes a silicon oxide material that forms a protective film that sufficiently covers the transducer to reduce its temperature sensitivity. 前記第２の誘電体層は窒化ケイ素を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the second dielectric layer comprises silicon nitride. 前記第３の層は前記第１の誘電体層内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the third layer is disposed within the first dielectric layer. 前記第３の層は、前記電極の頂面より前記第１の誘電体層の頂面により近接して配置されることを特徴とする請求項８に記載の装置。   9. The device of claim 8, wherein the third layer is disposed closer to the top surface of the first dielectric layer than to the top surface of the electrode. 前記ギャップの横方向の長さ寸法は、一音響波長と三音響波長超の内の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the lateral length of the gap is at least one of one acoustic wavelength and more than three acoustic wavelengths. 前記電極はｈ／ｐ厚みが概ね０．１０〜０．２０の銅を含み、前記第１の誘電体層は厚みが約０．５ｈ／ｐの酸化ケイ素材を含み、前記第３の層はｈ／ｐ厚みが概ね０．０６〜０．１０のチタンストリップを含み、前記第２の誘電体層はｈ／ｐ厚みが概ね０．００５〜０．０１５の窒化ケイ素材を含み、前記チタンストリップは前記第１の誘電体層内に存在することを特徴とする請求項１に記載の装置。   The electrode includes copper having an h / p thickness of approximately 0.10 to 0.20, the first dielectric layer includes a silicon oxide material having a thickness of approximately 0.5 h / p, and the third layer includes: The titanium strip includes a titanium strip having an h / p thickness of approximately 0.06 to 0.10, and the second dielectric layer includes a silicon nitride material having an h / p thickness of approximately 0.005 to 0.015. The device of claim 1, wherein is present in the first dielectric layer. 前記基板は、カットアングルがＹ＋１２０°〜Ｙ＋１４０°のニオブ酸リチウムを含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。   The apparatus of claim 11, wherein the substrate includes lithium niobate having a cut angle of Y + 120 ° to Y + 140 °. 圧電基板と、
前記圧電基板の表面上に前記トランスデューサを形成する複数の電極であって、前記複数の電極のそれぞれが、前記トランスデューサを通る長手方向に音響波を誘導するための横方向に延在する中央領域と横方向に対向するエッジ領域とを含む電極と、
前記インターデジタルトランスデューサを被覆する第１の誘電体層と、
少なくとも前記中央領域とエッジ領域内の前記第１の誘電体層を被覆し、前記中央領域内の前記音響波の周波数変更に十分なものである第２の誘電体層と、
前記対向するエッジ領域のそれぞれ内にのみ延在し、前記エッジ領域内の前記音響波の速度の低減に十分なものである金属層と、を備え、前記エッジ領域での速度はトランスデューサ中央領域内の波速度より小さいことを特徴とする音響波装置。 A piezoelectric substrate;
A plurality of electrodes forming the transducer on a surface of the piezoelectric substrate, each of the plurality of electrodes extending in a lateral direction for inducing acoustic waves longitudinally through the transducer; and Electrodes including laterally opposed edge regions;
A first dielectric layer covering the interdigital transducer;
A second dielectric layer covering at least the first dielectric layer in the central region and the edge region and being sufficient for changing the frequency of the acoustic wave in the central region;
A metal layer that extends only within each of the opposing edge regions and is sufficient to reduce the velocity of the acoustic wave within the edge region, wherein the velocity at the edge region is within a transducer central region An acoustic wave device characterized by being smaller than the wave velocity of. 前記第１の誘電体層は、その感温性を低減するために、前記トランスデューサを十分に被覆する保護膜を形成する酸化ケイ素材を含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。   14. The apparatus of claim 13, wherein the first dielectric layer includes a silicon oxide material that forms a protective film that sufficiently covers the transducer to reduce its temperature sensitivity. 前記第２の誘電体層は窒化ケイ素を含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。   The apparatus of claim 13, wherein the second dielectric layer comprises silicon nitride. 前記金属層は前記第１の誘電体層内に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。   The apparatus of claim 13, wherein the metal layer is disposed in the first dielectric layer. 前記金属層は、前記電極の頂面より前記第１の誘電体層の頂面により近接して配置されることを特徴とする請求項１６に記載の装置。 The device of claim 16 , wherein the metal layer is disposed closer to the top surface of the first dielectric layer than to the top surface of the electrode. 前記圧電基板はニオブ酸リチウムを含み、前記電極はｈ／ｐ厚みが概ね０．１０〜０．２０の銅を実質的に含み、前記第１の誘電体層は厚みが約０．５ｈ／ｐの酸化ケイ素材を含み、前記金属層はｈ／ｐ厚みが概ね０．０６〜０．１０のチタンストリップを含み、前記第２の誘電体層はｈ／ｐ厚みが概ね０．００５〜０．０１５の窒化ケイ素材を含み、前記チタンストリップは前記第１の誘電体層内に存在することを特徴とする請求項１３に記載の装置。   The piezoelectric substrate includes lithium niobate, the electrode substantially includes copper having an h / p thickness of approximately 0.10 to 0.20, and the first dielectric layer has a thickness of approximately 0.5 h / p. The metal layer includes a titanium strip having an h / p thickness of approximately 0.06 to 0.10, and the second dielectric layer has a thickness of approximately 0.005 to 0.00. 14. The apparatus of claim 13, comprising a 015 silicon nitride material, wherein the titanium strip is present in the first dielectric layer. 前記基板は、カットアングルがＹ＋１２０°〜Ｙ＋１４０°のニオブ酸リチウムを含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。 The apparatus of claim 18 , wherein the substrate comprises lithium niobate having a cut angle of Y + 120 ° to Y + 140 °. 複数の電極を圧電基板の表面上のインターデジタルトランスデューサに形成するステップであって、前記複数の電極のそれぞれが、前記インターデジタルトランスデューサを通る長手方向に音響波を誘導するための横方向に延在する中央領域と横方向に対向するエッジ領域とを含むステップと、
前記インターデジタルトランスデューサを第１の誘電体層で被覆して保護膜を形成するステップと、
前記対向するエッジ領域のそれぞれ内だけに、前記エッジ領域内の前記音響波速度の低減に十分なものである第３の層を配置するステップであって、前記エッジ領域での速度は前記トランスデューサ中央領域内での波速度より小さいステップと、
前記第１の誘電体層を、前記中央領域内の前記音響波の周波数変更に十分なものである第２の誘電体層で被覆するステップと、を備えることを特徴とする、ピストンモード導波として機能する表面音響波装置の製造方法。 Forming a plurality of electrodes on an interdigital transducer on a surface of a piezoelectric substrate, each of the plurality of electrodes extending in a lateral direction for inducing acoustic waves longitudinally through the interdigital transducer Including a central region to be laterally opposed and an edge region facing laterally;
Covering the interdigital transducer with a first dielectric layer to form a protective film;
Placing a third layer in each of the opposing edge regions that is sufficient to reduce the acoustic wave velocity in the edge region, wherein the velocity in the edge region is at the center of the transducer Steps smaller than the wave velocity in the region;
Covering the first dielectric layer with a second dielectric layer that is sufficient to change the frequency of the acoustic wave in the central region. A method of manufacturing a surface acoustic wave device that functions as: 酸化ケイ素材から前記第１の誘電体層を形成するステップと、
前記第３の層を金属ストリップとして形成するステップと、
ピストンモード導波を得るに十分な速度シフトを得るための前記金属ストリップの厚みを選択するステップと、
前記金属ストリップを前記保護膜内に配置するステップと、
前記電極の頂面と前記第１の誘電体層の頂面間の前記金属ストリップの垂直位置を調節してピストンモードでの不安定性を最小化するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。 Forming the first dielectric layer from a silicon oxide material;
Forming the third layer as a metal strip;
Selecting the thickness of the metal strip to obtain a velocity shift sufficient to obtain a piston mode waveguide;
Placing the metal strip in the protective film;
Adjusting the vertical position of the metal strip between the top surface of the electrode and the top surface of the first dielectric layer to minimize piston mode instability. Item 21. The method according to Item 20 . 前記金属ストリップはチタンを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。 The method of claim 21 , wherein the metal strip comprises titanium. 前記第２の誘電体を窒化ケイ素材から形成するステップと、
前記導波の望ましいピストンモード機能を得るに十分な共振器周波数と周波数トリミング範囲とを変更するために、前記第２の誘電体の厚みを選択するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載の方法。 Forming the second dielectric from a silicon nitride material;
Selecting a thickness of the second dielectric to change a resonator frequency and a frequency trimming range sufficient to obtain a desired piston mode function of the waveguide. Item 22. The method according to Item 21 . 前記金属ストリップの配置は、前記電極の頂面より前記第１の誘電体層の頂面により近接して前記金属ストリップを配置するステップを含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。 24. The method of claim 23 , wherein disposing the metal strip includes disposing the metal strip closer to the top surface of the first dielectric layer than the top surface of the electrode. 前記圧電基板をニオブ酸リチウムから形成するステップと、
ｈ／ｐ厚みが概ね０．１０〜０．２０の銅材から前記電極を形成するステップと、
厚みが約０．５ｈ／ｐの酸化ケイ素材から前記第１の誘電体層をっ形成するステップと、
前記第３の層をｈ／ｐ厚みが概ね０．０６〜０．１０のチタンストリップとして形成するステップと、
ｈ／ｐ厚みが概ね０．００５〜０．０１５の窒化ケイ素材から前記第２の誘電体層を形成するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。 Forming the piezoelectric substrate from lithium niobate;
forming the electrode from a copper material having an h / p thickness of approximately 0.10 to 0.20;
Forming the first dielectric layer from a silicon oxide material having a thickness of about 0.5 h / p;
Forming the third layer as a titanium strip having an h / p thickness of approximately 0.06 to 0.10;
21. The method of claim 20 , further comprising: forming the second dielectric layer from a silicon nitride material having an h / p thickness of approximately 0.005 to 0.015.

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