专利名称：声表面波器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括石英基底的声表面波器件，更详细地说，本发明涉及一种由石英基底和电极的独特组合所获得的具有极好的、稳定的谐振特性的声表面波器件。
在公开号为61-45892的日本已审查专利中披露了一种包含有用作压电基底的石英基底的声表面波器件。
在上述已有技术中的该声表面波器件中，包括有黄金电极的用来传送和接收信号的交指型变换器被安置在一石英基底上。该石英基底是一石英旋转丫扳。该器件的频率-温度特性是由公式X={a/(a+b)}(ho/λ)所规定的设置x来改进的，这里ho是该交指型变换器(后面称之为IDT)的电极膜的厚度，a是该电极指状物的宽度，b是该电极指状物的间隙，和λ是被激励的一声表面波的波长，并且一切割方向θ应满足下式θ=(-18707.5x2+21.429x+129.5)但是，在上述声表面波器件中，Au被用作用来构成该变换器IDT的电极材料。这就使得该器件的成本显著地提高并且还使得形成该器件的过程极其困难。
为了克服上述问题，本发明的最佳实施例提供了一种低价格的声表面波器件，该器件具有一易于形成的电极构造，并且还有优良的、稳定的谐振特性。
根据本发明的一个最佳实施例，一声表面波器件包括有欧拉(Euler)角(0,θ,90°)的一个角θ的石英基底，这里角θ满足122°≤θ≤131°，并且在该石英基底上安置有由包含Ta和W中一种的电极材料做成的一交指型变换器。
根据这种独特的结构，该声表面波器件能呈现优良的频率温度特性和谐振特性。另外，与黄金电极相比较Ta和W较为便宜，从而使该声表面波器件的成本明显地下降。另外，与Au相比较，Ta和W易于处理。因此，根据本发明的最佳实施例的该声表面波器件具有优良的谐振特性并且它的构成具有高稳定性和高精密性。
该欧拉角(0,θ,90°)的角θ最好是在约125°和约128°之间，从而使该声表面器件具有更佳的谐振特性。
该交指型变换器可具有一高达约40λ的电极指状交叉宽度(孔隙)，这里λ表示被激励的声表面波的波长。在这种情况下，在该波段横向模式中所引起的没有必要的伪响应被有效地抑制，从而获得优良的谐振特性。
该欧拉角的角θ最好是在该IDT是由Ta所做成的情况下满足下式(1)和在该IDT是由W所做成的情况下满足下式(2)θ=125.44+108.27×d×h/λ±1.2 …式(1)θ=125.70+49.87×d×h/λ±1.2…式(2)在这种情况下，在约-20℃到约80℃的温度范围中该频率变化比可是一高达约200ppm的值。
该声表面波谐振器可包括一被安置在声表面波传输方向上的变换器的相对侧上的反射器。该交指型变换器的电极指状对的数NIDT和该反射器的电极指状NREF可调整为所希望的数。
根据本发明的最佳实施例该声表面波可以成功地和容易地被结合在一声表面波滤波器或一纵向耦合装置中。
为了说明本发明的用途，以几种构成的图例对本发明的最佳构成进行说明，但应了解的是，本发明并不局限于这些结构和实施手段。
图1示出了根据本发明的一最佳实施例的一声表面波器件的一说明性的平面示图。
图2示出了当角θ’是在约125°到约128°范围内时欧拉角(0,θ,90°)的变化和频率温度系数TCF之间的关系。
图3示出了图1所示本发明的一最佳实施例的该声表面波器件的谐振特性。
图4示出了当θ变化时阻抗比的变化。
图5示出了当d×h/λ=0.2和θ=127°时本发明的该最佳实施例的声表面波谐振器的频率温度特性。
图6示出了具有由Ta构成电极材料的本发明的一最佳实施例的声表面波谐振器的d×(h/λ)和θ之间的关系。
图7示出了具有由w构成电极材料的本发明的一最佳实施例的声表面波谐振器的d×(h/λ)和θ之间的关系。
图8示出了具有约25λ的IDT-电极指状交叉宽度(孔隙)的本发明的一最佳实施例的声表面波谐振器的由该谐振频率标称化的频率和该阻抗之间的关系。
图9示出了具有约40λ的IDT的一电极指状交叉宽度的本发明的一最佳实施例的声表面波谐振器的由该谐振频率标准化的频率和该阻抗之间的关系。
图10示出了具有约100λ的TDT的一电极指状交叉宽度的本发明的一最佳实施例的声表面波谐振器的由该谐振频率标准化的频率和该阻抗之间的关系。
图11示出了本发明一最佳实施例的声表面波谐振器的IDT的电极对数NIDT和该阻抗比的关系。
图12示出了本发明一最佳实施例的声表面波谐振器的IDT的电极对数NIDT和带宽比的关系。
图13示出了本发明的一最佳实施例的声表面波谐振器的IDT的电极对数NIDT和谐振电阻之间的关系。
图14示出了本发明的一最佳实施例的声表面波谐振器的电极对数NIDT和阻抗比之间的关系。
图15是根据本发明另一最佳实施例的一纵向耦合声表面波滤波器的平面视图。
图16A和163是当NIDT变化时所得到的该纵向耦合声表面波滤波器的插入损耗与频率特性。
图17示出了当IDT之间的间隙是X=0.20λ时所得到的本发明一最佳实施例的纵向耦合声表面波滤波器的NIDT和带宽之间的关系。
图18示出了当IDT之间的间隙是X=0.5λ时所得到的本发明一最佳实施例的纵向耦合声表面波滤波器的NIDT和带宽之间的关系。
图19示出了当IDT之间的间隙是X=0.7λ时所得到的本发明的一最佳实施例的纵向耦合声表面滤波器的NIDT和带宽之间的关系。
图20示出了当IDT之间的间隙是x=0.9λ时所得到的本发明的一最佳实施例的纵向耦合声表面波滤波器的NIDT和带宽之间的关系。
图21示出了本发明一最佳实施例的纵向耦合声表面波滤波器的变换器IDT之间的间隙x和NIDTMAX之间的关系。
图22示出了本发明的纵向耦合声表面波滤波器的一改进例子的平面视图。
图23示出了本发明一最佳实施例的纵向耦合声表面波滤波器的电极指状的数NREF和插入损耗之间的关系。
图24示出了根据本发明的另一最佳实施例的具有根据一最佳实施例的多个声表面波谐振器的一声表面波滤波器的电路图。
现在参考附图采用非限制性构成例子来说明根据本发明最佳实施例的一声表面波器件。
图1示出了根据本发明的第一最佳实施例的一声表面波谐振器的平面视图。
声表面波谐振器1包括有一石英基底2。在该石英基底2中，欧拉(Euler)角(0,θ,90°)最好满足下式122°≤θ≤131°在该基底2上提供有IDT3。该IDT3包括一对交指型电极3a和3b。该交指型电极3a和3b的电极指状被插入它们之间的空间之中。
栅型反射器4,5具有多个在其相对终端短路的电极指状并分别沿该声表面波传输方向被安置在该IDT3的相对侧。
IDT3和反射器4,5由最好是钨(W)制成。该IDT3和反射器4,5最好由诸如蒸气沉积、CVD、喷镀、溅射钨以及其它适当方法的薄膜形成法在该石英基底2上形成。
在本发明的该最佳实施例的声表面波谐振器1中，欧拉角(0,θ,90°)的角θ最好是在约122°到约131°的范围内。因此，利用SH型声表面波，该带宽可大大增加。因而，可以大大改善由于温度的改变而导致的中心频率的允许变化的限度。这些将在下面说明。
一种在许多器件中所使用的常规ST切割X传输石英基底具有良好的频率-温度特性。其结果，对于一Raleigh波来说该机电系数K2是0.14％。另一方面，在借助于使用在这个例子中的具有特定欧拉角的石英基底的一love波或一伪love波的激励的情况中，该机电系数K2是0.64％。
通常，声表面波器件的带宽正比于它的机电系数K2。因此，假定在使用一Raleigh波的常规声表面波器件中可利用的中心频率是fo=200MHz和带宽是50KHZ，则在该声表面波谐振器1中可用的带宽是230KHZ，这是因为对于本最佳实施例的声表面波谐振器1的机电系数K2大约是上述使用Raleigh波的该声表面波器件的ST切割X传输的声表面波器件的机电系数K2的4.6倍。
上述带宽之间的差，即230-50=180KHZ对于在该中心频率的变化提供了容限。更详细地说，相应于由于温度的变化而导致的频率偏移，包括有根据这个最佳实施例所构成的声表面波谐振器1的一滤波器提供了±90KHZ的允许量。在fo=200MHZ处该允许量被转换为一单位频率基础以提供180KHz/200MHz=900ppm。也就是，在该通带的低频端是-450ppm而在该通带的高频端是+450ppm。对于包含ST切割X传输石英基底和使用Raleigh波的声表面波器件来说每1℃的频率变化比是±1ppm/℃或更低。包括本最佳实施例的声表面波谐振器1的滤波器具有如上所述的大约900ppm的由于温度变化而导致的中心频率变化的允许量。在实际使用温度范围为(-10℃至50℃)的情况中，该允许量通过900ppm/60℃=15ppm/℃而增加。如下所述，对于本发明的各种最佳实施例的声表面波器件来说，其中对于温度从约-20℃变到约80℃，即对于温度变化约100℃的频率变化比达到100ppm，邓每1℃的比达到1ppm/℃的最佳切割，角为θ=约125°到约128°，这里θ是该欧拉角(0,θ,90°)的如下的一个。
该声表面波谐振器的温度特性通过改变θ’而测量，θ’作为一标准角，相应于该标准角以这种方式在上述范围内增加或减少。其结果示于图2中。在θ’=125°和θ’=128°的情况下，呈现类似的趋势。因此，当θ是在约125°到约128°范围内的一任何角时将获得相同的结果。如图2所示，在θ’+3°处该频率温度系数是15ppm/℃和在θ’-3°处是-15ppm/℃。这表明在一通常电平上所需的温度特性可在大约122°≤θ≤131处获得。
因此，在大约θ=122°到131°的范围内，由于温度的变化所引起的中心频率的改变的允许量有大的改进。所以，可实现具有极好频率温度特性的声表面波谐振器和诸如包含有该谐振器的滤波器之类的器件。另外，从图2可清楚地了解，在大约θ=125°到128°的范围内可实现更佳的频率温度特性。
相对于该石英基底的切割角，生产误差约为±0.3°。因此，可基本上实现一予置的切割角。另一方面，根据曝光技术，对于该表面波传输方向，该生产误差约为±2°。因此，如果所希望的切割角约为90°，则实际生产的该声表面波谐振器将具有在约88°到92°范围内的一切割角。但是，相对于该传输方向该生产误差在该特性范围内不会造成大的影响。因此，应注意的是，既使该传输方向移位了约±2°，依然可以获得本发明的最佳实施例的优点。
在此之后，作为目前声表面波谐振器的一最佳实施例的一可取的例子，将要说明具有的欧拉角(0,θ,90°)的角θ在约125°到128°范围内的该声表面波的谐振特性。图3示出了包含具有上述欧拉角的石英基底的声表面波谐振器1的阻抗频率特性。如图3所示，虽然IDT3和反射器4、5是以钨作为电极材料制做的，还是实现了良好的谐振特性。因此，具有优良的谐振特性的声表面波谐振器1可以廉价地被提供。与使用金电极的情况相比较，该IDT3和反射器4、5对于石英基底具有高的接合强度。因此，易于执行IDT3和反射器4、5的构成，并且该IDT3和反射器4能够非常精确地被构成。
图3所示的特性是当该石英基底的尺寸约为1.5mm×1.8mm×0.4mm，角θ约为126°,IDT3的电极指状对的数为25和反射器4、5的电极指状4a、5a的各个数为10时所实现的。H/λ及d分别为置为0.015和0.6。已被证实通过将H/λ置为从0.010到0.025的值和将d置为从0.4到0.7的一值而得到相同的特性。
本发明的发明人披露和证实了通过使用一具有θ=126°的欧拉角(0,θ,90°)的石英基底和用钨制成的IDT3和反射器4、5而构成具有优良谐成特性的实际器件。另外，通过改变角θ，做了用来证实实现如图3所示的这样的优良谐振特性的切割角的范围的分析。更详细地说，除了角θ之外，不同的声表面波谐振器以类似于用于上述声表面波谐振器1的方式而被作出。该结果特性被评价。在图4中示出了该结果。在图4中，角θ作为横坐标而绘出，阻抗比作为纵坐标而标出。
如图4所见，具有如图3所示的优良谐振特性的声表面波谐振器θ角被确定在约125°到128°的范围内。
另外，根据上述结果，本发明的发明人作了不同方式的研究以获得一具有低的依赖温度变化的谐振特性，即优良温度特性的声表面波谐振器。其结果，表明了当用来构成变换器IDT的电极材料是Ta，并且角θ满足式(1)θ=125.44+108.27×d×h/λ±1.2时可以得到这样的声表面波谐振器，其中h和d分别表示膜厚度和变换器IDT的电极指状金属化比。该变换器IDT的金属化比是由d=d1/(d1+d2)所决定的一值，其中d1和d2分别表示该变换器IDT的各个电极指状的宽度和各个电极指状之间的间隙的宽度。
图5示出了通过在具有一角θ=127°，即，欧拉角(0,127°,90°)，的石英基底上形成一Ta构成的IDT所得到的该声表面波谐振器1的频率温度特性，在这种方式中，该变换器IDT具有大约h/λ=0.02的厚度，并且比值d等于约0.6。在图5中，(f-f20)/f20(ppm)表示假定在约20℃的标准温度下该谐振频率f的频率变化比。在图5中，该曲线的顶点处的温度约为34℃，并且在从约-20℃到约80℃的范围内该谐振频率的频率变化比大约为99ppm。
图6示出了当在从约-20℃到约80℃的温度范围内该谐振频率的频率变化比是恒定时d×(h/λ)和θ之间的关系。在图6中，实线A和B规定的范围该谐振频率的频率变化比小于100ppm。虚线C和D规定的范围该谐振频率的频率变化比小于约200ppm。
也就是，由虚线C和D所规定的范围包括可由式(1)表示的误差。由实线A和B所规定的范围包括可由下式(3)所表示的误差θ=125.44+108.27×d×(h/λ)±0.3 式(3)如上所述，当Ta用作为电极材料时，能实现优良温度特性的声表面波谐振器可通过将θ设置为满足由式(1)，最好是由式(3)所规定的上述范围而得到。
另外，本发明的发明人还进行了除去用W替代Ta作为电极材料之外，以上述相同方式实现具有优良温度特性的声表面波谐振器的研究。其结果，给出了通过将θ设置成满足由下式(2)所确定的范围则可获得上述的优点的结论θ=125.70+49.87×d×h/λ±1.2 式(2)图7除了w被用于该电极材料之外均相应于图6，图7示出了在温度范围从约-20°到约80℃中该谐振频率的频率变化比为恒定时所获得的d×(h/λ)和θ之间的关系。在图7中，实线E和F规定了具有一达到约100ppm值的谐振频率的频率变化比的范围。虚线G和H规定了具有一达到约200ppm值的谐振频率的频率变化比的范围。
在图7中由虚线G和H规定的范围包括可由上述式(2)所表示的误差。
另外，在图7中由该实线E和F所规定的范围包括可由下式(4)所表示的误差。
θ=125.70+49.87×d×(h/λ)±0.3 式(4)在从约-20℃到约80℃的范围内该声表面波谐振器1具有的谐振频率的变化比达到200ppm，最好是可通过将角θ设置为满足式(2)，最好是满足式(4)的范围而达到100ppm。
在上述最佳实施例中，IDT3和反射器4、5是由钨或钽所构成。但是该IDT3可以仅由钨或钽构成。
另外，没有必要所有的IDT3都由钨或钽所构成。该IDT3可具有另外的金属材料的薄膜被层压到w或Ta内的结构。
本发明的发明人发现在具有由包括Ta或w的电极材料所做成的变换器IDT并被安置在具有特定欧拉角的石英基底的声表面波器件中，通过将该IDT的电极指状的交叉宽度置为40λ或或更短则可大大地抑制与横向模式中的伪响应。
更详细地说，在本发明的一最佳实施例的一个例子中，以这样一种方式在具有欧拉角(0,127°,90°)的石英基底上被构成的由Ta制成的变换器IDT具有h/λ=0.02和d=0.6的比，并且因此，构成了图1中所示的声表面波器件。另外，该声表面波谐波器1的多个类型具有50个IDT的电极对数NIDT并产生不同的电极指状交叉宽度。该阻抗-频率特性被测量。图8到图10示出了该结果。在图8到10的横坐标上标绘出表示为(f-fr)/fr×100％的由所使用的谐振频率标称化的频率，其中f和fr分别表示一频率和一谐振频率。通过将h/λ设置为从0.010到0.027的值和将d设置为从0.4到0.7的值则可得到相同的特性。
图8,9和10示出了分别在25λ,40λ和100λ的电极指状交叉宽度处得到的结果。
如图10所示，在该电极指状交叉宽度为100λ的情况下，在谐振点和非谐振点之间，即，在横向模式中，在该频带中，产生由箭头I所指出的一大的伪谐振。另一方面，对于在图8和9中所示的特性，在该谐振点和非谐振点之间不产生和不出现这样一个伪响应。
据推测上述伪响应是由于靠近基本模式的振荡所发生的在一高阶模式中的振荡所产生的。
因此，如图9中所见，通过将该电极指状交叉宽度设置为约40λ或更短而能大大地抑制由于高阶模式所导致的该伪响应。
因此，在本发明的最佳实施例的声表面波器件中通过将该变换器IDT的电极指状交叉宽度设置为约40λ或更短而可有效地抑制在该频段中的一伪响应。
从上述式(1)和(2)中可了解到，用来通过调整该角θ而实现优良的温度特性和通过将该电极指状交叉宽度设置为约40λ或更短而实现对在该频段中的伪响应的抑制的配置不仅可提供给上述声表面波谐振器1还可提供给诸如一声表面波滤波器之类的其它声表面波器件。在这种情况中，还实现极佳的效果。
另外，本发明的发明人还研究了具有安置在如图1所示的该变换器IDT的相对侧的反射器的该声表面波谐振器1的特性是如何由IDT的电极指状对的数NIDT所影响的。为了排除该反射器4、5的影响起见，该声表面波谐振器由在具有欧拉角(0,127°,90°)的石英基底上由Ta构成的变换器IDT所构成，在这种方式中该变换器IDT具有h/λ=0.02和d=0.6的比而无须由反射器4、5来提供。该声表面波谐振器的多个类型所得到的阻抗比是通过改变IDT的电极指状的数NIDT来测量的。该结果如图11所示。根据20log(ra/ro)所计算的一个值被规定为该阻抗比，这里ro和ra分别表示谐振电阻和非谐振电阻。
如图11所示，该阻抗比随数NIDT而增加。与NIDT超过200时，该阻抗比变为饱和。
因此，通过将在该范围中的数NIDT进行调整使该数NIDT具有一达到200的值，则可得到具有一适当阻抗比的声表面波器件。
因此，根据本发明的最佳实施例的具有被安置在具有上述特定欧拉角的石英基底的由Ta制成的转换器IDT的声表面波谐振器，该声表面波谐振器具有一可以通过将IDT的对数设置为200或更小而容易地提供的一适当的阻抗。因此，可以容易地实现所希望的优良特性。
类似地，本发明的发明人还在不同的数NIDT的情况下测量声表面波谐振器1的带宽比(fa-fr)/fr和谐振电阻。其结果分别示于图12和13。
如图12所示，该带宽比随数NIDT的增加而减小。当数NIDT超过20时，该带宽比变得基本上恒定。因此，当该数NIDT被置为具有达到20的值时，通过调整该数NIDT可以容易地控制该带宽比。
如图13所示，该谐振电阻随数NIDT的增加而减小。当数NIDT超过100时，该谐振电阻变得基本上恒定。因此，在图13中可看出当NIDT被设置为具有一达到100的值时，通过调整数NIDT可容易地控制该谐振电阻。
如图12和13所示，根据本发明的最佳实施例，对于具有在有上述欧拉角的石英基底上所安置的由Ta制成的转换器IDT的声表面波谐振器1通过调整数NIDT可容易地控制该谐振电阻和带宽比。更详细地说，如果它是在达到100的范围则通过调整数NIDT可以容易地控制该谐振电阻，同时如果它是在达到20的范围则通过调整该数NIDT可容易地实现所希望的带宽比。
另外，本发明的发明人所制造的上述声表面波谐振器1中该IDT3以这样一种方式被提供在具有近似的欧拉角(0,127°,90°)的石英基底上以便在h/λ=0.02和d=0.6处具有该IDT3的一薄膜厚度，并且发明人还研究了当各个反射器的电极指状的数变化时该阻抗比是如何变化的。图14示出了该结果。该反射器的电极指状的数NREF被标绘在横坐标上而阻抗比被标绘在纵坐标上。
但是，在图14中，实线K1、虚线K2、长和短间断线K3以及长和二短间断线K4分别表示在数NIDT=5,20,80和160处的结果。
参见图14，随着电极指状的数NIDT增加，阻抗比也趋于增大，而与数NIDT无关。另外，当数NREF超过20时，该阻抗比的上升变得饱和。
因此，当数NREF小于或等于20时，该阻抗比可通过调整NREF的数而容易地被控制。
因此，对于具有被安置在有上述欧拉角的石英基底上的由Ta所制成的转换器IDT的声表面波谐振器1，如果数NREF小于或等于20，则其阻抗比可通过调整该数NREF而易于被控制。在这种方式中，肯定可获得所希望的优良的特性。
在本发明的最佳实施例的该声表面波器件中，可以利用若干个上述声表面波谐振器1构成声表面波滤波器。该声表面波滤波器的配置无须特别的限制。例如，如图24的电路图所示，多个声表面波谐振器1可以串联臂和并联臂的方式配置，例如串联臂谐振器S1至S3和并联臂谐振器P1至P4，以规定一梯型滤波器。也就是，本发明可应用于由多个声表面波谐振器所组成的声表面波滤波器中。
另外，如下面参照图15和22所述那样，一纵向耦合声表面波滤波器可通过在该反射器之间排列二个交指转换器IDT而构成。
图15示出了根据本发明的另一最佳实施例的声表面波滤波器的平面视图。该声表面波滤波器11最好利用一石英基底12所构成。在该石英基底12中，欧拉角(0,θ,90°)的角θ最好满足下式125°≤θ°≤128°，如同第一最佳实施例的声表面波谐振器一样。
在该石英基底12中，提供了第一、第二交叉转换器IDT13、14。该转换器13、14分别具有一对交指电极13a、13b和一对交指电极14a、14b。交指电极13a、13b对的指被插入到它们之间的空间。类似地，交指电极14a、14b对的指被插入在它们之间的空间。
该转换器IDT13、14的配置使得它由沿声表面波传输方向的一间隙而被相互分开。
栅型反射器15、16的构成使得在该声表面波传输方向上在转换器IDT13、14范围的相对侧上的端部的多个电极指状被短路。
上述转换器IDT13、14和反射器15、16最好由钨和钽所制成。
该最佳实施例的声表面波滤波器的特性是，除了上述特定的石英基底和由包含Ta和W中的一种的电极材料所制成的转换器IDT13、14之外，第一、第二转换器IDT13、14的电指对的各个数NIDT置为NIDTMAX(X)，该NIDTMAX(X)是由下式确定的一值。
NIDTMAX(X)=38{X-(0.22+0.55n)}2+25 式(5)这里X=G/λ(G表示在其中心在IDT13、14的电极指状之间的间隙G的尺寸)，和n是根据下式所确定的一整数。
-0.055+0.55n≤x≤0.495+0.55n。
在该最佳实施例纵向耦合声表面波滤波器11中，该数NIDT被置为达到上述NIDTMAX。因此，该模式间隔(该纵向基本模式和纵向高次模式之间的频率差与中心频率的比(％))可按下面所述来控制，并且因而该带宽可被调整。这将参照图16到21来说明。
图16A和16B示出了该声表面波滤波器11的插入损耗频率特性，其中第一IDT13和第二IDT14之间的间隙约为0.50λ，数NIDT是50(对于图16A)和30(对于图16B)，数NREF为40，和在反射器15、16和转换器IDT13、4之间相邻的沿该声表面波传输方向的各个间隙为0.5λ，并且该负载阻抗为50Ω。下面所述的图16A和16B以及图17至20的特性是在使用具有欧拉角(0,127°,90°)的石英基底，转换器IDT13、14的膜厚h/λ约为0.02和d约为0.6的条件下得到的。
在图16A和16B的特性中，由箭头L1和L2表示所使用的频段。应了解的是当由箭头L1和L2所指明的频段相比较时，该带宽由于改变NIDT的值而变得不同。
上述带宽之间的不同是由于基本模式和高次模式的重叠所造成的一现象。因此，本发明的发明人对有关高次模式和基本模式之间的频率差(模式频率差)的比，即带宽对中心频率随数NIDT如何变化作了研究。其结果示于图17到20。
考虑到这样一个事实，即上述带宽的改变不仅是由于数NIDT的变化而且还由于第一、第二转换器13、14之间的间隙也发生变化而引起的，所以间隙G也是变化的。也就是图17、18和19示出了当IDT13、14之间的间隙X分别具有值0.20λ,0.50λ,0.70λ和0.90λ时所测量的特性。
如图17到20所示，当数NIDT减小时，该带宽增加。当数NIDT增加时，该带宽减小。当数NIDT超过一恒定值时，带宽度为0。
因此，在该纵向耦合声表面波滤波器11中，可通过将NIDT置为具有达到该恒定值的一值可得到具有一带宽的滤波器特性。另外，通过将数NIDT调整到上述恒定值或稍低的范围可实现一所希望的带宽。
另一方面，在其中该带宽变为0的数NIDT随X值而变化。在此，通过改变IDT之间的间隙G可得到类似的特性，如像在图18到20的各个特性的情况那样。其结果示于图21中。
在图21中，转换器IDT之间的间隙x被标记在横坐标上，数NIDT被标注在纵坐标上。也就是，在图18中所示的特性的情况中，当IDT之间的间隙x约为0.50λ时，在NIDT=50处该带宽为0。因此，在图21中，在x=0.5处数NIDT为50。
因而，通过相关的测量，将数NIDT设置在图21的曲线M的较低侧的范围内，则可得到一带宽，并且通过调整在上述范围中的数NIDT可实现一所希望的带宽。
通过图21的曲线M的近似，位于该曲线M的数NIDT的值NIDTMAX(X)由式(5)表示NIDTMAX(X)=338{X-(0.22+0.55n)}2+25 式(5)其中n满足0.22+0.55n-(0.55/2)≤x≤0.22+0.55n+(0.55/2)，即-0.055+0.55n≤x≤0.495+0.55n 式(6)因此n是一满足上式(6)的整数。如像从图21的曲线M中所了解的，在x和值NIDTMAX之间存在周期性的规律。即，值NIDTMAX(X)如像由式(5)所示那样取决于n。
因此，在本最佳实施例的纵向耦合声表面波滤波器11中，通过设置该数NIDT可得到一带宽，数NIDT是达到如上所述所确定的值NIDTMAX(X)的转换器IDT13、14的电极对的数，并且通过调整在上述范围内的数NIDT可以容易地实现所希望的带宽。
但是，本发明的发明人对当在上述纵向耦合声表面波滤波器11中该反射器的电极指状的数NREF变化时该插入损耗如何变化作了研究。更详细地说，在一类似于上述的方式中，通过在具有欧拉角(0,127°,90°)的石英基底上构成具有h/λ=0.02和d=0.6的Ta薄膜的转换器IDT13、14和具有不同数的电极指状数目的反射器15、16而产生声表面波滤波器11的不同类型。这些声表面波滤波器11的插入损耗被测量。图23示出了该结果。
上述插入损耗由于该转换器IDT13、14的电极指状对的数目和IDT13、14之间的间隙G的尺寸而受到影响。因此，产生了具有不同数目的IDT13、14的电极指状对和不同的IDT13、14之间的间隙的不同类型声表面波滤波器11。该插入损耗被测量。图23示出了该结果。
如图23所示，随着各个反射器15、16的电极指状的数目NREF的增加，该插入损耗减小，而与IDT的电极指状对的数NIDT和IDT13、14之间的缝隙G的尺寸无关。当各个反射器的电极指状的数目NREF超过20时，该插入损耗变得基本恒定。
因此，如果它具有一达到20的值时，可以通过调整数NREF而控制插入损耗。也就是，通过调整数NREF可以容易地提供具有所希望的插入损耗的声表面波滤波器11。
图15的声表面波滤波器11是一包括第一IDT13和第二IDT14的一纵向耦合声表面波滤波器。本发明的最佳实施例的纵向耦合声表面波滤波器可具有带有至少二个极数的配置。图22是一纵向耦合声表面波滤波器的电极配置的平面视图，它是由纵向连接的二个如图15中所示的纵向耦合声表面波滤波器11所构成。
在声表面波滤波器21中，第一交指转换器23和第二交指转换器24由Ta或w制成并且被安置在具有所希望的欧拉角的石英基底上。在声表面波传输方向上提供有在IDT23、24区域的相对侧所安置的反射器25、26。另外，在IDT23、24的区域的一侧所提供的第一交指转换器27和第二交指转换器28被提供。在该声表面波传输方向上提供有被安置在提供有IDT27、28区域的相对侧的反射器29、30。转换器IDT23、24、27和28分别具有成对的交指电极23a和23b,24a和24b,27a和27b，以及28a和28b。
在这种情况中，具有二个极数结构的该声表面波滤波器被构成，在该构成中由IDT23、24和反射器25、26所组成的一声表面波滤波器部分以及由IDT 27、28和反射器29、30所组成的一声表面波滤波器部分相互被连接。
更详细地说，一该IDT23的交指电极23a与地相连，同时另一交指电极23b与IDT28的一交指电极28a电连接。IDT28的另一交指电极28b与地电连接。因此，上述二个声表面波滤波器部分被纵向连接从而具有带有二个极数的配置。
虽然对本发明的最佳实施例作了说明，但也可执行在下面权利要求范围内所考虑的各种模式。因此，本发明的范围并不受限于除了在权利要求中所陈述的内容之外的其它方面。
权利要求
1.一种声表面波器件包括一具有欧拉角(0,θ,90°)的角θ的石英基底，其所具有的角θ值是大于或等于约122°和小于或等于约131°的一值；和一包括由至少Ta和W中的一种电极材料所制成并被安置在所述石英基底上的交指转换器。
2.如权利要求1的声表面波滤波器，其中欧拉角(0,θ,90°)的角θ具有大于或等于约125°和小于或等于约128°的一值。
3.如权利要求1的声表面波滤波器，其中所述交指转换器具有一达到约40λ交叉宽度的电极指状，其中λ表示在该声表面波器件中所产生的一声表面波的波长。
4.如权利要求1的声表面波滤波器，其中构成所述交指转换器的电极材料是Ta，并且该角θ满足式(1)θ=125.44+108.27×d×h/λ±1.2式(1)其中h表示所述交指转换器的一膜的厚度，d表示所述交指转换器的电极指状金属化比，和λ表示在该声表面波器件中产生的一声表面波的波长。
5.如权利要求1的声表面波器件，其中构成所述交指转换器的电极材料是w，并且该角θ满足式(2)θ=125.70+49.87×d×h/λ±1.2 式(2)其中h表示所述交指转换器的一膜的厚度，d表示所述交指转换器的电极极金属化比，和λ表示在该声表面器件中产生的一声表面波的波长。
6.如权利要求1的声表面波器件，其中该声表面波器件进一步包括沿一声表面波传输方向在所述产指转换器的相对侧安置的反射器，从而确定了一声表面波谐振器，和所述交指转换器的电极指状对的数NIDT具有达到200的一值。
7.如权利要求6的一声表面波器件，其中数NIDT具有达到100的一值。
8.如权利要求6的一声表面波器件，其中数NIDT具有达到20的一值。
9.如权利要求1的声表面波器件，其中反射器沿一声表面波传输方向被安置在所述交指转换器的相对侧并且该反射器包括在一基本上垂直于声表面波传输方向的方向上所存在的多个电极指状并且该电极指状在其相对侧被短路，从而确定了一声表面波谐振器，和各个反射器的电极指状的数NIDT具有达到20的一值。
10.一种声表面波滤波器包括一具有欧拉角(0,θ,90°)的角θ的石英基底，该角θ具有一大于或等于约122°和小于或等于约131°的值；一电极材料由包括Ta和w中的至少一种材料所制成并被安置在所述石英基底上的交指转换器；和沿一声表面波传输方向被安置在所述交指转换器的相对侧的反射器，其中所述交指转换器的电极指状对的数NIDT具有一达到200的值。
11.如权利要求10的声表面波滤波器，其中该数NIDT具有一达到100的值。
12.如权利要求10的声表面波滤波器，其中该数NIDT具有一达到20的值。
13.如权利要求10的声表面波滤波器，其中该反射器包括在基本上垂直于该声表面波传输方向的一方向上存在的多个电极指状并且该电极指状在其相对侧被短路，和各个反射器的电极指状的数NREF具有一达到20的值。
14.一种纵向耦合声表面波滤波器包括一具有欧拉角(0,θ,90°)的一角θ的石英基底，该角θ具有一大于或等于约122°和小于或等于约131°的值；被安置在所述石英基底上从而由一间隙所分隔并且由包括Ta和w中的至少一种电极材料所制成的第一和第二交指转换器；和沿着一声表面波传输方向在其中提供有第一和第二交指转换器的一区域的一相对侧所安置的反射器；其中该第一和第二交指转换器具有根据NIDTMAX(X)=338{X-(0.22+0.55n)}2+25所确定的达到NIDTMAX(X)的电极指状的数NIDT其中X=G/λ,G表示在沿声表面波传输方向上在第一和第二交指转换器之间的间隙的一尺寸，和n是根据-0.055+0.55n≤x≤0.495+0.55n所确定的一整数，并且λ表示在该声表面波滤波器中所产生的一声表面波的一波长。
15.如权利要求14的纵向耦合声表面波滤波器，其中所述第一和第二交指转换器中的至少一个具有达到40λ的一电极指状交叉宽度，其中的λ表示在该声表面滤波器中所产生的声表面波的一波长。
16.如权利要求14的纵向耦合声表面波滤波器，其中构成所述第一和第二交指转换器中的至少一个的电极材料是Ta，并且角θ满足式(1)θ=125.44+108.27×d×h/λ±1.2式(1)其中h表示所述第一和第二交指转换器中的至少一个的一膜厚，d表示所述第一和第二交指转换器中至少一个的一电极指状金属化比，和λ表示在该声表面波滤波器中所产生的一声表面波的波长。
17.如权利要求14的纵向耦合声表面波滤波器，其中构成第一和第二交指转换器中的至少一个的电极材料是w，并且角θ满足式(2)θ=125.70+49.87×d×h/λ±1.2 式(2)其中h表示所述第一和第二交指转换器中的至少一个的一膜厚，d表示所述第一和第二交指转换器中至少一个的一电极指状金属化比，和λ表示在该声表面波滤波器中所产生的一声表面波的波长。
18.一种纵向耦合声表面波滤波器包括一具有欧拉角(0,θ,90°)的角θ的石英基底，该角θ具有一大于或等于约121°和小于或等于约131°的值；被安置在所述石英基底上以便由一间隙分隔并且由包括至少Ta和w中的一种电极材料制成的第一和第二交指转换器；和在沿一声表面波传输方向设置的第一和第二交指转换器的一区域的相对侧所安置的反射器；各个反射器具有达到20的一电极指状的数NREF。
19.如权利要求18的纵向耦合声表面波滤波器，其中至少一个所述第一和第二交指转换器具有一达到约40λ的电极指状交叉宽度，这里λ表示在该声表面波滤波器中产生的一声表面波的一波长。
20.如权利要求18的纵向耦合声表面波滤波器，其中构成至少一个第一和第二交指转换器的电极材料是Ta，并且角θ满足式(1)θ=125.44+108.27×d×h/λ±1.2 式(1)这里h表示至少一个所述第一和第二交指转换器的膜的厚度，d表示至少一个所述第一和第二交指转换器电极指状金属化比，和λ表示在该声表面波滤波器中所产生的一声表面波的波长。
21.如权利要求18的纵向耦合声表面波滤波器，其中构成至少一个第一和第二交指转换器的电极材料是w，并且角θ满足式(2)θ=125.70+49.87×d×h/λ±1.2 式(2)这里h表示至少一个所述第一和第二交指转换器的膜的厚度，d表示至少一个所述第一和第二交指转换器电极指状金属化比，和λ表示在该声表面波滤波器中所产生的一声表面波的波长。
全文摘要
一种声表面波器件包括有一具有欧拉角(0,θ,90°)的一个角θ的石英基底,该角θ满足122°≤θ≤131°。由包括至少Ta和W中的一种电极材料制成的交指转换器被安置在该石英晶体上。
文档编号H03H9/00GK1237036SQ99103438
公开日1999年12月1日 申请日期1999年2月14日 优先权日1998年2月16日
发明者藤本耕治, 门田道雄, 米田年麿, 中尾武志 申请人:株式会社村田制作所