专利名称：具有镧镓硅氧化物单晶基片的声表面波器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种声表面波器件，本发明尤其涉及一种具有极好温度特性和较大机电耦合系数的声表面波器件。
声表面波器件已经被广泛地应用于移动通信设备中的通带滤波器。现有技术中已知的一种声表面波器件是具有在压电基片上设置的包括梳形电极和反射器的叉指式换能器(下面称为IDT)的结构的声表面波谐振器或谐振器滤波器。压电单晶(诸如铌酸锂、钽酸锂、石英)和基于压电跃变(PZT)的压电陶瓷用于声表面波谐振器或谐振滤波器的压电基片的材料。
为了在声表面波器件中得到良好的特性，必需具有良好的群延时温度特性(下面称为TCD)的材料，或者由温度变化引起的特性变化较小的材料。上述的铌酸锂TCD较差，而钽酸锂的TCD比铌酸锂的TCD更差。由于熟知石英具有良好的TCD，故各种声表面波器件使用石英形成声表面波器件的基片。
虽然石英基片具有良好的TCD，但当例如在将IDT设置在石英基片上的声表面波器件中激发瑞利波时，其机电耦合系数(下面缩写为K2)相对较小。
相应地，有各种和石英基片的低K2相关的问题。具体而言，当通过在石英基片上设置IDT和反射器而构成声表面波谐振器或声表面波谐振滤波器时，和用除石英之外的其它材料构成基片的情况相比，需要用许多电极叉指来形成反射器，因此使声表面波谐振器或声表面波谐振滤波器尺寸相当大。另外，声表面波谐振滤波器的工作频带较窄，而且难以得到宽的频带特性。还有一个问题，即，声表面波的激发效率较低，这导致较大的插入损耗，因为当声表面波的激发效率较低时声表面波谐振元件的激发阻力(excitation reistance)较大。
另外，当通过在石英基片上设置两个或更多的IDT而构成横向型滤波器时，声表面波滤波器和声表面波谐振滤波器的插入损耗比在由其它的材料构成基片的情况下的插入损耗要大。石英基片的低的K2值还导致了和由其它的材料构成基片的情况相比，声表面波滤波器的通带较窄。
包含石英基片的泄漏声表面波器件也遇到上述问题。
为了解决上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种具有极好的TCD和较大的K2值的声表面波器件。
本发明的较佳实施例还提供了一种声表面波器件，这种声表面波器件包括由L单晶基片和至少一个包括一对相互交错、并和压电基片接触的梳形电极的叉指式换能器。压电基片的欧拉角最好为大约(0°,130°到170°,23°到30°)。
声表面波器件还可以包括设置在压电基片上的压电薄膜，以便覆盖至少一个叉指式换能器。
压电基片的欧拉角较好为大约(0°,140°到162°,23°到27°)，更好为大约(0°,148°到159°,23.6°到26°)，从而可以得到较大的K2和极好的TCD。在另外一个较佳实施例中，欧拉角为大约(0°,148°,23.8°)。
当欧拉角为大约(0°,151°到154°,24°到25°)时，可以得到一个具有良好的TCD，并且功率通量角为零的声表面波器件。
当声表面波器件使用泄漏声表面波时，欧拉角最好为大约(0°,30°,80°)。
根据本发明的较佳实施例，声表面波器件和使用铌酸锂和钽酸锂的器件相比具有大大改善的TCD，并且和使用石英的器件相比具有大大增加的K2值，因为具有欧拉角为大约(0°,130°到170°,23°到30°)的镧镓硅氧化物(Langasite)单晶用于压电元件。和使用石英的器件的K2值相比，更大的K2值允许在构成声表面波谐振元件时提高声表面波的激发效率和反射器的反射效率，结果使得可以减小声表面波谐振元件的谐振阻力(resonance resistance)。
另外，当构成声表面波谐振型滤波器和横向型声表面波滤波器时，因为改善了的插入损耗而使滤波器的通带显著地加宽。
为了描述本发明的目的，附图中示出几种目前较佳的形式和实施例，但是，应该知道，本发明不限于所示的精细的结构和手段。
图1是根据本发明的第一较佳实施例的声表面波谐振器的透视图。
图2是根据本发明的第二较佳实施例的竖向耦合的声表面波谐振滤波器的透视图。
图3是根据本发明的第三较佳实施例的横向耦合的声表面波谐振滤波器的透视图。
图4是根据本发明的第四较佳实施例的声表面波谐振器的透视图。
下面参照附图详细解释本发明的较佳实施例。
图1是根据本发明的第一较佳实施例的声表面波谐振器的透视图。
如图1中所示，声表面波谐振器1通过在由镧镓硅氧化物(La3Ga5SiO14)单晶制成的压电基片2上设置叉指式换能器3和两个反射器4而构成。
叉指式换能器3最好包括诸如Al和Au的电极材料，并包含一对梳形电极3a和3b，其中每一个梳形电极都具有多个叉指电极。这对梳形电极3a和3b如此地设置，从而其电极叉指相互交错。
反射器4由和叉指式换能器3相同的材料或不同的电极材料的材料制成。每一个反射器4包括多个电极叉指，这些电极叉指用于形成进栅结构。反射器4设置在压电基片两侧，从而将叉指式换能器3插入它们之间。
接着将描述本发明的第二较佳实施例。图2是根据本发明的第二较佳实施例的竖向耦合声表面波谐振滤波器的透视图。
如图2中所示，竖向耦合声表面波谐振滤波器11通过在由镧镓硅氧化物(La3Ga5SiO14)单晶材料制成的压电基片12上设置两个叉指式换能器13和两个反射器14构成。
每一个叉指式换能器13最好都由(诸如Al和Au)的电极材料制成，并包括一对各具有多个电极叉指的梳形电极13a和13b。这对梳形电极13a和13b如此设置，从而其电极叉指相互交错。这两个叉指式换能器13沿声表面波传播方向隔开一给定的距离排列。
每一个反射器14由和叉指式换能器13的电极材料相同的材料或不同的电极材料制成，并包括多个形成为栅格结构的电极叉指。这对反射器14在压电基片上设置在两侧，从而两个叉指式换能器13插入它们之间。
下面将描述本发明的第三较佳实施例。图3是根据第三较佳实施例的横向耦合声表面波谐振滤波器的透视图。
如图3中所示，横向耦合声表面波谐振滤波器21通过在由镧镓硅氧化物(La3Ga5SiO14)单晶的材料制成的压电基片22上设置叉指式换能器23和25以及两个反射器24而构成。
叉指式换能器23和25由诸如Al和Au的电极材料制成，并包括各具有多个电极叉指的梳形电极23a、23b和23c。每一个梳形电极23a和23c的电极叉指朝声表面波传播方向延伸，而梳形电极23b的电极叉指朝两个相反的方向延伸。结果，包含梳形电极23a和梳形电极23b的一部分的叉指式换能器23以及包含梳形电极23c和梳形电极23b的一部分的叉指式换能器25沿大致上垂直于声表面波传播方向排列。
每一个反射器24最好由和叉指式换能器23的相同的电极材料或不同的电极材料制成，并包含多个电极叉指，以形成两个点栅格状的反射器。这两个反射器24设置在压电基片22两侧，从而叉指式换能器23和25插入它们之间。
关于切割角(cut-angle)和声表面波(瑞利波)的传播方向)要用于上述声表面波器件的基片的材料的特性，(示于表1中。在表1中样品号前面的符号*指不在本发明的范围之内的例子。
表1
虽然当使用镧镓硅氧化物(La3Ga5SiO14)单晶时rTCD比当使用石英时的TCD稍微地减小，但K2大大地增加。但是，只要TCD的绝对值为大约为10ppm/℃这并不导致所施加通信设备的应用领域的明显的特性变化。
如从表1中知道的，由于在欧拉角为大约(0°,130°到170°,23°到30°)的范围内，或在第9、10、12和13号样品范围中，TCD的绝对值是10ppm/℃或更小，而K2值是0.2％或更大，故和使用石英的声表面波器件相比可以得到具有改善的TCD，并具有较大K2值的声表面波器件。
相应地，当镧镓硅氧化物(La3Ga5SiO14)单晶用于图1中所示的声表面波谐振器和图2以及图3中所示的声表面波谐振器滤波器的压电基片2、12和22时和使用石英的声表面波器件相比，可以得到具有更宽带宽和更小插入损耗的声表面波器件。在声表面波谐振型滤波器中，由于改善的反射器的反射效率，还可减小反射器电极叉指的数量，因此使得声表面波滤波器能够作得更加小型化。另外，由于TCD的绝对值是大约11ppm/℃或更小，故器件不受周围环境的较大温度变化的影响。
从表1还可以知道，在镧镓硅氧化物(La3Ga5SiO14)单晶中声速比在石英、铌酸锂或钽酸锂中的声速小。这意味着，当在相同频率下时，压电基片中声速越小，则梳形电极的电极叉指和反射器之间的间隔就越小。
相应地，因为在镧镓硅氧化物(La3Ga5SiO14)单晶中的声速比在石英、铌酸锂或钽酸锂中的声速小，故器件可以做得比使用石英、铌酸锂或钽酸锂的器件更加小型化。
关于L单晶的切割角和声表面波(瑞利波)的传播方向的更加详细的特性在表2中示出。
表2
表2可以知道，当镧镓硅氧化物(La3Ga5SiO14)单晶中的欧拉角在为大约(0°,140°到162°,23°到27°)的范围中时，或者在第14到50号的样品的范围中时，TCD的绝对值是6.5ppm/℃或更小，而K2值是0.3％或更大。这样，当和示于表1中的其它部分相比时TCD的绝对值大大改善，而K2值更大。
从表2还可以知道，当欧拉角在为大约(0°,148°到159°,23.6°到26％)，或者在第27到46号的样品范围中时，TCD绝对值是大约2ppm/℃或更小，而K2值是大约0.46％或更大。这显示出，当和表2中所示的其它部分相比时TCD是其它部分的一半或更小，而K2值更大。
另外，当欧拉角在为大约(0°,151°到154°,24°到25°)，或在第35到40号样品的范围中时，TCD的绝对值是大约0.9ppm/℃或更小，而K2值为大约0.49％或更大。这意味着可以得到接近石英的温度特性的温度特性，并且示出当在为大约(0°,151°到154°,24°到25°)的范围中调节欧拉角时，由温度变化引起特性变化很小。
在欧拉角为大约(0°,151°到154°,24°到25°)时除了TCD极好，而且K2值较大之外，还有另外一个优点是功率通量角为0°。功率通量角是声表面波传播方向的方向偏离的指示。当这个角度不是0°时，需要把叉指式换能器形成在相应于该偏离的位置。但是，由于功率通量角是0°，故在欧拉角为大约(0°,151°到154°,24°到25°)的范围中可以忽略此项要求。相应地，在欧拉角为大约(0°,151°到154°,24°到25°)的范围中满足TCD、K2和功率通量角0°这三个因素都满足。
如表2中所示，当欧拉角为大约(0°,149°,23.8°)，或在第29号样品中时，得到0.67％的最大K2值，由此和其它部分相比提供具有显著更宽频带的声表面波器件。
虽然上面解释的声表面波器件使用瑞利波，但本发明的较佳实施例的声表面波器件适合于使用泄漏声表面波。下面示出依赖于要用于图1中的声表面波器件的基片材料的切割角和依赖于泄漏声表面波传播方向的特性。包含在表3中的样品号前面的符号*指出不在本发明的范围中的例子。
表3
如表3中所示,在使用泄漏声表面波的情况下，当镧镓硅氧化物(La3Ga5SiO14)单晶的欧拉角为大约(0°,30°,80°)，或在第55号样品中时，TCD绝对值是5.4ppm/℃，而K2是0.197％，由此和使用石英的声表面波器件相比得到具有极好TCD和更大K2的值声表面波器件。
下面解释本发明的第四较佳实施例。图4是根据本发明的第四较佳实施例的声表面波谐振器的透视图。
如图4所示，通过在由镧镓硅氧化物(La3Ga5SiO14)单晶做成的压电基片42上设置叉指式换能器43和压电薄膜44而构成声表面波谐振器41。
如上所述，叉指式换能器43包括一对设置在压电基片42上的梳形电极43a和43b。
压电薄膜44由诸如ZnO等材料制成。压电薄膜44的作用是通过使压电基片42和压电薄膜44的TCD用如此的方式相互抵消，从而当压电基片42和TCD为负时选择具有正TCD的材料，而当压电基片42的TCD为正时选择具有负TCD的材料，TCD的绝对值使接近于零。
由于在压电基片42和叉指式换能器43上都设置了压电薄膜44，故和第一较佳实施例相比，第四较佳实施例中的K2值可以显著地增大。
虽然参照声表面波谐振器描述了第四较佳实施例，但较佳实施例不限于这些，而是可应用于竖向耦合声表面波谐振器滤波器或横向耦合声表面波谐振器滤波器。
虽然参照声表面波谐振器、竖向耦合声表面波谐振器滤波器和横向耦合声表面波谐振器滤波器描述了第一到第四较佳实施例，但较佳实施例不限于这些，而例如可应用于诸如具有多个叉指式换能器的横向声表面波滤波器或声表面波谐振器在其中被连接以形成梯形电路的梯形滤波器之类的声表面波器件，由此得到和本发明相同的效果。
虽然在第一到第四较佳实施例中描述了具有反射器的声表面波器件，但是较佳实施例不限于这些，而是可应用于不具有反射器的声表面波器件。
虽然已经揭示了本发明的较佳实施例，但实施这里揭示的原理的各种方式被认为是在下面的权利要求书的范围中。因此，应该知道，本发明的范围只由权利要求书限制。
权利要求
1．一种声表面波器件，其特征在于包括由镧镓硅氧化物单晶制成的压电基片；及至少一个叉指式换能器，所述叉指式换能器包括一对安排得相互交错，并和所述压电基片接触的梳形电极，其中所述压电基片具有约为(0°,130°到170°,23°到30°)的欧拉角。
2．如权利要求1所述的声表面波器件，其特征在于所述压电基片具有约为(0°,140°到162°,23°到27°)的欧拉角。
3．如权利要求1所述的声表面波器件，其特征在于所述压电基片具有约为(0°,148°到159°,23.6°到26°)的欧拉角。
4．如权利要求1所述的声表面波器件，其特征在于所述压电基片具有约为(0°,151°到154°,24°到25°)的欧拉角。
5．如权利要求1所述的声表面波器件，其特征在于所述压电基片具有约为(0°,148°,23.8°)的欧拉角。
6．如权利要求1所述的声表面波器件，其特征在于所述压电基片具有约为(0°,30°,80°)的欧拉角。
7．如权利要求1所述的声表面波器件,其特征在于还包括设置在所述压电基片上的压电薄膜，以便覆盖所述叉指式换能器。
8．如权利要求7所述的声表面波器件，其特征在于所述压电基片具有约为(0°,140°到162°,23°到27°)的欧拉角。
9．如权利要求7所述的声表面波器件，其特征在于所述压电基片具有约为(0°,148°到159°,23.6°到26°)的欧拉角。
10．如权利要求7所述的声表面波器件，其特征在于所述压电基片具有约为(0°,151°到154°,24°到25°)的欧拉角。
11．如权利要求7所述的声表面波器件，其特征在于所述压电基片具有约为(0°,148°,23.8°)的欧拉角。
12．如权利要求7所述的声表面波器件，其特征在于所述压电基片具有约为(0°,30°,80°)的欧拉角。
全文摘要
一种声表面波器件包括由镧镓硅氧化物单晶制成的压电基片和至少一个叉指式换能器,其中叉指式换能器包括一对相互交错,并和压电基片接触的梳形电极。压电基片具有约为(0°,130°到170°,23°到30°)的欧拉角,由此声表面波器件具有极好的TCD和较大的K
文档编号H03H9/00GK1212504SQ9811881
公开日1999年3月31日 申请日期1998年8月27日 优先权日1997年8月27日
发明者门田道雄, 熊取谷诚人 申请人:株式会社村田制作所