[发明专利]单晶衬底及其切割方法

说明书

本申请是申请日为2003年6月25日、申请号为03812150.6、发明名称为“单晶衬底及其切割方法”的中国专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及表面声波(SAW)器件，更具体来说是涉及通过提供SAW器件中所用的单晶衬底的最佳切割取向而获得的、具有优化参数特征的单晶衬底及其切割方法。 

技术背景

近年来，作为无线通讯装置的移动通讯终端，如汽车电话、火车上和街头的移动电话，其需求在全球急剧上升。为使移动通讯成为可能，网络系统本身和直接连接用户的终端都需要体积小、重量轻、耗能低且性能高。 

实际上用于终端的小尺寸部件是有助于移动终端尺寸减小的部件。特别地，当前在广泛的RF和IF应用领域，如无线、便携通讯和有线电视，SAW器件被用作带通滤波器、谐振器、延迟线和卷积器。 

一般来说，SAW是当存在来自外部的热、机械和电力时由于粒子运动而产生的物质波，并且仅存在于固体和液体中。 

基本上，波可以分为三种：纵波，其中波传播的方向平行于粒子位移的方向；横波，其中波传播的方向垂直于粒子位移(振动)的方向；切变波，通过加入水平和垂直矢量得到。 

生成或检测由压电衬底制成的SAW器件的最有效和常用的方法是制造IDT(叉指式换能器)结构。IDT将金属电极平行排列到压电衬底上，且此时的图案类似于时间脉冲图案。 

每个电极的大部分IDT都通过铝沉积来制造，并且有时也用铝合金来提高耐电压性质。而且，Ti或特种合金也用来改善铝的接触性质。通常，使用的铝的宽度范围在0.5μm-15μm。 

图1是相关技术的SAW器件的示意透视图。 

如图1所示，当将交变信号电压加在输入IDT101上时，具有不同极性的其它相邻电极间会产生电场，并且在衬底104表面产生压电效应。结果，衬底104表面产生变形且SAW沿输入IDT101的两个方向传播。 

图2是说明根据相关技术由SAW导致的在压电衬底内部的变形的示意图。 

如图所示，当SAW传播时，衬底发生变形并且SAW以机械能的方式传递。 

然后，在相反一侧的输出IDT102利用从该能量形成处至每个电极的反压电效应来检测SAW传播时的能量。 

另一方面，为了限制不必要的反射波，衬底104表面的两端均涂覆有声吸收体103。 

关于声吸收体，可以采用橡胶、硅胶、光敏膜或聚酰胺，而且其涂覆形状也是不同的。 

因此，SAW器件的特性取决于用来转换电信号至机械能或机械能至电信号的输入/输出IDT图案，以及如何调节图案的尺寸。 

具有以上结构的SAW器件通常用作带通滤波器。该应用非常有助于减少重量和尺寸、提高可靠性和降低功率消耗。典型应用的SAW滤波器是横波SAW滤波器，其具有以预定间距安置在压电衬底上的两个IDT、在压电衬底上装有带有谐振器的谐振滤波器、以及联合滤波器。 

为了发展SAW滤波器，涉及电极设计、构图、SMD封装、RF特性测量和用于阻抗匹配的电路设计的技术应该有机地相互联系起来并使之系统化。 

通常，石英、铌酸锂(LiNbO₃)、ST-石英和钽酸锂(LiTaO₃)被用来制造用于传播SAW的图案的SAW单晶衬底。 

因为产生并传播表面声波的这些压电单晶衬底的性质严重影响SAW滤波器，针对不同的性质建立特定取向并相应地切割衬底是非常重要的。 

要考虑的性质是SAW速度、SAW耦合系数、能流角(power flow angle)(pfa)、衍射或波束扩展系数、γ(gamma)、或延迟的温度系数。根据这些性质，SAW器件可能或不可能得到射频(radio frequency)。 

在这些性质中特别是一阶延迟温度系数对于频率变化非常敏感，因而SAW器件 作为温度传感器的可用性非常高。 

图3是相关技术中用作温度传感器的SAW器件示意图。 

如图3所示，在单晶衬底上有输入IDT和输出IDT。当对输入IDT施加电压时，电信号被转换为机械能并且SAW沿单晶衬底传播。这时，如果温度改变，则传播的SAW频率也会改变。然后，现在为机械能形式的改变了频率的SAW在输出IDT上被转换回电信号并且从此处输出。 

通过放大器将输出信号的频率放大，并且把该放大信号无线发射。当该发射信号被接收时，测量信号的频率，并检测(或感应)与频率对应的温度。