[发明专利]优化切割的石英基片上的低损耗表面声波滤波器

说明书

本发明属于声波设备，具体说属于在压电材料制成的基片的表面上构成的滤波器或谐振器。

用于制造表面声波设备的材料和此材料的切割一般根据二个标准选择：所能得到的表征最大相对带宽的压电耦合系数和作为温度的函数的材料的特性。事实上，在温度升高时，材料膨胀和其弹性系数改变而引起表面波的传播速度的改变，因而使设备的频率发生变化。

石英是久已被用于表面声波滤波器的材料。一般所采用的切割是所谓的ST切割(MB.Schultz，B.J.Matzinger，M.G.Holland，“表面声波速度对α石英的温度依从关系”，Journal of Applied Physics，Vol.41，No.7，pp.2755-2765，(1970))。切割角φ、θ、ψ由IEEE标准定义(压电标准176-1949，Proc.IRE，Vol.37，PP.1378～1395(1949))。

为避免切割角定义中的含混，下面将回忆一下这些角的定义，X、Y和Z为晶体的晶轴。所选晶体被称之为左旋石英晶体，以压电常数e₁₁和e₁₄的符号表征。“左旋石英”是e₁₁为正和e₁₄为负这样的晶体。图1表示一带有切割(XY)的平板。这就是说切割板的法线为轴Y而传播方向为轴X。这一图形定义方向W(沿平板的宽度)、1(沿其长度因而即为传播方向)和t(垂直于平板)。切割和传播角被定义为从切割(YX)起始并被加以三次连续地旋转。围绕W的旋转是通过角度φ的旋转，围绕I的旋转是通过角度θ的旋转和围绕t的旋转是通过角度ψ的旋转。传播沿转动板的方向I进行。因此切割平面完全由二角度φ和θ定义(图2a)与此同时第三角ψ定义此平面中一特定方向并因而对于表面声波定义所采用的传播方向(图2b)。

下面回忆定义普通被用于声波滤波器的不同切割的角度：

BT切割：φ＝0，θ＝-49°，

AT切割：φ＝0，θ＝+35°，

SC切割：φ＝-22.4°，θ＝+33.8°。

通常被用于表面波设备的ST切割被角度φ＝0°，θ＝42.75°和ψ＝0°定义。这种切割在图3中说明。初始轴基准系统为(XYZ)。在第一次旋转后它成为(X’Y’Z’)，第二次旋转后成为(X”Y”Z”)，和第三次旋转后成为(XYZ)。

这种单一旋转切割对于瑞利波(表面波)具有能表明频率温度变化的优点，此变化呈在温度约为25℃时为反转点的抛物线形，亦即常常在滤波器的运行温度范围的中央。对于这种切割的耦合系数相对较低(约0.12％)。

如果在基片上沉积材料例如铝专门作成产生表面声波的传感器，反转温度点会改变。事实上，为补偿这一后果保持反转温度点接近25℃，稍许改变切割。这导致采用从θ＝30°上升到θ＝42°的切割。这些切割均具有互相非常接近的特征，除波的传播速度和它们的频率一温度关系的反转点之外。

在过去数年中，具有低插入损耗的滤波器数量一直在增加。为减少插入损失，经常采用表面波在电极上的反射。最频繁地用于电极的材料是铝。采用这些反射的滤波器是例如DART或SPUDT型式的谐振器滤波器或单向滤波器。电极上的反射系数是对设计这些设备的非常重要的特征。事实上，此系数越大就会越容易以小芯片尺寸实现低损耗。而且，也有表面声波谐振器被作成为应用其他型式的反射器例如经蚀刻的晶格、或者更经常的金属喷镀线晶格来形成谐振腔。对于这种型式的设备，反射系数也是一重要特征因为高反射系数使之有可能对于同样大小具有较小损耗的谐振腔，因此改善谐振器的品质因素。

但必须指出，当设计设备时，反射系数为可能作成的电极的最大厚度所限制。另外，对制造的技术误差(在金属喷镀的厚度或线宽方面)的灵敏度在金属喷镀的厚度很大时将更大。这限制了实践中可能采用的厚度。

在这种意义上说，本发明的目的是一采用石英基片和反射中心的表面声波设备，对其所用的反射系数能得到改善同时通过优化选择被用作为压电基片的石英的切割保留材料的其它特性。

较具体说，本发明的目的为一表面声波设备，包括：

具有表面声波的传播表面的石英基片；

在所述基片上生成传感中心和反射中心的装置；