本發(fā)明與用于通信系統(tǒng)的可調(diào)諧和可調(diào)整頻率過濾和產(chǎn)生射頻信號(hào)頻率有關(guān)。更加具體地，它與可調(diào)諧和可調(diào)整的有嵌入型電極摻雜區(qū)或有抬高型電極摻雜區(qū)的壓電半導(dǎo)體過濾器有關(guān)。

背景技術(shù)：

電子系統(tǒng)特別是那些操作在射頻（RF）用于通訊應(yīng)用的系統(tǒng)需要小帶通濾波器和振蕩器。振蕩器用于產(chǎn)生射頻信號(hào)而帶通濾波器用于選擇傳送或接收在某一帶寬（BW）之內(nèi)特定頻率信號(hào)。一些例子包括全球性定位系統(tǒng)（GPS），流動(dòng)電信系統(tǒng)：移動(dòng)式通信全局系統(tǒng)（GSM），個(gè)人通信服務(wù)（PCS），萬能流動(dòng)電信系統(tǒng)（UMTS），長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)（LTE）和一些數(shù)據(jù)傳送單位：藍(lán)牙、無線區(qū)域網(wǎng)（WLAN），衛(wèi)星廣播和未來交通控制通信。他們也包括用于空中和航天器的其他高頻率系統(tǒng)。

有使用不同技術(shù)制造出來的帶通濾波器和振蕩器，(a）基于電介質(zhì)諧振器的陶瓷過濾器或振蕩器，（b）基于表面聲波諧振器（SAW）過濾器或諧振器，（c）基于薄膜體聲波諧振器（FBAR）過濾振蕩器。當(dāng)系統(tǒng)尺寸有限時(shí)，SAW和FBAR都可以使用。通常，SAW設(shè)備大量用于頻率2GHz以下，而FBARs則在頻率2和4GHz之間的系統(tǒng)占優(yōu)勢(shì)。用于移動(dòng)式通信系統(tǒng)例如手機(jī)時(shí)，RF過濾器的功率需要約為5瓦特或更小，那并不算太大，但對(duì)過濾器的尺寸和價(jià)格的要求則相當(dāng)高。因?yàn)檫@個(gè)原因并由于大的需求量，手機(jī)中的RF過濾器通常用微電子制造方法來制造在壓電材料上例如LiNbO₃（用于SAWs）或者AlN（用于FBARs）。

因?yàn)楸景l(fā)明與可調(diào)諧和可調(diào)整的SAW器件相關(guān)，在介紹部分只描述在SAW器件。SAW的發(fā)展始于1965年，第一個(gè)SAW器件制成。早期SAW器件的研究工作主要是履行雷達(dá)信號(hào)處理的需要。在80年代和90年代，主要開發(fā)嘗試都集中在用于移動(dòng)電話的低損耗過濾器上。除應(yīng)用于過濾器或振蕩器之外，SAWs還有另外的應(yīng)用，即非破壞性的評(píng)估、地震學(xué)、聲學(xué)光學(xué)、聲學(xué)顯微鏡和傳感器。一個(gè)對(duì)在這個(gè)領(lǐng)域直到1998年為止的幾個(gè)主要發(fā)展方向的報(bào)告發(fā)表在“SAW器件的歷史”1988 IEEE國際頻率控制討論會(huì)，第439–460頁，作者為David P.Morgan。最近十年開發(fā)了特別是為通信應(yīng)用的各種各樣的SAW結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新。這些SAW結(jié)構(gòu)被總結(jié)敘述在“用于通信系統(tǒng)的SAW轉(zhuǎn)換器的演變”，2004 IEEE國際超聲學(xué)、鐵電體，及頻率控制聯(lián)合第50周年紀(jì)念會(huì)議，302–310頁，作者Donald C.Malocha。主要SAW結(jié)構(gòu)包括(a)基礎(chǔ)和無重負(fù)器件，(b)切趾器件，(c)相位編碼和各種秤重和(d)單相位單向器件。

用作過濾器的壓電材料主要特性是聲波傳播速度確定了沿電極方向影響帶寬的諧振頻率和偶合系數(shù)。SAW器件的基本原理可以通過考慮一個(gè)顯示在圖1的基本SAW結(jié)構(gòu)來了解，圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)在一個(gè)壓電基體110上的表面聲波過濾器100。SAW100包括輸入叉指換能器IDT1120由毗鄰電極之間的中心對(duì)中心距離控制的一個(gè)“叉指間距”和包括輸出叉指換能器IDT2150由毗鄰電極之間的中心對(duì)中心距離控制的那個(gè)“叉指間距”。IDT1120連接到一個(gè)電信號(hào)源130激發(fā)聲波140以速度v和頻率f_o=v/(2x叉指間距)。IDT2150接受聲波140并將其轉(zhuǎn)換成輸出電信號(hào)160。電信號(hào)在信號(hào)源130除f_o之外的頻率在輸出終端不可能激發(fā)有充足強(qiáng)度的共振聲波到達(dá)輸出叉指換能器IDT2150在輸出終端產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)。所以，SAW過濾器一旦制造出來，中心傳輸頻率f_o和帶寬BW由其型狀和材料決定。只有f_o和在帶寬BW之內(nèi)的電信號(hào)允許從輸入叉指換能器120到達(dá)輸出叉指換能器150。

聲波在壓電材料中的速度對(duì)設(shè)計(jì)聲濾波器是重要的。以下是幾個(gè)壓電基體的聲波速度值：LiNbO₃：～4,000m/s，ZnO：～6,300 m/s, AlN：～10,400m/s， GaN：～7,900m/s。要得到中心頻率為f_o=2GHz的LiNbO₃過濾器，聲波波長(zhǎng)為λ=(4000m/sec)/(2x10⁹/sec)=2x10^-4cm。圖1中的電極叉指間距值因此等于1μm。假設(shè)電極寬度和毗鄰電極之間的距離相等，因此電極寬度為0.5μm。要制造更高頻率的IDTs，需要更加先進(jìn)的光刻工具和更加嚴(yán)格的工藝控制并且/或者必須使用高速度聲波壓電材料例如ZnO、GaN和AlN。

對(duì)于每條通信帶言有二個(gè)頻率：一為傳送頻率，另一為接收頻率，二者經(jīng)常緊挨彼此。拿移動(dòng)電話通信作為例子，RF信號(hào)頻率和帶寬是由地區(qū)或國家規(guī)定并分配。用于移動(dòng)式通信，目前大約有40個(gè)頻帶或頻率范圍。更多的在3到6兆赫茲頻率范圍內(nèi)的可期望作為下一代長(zhǎng)期引伸技術(shù)。表1列出幾條被選出的用于不同地區(qū)或國家的移動(dòng)式通信頻帶。在每條頻帶中有一條傳送頻帶（Tx帶）位于f_oTR并有傳送帶寬（BW_TR）。也有一關(guān)聯(lián)的接受頻帶（Rx帶）位于f_oRE并有接受帶寬（BW_RE）。傳送帶和接受帶之間的分離由f_oRE和f_oTR之間的差值給出：f_oRE-f_oTR。這里，f_oTR是傳送頻帶中心頻率，而f_oRE是接收頻帶中心頻率。

表1 分配給某些移動(dòng)手機(jī)和基地的頻帶頻率和帶寬

Band f_oTR (MHz) BW_TR (MHz) f_oRE (MHz) BW_RE (MHz) f_oRE-f_oTR (MHz) [f_oRE-f_oTR]/f_oTR 地區(qū)

1 1920-1980 60 2110-2170 60 190 9.8% 亞洲，歐洲中東非洲，日本

2 1850-1910 60 1930-1990 60 80 4.3% 北美，拉美

3 1710-1785 75 1805-1880 75 95 5.4% 亞洲,，歐洲中東非洲

4 1710-1755 45 2110-2155 45 400 23% 北美，拉美

5 824-849 25 869-894 25 45 5.4% 北美，拉美

7 2500-2570 70 2620-2690 70 120 4.7% 亞洲,，歐洲中東非洲

8 880-915 35 925-960 35 45 5.0% 歐洲中東非洲，拉美

12 699-716 17 729-746 17 30 4.2% 北美

現(xiàn)有多個(gè)用于不同國家和地區(qū)的無線標(biāo)準(zhǔn)。主要部分簡(jiǎn)要地?cái)⑹鲇谙隆?/p>

全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)（GSM）是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)院開發(fā)的為用于移動(dòng)電話的2G數(shù)字式手機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)并首先于1992年部署在芬蘭。個(gè)人通信服務(wù)（PCS）描述一套允許終端流動(dòng)性、個(gè)人流動(dòng)性和服務(wù)管理的3G無線通信性能。在加拿大、美國和墨西哥，PCS用于1.9GHz頻帶（1.850-1.990GHz），用來擴(kuò)展850MHz頻帶最初提供的容量（800-894MHz）。這些頻帶對(duì)北美洲是特有的，雖然其他頻帶也會(huì)被使用。通用移動(dòng)通訊系統(tǒng)（UMTS）是一個(gè)以GSM標(biāo)準(zhǔn)為根據(jù)的3G移動(dòng)手機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。UMTS使用寬帶碼分多址（W-CDMA）無線電通入技術(shù)為流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)操作提供更大頻譜效率和帶寬。長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)（LTE）是為移動(dòng)電話和數(shù)據(jù)終端的無線通信提供的一個(gè)4G標(biāo)準(zhǔn)。它是根據(jù)GSM和UMTS的升級(jí)版網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。不同的LTE頻率和頻帶從大約1GHz到3GHz，用于不同的國家和地區(qū)。還未指定的3GHz到6GHz范圍內(nèi)的頻帶可能會(huì)在不久將來被用來為移動(dòng)式通信增加容量。所以，移動(dòng)電話必須裝備多個(gè)帶模塊來用于不同的國家和地區(qū)。

由于用于不同的地區(qū)和國家的移動(dòng)手機(jī)的頻帶數(shù)量很大，即使在同一個(gè)國家，一個(gè)實(shí)用的手機(jī)需要有覆蓋幾個(gè)頻帶的RF前端。一個(gè)真正的世界電話將需要有大約40條帶，其中每一條都有傳送帶和接受帶。因?yàn)槊總€(gè)RF過濾器只有一個(gè)固定的中心共振頻率，因此，這樣一個(gè)真正的世界電話將需要80個(gè)前端過濾器。由于資源局限，有些設(shè)計(jì)師為選擇的地區(qū)或國家設(shè)計(jì)的移動(dòng)電話手機(jī)覆蓋5條到10條頻帶。即使是這個(gè)減少了的頻帶數(shù)目，RF過濾器數(shù)量的需求還是較大：10個(gè)～20個(gè)。所以，有強(qiáng)烈需求減少RF過濾器的尺寸和成本，并在保持同樣操作頻帶時(shí)減少過濾器的數(shù)量，即：使用每個(gè)至少覆蓋二個(gè)頻帶的可調(diào)諧的RF過濾器。如果成功，移動(dòng)手機(jī)和許多其他微波和無線系統(tǒng)過濾器數(shù)量可以減少。

因此，開發(fā)能覆蓋盡可能多個(gè)頻帶或頻率范圍的RF過濾器，以便可以減少移動(dòng)電話手機(jī)和微波系統(tǒng)RF前端的尺寸和電力消費(fèi)是理想的。表一列出[f_oRE-f_oTR]/f_oTR值。列出的12條頻帶中，其中的11條帶的[f_oRE-f_oTR]/f_oTR值為10%或者更?。捍蠖鄶?shù)～5%。所以，調(diào)諧范圍為10%或更多的可調(diào)諧的過濾器對(duì)通信是很有價(jià)值的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供具有嵌入型正電極摻雜區(qū)和負(fù)電極摻雜區(qū)的可調(diào)諧的SAW叉指式換能器，用于無線或微波系統(tǒng)中的SAW RF諧振器，過濾器、振蕩器、開關(guān)或者雙工器，其共振或傳輸中心頻率由加直流電壓來調(diào)諧，這里，嵌入型正電極摻雜區(qū)的摻雜類型與嵌入型負(fù)極電極摻雜區(qū)的摻雜類型不同。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有嵌入型正電極摻雜區(qū)和負(fù)電極摻雜區(qū)的可調(diào)諧的SAW叉指式換能器，用于無線或微波系統(tǒng)中的SAW RF諧振器，過濾器、振蕩器、開關(guān)或者雙工器，其共振或傳輸中心頻率由加直流電壓來調(diào)諧，這里，嵌入型正電極摻雜區(qū)的摻雜類型與嵌入型負(fù)極電極摻雜區(qū)的摻雜類型相同。

本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供具有抬高型的正電極摻雜區(qū)和負(fù)電極摻雜區(qū)的可調(diào)諧的SAW叉指式換能器，用于無線或微波系統(tǒng)中的SAW RF諧振器，過濾器、振蕩器、開關(guān)或者雙工器，其共振或傳輸中心頻率由加直流電壓來調(diào)諧，這里，抬高型正電極摻雜區(qū)的摻雜類型與抬高型負(fù)極電極摻雜區(qū)摻雜類型不同。

本發(fā)明的還有另一個(gè)目的是提供可合調(diào)的SAW叉指式換能器有提高的正電極摻雜地區(qū)和提高的負(fù)電極摻雜區(qū)用于SAW RF諧振器，過濾器、振蕩器、開關(guān)或者雙工機(jī)其共振或傳輸中心頻率由加直流電壓來調(diào)諧，這里，抬高型正電極摻雜區(qū)的摻雜類型是與抬高型負(fù)極電極摻雜區(qū)的摻雜類型相同。

實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明目的一及目的二的技術(shù)方案如下所述：

一個(gè)用于表面聲波器件的頻率可調(diào)諧的SAW叉指換能器IDT結(jié)構(gòu)，具有嵌入型電極摻雜區(qū)，包括：

-一個(gè)支持基體有支持基體厚度；

-第一壓電層有第一壓電層厚度位于前述支持基體上；

-多個(gè)正電極摻雜區(qū)在前述第一壓電層埋置，前述正電極摻雜區(qū)是壓電半導(dǎo)體具有第一摻雜類型；

-多個(gè)負(fù)電極摻雜區(qū)在前述第一壓電層埋置，前述負(fù)電極摻雜區(qū)是壓電半導(dǎo)體具有第二摻雜類型，每個(gè)前述負(fù)電極摻雜區(qū)位于二個(gè)毗鄰正電極摻雜區(qū)之間；

-多個(gè)金屬正電極手指連接到一個(gè)正電極墊，每個(gè)前述金屬正電極手指位于對(duì)應(yīng)的一個(gè)嵌入型正電極摻雜區(qū)之上；

-多個(gè)金屬負(fù)電極手指連接到一個(gè)負(fù)電極墊，每個(gè)前述金屬負(fù)電極手指位于對(duì)應(yīng)的一個(gè)嵌入型負(fù)電極摻雜區(qū)之上；

-一個(gè)DC偏壓通過阻攔感應(yīng)器連接到前述IDT，通過調(diào)諧和調(diào)整與前述正電極手指和負(fù)電極手指相關(guān)的負(fù)荷質(zhì)量和金屬化比率，來調(diào)諧和調(diào)整前述IDT激發(fā)或接受的表面聲波的頻率；

毗鄰前述正電極手指和前述負(fù)電極手指間的中心對(duì)中心距離，或者毗鄰前述正電極摻雜區(qū)和前述負(fù)電極摻雜區(qū)間的中心對(duì)中心距離，被控制到叉指間距b，而前述正電極墊和負(fù)電極墊連接到一個(gè)電信號(hào)來源或到信號(hào)接收器來激發(fā)或接受表面聲波。

前述支持基體材料從以下材料中挑選：LiNbO₃、LiTaO₃、PZT、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs、Al₂O₃、BaTiO₃、石英和KNbO₃、Si、藍(lán)寶石、玻璃和塑料。

前述第一壓電層材料從以下壓電材料中挑選：LiNbO₃、LiTaO₃、ZnO、AlN、GaN、AlGaN、GaAs、AlGaAs和其他，只要他們具有壓電特性和足夠高的聲耦合系數(shù)。

前述嵌入型正電極摻雜區(qū)和前述嵌入型負(fù)電極摻雜區(qū)材料從以下物質(zhì)中挑選：AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs，AlAs、AlGaAs和其他，只要它們具有壓電特性和足夠高的聲耦合系數(shù)，是半導(dǎo)體，并且可以摻雜成n型或p型傳導(dǎo)，優(yōu)選摻雜濃度在10¹⁴到10²¹cm^-3的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在10¹⁵到10²⁰cm^-3的范圍內(nèi)。

前述正電極摻雜區(qū)的前述第一摻雜類型與前述負(fù)電極摻雜區(qū)的前述第二摻雜類型相反，并且前述DC偏壓是通過前述阻攔感應(yīng)器加在前述正電極墊和前述負(fù)電極墊之間來調(diào)諧和調(diào)整前述表面聲波頻率。

前述嵌入型正電極摻雜區(qū)和前述嵌入型負(fù)電極摻雜區(qū)厚度優(yōu)選控制在10到2000nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在20到1000nm的范圍內(nèi)。

前述正電極手指和前述負(fù)電極手指材料從以下材料中挑選：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir以及他們的合金，而前述正電極手指和負(fù)電極手指厚度優(yōu)選在10到400nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在20到300nm的范圍內(nèi)，決定于操作頻率和調(diào)諧范圍的要求。

前述IDT進(jìn)一步包括一溫度補(bǔ)償層，有溫度補(bǔ)償層厚度來補(bǔ)償和減少由于溫度變化引起的頻率漂移。

前述換能器IDT結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一下電極層夾在前述第一壓電層和前述支持基體中間，前述第一摻雜類型與前述第二摻雜類型相同，前述DC偏壓通過前述阻攔感應(yīng)器加在前述正電極墊、前述負(fù)電極墊和前述下電極層之間來調(diào)諧和調(diào)整前述表面聲波頻率。

前述換能器IDT結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一個(gè)重?fù)诫s層在前述嵌入型負(fù)電極摻雜區(qū)之上和另一個(gè)重?fù)诫s層在前述嵌入型負(fù)電極摻雜區(qū)之上來減少接觸電阻。

前述頻率可調(diào)諧的SAW叉指換能器IDT結(jié)構(gòu)是一種可調(diào)諧輸入叉指換能器用來接收RF信號(hào)并產(chǎn)生表面聲波。

前述頻率可調(diào)諧的SAW叉指換能器IDT結(jié)構(gòu)是一種可調(diào)諧的輸出叉指換能器用來接收表面聲波并將其轉(zhuǎn)換成RF信號(hào)。

前述頻率可調(diào)諧的SAW叉指換能器IDT結(jié)構(gòu)是一臺(tái)可調(diào)諧的表面聲波反射器。

實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明目的三和目的四的技術(shù)方案如下所述：

一個(gè)用于表面聲波器件的頻率可調(diào)諧的SAW叉指換能器IDT結(jié)構(gòu)，具有抬高型電極摻雜區(qū)，包括：

-一個(gè)支持基體有支持基體厚度；

-第一壓電層有第一壓電層厚度；

-多個(gè)抬高型的正電極摻雜區(qū)位于前述第一壓電層之上，前述抬高型正電極摻雜區(qū)是壓電半導(dǎo)體具有第一摻雜類型；

-多個(gè)抬高型負(fù)電極摻雜區(qū)位于前述第一壓電層之上，前述抬高型負(fù)電極摻雜區(qū)是壓電半導(dǎo)體有第二摻雜類型，每個(gè)前述抬高型負(fù)電極摻雜區(qū)位于二個(gè)毗鄰抬高型正電極摻雜區(qū)之間；

-多個(gè)金屬正電極手指連接到一個(gè)正電極墊，每個(gè)前述金屬正電極手指位于對(duì)應(yīng)的一個(gè)抬高型正電極摻雜區(qū)上之上；

-多個(gè)金屬負(fù)電極手指連接到一個(gè)負(fù)電極墊，每個(gè)前述金屬負(fù)電極手指位于對(duì)應(yīng)的一個(gè)抬高型負(fù)電極摻雜區(qū)之上；并且

-一個(gè)DC偏壓通過阻攔感應(yīng)器連接到前述IDT，通過調(diào)諧和調(diào)整與前述正電極手指和負(fù)電極手指相關(guān)的負(fù)荷質(zhì)量和金屬化比率，來調(diào)諧和調(diào)整前述IDT激發(fā)或接受表面聲波的頻率；

毗鄰前述正電極手指和前述負(fù)電極手指間的中心對(duì)中心距離，或者毗鄰前述正電極摻雜區(qū)和前述負(fù)電極摻雜區(qū)之間的中心對(duì)中心距離控制到叉指間距b，而前述正電極墊和負(fù)電極墊連接到一個(gè)電信號(hào)來源或到信號(hào)接收器來激發(fā)或接受表面聲波。

前述支持基體材料從以下材料中挑選：LiNbO₃、LiTaO₃、PZT、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs、Al₂O₃、BaTiO₃、石英和KNbO₃、Si、藍(lán)寶石、玻璃和塑料。

前述第一壓電層材料從以下壓電材料中挑選：LiNbO₃、LiTaO₃、ZnO、AlN、GaN、AlGaN、GaAs、AlGaAs和其他，只要它們具有壓電特性和足夠高的聲耦合系數(shù)。

前述抬高型正電極摻雜區(qū)和前述抬高型負(fù)電極摻雜區(qū)材料從以下物質(zhì)中挑選：AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs，AlAs、AlGaAs和其他，只要它們具有壓電特性和足夠高的聲耦合系數(shù)，是半導(dǎo)體，并且可以摻雜成n型或p型傳導(dǎo)，優(yōu)選摻雜濃度在10¹⁴到10²¹cm^-3的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在10¹⁵到10²⁰cm^-3的范圍內(nèi)。

前述抬高型正電極摻雜區(qū)的前述第一摻雜類型與前述抬高型負(fù)電極摻雜區(qū)的前述第二摻雜類型相反，并且前述DC偏壓是通過前述阻攔感應(yīng)器加在前述正電極墊和前述負(fù)電極墊之間來調(diào)諧和調(diào)整前述表面聲波頻率。

前述抬高型正電極摻雜區(qū)和前述抬高型負(fù)電極摻雜區(qū)厚度優(yōu)選控制在10到2000nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在20到1000nm的范圍內(nèi)。

前述正電極手指和前述負(fù)電極手指材料從以下材料中挑選：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir以及他們的合金，而前述正電極手指和負(fù)電極手指厚度優(yōu)選在10到400nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在20到300nm的范圍內(nèi)，決定于操作頻率和調(diào)諧范圍的要求。

前述換能器IDT結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一溫度補(bǔ)償層有溫度補(bǔ)償層厚度來補(bǔ)償和減少由于溫度變化引起的頻率漂移。

前述換能器IDT結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一下電極層夾在前述第一壓電層和前述支持基體中間，前述第一摻雜類型與前述第二摻雜類型相同，和前述DC偏壓通過前述阻攔感應(yīng)器加在前述正電極墊、前述負(fù)電極墊和前述下電極層之間來調(diào)諧和調(diào)整前述表面聲波頻率。

前述換能器IDT結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一個(gè)重?fù)诫s層在前述抬高型負(fù)電極摻雜區(qū)之上和另一個(gè)重?fù)诫s層在前述抬高型負(fù)電極摻雜區(qū)之上，來減少接觸電阻。

前述頻率可調(diào)諧的SAW叉指換能器IDT結(jié)構(gòu)是一種可調(diào)諧輸入輸入叉指換能器用來接收RF信號(hào)和產(chǎn)生表面聲波。

前述頻率可調(diào)諧的SAW叉指換能器IDT結(jié)構(gòu)是是一種可調(diào)諧輸出叉指換能器用來接受表面聲波并將其轉(zhuǎn)換成RF信號(hào)。

前述頻率可調(diào)諧的SAW叉指換能器IDT結(jié)構(gòu)是一臺(tái)可調(diào)諧的表面聲波反射器。

附圖說明

圖1顯示一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)表面聲波過濾器（100）的概要圖，在一個(gè)壓電基體上有一個(gè)輸入叉指式換能器IDT1來激發(fā)表面聲波和一個(gè)輸出叉指式換能器IDT2來接收表面聲波并將其轉(zhuǎn)換成輸出電信號(hào)。

圖2A顯示了根據(jù)本發(fā)明所提供的可調(diào)諧頻率的SAW過濾器（200a）的概要頂視圖。輸入叉指式換能器IDT1連接到一個(gè)輸入DC偏壓來調(diào)整激發(fā)表面聲波頻率，而輸出叉指式換能器IDT2則連接到一個(gè)輸出DC偏壓來調(diào)整接收表面聲波頻率。

圖2B顯示了根據(jù)本發(fā)明所提供的可調(diào)諧頻率的SAW過濾器（200b）的概要頂視圖。輸入叉指式換能器IDT1連接到一個(gè)輸入DC偏壓來調(diào)整激發(fā)表面聲波頻率，而輸出叉指式換能器IDT2則連接到一個(gè)輸出DC偏壓來調(diào)整接收表面聲波頻率。

圖2C是圖2A或圖2B中可調(diào)諧的SAW過濾器（200a）或（200b）沿著A-A’線的概要橫截圖，顯示了具有一個(gè)嵌入型輸入正電極摻雜區(qū)和一個(gè)嵌入型輸入負(fù)電極摻雜區(qū)的輸入叉指式換能器IDT1的一部分，沒有輸入DC偏壓。

圖2D是圖2A或圖2B中可調(diào)諧的SAW過濾器（200a）或（200b）沿著B-B’線的概要橫截圖，顯示了具有一個(gè)嵌入型輸出正電極摻雜區(qū)和一個(gè)嵌入型輸出負(fù)電極摻雜區(qū)的輸出叉指式換能器IDT2的一部分，沒有輸出DC偏壓。

圖2E是圖2A或圖2B中可調(diào)諧的SAW過濾器（200a）或（200b）沿著A-A’線的概要橫截圖，顯示了具有嵌入型輸入正電極摻雜區(qū)和負(fù)電極摻雜區(qū)的輸入叉指式換能器IDT1的一部分。第一輸入DC偏壓V_DC1被用來產(chǎn)生輸入正電極耗盡層和輸入負(fù)電極耗盡層，減少與電極摻雜中性區(qū)有關(guān)的質(zhì)量負(fù)荷和增加激發(fā)表面聲波的頻率。

圖2F是圖2A或圖2B中可調(diào)諧的SAW過濾器（200a）或（200b）沿著B-B’線的概要橫截圖，顯示了具有嵌入型輸出正電極摻雜區(qū)和負(fù)電極摻雜區(qū)的輸出叉指式換能器IDT2的一部分。第一輸出DC偏壓V_DC1’被用來產(chǎn)生輸出正電極耗盡層和輸出負(fù)電極耗盡層，減少與電極摻雜電中性區(qū)有關(guān)的質(zhì)量負(fù)荷和增加接收表面聲波的頻率。

圖2G顯示了具有嵌入型輸入正電極摻雜區(qū)和負(fù)電極摻雜區(qū)的輸入叉指式換能器IDT1的一部分的概要橫截圖。第二輸入DC偏壓V_DC2被用來產(chǎn)生具有更大的厚度的輸入正電極耗盡層和輸入負(fù)電極耗盡層，以便進(jìn)一步減少與電極摻雜耗盡層有關(guān)的質(zhì)量負(fù)荷和進(jìn)一步增加激發(fā)表面聲波的頻率。

圖2H顯示了具有嵌入型輸出正電極摻雜區(qū)和負(fù)電極摻雜區(qū)的輸出叉指式換能器IDT2的一部分的概要橫截圖。第二輸出DC偏壓V_DC2’被用來產(chǎn)生具有更大的厚度的輸出正電極耗盡層和輸出負(fù)電極耗盡層，以便進(jìn)一步減少與電極摻雜耗盡層有關(guān)的質(zhì)量負(fù)荷和進(jìn)一步增加接收表面聲波的頻率。

圖2I顯示了具有一溫度補(bǔ)償層的輸入叉指式換能器IDT1的一個(gè)剖面圖，該溫度補(bǔ)償層被用來減少與溫度變化相關(guān)的表面聲波頻率變化。

圖3A給出了具有高N_D和高N_A時(shí)電場(chǎng)ξ(x)對(duì)距離的變化，顯示出第一壓電層中有一個(gè)基本上恒定的電場(chǎng)。電場(chǎng)在電極耗盡層中的減少具有一個(gè)與電離雜質(zhì)濃度N_A成正比的相對(duì)大的斜率。

圖3B顯示了具有低N_D和低N_A時(shí)電場(chǎng)對(duì)距離的變化。隨DC偏壓的變化ΔV_DC1，圖中電極耗盡層的變化ΔW_N和ΔW_P較之圖 3A中的具有更高摻雜濃度時(shí)的變化更大。

圖4A給出具有嵌入型電極摻雜區(qū)的IDT1的概要橫截圖，定性顯示了電極耗盡層厚度的變化：電極耗盡層厚度減少至耗盡層的中心地區(qū)。不均勻的電極耗盡層厚度可能導(dǎo)致不均勻的質(zhì)量負(fù)荷。

圖4B顯示了IDT1的概要橫截圖，其嵌入型輸入電極摻雜區(qū)具有相同的參雜類型。一個(gè)底部電極層和一個(gè)不同的輸入DC偏壓安排被用來調(diào)整IDT1的頻率。

圖4C顯示了IDT2的概要橫截圖，其嵌入型輸出電極摻雜區(qū)具有相同的參雜類型。一個(gè)底部電極層和一個(gè)不同的輸出DC偏壓安排被用來調(diào)整IDT2的頻率。

圖5A是圖 2A或圖2B中可調(diào)諧的SAW過濾器（200a）或（200b）沿著A-A’線的概要橫截圖，顯示了輸入叉指式換能器IDT1的一部分。該換能器具有抬高型輸入正電極摻雜區(qū)和負(fù)電極摻雜區(qū)來提高質(zhì)量負(fù)荷作用。

圖5B給出了圖 2A或圖2B中可調(diào)諧的SAW過濾器（200a）或（200b）沿著B-B’線的概要橫截圖，顯示了輸出叉指式換能器IDT2的一部分。該換能器具有抬高型輸出正電極摻雜區(qū)和負(fù)電極摻雜區(qū)來提高質(zhì)量負(fù)荷作用。

圖5C顯示了具有抬高型輸入電極摻雜區(qū)的可調(diào)諧SAW輸入叉指式換能器IDT1的概要橫截圖。第一輸入DC偏壓V_DC1被用來產(chǎn)生輸入正電極耗盡層和輸入負(fù)電極耗盡層，減少與電極摻雜中性區(qū)有關(guān)的質(zhì)量負(fù)荷和增加激發(fā)表面聲波的頻率。

圖5D給出了具有抬高型輸出電極摻雜區(qū)的可調(diào)諧SAW輸出叉指式換能器IDT2的概要橫截圖。第一輸出DC偏壓V_DC1’被用來產(chǎn)生輸出正電極耗盡層和輸出負(fù)電極耗盡層，減少與電極摻雜中性區(qū)有關(guān)的質(zhì)量負(fù)荷和增加接收表面聲波的頻率。

圖5E給出了具有抬高型輸入電極摻雜區(qū)的可調(diào)諧SAW輸入叉指式換能器IDT1的概要橫截圖。第二輸入DC偏壓V_DC2被用來產(chǎn)生一個(gè)增加了的輸入正電極耗盡層和一個(gè)增加了的輸入負(fù)電極耗盡層，進(jìn)一步減少與電極摻雜中立區(qū)有關(guān)的質(zhì)量負(fù)荷和進(jìn)一步增加激發(fā)表面聲波的頻率。

圖5F給出了具有抬高型輸出電極摻雜區(qū)的可調(diào)諧SAW輸出叉指式換能器IDT2的概要橫截圖。第二輸出DC偏壓V_DC2’被用來產(chǎn)生一個(gè)增加了的輸出正電極耗盡層和一個(gè)增加了的輸出負(fù)電極耗盡層，進(jìn)一步減少與電極摻雜中立區(qū)有關(guān)的質(zhì)量負(fù)荷和進(jìn)一步增加接收表面聲波的頻率。

圖6A是IDT1的一個(gè)概要橫截圖，其抬高型輸入電極摻雜區(qū)具有相同的參雜類型。一個(gè)底部電極層和一個(gè)不同的輸入DC偏壓安排被用來調(diào)整IDT1的頻率。

圖6B是IDT2的一個(gè)概要橫截圖，其嵌入型輸出電極摻雜區(qū)具有相同的參雜類型。一個(gè)底部電極層和一個(gè)不同的輸出DC偏壓安排被用來調(diào)整IDT2的頻率。

圖6C是IDT1的一個(gè)概要橫截圖，其抬高型輸入電極摻雜區(qū)具有相同的參雜類型和一個(gè)底部電極層。一個(gè)溫度補(bǔ)償層被用來減少不必要的表面聲波頻率隨溫度的變化。

圖7A是一張顯示可調(diào)諧 SAW過濾器IDT的阻抗轉(zhuǎn)移的概要圖。當(dāng)偏壓值增加，諧振頻率增加。曲線1對(duì)應(yīng)的是V_DC1，曲線2對(duì)應(yīng)V_DC2和曲線3對(duì)應(yīng)V_DC3。

圖7B是使用圖2A或圖2B的可調(diào)諧叉指式換能器IDT1和IDT2來構(gòu)成的可調(diào)諧SAW過濾器的傳輸特征的變化的概要圖。在V_DC1DC偏壓下，傳輸變化由曲線1給出，當(dāng)DC偏壓增加到V_DC2時(shí)，傳輸變化有所改變并由曲線2給出。

圖8顯示一具有輸入電極墊，輸入電極手指，輸入電極摻雜區(qū)的可調(diào)諧輸入SAW反射器的概要頂視圖，DC偏壓被用來控制MR和ML以及反射表面聲波頻率。

附圖標(biāo)記說明

圖1

壓電基體110

表面聲波過濾器100

輸入叉指換能器IDT1 120

輸出叉指換能器IDT2 150

電信號(hào)源130

聲波140

輸出電信號(hào)160

圖2A 至圖4C

SAW過濾器200a，200b

支持基體210S

支持基體厚度210St

第一壓電層210

第一壓電層厚度210t

輸入叉指式換能器IDT1 220

輸入正電極墊220PM

輸入負(fù)極電極墊220NM

輸入正電極墊摻雜區(qū)220DP

輸入負(fù)電極墊摻雜區(qū)220DN

輸入正電極摻雜區(qū)DP-1，DP-2，DP-3

輸入正電極摻雜區(qū)寬度DP-1w或a

輸入正電極摻雜區(qū)厚度DP-1t

輸入負(fù)電極摻雜區(qū)DN-1，DN-2，DN-3

輸入負(fù)電極摻雜區(qū)寬度DN-1w或a

輸入負(fù)電極摻雜區(qū)厚度DN-1t

輸入正電極手指220P-1，220P-2，220P-3

輸入正電極手指寬度220P-1w或m

輸入正電極手指厚度220P-1t

輸入負(fù)電極電極手指220N-1，220N-2，220N-3

輸入負(fù)電極手指寬度220N-1w或m

輸入負(fù)電極手指厚度220N-1t

輸入電極間距區(qū)220S-1

輸入電極間距區(qū)寬度220S-1w

叉指間距220NS-1w或b

輸入電極摻雜區(qū)間距DNP-1a或DNP-1b

輸入電極摻雜區(qū)間距寬度（DNP-1aw或DNP-1bw或者c），（DNP-1v1aw或DNP-1v1bw），（DNP-1v2aw或DNP-1v2bw）

輸入正電極耗盡區(qū)（DP-1d1），（DP-1d2）

輸入正電極耗盡區(qū)厚度（DP-1d1t），（DP-1d2t）

輸入負(fù)電極耗盡區(qū)（DN-1d1），（DN-1d2）

輸入負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DN-1d1t），（DN-1d2t）

輸入正電極摻雜中性區(qū)（DP-1v1），（DP-1v2）

輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)（DN-1v1），（DN-1v2）

輸入正電極摻雜中性區(qū)厚度（DP-1v1t，DP-1v2t）

輸入正電極摻雜中性區(qū)寬度（DP-1v1w，DP-1v2w）

輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度（DN-1v1t，DN-1v2t）

輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)寬度（DN-1v1w，DN-1v2w）

電信號(hào)源V_in 230

表面聲波240

輸出叉指式換能器IDT2 250

輸出正電極墊250PM

輸出負(fù)電極墊250NM

輸出正電極墊摻雜區(qū)250DP

輸出負(fù)電極墊摻雜區(qū)250DN

輸出正電極摻雜區(qū)DP-1',DP-2',DP-3'，DP-1'v1

輸出正電極摻雜區(qū)寬度（DP-1’w或a'）

輸出正電極摻雜區(qū)厚度（DP-1’t）

輸出負(fù)電極摻雜區(qū)DN-1',DN-2',DN-3'，DN-1'v1

輸出負(fù)電極摻雜區(qū)寬度（DN-1’w或a'）

輸出負(fù)電極摻雜區(qū)厚度（DN-1’t)

輸出正電極手指250P-1、250P-2，250P-3

輸出正電極手指寬度（250P-1w或m'）

輸出正電極手指厚度（250P-1t）

輸出負(fù)電極手指250N-1, 250N-2,250N-3

輸出負(fù)電極手指寬度（250N-1w或m'）

輸出負(fù)電極手指厚度（250N-1t）

輸出電極間距區(qū)（250S-1）

輸出電極間距區(qū)寬度（250S-1w）

叉指間距（250NS-1w或b'）

輸出電極摻雜區(qū)間距（DNP-1'a或DNP-1'b）

輸出電極摻雜區(qū)間距寬度（DNP-1'aw或DNP-1'bw或者c’），（DNP-1'v1aw或DNP-1'v1bw），（DNP-1'v2aw或DNP-1'v2bw）

輸出正電極耗盡區(qū)（DP-1'd1，DP-1'd2）

輸出正電極耗盡區(qū)厚度（DP-1'd1t，DP-1'd2t）

輸出負(fù)電極耗盡區(qū)（DN-1’d1，DN-1'd2）

輸出負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DN-1'd1t，DN-1'd2t）

輸出正電極摻雜中性區(qū)（DP-1'v1，DP-1'v2）

輸出正電極摻雜中性區(qū)厚度（DP-1'v1t,DP-1'v2t）

輸出正電極摻雜中性區(qū)寬度（DP-1v1'w，DP-1'v2w）

輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)（DN-1'v1，DN-1'v2）

輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度（DN-1'v1t，DN-1'v2t）

輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)寬度（DN-1'v1w，DN-1'v2w）

輸出電阻260

中心距離200D

輸入正阻攔感應(yīng)器（LP-1）

輸入負(fù)阻攔感應(yīng)器（LN-1）

輸出正阻攔感應(yīng)器（LP-1’）

輸出負(fù)阻攔感應(yīng)器（LN-1’）

溫度補(bǔ)償層280

溫度補(bǔ)償層厚度280t

底部電極層210BM

底部電極層厚度210BMt

圖5A-7B

輸入正電極摻雜區(qū)（EP-1）

輸入電極摻雜區(qū)寬度（EP-1w）

輸入正電極摻雜區(qū)厚度（EP-1t）

輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1）

輸入負(fù)電極摻雜區(qū)寬度（EN-1w）

輸入負(fù)電極摻雜區(qū)厚度（EN-1t）

輸入正電極手指（220P-1）

輸入正電極手指寬度（220P-1w或m）

輸入正電極手指厚度（220P-1t）

輸入正電極摻雜區(qū)（EP-1）

輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1）

輸入負(fù)電極手指（220N-1）

輸入負(fù)電極手指寬度（220N-1w或m）

輸入負(fù)電極手指厚度（220N-1t）

輸入負(fù)電極摻雜區(qū)寬度（EN-1w）

輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1）

輸入電極摻雜區(qū)間距（ENP-1a和ENP-1b），（ENP-1'a和ENP-1'b）

輸入電極摻雜區(qū)間距寬度（ENP-1aw，ENP-1bw），（ENP-1'aw，ENP-1'bw）

輸入電極間距區(qū)（220S-1）

輸入電極間距區(qū)寬度（220S-1w或c）

輸出電極間距區(qū)（250S-1）

輸出電極間距區(qū)寬度（250S-1w或c'）

叉指間距（220NS-1w或b），（250NS-1w或b'）

輸出正電極摻雜區(qū)（EP-1'）

輸出正電極摻雜區(qū)寬度（EP-1'w）

輸出正電極摻雜區(qū)厚度（EP-1't）

輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1'）

輸出負(fù)電極摻雜區(qū)寬度（EN-1'w）

輸出負(fù)電極摻雜區(qū)厚度（EN-1't）

輸入正電極墊220PM

輸入負(fù)電極墊220NM

輸入正阻攔感應(yīng)器（LP-1）

輸入負(fù)阻攔感應(yīng)器（LN-1）

輸入負(fù)電極耗盡區(qū)（EN-1dv1，EN-1dv2）

輸入負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（EN-1dv1t，EN-1dv2t）

輸入正電極耗盡區(qū)（EP-1dv1，EP-1dv2）

輸入正電極耗盡區(qū)厚度（EP-1v1t，EP-1dv2t）

輸入正電極摻雜中性區(qū)（EP-1v1，EP-1v2）

輸入正電極摻雜中性區(qū)厚度（EP-1v1t，EP-1v2t）

輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)（EN-1v1，EN-1v2）

輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度（EN-1v1t，EN-1v2t）

正和負(fù)電極摻雜區(qū)厚度（EP-1t,EP-1't,EN-1t,EN-1't）

輸出正阻攔感應(yīng)器（LP-1'）

輸出負(fù)阻攔感應(yīng)器（LN-1'）

輸出負(fù)電極耗盡區(qū)（EN-1'dv1，EN-1'dv2）

輸出負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（EN-1'dv1t，EN-1'dv2t）

輸出正電極耗盡區(qū)（EP-1'dv1，EP-1'dv2）

輸出正電極耗盡區(qū)厚度（EP-1'dv1t，EP-1'dv2t）

輸出正電極摻雜中性區(qū)（EP-1'v1，EP-1'v2）

輸出正電極摻雜中性區(qū)厚度（EP-1'v1t，EP-1'v2t）

輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)（EN-1'v1，EN-1'v2）

輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度（EN-1'v1t，EN-1'v2t）

底部電極層210BM

底部電極層厚度210BMt

溫度補(bǔ)償層280

溫度補(bǔ)償層厚度280t

輸出電極手指（250N-1，250P-1）

圖8

輸入反射器290I

輸入正電極墊290PM

輸入負(fù)電極墊290NM

輸入正電極摻雜區(qū)（DPR-1，DPR-2，DPR-3）

輸入正電極手指（290P-1，290P-2，290P-3）

輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（DNR-1，DNR-2，DNR-3）

輸入負(fù)電極手指（290N-1，290N-2，290N-3）。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供用于SAW設(shè)備，例如SAW過濾器的可調(diào)諧和可調(diào)整頻率的表面聲波 (SAW) 叉指式換能器 (IDT) 和反射器的二個(gè)主要結(jié)構(gòu)。

可調(diào)諧SAW叉指式換能器和過濾器：

本發(fā)明提供的可調(diào)諧頻率SAW IDTs的兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)：一個(gè)具有嵌入型電極摻雜區(qū)而另一個(gè)具有抬高型的電極摻雜區(qū)，會(huì)利用圖2A和2B中的SAW過濾器來描述。圖2A顯示了一個(gè)在支持基體210S上的第一壓電層210上的可調(diào)諧和可調(diào)整頻率的表面聲波（SAW）過濾器200a的概要頂視圖。SAW過濾器200a包括一個(gè)輸入叉指式換能器IDT1 220，在一輸入正電極墊摻雜區(qū)220DP上，有一輸入正電極墊220PM連接金屬輸入正電極手指（220P-1、220P-2，220P-3），在一輸入負(fù)極電極墊摻雜區(qū)220DN上，有一輸入負(fù)極電極墊220NM連接金屬輸入負(fù)電極電極手指（220N-1、220N-2，220N-3）。每一個(gè)輸入正電極手指（220P-1、220P-2，220P-3）坐落在各自的輸入正電極摻雜區(qū)（DP-1、DP-2，DP-3）上，每一個(gè)輸入負(fù)電極手指（220N-1、220N-2，220N-3）在各自的輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1、DN-2，DN-3）上。毗鄰的輸入正電極手指和輸入負(fù)電極手指之間中心對(duì)中心距離被控制為“叉指間距或b”。同樣，毗鄰的輸入正電極手指摻雜區(qū)和輸入負(fù)電極手指摻雜區(qū)之間的中心對(duì)中心距離也被控制到“叉指間距或b”。輸入正電極摻雜區(qū)（DP-1、DP-2和DP-3）是摻雜壓電半導(dǎo)體，具有第一輸入摻雜類型（p類型或n類型）和摻雜濃度，同時(shí)輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1, DN-2和DN-3）也是摻雜壓電半導(dǎo)體，具有第二輸入摻雜類型（與第一輸入摻雜類型相反）和摻雜濃度。該輸入正電極墊220PM和輸入負(fù)電極墊220NM連接到一個(gè)電信號(hào)源V_in230來激發(fā)頻率為f≈v/(2x b)的表面聲波240，v是表面聲波240的速度。

SAW過濾器200a也包括一個(gè)輸出叉指式換能器IDT2 250，有一輸出正電極墊250PM在一輸出正電極墊摻雜區(qū)250DP上并連接金屬輸出正電極手指（250P-1、250P-2，250P-3），和一輸出負(fù)電極墊250NM在一輸出負(fù)電極墊摻雜區(qū)250DN上并連接金屬輸出負(fù)電極手指（250N-1, 250N-2,250N-3）。每一個(gè)輸出正電極手指（250P-1、250P-2，250P-3）坐落在各自的輸出正電極摻雜區(qū)（DP-1',DP-2',DP-3'）上，每一個(gè)輸出負(fù)電極手指（250N-1, 250N-2, 250N-3）在各自的輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1',DN-2',DN-3'）上。毗鄰的輸出正電極手指和輸出負(fù)電極手指之間中心對(duì)中心距離被控制為叉指間距或b'。同樣，毗鄰的輸出正電極手指摻雜區(qū)和輸出負(fù)電極手指摻雜區(qū)之間的中心對(duì)中心距離也被控制為叉指間距或b'。這里，叉指間距b'選擇與輸入叉指式換能器220的叉指間距b相等。輸出正電極摻雜區(qū)（DP-1', DP-2'和DP-3'）是摻雜壓電半導(dǎo)體，具有第一輸出摻雜類型（p類型或n類型）和摻雜濃度，同時(shí)，輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1',DN-2'和DN-3'）也是摻雜壓電半導(dǎo)體，具有第二輸出摻雜類型（與第一輸出摻雜類型相反）和摻雜濃度。該輸出正電極墊250PM和輸出負(fù)電極墊250NM連接到一個(gè)輸出電阻260來接收表面聲波240并且將其轉(zhuǎn)換成橫跨在輸出電阻器R260上的輸出電信號(hào)V_out。

輸入叉指換能器220和輸出叉指換能器250被IDT中心對(duì)中心距離200D隔開。輸入電極摻雜區(qū)寬度“a”被保持為基本上與叉指間距“b”的一半相等。而輸出電極摻雜區(qū)寬度“a’”被保持為基本上與叉指間距“b’”的一半相等（b'=b）并且等于輸入電極摻雜區(qū)寬度“a”，因此毗鄰輸出電極摻雜區(qū)的間距“c’”也與叉指間距（b’=b）的一半基本上相等。輸入電極手指寬度“m”被選擇與輸出電極手指寬度“m’”相同且“m”和“m’”不比電極摻雜區(qū)寬度“a”和“a’”大。

輸入DC偏壓V_DC通過阻攔電感器（LN-1）和（LP-1）連接到輸入叉指換能器IDT1 220來調(diào)諧和調(diào)整IDT1所激發(fā)表面聲波頻率。輸出DC偏壓V’_DC通過阻攔電感器（LN-1’）和（LP-1’）連接到輸出叉指換能器IDT2 250來調(diào)諧和調(diào)整IDT2所接收或探測(cè)的表面聲波頻率。輸入DC偏壓V_DC的數(shù)值最好選擇和輸出DC偏壓V’_DC相同來達(dá)到同步調(diào)諧和頻率調(diào)整。叉指間距“b”的值在設(shè)計(jì)和制造SAW器件時(shí)候選定，所激發(fā)和傳播的表面聲波波長(zhǎng)為：λ= 2b。所以，根據(jù)本發(fā)明，SAW叉指換能器IDT1所激發(fā)表面聲波頻率首先決定于設(shè)計(jì)和制造并且可用DC偏壓V_DC來調(diào)整。同樣，由輸出叉指換能器IDT2所接收或探測(cè)的表面聲波頻率也取決于設(shè)計(jì)和制造并且可用DC偏壓V’_DC來調(diào)整。λ的值與表面聲波240的速度v一起決定一個(gè)表面聲波的獨(dú)特的激發(fā)、傳播和探測(cè)的中心頻率f=v/λ。

根據(jù)本發(fā)明，第一壓電層210的材料從一組壓電材料中挑選，包括：LiNbO₃、LiTaO₃、ZnO、AlN、GaN、AlGaN、GaAs、AlGaAs等等。拿其中一個(gè)很好開發(fā)了的壓電基體LiNbO₃為例，聲波速度v是大約4,000 m/sec。要獲得中央頻率fo=2GHz的過濾器，聲波波長(zhǎng)是λ=(4000 m/sec)/(2x10⁹/sec)=2x10^-4cm。叉指間距值（b，b'）在上述例子是1μm。假設(shè)電極摻雜區(qū)寬度（a、a'）和毗鄰電極摻雜區(qū)間的距離（c，c'）是相等的，那么電極摻雜區(qū)寬度則是0.5μm。為了制造用于SAWs的更高頻率的IDTs，需要更加先進(jìn)的光刻工具和更加精確的制程控制。

支持基體210S從如下一組材料中挑選：LiNbO₃、LiTaO₃、PZT、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs、Al₂O₃、BaTiO₃、石英、KNbO₃、Si、藍(lán)寶石、玻璃和塑料。支持基體210S的厚度210St通過考慮機(jī)械強(qiáng)度、熱量散逸和聲波特性的要求來選擇。當(dāng)?shù)谝粔弘妼?10的材料與支持基體210S相同時(shí)，它們可以被結(jié)合為一個(gè)單一的壓電基體。

輸入正電極摻雜區(qū)（DP-1、DP-2，DP-3）和輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1、DN-2，DN-3）的材料從如下一組壓電半導(dǎo)體中挑選：AlN，GaN，AlGaN，ZnO，GaAs，AlAs，AlGaAs和其他，只要他們有足夠的聲耦合系數(shù)和壓電性，是半導(dǎo)體，并且可以摻雜成n類型和/或p類型導(dǎo)電性。

輸入正電極手指（220P-1、220P-2，220P-3），輸入負(fù)電極手指（220N-1、220N-2，220N-3)，輸入正電極墊（220PM）和輸入負(fù)電極墊（220NM）的材料從一組金屬中挑選：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir和其他金屬以及他們的組合。輸出正電極手指（250P-1、250P-2， 250P-3），輸出負(fù)電極手指（250N-1、250N-2，250N-3），輸出正電極墊（250PM）和輸出負(fù)電極墊（250NM）的材料從同一組金屬和金屬合金中挑選，以便它們有同樣的電子特性，并且可以在同一沉積步驟中來完成。

另外，在輸入叉指電極IDT1 220左邊和輸出叉指電極IDT2 250右邊沉積周期性金屬柵格來作為反射器以便減少表面聲波能量不必要的損失。為了簡(jiǎn)化的原因，這些周期性金屬柵格在圖2A和2B沒有顯示，反射器將分開來在圖8中描述。雖然在圖2A和圖2B中的IDT1 220和IDT2 250僅顯示了三對(duì)電極手指，我們了解到在實(shí)用SAW器件中，為了得到需要的性能，電極手指的數(shù)量經(jīng)常很大。根據(jù)本發(fā)明，SAW設(shè)備的IDT1和IDT2對(duì)表面聲波頻率調(diào)諧和調(diào)整是通過控制和調(diào)整DC偏壓V_DC和V’_DC的大小和極性來達(dá)到。

應(yīng)注意，顯示在圖2A的SAW結(jié)構(gòu)200a對(duì)頻率的調(diào)諧和調(diào)整的作用完全可能用顯示在圖2B的另一個(gè)SAW結(jié)構(gòu)200b來實(shí)施。圖2B顯示一個(gè)可調(diào)諧和可調(diào)整的SAW過濾器200b的概要頂視圖，有一個(gè)輸入叉指換能器IDT1 220和一個(gè)輸出叉指換能器IDT2 250在一個(gè)支持基體210S上的第一壓電層210上。SAW過濾器200b包括一個(gè)輸入負(fù)電極墊220NM，一個(gè)輸入正電極墊220PM，一個(gè)輸出負(fù)電極墊250NM和一個(gè)輸出正電極墊250PM直接沉積在第一壓電層210上。除了缺少圖2A中的（220DP，220DN）和（250DP，250DN），圖2B的其他元素和部件和圖2A的相同。雖然圖2B中的IDT1和IDT2上僅顯示了三對(duì)電極手指，在實(shí)際SAW設(shè)備，為了得到需要的性能，電極手指的數(shù)量經(jīng)常很大。

輸入DC偏壓V_DC通過阻攔電感器（LN-1）和（LP-1）連接到輸入叉指換能器IDT1 220來調(diào)諧和調(diào)整IDT1所激發(fā)的表面聲波頻率。輸出偏壓V’_DC通過阻攔電感器（LN-1’）和（LP-1’）連接到輸出叉指換能器IDT2 250來調(diào)諧和調(diào)整IDT2所接收或探測(cè)的表面聲波頻率。V_DC的值最好選擇和V’_DC相同，來達(dá)到同步調(diào)諧和調(diào)整頻率。與在圖2A中200a相同，在200b中，在輸入叉指電極IDT1的左邊和輸出叉指電極IDT2的右邊沉積周期性金屬柵格作為反射器，來減少表面聲波能量不必要的損失。因?yàn)楹?jiǎn)化的原因，這些周期性金屬柵格沒有顯示在圖2B中，會(huì)在圖8中描述。根據(jù)本發(fā)明，SAW器件的IDT1和IDT2對(duì)表面聲波頻率調(diào)諧和調(diào)整是通過控制和調(diào)整DC偏壓V_DC和V’_DC的大小和極性來達(dá)成的。

有嵌入電極摻雜區(qū)的IDTs：

圖2C是圖 2A或圖2B中可調(diào)諧的SAW過濾器（200a）或（200b）沿著A-A’線的概要橫截圖，顯示了具有嵌入型輸入電極摻雜區(qū)的輸入叉指式換能器IDT1。它顯示了在有第一壓電層厚度210t的第一壓電層210和有支持基體厚度210St的支持基體210S上的IDT1 220的一部分。輸入正電極摻雜區(qū)（DP-1）具有輸入第一摻雜類型（可能是p類型或n類型）和摻雜濃度（N_D對(duì)n類型或N_A對(duì)p類型），在第一壓電層210中埋置。該輸入正電極摻雜區(qū)（DP-1）有一個(gè)輸入正電極摻雜區(qū)寬度（DP-1w或a），和一個(gè)輸入正電極摻雜區(qū)厚度（DP-1t），在第一壓電層210中通過雜質(zhì)擴(kuò)散或摻雜，例如離子注入和熱處理來形成。一個(gè)輸入正電極手指（220P-1）沉積并對(duì)齊在輸入正電極摻雜區(qū)（DP-1）的頂部，具有一個(gè)輸入正電極手指寬度（220P-1w或m）和一個(gè)輸入正電極手指厚度（220P-1t）。輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1）具有輸入第二摻雜類型（與輸入第一摻雜類型相反）和摻雜濃度(N_D對(duì)n類型或N_A對(duì)p類型），在第一壓電層210中埋置。該輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1）有一個(gè)輸入負(fù)電極摻雜區(qū)寬度（DN-1w或a）和一個(gè)輸入負(fù)電極摻雜區(qū)厚度（DN-1t），在第一壓電層210中通過雜質(zhì)擴(kuò)散或摻雜來形成。一個(gè)輸入負(fù)電極手指（220N-1）沉積并對(duì)齊在輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1）的頂部，具有一個(gè)輸入負(fù)電極手指寬度（220N-1w或m）和一個(gè)輸入負(fù)電極手指厚度（220N-1t）。

輸入正電極手指（220P-1）和輸入負(fù)電極手指（220N-1）之間的距離定義了一個(gè)輸入電極間距區(qū)（220S-1），有一個(gè)輸入電極間距區(qū)寬度（220S-1w）。叉指間距（220NS-1w或b）等于輸入負(fù)電極手指寬度（220N-1w或m）和輸入電極間距區(qū)寬度（220S-1w）的總和，并且它也等于（220PS-1w）。輸入正電極摻雜區(qū)和毗鄰輸入負(fù)電極摻雜區(qū)之間的距離定義了一個(gè)輸入電極摻雜區(qū)間距（DNP-1a或DNP-1b），具有一個(gè)輸入電極摻雜區(qū)間距寬度（DNP-1aw或DNP-1bw或者c）。激發(fā)表面聲波240的波長(zhǎng)λ與叉指間距的值的二倍基本上相等：2x(220NS-1w)=2x(220PS-1w)=2b。因此，激發(fā)表面聲波頻率：f=v/2b，這里v是輸入叉指換能器IDT1電極之下表面聲波在第一壓電層210中的速度。

值得注意的是，上面描述的頻率是在理想情況下獲得的，即，輸入正負(fù)電極手指的質(zhì)量等于零，并且輸入正負(fù)電極摻雜區(qū)的質(zhì)量也等于零。在理想條件下，輸入正負(fù)電極手指和輸入電極摻雜區(qū)的質(zhì)量負(fù)荷作用是微不足道的。以后將提供更多對(duì)質(zhì)量負(fù)荷作用的描述。

支持基體210S的材料從如下一組物質(zhì)中挑選：LiNbO₃、LiTaO₃、PZT、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs、Al₂O₃、BaTiO₃、石英、KNbO₃、Si、藍(lán)寶石、玻璃和塑料。支持基體的厚度210St通過考慮機(jī)械強(qiáng)度、熱量散逸和聲學(xué)特性的要求來選擇。第一壓電層210的材料從一組物質(zhì)中挑選包括：LiNbO₃、LiTaO₃、PZT、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs、BaTiO₃、石英和KNbO₃，只要它們是具有足夠大的耦合系數(shù)的壓電材料。當(dāng)?shù)谝粔弘妼?10的材料選擇成和支持基體210S的材料相同，兩者可以被結(jié)合成一個(gè)單一壓電基體。輸入正電極摻雜區(qū)（DP-1）和輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1）的材料從一組壓電半導(dǎo)體中挑選，包括：AlN，GaN，AlGaN，ZnO，GaAs，AlAs，AlGaAs，只要它們是具有足夠大的聲耦合系數(shù)的壓電材料，半導(dǎo)體，并且可以摻雜成n類型和p類型導(dǎo)電性。

在輸入正電極手指（220P-1、220P-2，220P-3）和輸入正電極摻雜區(qū)（DP-1，DP-2，DP-3）之間（參見圖2A)以及在輸入負(fù)電極手指（220N-1，220N-2，220N-3）和輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1、DN-2，DN-3）之間最好有電阻性接觸。因此，當(dāng)輸入正電極摻雜區(qū)具有p類型導(dǎo)電性時(shí)，輸入正電極手指的第一層應(yīng)有功函數(shù)大于輸入正電極摻雜區(qū)的壓電半導(dǎo)體材料的電子親合力。當(dāng)摻雜類型相反時(shí)，反向也成立。因?yàn)檩斎氲诙诫s類型和第一摻雜類型相反，負(fù)電極摻雜區(qū)具有n類型導(dǎo)電性。所以，輸入負(fù)電極手指的第一層的功函數(shù)應(yīng)該接近或小于輸入負(fù)電極摻雜區(qū)壓電半導(dǎo)體材料的電子親合力。輸入正電極手指和輸入負(fù)電極手指的材料從一組金屬中挑選：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu，Au、Ni、Ag、Ru、Ir和他們的組合。此外，形成輸入正電極手指和輸入負(fù)電極手指的金屬最好選擇相同，以便它們能提供相同的電子特性并且可以在同一沉積步驟來完成。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，輸入正電極手指厚度（220P-1t）和輸入負(fù)電極手指厚度（220N-1t）優(yōu)選在10到400nm的范圍，更優(yōu)選在20到300nm的范圍，取決于所需要的操作頻率和頻率調(diào)諧范圍。

為了促進(jìn)電阻性接觸，輸入正電極摻雜區(qū)（DP-1、DP-2，DP-3）和輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1、DN-2，DN-3）上最好有一個(gè)重?fù)诫s的表層。圖2C顯示了一個(gè)n⁺型重?fù)诫sDN⁺層在n型輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1）上，和一個(gè)p⁺型重?fù)诫sDP⁺層在p型輸入正電極摻雜區(qū)（DP-1）上。DN⁺層和DP⁺層的厚度應(yīng)該保持到很小（最好是20nm或更少）。

為了減少輸入正電極手指和輸入負(fù)電極手指的質(zhì)量負(fù)荷作用和增加頻率調(diào)諧的靈敏性，應(yīng)選擇小原子量的金屬材料例如Al，Ti作為輸入電極手指。也應(yīng)選擇較小的輸入電極手指厚度（在20到200nm的范圍）。此外，也可以應(yīng)用至少二種金屬材料的多層金屬結(jié)構(gòu)來改進(jìn)輸入正電極手指和輸入負(fù)電極手指的黏附力和減少其接觸電阻。

在一個(gè)摻雜壓電半導(dǎo)體的耗盡區(qū)（例如輸入正/負(fù)電極摻雜區(qū)）和在一個(gè)未摻雜的第一壓電層中，電荷載流子密度?。ㄔ?0¹⁰cm^-3以下），并且電導(dǎo)率非常低（～10^-10/ohm-cm或更少），耗盡區(qū)和未摻雜第一壓電層表現(xiàn)為絕緣體。在輸入正或負(fù)電極摻雜區(qū)中的中性區(qū)，電荷載流子密度大（優(yōu)選在10¹⁴到10²¹cm^-3范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選在10¹⁵到10²⁰cm^-3范圍內(nèi)，取決于需要的操作頻率和調(diào)諧范圍)，因此電導(dǎo)率大，輸入正或負(fù)電極摻雜區(qū)中的中性區(qū)表現(xiàn)為導(dǎo)體。在重?fù)诫sDP⁺層和DN⁺層中，電荷載流子密度被優(yōu)選為超過10²⁰cm^-3。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，輸入正電極摻雜區(qū)厚度（DP-1t）和輸入負(fù)電極摻雜區(qū)厚度（DN-1t）優(yōu)選在10到2000nm的范圍和更優(yōu)選在20到1000nm的范圍，取決于所需要的操作頻率和調(diào)諧范圍。正電極摻雜區(qū)厚度（DP-1t）和負(fù)電極摻雜區(qū)厚度（DN-1t）的選擇因而取決于表面聲波頻率，調(diào)諧和調(diào)整的頻率范圍和調(diào)諧的敏感性的需要。

輸出叉指換能器IDT2 250的結(jié)構(gòu)與輸入叉指換能器IDT1 220的結(jié)構(gòu)相似。圖2D是可調(diào)諧和可調(diào)整SAW過濾器200a（圖2A）或200b（圖2B）中沿著線B-B’的概要橫截圖，顯示了在具有第一壓電層厚度210t的第一壓電層210和具有支持基體厚度210St的支持基體210S上的輸出叉指換能器IDT2 250的一部分。

一個(gè)輸出正電極摻雜區(qū)（DP-1’）具有輸出第一摻雜類型（n或p兩者之一）和摻雜濃度(N_D為n類型或N_A為p類型)，埋置在第一壓電層210中。該輸出正電極摻雜區(qū)（DP-1')具有一個(gè)輸出正電極摻雜區(qū)寬度（DP-1’w或a'）和一個(gè)輸出正電極摻雜區(qū)厚度（DP-1’t），在第一壓電層210通過雜質(zhì)擴(kuò)散或摻雜來形成。輸出正電極手指（250P-1）沉積并對(duì)齊在該輸出正電極摻雜區(qū)（DP-1’）之上，有輸出正電極手指寬度（250P-1w或m'）和輸出正電極手指厚度（250P-1t）。一個(gè)輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1’）具有輸出第二摻雜類型（與輸出第一摻雜類型相反）和摻雜濃度（N_D為n類型或N_A為p類型），埋置在第一壓電層210中。該輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1'）具有一個(gè)輸出負(fù)電極摻雜區(qū)寬度（DN-1’w或a'）和一個(gè)輸出負(fù)電極摻雜區(qū)厚度（DN-1’t) ，在第一壓電層210中通過雜質(zhì)擴(kuò)散或摻雜來形成。輸出負(fù)電極手指（250N-1）沉積并對(duì)齊在該輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1’）之上，有一個(gè)輸出負(fù)電極手指寬度（250N-1w或m'）和一個(gè)輸出負(fù)電極手指厚度（250N-1t）。

輸出正電極手指（250P-1）和輸出負(fù)電極手指（250N-1）之間的距離定義了一個(gè)輸出電極間距區(qū)（250S-1），有一個(gè)輸出電極間距區(qū)寬度（250S-1w）。叉指間距（250NS-1w或b'）等于輸出負(fù)電極手指寬度（250N-1w）和輸出電極間距區(qū)寬度（250S-1w）的總和并且等于（250PS-1w）。輸出正電極摻雜區(qū)與毗鄰輸出負(fù)電極摻雜區(qū)之間的距離定義了一個(gè)輸出電極摻雜區(qū)間距（DNP-1'a或DNP-1'b），有輸出電極摻雜區(qū)間距寬度（DNP-1'aw或DNP-1'bw或者c’）。探測(cè)或接收表面聲波波長(zhǎng)λ與叉指間距的兩倍值基本上相等：2x(250NS-1w)=2x(250PS-1w)=2b'。因此，聲波的頻率：f=v/λ=v/2b'，這里，v是表面聲波在第一壓電層210中的速度。

值得注意的是，上面描述的頻率是在理想狀況下獲得的，即，輸出正負(fù)電極手指的質(zhì)量以及輸出正負(fù)電極摻雜區(qū)的質(zhì)量是零。在理想條件下，輸出正負(fù)電極手指和輸出電極摻雜區(qū)的質(zhì)量負(fù)荷作用可以忽略的。

輸出正電極摻雜區(qū)（DP-1'）和輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1'）材料從一組壓電半導(dǎo)體中挑選包括：AlN，GaN，AlGaN，ZnO，GaAs，AlAs，AlGaAs，只要它們是具有足夠大的聲耦合系數(shù)的壓電半導(dǎo)體，并且可以被摻雜成n型和/或p型導(dǎo)電性。

在輸出正電極手指（250P-1,250P-2,250P-3,圖2A和2B）和輸出正電極摻雜區(qū)（DP-1',DP-2',DP-3'）之間以及在輸出負(fù)電極手指（250N-1、250N-2， 250N-3）和輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（DP-1',DP-2',DP-3'）之間最好有電阻性接觸。因此，當(dāng)輸出正電極摻雜區(qū)摻雜為p類型傳導(dǎo)時(shí)，輸出正電極手指的第一層的功函數(shù)應(yīng)大于輸出正電極摻雜區(qū)壓電半導(dǎo)體材料的電子親和力。當(dāng)輸出第一摻雜類型是p型時(shí)，輸出負(fù)電極摻雜區(qū)摻雜成n型導(dǎo)電。所以，輸出負(fù)電極手指的第一層的功函數(shù)應(yīng)接近或小于輸出負(fù)電極摻雜區(qū)壓電半導(dǎo)體材料的電子親合力。

輸出正電極手指和輸出負(fù)電極手指材料從一組材料中挑選：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir和他們的組合。此外，形成輸出正電極手指和輸出負(fù)電極手指的金屬最好選擇同一種，以便它們能提供相同的電子性能，并且可以在同一沉積步驟中完成。為了減少輸出正電極手指和輸出負(fù)電極手指的質(zhì)量負(fù)荷作用和增加頻率調(diào)諧的靈敏性，應(yīng)優(yōu)選具有小原子量的金屬材料例如Al，Ti作為輸出電極手指部分。也最好減少輸出電極手指的厚度（例如在20到200nm的范圍內(nèi)）。此外，也可以應(yīng)用至少二種金屬材料的一個(gè)多層金屬結(jié)構(gòu)改進(jìn)輸出正電極手指和輸出負(fù)電極手指的黏附力并減少其接觸電阻。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，輸出正電極手指厚度（250P-1t）和輸出負(fù)電極手指厚度（250N-1t）優(yōu)選在10到400nm的范圍和更優(yōu)選在20到300nm范圍，取決于所需要的操作頻率和頻率調(diào)諧范圍。

為了促進(jìn)電阻性接觸，在輸出正電極摻雜區(qū)（DP-1',DP-2',DP-3'）和輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1',DN-2',DN-3'）上最好有一個(gè)重?fù)诫s表層。圖2D顯示了在n型輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1'）上有一個(gè)n⁺型重?fù)诫sDN⁺’層并且在p型輸出正電極摻雜區(qū)（DP-1'）上有一個(gè)p⁺型重?fù)诫sDP⁺'層。DN⁺'層和DP⁺'層的厚度應(yīng)該保持到很小（數(shù)量級(jí)20nm或更?。?。因?yàn)楹?jiǎn)化的原因，在隨后的圖中（圖2E～2I），重?fù)诫s層DP⁺，DN⁺，（或DP⁺’和DN⁺’）不會(huì)被顯示。

在摻雜壓電半導(dǎo)體的耗盡區(qū)（例如輸出正/負(fù)電極摻雜區(qū)）和未摻雜第一壓電層中，電荷載流子密度通常較?。ㄔ?0¹⁰cm^-3以下），并且電導(dǎo)率是非常低（～10^-10/ohm-cm或更少），因此耗盡區(qū)和未摻雜第一壓電層數(shù)表現(xiàn)為絕緣體。在輸出正或負(fù)電極摻雜區(qū)的中性區(qū)，電荷載流子密度大（優(yōu)選在10¹⁴到10²¹cm^-3的范圍更優(yōu)選在10¹⁵到10²⁰cm^-3的范圍，根據(jù)需要的操作頻率和調(diào)諧范圍)，因此電導(dǎo)率高，中性區(qū)表現(xiàn)為導(dǎo)體。在重?fù)诫s的DP⁺’和DN⁺’層，載流子濃度優(yōu)選為超過10²⁰cm^-3。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，輸出正電極摻雜區(qū)厚度（DP-1’t）和輸出負(fù)電極摻雜區(qū)厚度（DN-1't）優(yōu)選在10到2000nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在20到1000nm的范圍內(nèi)，決定于需要的操作頻率和調(diào)諧范圍。因此，正電極摻雜區(qū)厚度（DP-1't）和負(fù)電極摻雜區(qū)厚度（DN-1't）的選擇取決于表面聲波頻率，調(diào)諧和調(diào)整頻率幅度和調(diào)諧的靈敏性的需求。

質(zhì)量負(fù)荷作用和金屬化比率：

在一種非理想的輸入叉指換能器IDT1中，輸入正/負(fù)電極和輸入電極摻雜區(qū)具有非零值的質(zhì)量，并且質(zhì)量負(fù)荷（ML）作用必須被考慮。同樣，在一種非理想的輸出叉指換能器IDT2中，輸出正/負(fù)電極和輸出電極摻雜區(qū)的質(zhì)量具有有限值，并且一個(gè)質(zhì)量負(fù)荷（ML）作用必須被考慮。當(dāng)顯示在圖2C中的輸入正/負(fù)電極和IDT1的摻雜區(qū)具有有限質(zhì)量時(shí)，也存在有限質(zhì)量負(fù)荷作用。這個(gè)質(zhì)量負(fù)荷作用將把激發(fā)或接收的表面聲波頻率從一個(gè)理想的頻率f_i降低為f₁，因此有一個(gè)質(zhì)量負(fù)荷作用頻率差別：Δf_ML=f_i–f₁。這里，f_i是沒有質(zhì)量負(fù)荷作用下的理想頻率。

除了質(zhì)量負(fù)荷作用以外，還有一個(gè)金屬化比率作用。金屬化比率（MR）在IDT1中被定義為輸入正或負(fù)電極摻雜區(qū)寬度（DP-1w或DN-1w或a）與叉指間距值（220PS-1w或220NS-1w或b）之間的比率：a/b。金屬化比率在IDT2中被定義為輸出正或負(fù)電極摻雜區(qū)寬度（DP-1'w或DN-1'w或a'）與叉指間距值（250PS-1w或250NS-1w或b'）的比率：a'/b'。當(dāng)金屬化比率（a/b，a'/b'）值較小時(shí)，對(duì)表面聲波傳播的影響也小，表面聲波速度大，表面聲波頻率高。當(dāng)金屬化比率增加時(shí)，MR對(duì)表面聲波傳播的影響增加，表面聲波速度減少，因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)λ是恒定的，因此頻率f減少。由金屬化比率的變化帶來的頻率變化或金屬化比率頻率變化由Δf_MR給出。

因?yàn)橘|(zhì)量負(fù)荷和金屬化比率的增量將導(dǎo)致IDTs的諧振頻率f₁（或激發(fā)或探測(cè)的聲波頻率）降低，基本頻率f_o可以被定義為可調(diào)諧的IDTs的最低諧振頻率，也既當(dāng)質(zhì)量負(fù)荷和金屬化比率都為最大值時(shí)的頻率。所以，質(zhì)量負(fù)荷頻率變化Δf_ML（Δf_ML=f₁–f_o，其導(dǎo)致一個(gè)從f_o的頻率增量）會(huì)隨著IDT的正/負(fù)電極和電極摻雜區(qū)的質(zhì)量減少而增加。同樣，當(dāng)圖2C和2D中的IDTs的正/負(fù)電極和電極摻雜區(qū)的質(zhì)量為有限時(shí)，質(zhì)量負(fù)荷作用存在。因?yàn)閒_o在可調(diào)諧IDTs中被定義為最低頻率，根據(jù)這個(gè)發(fā)明，質(zhì)量負(fù)荷頻率變化Δf_ML和金屬化比率頻率變化Δf_MR都具有正值。

如果在一個(gè)IDT的電極摻雜區(qū)中沒有形成耗盡層的（如圖2C和2D顯示），整個(gè)電極摻雜區(qū)為導(dǎo)體，并且其質(zhì)量負(fù)荷為最大值。對(duì)輸入叉指換能器IDT1，f_o是當(dāng)金屬化比率和質(zhì)量負(fù)荷在其最大值時(shí)，即在輸入正和負(fù)電極摻雜區(qū)中沒有形成耗盡層時(shí)所激發(fā)的表面聲波的基本頻率。而對(duì)IDT2，f_o是IDT2當(dāng)金屬化比率和質(zhì)量負(fù)荷為最大值時(shí)，即在輸出正和負(fù)電極摻雜區(qū)沒有形成耗盡層時(shí)所探測(cè)到的表面聲波的基本頻率。

根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)輸入IDT1的質(zhì)量負(fù)荷引起的頻率變化被控制成與輸出IDT2 質(zhì)量負(fù)荷頻率變化一樣時(shí)，一個(gè)形成的SAW設(shè)備例如SAW過濾器的傳輸頻率可以通過調(diào)整質(zhì)量負(fù)荷來調(diào)諧和調(diào)整（最好通過電子手段）。因此，在已知的DC偏壓V_DC1下，表面聲波頻率f₁近似等于：f₁=f_o+Δf_MR1+Δf_ML1。這里，f_o是當(dāng)質(zhì)量負(fù)荷和金屬化比率為最大值時(shí)的基本頻率。在另一DC偏壓V_DC2下，表面聲波的頻率f₂等于：f₂=f_o+Δf_MR2+Δf_ML2。

根據(jù)這個(gè)發(fā)明，在目前的SAW過濾器、振蕩器、開關(guān)和雙工器中，IDT的金屬化比率是由通過DC偏壓來調(diào)整和控制正負(fù)電極摻雜區(qū)中中性區(qū)的寬度來調(diào)整和控制的，而對(duì)質(zhì)量負(fù)荷的調(diào)整和控制則是通過DC偏壓對(duì)正負(fù)電極摻雜區(qū)中中性層的厚度進(jìn)行調(diào)整和控制來達(dá)到的，因此，是通過對(duì)IDTs加DC偏壓和改變DC偏壓值來達(dá)到頻率的調(diào)諧和調(diào)整。

當(dāng)一個(gè)DC偏壓被加在IDT上時(shí)，在正或負(fù)電極摻雜區(qū)形成的耗盡層會(huì)導(dǎo)致正負(fù)極摻雜區(qū)中中立層（簡(jiǎn)而言之也稱正負(fù)電極摻雜中性區(qū)）尺寸的減少（寬度和厚度）。因?yàn)檎姌O摻雜中性區(qū)和負(fù)電極摻雜中性區(qū)是導(dǎo)電的中性壓電半導(dǎo)體，當(dāng)輸入RF信號(hào)被加到在正電極手指和負(fù)極電極手指之間時(shí)，由輸入RF信號(hào)所產(chǎn)生的電場(chǎng)在負(fù)電極摻雜中性區(qū)和正電極摻雜中性區(qū)中不存在。所以，當(dāng)DC偏壓被加到IDT上時(shí)，減少了的正電極摻雜中性區(qū)構(gòu)成與正電極手指相關(guān)的質(zhì)量負(fù)荷的一部分減少量，而減少的負(fù)電極摻雜中性區(qū)則構(gòu)成與負(fù)電極手指相關(guān)的另一部分質(zhì)量負(fù)荷的減少量，因此，所激發(fā)或接收的表面聲波的頻率會(huì)發(fā)生變化并離開基本頻率f_o。由減少質(zhì)量負(fù)荷所產(chǎn)生的頻率差別或頻移取決于負(fù)電極手指和負(fù)電極摻雜中性區(qū)的總質(zhì)量（每個(gè)單位面積）以及正電極手指和正電極摻雜中性區(qū)的總質(zhì)量（每個(gè)單位面積）。

本發(fā)明的實(shí)施例利用上面敘述的質(zhì)量負(fù)荷作用并且提供SAW結(jié)構(gòu)，其中與正電極摻雜中性區(qū)相關(guān)的質(zhì)量和與負(fù)電極摻雜中性區(qū)相關(guān)的質(zhì)量由DC偏壓來調(diào)諧或調(diào)整。另外，本發(fā)明也利用金屬化比率對(duì)頻率改變所起的作用。

DC偏壓對(duì)SAW IDTs和器件的頻率的調(diào)諧和調(diào)整的作用將在圖2E到2H中較詳細(xì)地描述。

圖2E顯示了與圖2C相同的可調(diào)諧和可調(diào)整的SAW過濾器（200a）的概要橫截圖，除了第一輸入DC偏壓V_DC1是通過輸入正電極墊（220PM，圖2A）和輸入正阻攔感應(yīng)器（LP-1）、輸入負(fù)電極墊（220NM，圖2A）和輸入負(fù)阻攔感應(yīng)器（LN-1）加在輸入正電極手指（220P-1）和輸入負(fù)電極手指（220N-1）之間。正和負(fù)阻攔感應(yīng)器（LP-1和LN-1）被用來防止RF信號(hào)漏到輸入正電極手指（220P-1）和輸入負(fù)電極手指（220N-1）上。RF信號(hào)是通過正RF接觸（RFP）和負(fù)RF接觸（RFN）來實(shí)現(xiàn)的。第一輸入DC偏壓V_DC1用來產(chǎn)生和控制具有輸入正電極耗盡區(qū)厚度（DP-1d1t）的輸入正電極耗盡區(qū)（DP-1d1），和產(chǎn)生和控制具有輸入負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DN-1d1t）的輸入負(fù)電極耗盡區(qū)（DN-1d1）。輸入負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DN-1d1t）與輸入正電極耗盡區(qū)厚度（DP-1d1t）在大小上基本上相同。值得注意的是，由于輸入正和負(fù)電極耗盡區(qū)（DP-1d1, DN-1d1）的形成，在輸入正電極摻雜中性區(qū)（DP-1v1）和輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)（DN-1v1）之間的輸入電極摻雜區(qū)間距寬度或者第一壓電層寬度（DNP-1v1aw或DNP-1v1bw）比在圖2C的（DNP-1aw或DNP-1bw）值增加了。

輸入負(fù)電極耗盡區(qū)（DN-1d1），輸入正電極耗盡區(qū)（DP-1d1）的形成和它們的厚度（DN-1d1t, DP-1d1t）由第一輸入DC偏壓V_DC1的極性和大小來控制。這里V_DC1可能在極性上是正或負(fù)，但具有較小的絕對(duì)值。V_DC1的應(yīng)用和耗盡區(qū)的形成（DP-1d1和DN-1d1）導(dǎo)致形成輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度和輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)寬度（DN-1v1t和DN-1v1w）和輸入正電極摻雜中性區(qū)厚度和寬度（DP-1v1t，DP-1v1w）。輸入正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)的厚度和寬度（DP-1v1t和DN-1v1t、DP-1v1w和DN-1v1w）小于輸入正和負(fù)電極摻雜區(qū)的厚度和寬度（DP-1t和DN-1t、DP-1w和DN-1w，在圖2C所示)。所以，與輸入正電極手指（220P-1）有關(guān)的質(zhì)量是輸入正電極摻雜中性區(qū)（DP-1v1）和輸入正電極手指（220P-1）質(zhì)量的總和，將減少。而與輸入負(fù)電極手指（220N-1）有關(guān)的質(zhì)量是輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)（DN-1v1）和輸入負(fù)電極手指（220N-1）質(zhì)量的總和，也將由于輸入負(fù)電極耗盡區(qū)（DN-1d1）的形成而同時(shí)減少。質(zhì)量負(fù)荷的減少會(huì)導(dǎo)致表面聲波240速度的增加，其增量從而使得表面聲波的頻率從基本頻率f_o增加到新的值f₁。這里，f_o是在沒有輸入正負(fù)電極耗盡區(qū)時(shí)的頻率。因此，當(dāng)輸入正電極和負(fù)電極手指和電極摻雜中性區(qū)的總質(zhì)量減少時(shí)，質(zhì)量負(fù)荷作用減少，質(zhì)量負(fù)荷作用頻率差別為Δf_ML1=f₁–f_o。

如上所述，金屬化比率也會(huì)影響頻率。金屬化比率定義為輸入正（或負(fù)）電極摻雜區(qū)寬度和叉指間距值間的比率。在圖2E中，MR= (DP-1v1w)/(220PS-1w)=(DP-1v1w)/b(或(DN-1v1w)/(220NS-1w)= (DN-1v1w)/b)，其值要比在圖2C中的值少。ML是一固定值，當(dāng)MR減少時(shí)，對(duì)表面聲波傳播影響減少并且表面聲波速度v增加：表面聲波頻率增加。由金屬化比率引起的頻率差別或者金屬化比率頻率差別是Δf_MR。由于加了V_DC1，形成了輸入正和負(fù)電極摻雜耗盡區(qū)，MR減少，表面聲波頻率增加。

根據(jù)本發(fā)明，對(duì)MR的調(diào)整和控制，是利用輸入DC偏壓對(duì)輸入正電極摻雜中性區(qū)寬度（DP-1v1w）和輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)寬度（DN-1v1w）的調(diào)整和控制來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)ML的調(diào)整和控制，則是利用輸入DC偏壓對(duì)輸入正電極摻雜中性區(qū)的厚度和寬度（DP-1v1t, DP-1v1w）和輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)的厚度和寬度（DN-1v1t,DN-1v1w）的調(diào)整和控制來實(shí)現(xiàn)的。因此，在當(dāng)前的SAW變換裝置，振蕩器、雙工機(jī)和SAW過濾器中， IDTs的頻率是通過應(yīng)用和變化DC偏壓來調(diào)諧和調(diào)整的。

因此，在特定的DC偏壓V_DC1下，表面聲波頻率f₁等于：f₁=f_o+Δf_MR1+Δf_ML1，這里，f_o是表面聲波的基本頻率。因?yàn)榧ぐl(fā)表面聲波的波長(zhǎng)λ與叉指間距值的二倍基本相等：λ=2x(220NS-1w)=2b，并且由于MR和ML的減少，表面聲波速度會(huì)從v_o增加到v₁，因此，表面聲波頻率f₁增加并等于：f₁=v₁/2b，(f₁>f_o)。v₁是在加第一DC偏壓V_DC1下的表面聲波速度。

在一個(gè)不同的DC偏壓V_DC2下，表面聲波速度將是v₂，并且頻率會(huì)從基本頻率f_o增加到新的值f₂：f₂=f_o+Δf_MR2+Δf_ML2。所以對(duì)于IDT1，如果v₂>v₁>v_o，那么f₂>f₁>f_o。

為簡(jiǎn)化描述，RF信號(hào)接觸：RFP和RFN在隨后的某些圖中不會(huì)顯示。可以理解，RF接觸必須聯(lián)接到輸入正電極，輸入負(fù)電極，輸出正電極和輸出負(fù)電極，并最好使用DC耦合電容器來提供或接收RF信號(hào)。

對(duì)于輸出叉指換能器IDT2，其頻率的調(diào)諧和調(diào)整可以根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)。圖2F顯示了和圖2D相同的可調(diào)諧和可調(diào)整的SAW過濾器200a的橫截圖，除了第一輸出DC偏壓V_DC1’是通過輸出正電極墊（250PM，圖2A）和輸出正阻攔感應(yīng)器（LP1’）并通過輸出負(fù)電極墊（250NM，圖2A）和輸出負(fù)阻攔感應(yīng)器（LN1’）加在輸出正電極手指（250P-1）和輸出負(fù)電極手指（250N-1）之間。該正負(fù)阻攔感應(yīng)器用于防止從輸出正電極手指（250P-1）和輸出負(fù)電極手指（250N-1）接收受的RF信號(hào)漏出。第一輸出DC偏壓V_DC1’是用來產(chǎn)生和控制具有輸出正電極耗盡區(qū)厚度（DP-1'd1t）的輸出正電極耗盡區(qū)（DP-1'd1），和產(chǎn)生和控制具有輸出負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DN-1'd1t）的輸出負(fù)電極耗盡區(qū)（DN-1’d1）。輸出負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DN-1'd1t）與輸出正電極耗盡區(qū)厚度（DP-1'd1t）在大小上非常接近。值得注意的是，由于輸出正和負(fù)電極耗盡區(qū)（DP-1'd1，DN-1'd1）的形成，在輸出正電極摻雜區(qū)（DP-1'v1）和輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（DN-1'v1）之間的輸出電極摻雜區(qū)間距寬度或者第一壓電層寬度（DNP-1'v1aw或DNP-1'v1bw）比在圖 2D中的（DNP-1'aw，DNP-1'bw）值增加了。

輸出負(fù)電極耗盡區(qū)（DN-1’d1）和輸出正電極耗盡區(qū)（DP-1’d1）的形成和它們的厚度（DN-1’d1t,DP-1’d1t）由第一輸出DC偏壓V_DC1’的極性和大小來控制。這里，V_DC1’可能在極性上是正或負(fù)，但具有較小的絕對(duì)值。V_DC1'的應(yīng)用和耗盡區(qū)（DP-1'd1和DN-1'd1）的形成導(dǎo)致了輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度和寬度（DN-1'v1t and DN-1'v1w）以及輸出正電極摻雜中性區(qū)厚度和寬度（DP-1'v1t, DP-1v1'w）的形成。該輸出正負(fù)摻雜中性區(qū)的厚度和寬度小于圖2D中的輸出電極摻雜區(qū)厚度和寬度（DP-1't和DN-1't,DP-1'w和DN-1'w）。所以，與輸出正電極手指（250P-1）有關(guān)的質(zhì)量是輸出正電極摻雜中性區(qū)（DP-1'v1）的質(zhì)量和輸出正電極手指（250P-1）的質(zhì)量的總和，并且會(huì)減少。而與輸出負(fù)電極手指（250N-1）有關(guān)的質(zhì)量是輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)（DN-1'v1）的質(zhì)量和輸出負(fù)電極手指（250N-1）的質(zhì)量的總和，也將由于輸出負(fù)電極耗盡區(qū)（DN-1'd1）的形成而同時(shí)減少。質(zhì)量負(fù)荷的減少導(dǎo)致表面聲波（240）速度的增加并且表面聲波的頻率從基本頻率f_o增加到新值f₁。這里，f_o是在沒有正和負(fù)電極耗盡區(qū)時(shí)的頻率。當(dāng)輸出正負(fù)電極手指和電極摻雜中性區(qū)的總質(zhì)量減少時(shí)，質(zhì)量負(fù)荷作用減少，所引起的質(zhì)量負(fù)荷頻率差別為Δf_ML1=f₁–f_o。

現(xiàn)在考濾金屬化比率MR的作用，它被定義為輸出正（或負(fù)）電極摻雜區(qū)寬度和叉指間距值的比率。在圖2E中，MR=（DP-1'v1w）/（250PS-1w）=（DP-1'v1w）/b（或（DN-1'v1w）/（250NS-1w）=（DN-1'v1w）/b）， 其值要比在圖2D中的值少。ML具有固定值，當(dāng)MR減少時(shí)，對(duì)表面聲波傳播的影響減少并且表面聲波的速度增加：表面聲波的頻率增加。由金屬化比率引起的頻率差別或金屬化比率頻率差別為Δf_MR。由于加了V_DC1'，形成了輸出正負(fù)電極耗盡區(qū)，MR減少，并且表面聲波的頻率增加。

根據(jù)本發(fā)明，對(duì)MR的調(diào)整和控制，是利用輸出DC偏壓對(duì)輸出正電極摻雜中性區(qū)寬度（DP-1'v1w）和輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)寬度（DN-1'v1w）的調(diào)整和控制來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)ML的調(diào)整和控制，則是利用輸出DC偏壓對(duì)輸出正電極摻雜中性區(qū)的厚度和寬度（DP-1'v1t, DP-1'v1w）和輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)的厚度和寬度（DN-1'v1t,DN-1'v1w）的調(diào)整和控制來實(shí)現(xiàn)的。因此，在當(dāng)前的SAW變換裝置，振蕩器、雙工機(jī)和SAW過濾器中， IDTs的頻率是通過應(yīng)用和變化DC偏壓來調(diào)諧和調(diào)整的。

因此，在一定的DC偏壓V_DC1'下，表面聲波的頻率f₁等于：f₁=f_o+Δf_MR1+Δf_ML1，這里f_o是表面聲波的基本頻率。因?yàn)樗綔y(cè)或接收的基本表面聲波波長(zhǎng)λ與叉指間距值的二倍基本相等：λ=2x(250NS-1w)=2x(250PS-1w)=2b'，由于MR和ML的減少，表面聲波速度從v_o增加到v₁，因此，所探測(cè)或接收表面聲波頻率將會(huì)增加并等于：f₁=v₁/2b'，（f₁>f_o）。這里v₁是在第一DC偏壓V_DC1'下的表面聲波速度。值得注意的是，輸出IDT（IDT2）的叉指間距值b'優(yōu)選與輸入IDT（IDT1）的叉指間距值b相同：b'=b。

在一個(gè)大于V_DC1'的不同的DC偏壓V_DC2'下，表面聲波速度將是v₂，而頻率從基本頻率f_o增加到新的值f₂： f₂=f_o+Δf_MR2+Δf_ML2。所以對(duì)IDT2而言，如果v₂>v₁>v_o，那么f₂>f₁>f_o。

在可調(diào)諧和可調(diào)整的IDTs被用作SAW過濾器、SAW振蕩器、開關(guān)或者雙工機(jī)時(shí)，輸入IDTs和輸出IDTs的設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)選，以便在DC偏壓V_DC和V_DC'下（V_DC=V_DC' =V_dc），由輸入和輸出叉指換能器激發(fā)的表面聲波頻率和探測(cè)的表面聲波頻率是相同的。所以，輸入IDT的尺寸和輸出IDT的尺寸應(yīng)優(yōu)選相同，這些包括以下部件的尺寸：輸入正和負(fù)電極手指，輸入正和負(fù)電極摻雜區(qū)，毗鄰輸入正和負(fù)電極摻雜區(qū)之間的中心對(duì)中心距離，輸出正和負(fù)電極手指，輸出正和負(fù)電極摻雜區(qū)，毗鄰輸出正和負(fù)電極摻雜區(qū)之間的中心對(duì)中心距離。

輸入正電極摻雜區(qū)摻雜濃度和分布應(yīng)優(yōu)選和輸出正電極摻雜區(qū)摻雜濃度和分布相同，輸入負(fù)電極摻雜區(qū)摻雜濃度和分布應(yīng)優(yōu)選和輸出負(fù)電極摻雜區(qū)摻雜濃度和分布相同，以便IDT1和IDT2的頻率的調(diào)諧和調(diào)整可以同步。

DC偏壓變化對(duì)SAW IDTs 和器件頻移的影響展示在圖2G和2H中，DC偏壓V_DC2和V_DC2’各自加在IDT1和IDT2上。圖2G顯示了與圖2E中顯示的IDT1相同的部分概要橫截圖，除了具有不同的DC偏壓V_DC2。當(dāng)一個(gè)數(shù)值大于V_DC1的輸入DC偏壓V_DC2被加在輸入正電極手指（220P-1）和輸入負(fù)電極手指（220N-1）之間給輸入正和負(fù)電極參雜區(qū)加反偏電壓時(shí)，輸入正負(fù)電極參雜中性區(qū)（DP-1v2, DN-1v2）的截面積減少，以至于輸入正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)寬度（DP-1v2w, DN-1v2w）和輸入正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度（DP-1v2t, DN-1v2t）從它們各自在圖2E中的值減少。同時(shí)，輸入正和負(fù)電極耗盡區(qū)（DP-1d2, DN-1d2）的厚度增加到新的輸入正和負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DP-1d2t, DN-1d2t），它們大于在偏壓V_DC1下的輸入正和負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DP-1d1t,和DN-1d1t）隨著輸入正和負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DN-1d2t,DP-1d2t）的增加，在輸入正電極摻雜中性區(qū)和輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)之間的輸入電極摻雜區(qū)間距寬度或第一壓電層寬度（DNP-1v2aw或DNP-1v2bw）大于圖2E中的寬度（DNP-1v1aw或DNP-1v1bw）。

輸入正和負(fù)電極耗盡區(qū)（DP-1d2,DN-1d2）的形成和厚度（DN-1d2t,DP-1d2t）由輸入DC偏壓V_DC2的極性和大小來控制。在圖2G中，V_DC2導(dǎo)致了輸入正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)的寬度和厚度（DP-1v2w,DN-1v2w,DP-1v2t,DN-1v2t）的減少，因此與輸入正和負(fù)電極手指相關(guān)的負(fù)荷質(zhì)量減少。與輸入正電極手指相關(guān)的負(fù)荷質(zhì)量等于輸入正電極摻雜中性區(qū)（DP-1v2）和輸入正電極手指（220P-1）的質(zhì)量總和，它隨著在圖2E中的截面積從（DP-1v1）減少到截面積（DP-1v2）而減少。同時(shí)，與輸入負(fù)電極手指相關(guān)的負(fù)荷質(zhì)量等于輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)（DN-1v2）和輸入負(fù)電極手指（220N-1）的質(zhì)量總和，它也隨著截面積從（DN-1v1）減少到截面積（DN-1v2）而減少。由于輸入正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)寬度（DP-1v2w,DN-1v2w）的減少，金屬化比率值也從圖2E 中的值減少。因此，所加的直流電壓V_DC2更進(jìn)一步減少（比加V_DC1時(shí)）金屬化比率和更重要的是質(zhì)量負(fù)荷，以至于表面聲波速度增加到v₂>v₁>v_o。因此，表面聲波在IDT1激發(fā)的新頻率f₂是：f₂=v₂/2b和f₂>f₁>f_o。

所以，可以理解當(dāng)最大輸入DC偏壓用來達(dá)到最大輸入正電極耗盡區(qū)厚度和最大輸入負(fù)電極耗盡區(qū)厚度時(shí)，IDT1中所激發(fā)的表面聲波的頻率最高，并且輸入正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)具有最小寬度和最小厚度。根據(jù)本發(fā)明，輸入電極摻雜中性區(qū)的寬度和厚度應(yīng)該保持盡可能的小，來增加輸入DC偏壓對(duì)頻率調(diào)諧的敏感性。

根據(jù)本發(fā)明，由輸入DC偏壓通過調(diào)整和控制輸入正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)寬度來調(diào)整和控制金屬化比率。而用輸入DC偏壓通過調(diào)整和控制輸入正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度和寬度來調(diào)整和控制質(zhì)量負(fù)荷。因此，在目前的SAW變換裝置，SAW過濾器，SAW振蕩器和SAW雙工機(jī)中，輸入IDTs的頻率是可以通過應(yīng)用和改變輸入DC偏壓來調(diào)諧和調(diào)整的。

圖2H顯示了與圖2F中顯示的IDT2相同的部分概要橫截圖，除了具有不同的輸出DC偏壓。當(dāng)一個(gè)在數(shù)值上遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于V_DC1’的輸出DC偏壓V_DC2’應(yīng)用于輸出正面電極手指（250P-1）和輸出負(fù)電極手指（250N-1）之間，給正和負(fù)電極摻雜區(qū)加反偏電壓時(shí)，輸出正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)（DP-1'v2,DN-1'v2）的截面積減少，并且輸出正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)寬度（DP-1'v2w和DN-1'v2w）和輸出正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度（DP-1'v2t和DN-1'v2t）從它們各自在圖2F中的值減少。同時(shí)，輸出正和負(fù)電極耗盡區(qū)（DP-1'd2,DN-1'd2）的厚度增加到新的輸出正和負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DP-1'd2t,DN-1'd2t）， 它們大于在偏壓V_DC1'下的輸出正和負(fù)電極耗盡區(qū)的厚度（DP-1'd1t,和DN-1'd1t）。隨著輸出正和負(fù)電極厚度（DN-1'd2t,DP-1'd2t）的增加，在輸出正電極摻雜中性區(qū)和輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)之間的輸出電極摻雜區(qū)間距寬度或第一壓電層寬度（DNP-1'v2aw或DNP-1'v2bw）大于其在圖2F中的寬度（DNP-1'v1aw或DNP-1'v1bw）。

輸出正和負(fù)電極耗盡區(qū)（DP-1'd2,DN-1'd2）形成和厚度（DP-1'd2t,DN-1'd2t）由輸出DC偏壓V_DC2’的極性和大小來控制。在圖2H中，V_DC2’具有反向，且在數(shù)值上大于V_DC1’，其導(dǎo)致了輸出正負(fù)電極摻雜中性區(qū)寬度和厚度（DP-1'v2w,DN-1'v2w,DP-1'v2t,DN-1'v2t）的減少，因此與輸出正和負(fù)電極手指相關(guān)的負(fù)荷質(zhì)量減少。與輸出正電極手指（250P-1）有關(guān)的負(fù)荷質(zhì)量等于輸出正電極摻雜中性區(qū)（DP-1'v2）和輸出正電極手指（250P-1）質(zhì)量的總和，它隨著截面積從圖2F中的（DP-1'v1）減少到（DP-1'v2）而減少。同時(shí)，與輸出負(fù)電極手指（250N-1）相關(guān)的負(fù)荷質(zhì)量是輸出負(fù)電極摻雜中性立區(qū)（DN-1'v2）和輸出負(fù)電極手指（250N-1）的質(zhì)量總和，它也隨著截面積從圖2F的（DN-1'v1）減少到（DN-1'v2）而減少。由于輸出正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)寬度從（DP-1'v1w,DN-1'v1w）減少到（DP-1'v2w,DN-1'v2w），金屬化比率也從在圖2E 的MR值減少。因此，所加的DC偏壓V_DC2’更進(jìn)一步減少（比加V_DC1'時(shí)）MR和更重要的是ML，以至于表面聲波速度增加到v₂>v₁>v_o。因此，在IDT2中探測(cè)或接收的表面聲波新頻率f₂等于：f₂=v₂/2b'，f₂>f₁>f_o。

所以，可以理解當(dāng)最大輸出DC偏壓被用來得到最大輸出正電極耗盡區(qū)厚度和最大輸出負(fù)電極耗盡區(qū)厚度時(shí)， IDT2所探測(cè)或接收的表面聲波頻率最高，并且輸出正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)有著最小寬度和最小厚度。根據(jù)本發(fā)明，為了增加由DC偏壓調(diào)整頻率的靈敏性，輸出電極摻雜中性區(qū)的寬度和厚度應(yīng)該保持盡可能的小。

根據(jù)本發(fā)明，由輸出DC偏壓來調(diào)整和控制輸出正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)的寬度來達(dá)成調(diào)整和控制金屬化比率，由輸出DC偏壓來調(diào)整和控制輸出正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)的厚度和寬度，來達(dá)成調(diào)整和控制質(zhì)量負(fù)荷。因此，在目前的SAW變換裝置，SAW過濾器，SAW振蕩器和SAW雙工機(jī)中，輸出IDTs的頻率是可以通過應(yīng)用和變化輸出DC偏壓來調(diào)諧和調(diào)整的。

SAW器件的溫度穩(wěn)定度由頻率溫度系數(shù)（TCF）來描繪，即，一個(gè)具體頻率f對(duì)溫度T的微小變化由下式給出：

TCF=(1/f)(δf/δT)=TCV-TCE

這里，TCV是速度溫度系數(shù)：TCV=（1/v）（δv/δT），v是表面聲波速度。TCE是彈性溫度系數(shù)，定義為在SAW傳播方向的基體熱膨脹系數(shù)。

幾種壓電材料例如LiNbO₃和LiTaO₃具有負(fù)TCF值，并且當(dāng)溫度增加時(shí)它們會(huì)變軟，因此制造出的可調(diào)諧SAW變換裝置、過濾器、振蕩器或雙工機(jī)的頻率會(huì)因溫度的變化而變動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明，在操作期間為了維護(hù)頻率穩(wěn)定，應(yīng)該采取某些溫度補(bǔ)償手段。一個(gè)可能的方法是沉積具有溫度補(bǔ)償層厚度280t的溫度補(bǔ)償層（280，圖2I)，其可能是在叉指換能器（例如顯示在圖2I 中的IDT1（220））上的非晶SiO₂層。另一個(gè)方法是在一個(gè)傳統(tǒng)的LiNbO₃和LiTaO₃基體上沉積反射器（圖中沒顯示）。在溫度補(bǔ)償材料例如非晶SiO₂，機(jī)械剛度會(huì)隨著溫度T的增加而增加，造成正的TCE和TCV，因此會(huì)減少SAW變換裝置的原始負(fù)值TCF的大小。為了獲得最佳結(jié)果，溫度補(bǔ)償層厚度和沉積條件應(yīng)該受到控制。對(duì)于具有正的固有TCF值的壓電材料，應(yīng)使用除了SiO₂ 之外的溫度補(bǔ)償層。

IDTs的正和負(fù)電極摻雜區(qū)的摻雜濃度對(duì)電極耗盡區(qū)和電極摻雜中性區(qū)的調(diào)諧和調(diào)整作用顯示在圖3A和3B中。圖3A顯示了在圖2I中具有高摻雜濃度N_D和N_A的IDT1沿著線E-E’的電場(chǎng)ξ(x)隨著距離x的變化。應(yīng)注意，當(dāng)制造為具有相同的N_D和N_A時(shí)，IDT2中沿著與圖2I中E-E’相似的線的電場(chǎng)ξ(x’)隨距離x’的變化的變化會(huì)相似或相同。在未摻雜和固有的第一壓電層210中，ξ(x)的值基本上是常數(shù)（如圖3A所顯示的曲線的中央?yún)^(qū)）。在輸入負(fù)電極耗盡區(qū)（DN-1d2或DN-1d），ξ(x)的值隨距離的變化有著相對(duì)大的斜率S_N1，與輸入負(fù)電極摻雜區(qū)內(nèi)的電離雜質(zhì)濃度N⁺_D是成正比的。在輸入正電極耗盡區(qū)（DP-1d2或DP-1d），ξ(x)的值隨距離的變化也有相對(duì)大的斜率S_P1，與輸入正電極摻雜區(qū)內(nèi)的電離雜質(zhì)濃度N^-_A是成正比的。雖然在輸入負(fù)電極摻雜區(qū)的摻雜水平N_D和在輸入正電極摻雜區(qū)的摻雜水平N_A可以不同，最好優(yōu)選它們基本上相同，以便在輸入負(fù)電極摻雜區(qū)的電場(chǎng)斜率S_N1與在輸入正電極摻雜區(qū)的電場(chǎng)斜率S_P1在數(shù)值上基本相同。這樣可以保證隨DC偏壓變化ΔV_DC的輸入負(fù)電極耗盡區(qū)寬度變化ΔW_N與輸入正電極耗盡區(qū)寬度變化ΔW_P是相同的，并且允許隨DC偏壓變化ΔV_DC的壓電活動(dòng)區(qū)的變化更對(duì)稱（請(qǐng)注意，這里的電極耗盡區(qū)寬度和以前描述的電極耗盡區(qū)厚度有一樣的意思)。由于偏壓變動(dòng)ΔV_DC造成的耗盡區(qū)寬度的總增量ΔW：ΔW=ΔW_N+ΔW_P=W₂-W₁。應(yīng)注意，在輸出IDTs和輸出反射器中的摻雜濃度可以有利地選擇為和輸入IDTs和輸入反射器的摻雜濃度相同，以便在輸入IDTs和在輸出IDTs中表面聲波頻率的調(diào)諧靈敏度相同。

圖3B顯示了另一個(gè)具有更小摻雜濃度的SAW器件中電場(chǎng)ξ(x) 隨著距離x的變化：N_D’< N_D和N_A’< N_A。在圖3B 中輸入負(fù)電極和輸入正電極耗盡區(qū)為DN-1'd和DP-1'd。因?yàn)樵谳斎胴?fù)電極耗盡區(qū)內(nèi)的斜率S_N1’的大小與N_D’成正比，并且在輸入正電極耗盡區(qū)內(nèi)的斜率S_P1’的大小與N_A’成正比， S_N1’和S_P1’的數(shù)值小于在圖3A中的 S_N1和S_P1的值。隨著DC偏壓的變化ΔV_DC，輸入負(fù)電極耗盡區(qū)寬度變化ΔW'_N和輸入正電極耗盡區(qū)寬度變化ΔW'_P大于顯示在圖3A中的ΔW_N和ΔW_P的值。由偏壓變化ΔV_DC造成的耗盡區(qū)寬度的總增量ΔW'由下式給出：ΔW'=ΔW'_N+ΔW'_P=W'₂-W'₁>ΔW。輸出IDTs和反射器的摻雜濃度可以有利地選擇與輸入IDTs和反射器的摻雜濃度一樣，以便對(duì)表面聲波頻率調(diào)諧的靈敏度相同。所以，輸入電極摻雜區(qū)和輸出電極摻雜區(qū)的摻雜濃度N_A和N_D會(huì)根據(jù)DC偏壓對(duì)表面聲波調(diào)諧和調(diào)整頻率范圍的靈敏性來作調(diào)整。

圖4A是輸入SAW過濾器IDT2（200a，圖2A）沿著線A-A'的部分概要橫截圖。它顯示了輸入正和負(fù)電極耗盡區(qū)（DP-1d2, DN-1d2）的厚度在整體區(qū)域中不是一個(gè)常數(shù)。在考慮到內(nèi)在壓電層210的距離作用時(shí)，輸入負(fù)電極耗盡區(qū)（DN-1d2）的厚度朝中心地區(qū)會(huì)減少。這個(gè)厚度的減少在輸入正電極耗盡區(qū)（DP-1d2）中也會(huì)發(fā)生。預(yù)計(jì)相似的情況也會(huì)在輸出正和負(fù)電極耗盡區(qū)發(fā)生。對(duì)一個(gè)特定的電極摻雜區(qū)，不均勻的電極耗盡區(qū)厚度可能會(huì)導(dǎo)致不均勻的質(zhì)量負(fù)荷。

因?yàn)樵陔姌O摻雜中性區(qū)（DN-1v2,DP-1v2）中存在一個(gè)恒定的電位差，電極耗盡區(qū)（DN-1d2,DP-1d2）是不均勻的。由于不均勻的電極耗盡區(qū)厚度，在輸入正電極摻雜中性區(qū)和輸入正電極耗盡區(qū)之間邊界上的不同地點(diǎn)以及在輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)和輸入負(fù)電極耗盡區(qū)之間邊界上的不同地點(diǎn)，第一壓電層的有效寬度（DNP-1v2aw或DNP-1v2bw）（二個(gè)毗鄰電極耗盡區(qū)的厚度的總和加上二個(gè)電極耗盡區(qū)之間的空間）是不同的。如圖4A所示，電極耗盡區(qū)的厚度在電極摻雜區(qū)的中心和底部最小，朝向兩邊走它們會(huì)增加，因此第一壓電層的有效寬度在輸入電極摻雜區(qū)的中心和的底部更大。由于電極耗盡區(qū)寬度隨位置的分布不均勻，質(zhì)量負(fù)荷對(duì)頻率轉(zhuǎn)移的作用可能會(huì)不均勻。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種具有一個(gè)底部電極層的改進(jìn)型SAW變換裝置結(jié)構(gòu)，如圖4B和4C所示，來改進(jìn)電極耗盡區(qū)厚度的均勻性。

圖4B是與圖2A 中的SAW過濾器200a相似的一個(gè)可調(diào)諧和可調(diào)整SAW過濾器中IDT1(220)的一個(gè)概要橫截圖，顯示了在嵌入型（正或負(fù)）電極摻雜中性區(qū)（DN-1v2，DP-1v2）之上的二個(gè)毗鄰輸入電極手指（220N-1,220P-1）。根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)底部電極層（210BM）有底部電極層厚度（210BMt）被夾在支持基體（210S）和第一壓電層（210）之間。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，第一輸入摻雜類型可能是p型或n型，而第二輸入摻雜類型也可能是p型或n型。并且第二輸入摻雜類型優(yōu)選和第一輸入摻雜類型相同。輸入正電極手指（220P-1）和輸入正電極摻雜中性區(qū)（DP-1v2）有電阻性接觸，輸入負(fù)電極手指（220N-1）和輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)（DN-1v2）有電阻性接觸。圖4B中，（220P-1）和（220N-1）通過輸入正阻攔感應(yīng)器（LP-1）和輸入負(fù)阻攔的感應(yīng)器（LN-1）一起連接到輸入DC源V_DC2的一個(gè)負(fù)極終端，而底部電極層（210BM）則連接到DC源V_DC2的一個(gè)正極終端。雖然圖4B中IDT1的摻雜類型和偏壓的極性與顯示在圖2C、2E和2G中的IDT1不同。為了方便，元素在圖4B中的標(biāo)記方式和圖2C、2E和2G中IDT1的一樣。

圖4B中，為了控制和限制輸入正電極耗盡區(qū)厚度（DP-1d2t），輸入負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DN-1d2t），輸入正電極摻雜中性區(qū)厚度和寬度（DP-1v2t, DP-1v2w）和輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度和寬度（DN-1v2t, DN-1v2w），V_DC2的值和極性被控制和調(diào)整。這反過來調(diào)控并且改變輸入正電極負(fù)荷質(zhì)量（（DP-1v2）和（220P-1）質(zhì)量的總和）和輸入負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量（（DN-1v2）和（220N-1）質(zhì)量的總和）來獲得一個(gè)激發(fā)表面聲波（240）質(zhì)量負(fù)荷頻率差別Δf_ML（從零偏壓的基本頻率值f_o)。當(dāng)輸入負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DN-1d2t）和輸入正電極耗盡區(qū)厚度（DP-1d2t）隨著反向DC偏壓V_DC2的增加而增加時(shí)，表面聲波頻率會(huì)隨著輸入正電極負(fù)荷質(zhì)量和輸入負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量的減少而增加。當(dāng)輸入負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DN-1d2t）和輸入正電極耗盡區(qū)厚度（DP-1d2t）隨著反向DC偏壓V_DC2值的減少，或通過反轉(zhuǎn)V_DC2極性到正偏壓而減少時(shí)，輸入負(fù)和正電極摻雜中性區(qū)厚度和寬度的增加會(huì)導(dǎo)致輸入正和負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量的增加，從而表面聲波頻率會(huì)降低。質(zhì)量負(fù)荷頻率差別Δf_ML加上由于金屬化比率MR的減少所導(dǎo)致的金屬化比率頻率差別Δf_MR造成一個(gè)從基本頻率f_o的整體頻率差別Δf_T。

輸入正摻雜區(qū)和輸入負(fù)摻雜區(qū)的材料從具有相當(dāng)大能隙的壓電半導(dǎo)體中選擇，當(dāng)DC偏壓使用時(shí)，不必要的漏電電流可以保持較小。底部電極層（210BM）的材料從如下一組金屬和摻雜半導(dǎo)體中挑選，優(yōu)選為摻雜壓電半導(dǎo)體：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs和它們的組合。

圖4C是與圖2A 中的SAW過濾器200a相似的一個(gè)可調(diào)諧和可調(diào)整SAW過濾器中IDT2(250)的一個(gè)概要橫截圖，顯示了在嵌入型正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)（DN-1'v2，DP-1'v2）之上的二個(gè)毗鄰輸出電極手指（250N-1,250P-1）。根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)底部電極層（210BM）有底部電極層厚度（210BMt）被夾在支持基體（210S）和第一壓電層（210）之間。這個(gè)結(jié)構(gòu)中，第一輸出摻雜類型可能是p型或n型，而第二輸出摻雜類型也可能是p型或n型。并且第二輸出摻雜類型優(yōu)選和第一輸出摻雜類型相同。輸出正電極手指（250P-1）和輸出正電極摻雜中性區(qū)（DP-1'v2）有電阻性接觸，并且輸出負(fù)電極手指（250N-1）和輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)（DN-1'v2）有電阻性接觸。圖4C中，（250P-1）和（250N-1）通過輸出正阻攔感應(yīng)器（LP-1’）和輸出負(fù)阻攔感應(yīng)器（LN-1’）一起連接到輸出DC源V_DC2’的一個(gè)負(fù)極終端，而底部電極層（210BM）則連接到DC源V_DC2’的一個(gè)正極終端。雖然圖4C中IDT2的摻雜類型和偏壓的極性與顯示在圖 2D、2F和2H中的IDT2不同。為了方便，元素在圖 4C中的標(biāo)記方式和圖2D、2F和2H中IDT2的一樣。

圖4C中，為了控制和限制輸出正電極耗盡區(qū)厚度（DP-1’d2t），輸出負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DN-1’d2t），輸出正電極摻雜中性區(qū)厚度和寬度（DP-1’v2t,DP-1'v2w）和輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度和寬度（DN-1’v2t,DN-1'v2w），V_DC2的值和極性被控制和調(diào)整。這反過來調(diào)控并且改變輸出正電極負(fù)荷質(zhì)量（（DP-1’v2）和（250P-1）質(zhì)量的總和）和輸出負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量（（DN-1’v2）和（250N-1）質(zhì)量的總和）來獲得一個(gè)接收表面聲波（240）質(zhì)量負(fù)荷頻率差別Δf_ML（從零偏壓的基本頻率值f_o)。當(dāng)輸出負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DN-1’d2t）和輸出正電極耗盡區(qū)厚度（DP-1’d2t）隨著反向DC偏壓V_DC2’的增加而增加時(shí)，表面聲波頻率會(huì)隨著輸出正電極負(fù)荷質(zhì)量和輸出負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量的減少而增加。當(dāng)輸出負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（DN-1’d2t）和輸出正電極耗盡區(qū)厚度（DP-1’d2t）隨著反向DC偏壓V_DC2’的值的減少或通過反轉(zhuǎn)V_DC2極性到正偏壓而減少時(shí)，輸出負(fù)和正電極摻雜中性區(qū)厚度和寬度的增加會(huì)導(dǎo)致輸出正和負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量的增加，從而表面聲波頻率會(huì)降低。質(zhì)量負(fù)荷頻率差別Δf_ML加上由于金屬化比率MR的減少所導(dǎo)致的金屬化比率頻率差別Δf_MR造成一個(gè)從基本頻率f_o的整體頻率差別Δf_T。

輸出正摻雜區(qū)和輸出負(fù)摻雜區(qū)的材料從具有相當(dāng)大能隙的壓電半導(dǎo)體中選擇，當(dāng)DC偏壓使用時(shí)，不必要的漏電電流可以保持得較小。底部電極層210BM的材料從如下一組金屬和摻雜半導(dǎo)體中挑選，優(yōu)選摻雜壓電半導(dǎo)體：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs和它們的組合。

具有抬高型電極摻雜區(qū)的IDTs：

提供在圖2B-2I和圖4A-4C中的SAW換能器結(jié)構(gòu)中，正和負(fù)電極摻雜區(qū)是在第一壓電層210中埋置。對(duì)于嵌入型電極摻雜區(qū)，嵌入型電極摻雜中性區(qū)作為質(zhì)量負(fù)荷的行動(dòng)自由度有限。因此，對(duì)具有嵌入型電極摻雜區(qū)的表面聲波，質(zhì)量負(fù)荷作用對(duì)質(zhì)量負(fù)荷頻率差別Δf_ML的影響較小。為了增加質(zhì)量負(fù)荷作用對(duì)Δf_ML的影響和減少金屬化比率作用對(duì)Δf_ML的影響，本發(fā)明提供了具有抬高型電極摻雜區(qū)的SAW結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，具有多個(gè)抬高型的輸入和輸出電極摻雜區(qū)的可調(diào)諧的SAW換能器在圖5A-5F中提供。圖5A是圖2A中可調(diào)諧SAW過濾器220a沿著線A至A’的概要橫截圖，顯示了輸入叉指換能器IDT1 220的一部分，在具有支持基體厚度210St的支持基體210S的頂部上的具有第一壓電層厚度210t的第一壓電層210上。圖5A顯示了一個(gè)抬高型的輸入正電極摻雜區(qū)（EP-1），具有抬高型輸入正電極摻雜區(qū)寬度（EP-1w）和抬高型輸入正電極摻雜區(qū)厚度（EP-1t），和一個(gè)抬高型的輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1），具有抬高型輸入負(fù)電極摻雜區(qū)寬度（EN-1w）和抬高型輸入負(fù)電極摻雜區(qū)厚度（EN-1t）。具有輸入第一摻雜類型（可能是p型或n型）的抬高型輸入正電極摻雜區(qū)（EP-1）在第一壓電層（210）頂部形成。具有輸入正電極手指寬度（220P-1w或m）（基本上和（EP-1w）相同）和輸入正電極手指厚度（220P-1t）的輸入正電極手指（220P-1）被沉積并對(duì)齊高輸入正電極摻雜區(qū)（EP-1）的頂部。具有輸入第二摻雜類型（可能是n型或p型，并且可能與第一摻雜類型是相同或相反）的抬高型輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1）被沉積并對(duì)齊第一壓電層210的頂部形成抬高型摻雜區(qū)結(jié)構(gòu)。一個(gè)具有輸入負(fù)電極手指寬度（220N-1w或m）(與輸入負(fù)電極摻雜區(qū)寬度（EN-1w）基本相同）和輸入負(fù)電極手指厚度（220N-1t）的輸入負(fù)電極手指（220N-1）沉積并對(duì)齊抬高型輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1）的頂部。這里，抬高型輸入正電極摻雜區(qū)（EP-1）導(dǎo)電并與輸入正電極手指（220P-1）一起構(gòu)成質(zhì)量負(fù)荷的一部分，抬高型輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1）導(dǎo)電并與輸入負(fù)電極手指（220N-1）一起構(gòu)成質(zhì)量負(fù)荷的另一部分。

因?yàn)檩斎胝拓?fù)電極手指寬度（220P-1w，220N-1w）基本上與抬高型輸入電極摻雜區(qū)寬度（EP-1w，EN-1w）一樣，抬高型輸入電極摻雜區(qū)間距（ENP-1a和ENP-1b）的寬度（ENP-1aw，ENP-1bw）與輸入電極間距區(qū)（220S-1）的寬度（220S-1w或c）基本上相同。在圖5A中，與輸入電極手指寬度（m）一起，輸入電極間距區(qū)寬度定義了叉指間距（220NS-1w或b），并等于輸入電極手指寬度（220N-1w或220P-1w或者m）和輸入電極間距區(qū)寬度（220S-1w或c）的總和。激發(fā)表面聲波240的波長(zhǎng)λ_o與叉指間距值的二倍值基本上相等：2x（220NS-1w）=2b。

為了促進(jìn)電阻性接觸，在抬高型輸入正電極摻雜區(qū)（EP-1）和抬高型輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1）上最好有一重?fù)诫s表層。圖5A顯示了在輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1）上的n+類型重?fù)诫s層DN⁺和在輸入正電極摻雜區(qū)（EP-1）上的p+類型重?fù)诫s層DP⁺。 DN⁺層和DP⁺層的厚度應(yīng)該保持較?。?0nm左右或更?。?。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，圖5B是叉指換能器IDT2 250的部分概要截面圖，顯示了多個(gè)抬高型輸出正電極摻雜區(qū)和多個(gè)抬高型輸出負(fù)電極摻雜區(qū)在有支持基體厚度210St的支持基體210S頂部的有第一壓電層厚度210t的第一壓電層210上。抬高型輸出正電極摻雜區(qū)（EP-1'）有抬高型輸出正電極摻雜區(qū)寬度（EP-1'w）和抬高型輸出正電極摻雜區(qū)厚度（EP-1't），抬高型輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1'）有抬高型輸出負(fù)電極摻雜區(qū)寬度（EN-1'w）和抬高型輸出負(fù)電極摻雜區(qū)厚度（EN-1't）。抬高型輸出正電極摻雜區(qū)（EP-1'）有輸出第一摻雜類型（可能是p型或n型）。有輸出正電極手指寬度（250P-1w或m'）（基本上和高的輸出負(fù)電極摻雜區(qū)寬度（EP-1'w）相同）和輸出正電極手指厚度（250P-1t）的輸出正電極手指（250P-1）沉積并對(duì)齊高輸出正電極摻雜區(qū)（EP-1'）的頂部。具有輸出第二摻雜類型（可能是n型或p型，并且可能與輸出第一摻雜類型是相同或相反）的抬高型輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1'）沉積并對(duì)齊第一壓電層210頂部形成抬高型摻雜區(qū)結(jié)構(gòu)。有輸出負(fù)電極手指寬度（250N-1w或m'）(與輸出負(fù)電極摻雜區(qū)寬度（EN-1'w）基本相同）和輸出負(fù)電極手指厚度（250N-1t）的輸出負(fù)電極手指（250N-1）沉積并對(duì)齊抬高型輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1'）的頂部。這里，抬高型輸出正電極摻雜區(qū)（EP-1’）導(dǎo)電并與輸出正電極手指（250P-1）一起構(gòu)成質(zhì)量負(fù)荷的一部分，并且抬高型輸出負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1’）導(dǎo)電并與輸出負(fù)電極手指（250N-1）一起構(gòu)成質(zhì)量負(fù)荷的另一部分。

因?yàn)檩敵稣拓?fù)電極手指寬度（250P-1w，250N-1w）基本上與抬高型輸出電極摻雜區(qū)寬度（EP-1'w,EN-1'w）一樣，抬高型輸出電極摻雜區(qū)間距區(qū)（ENP-1'a和ENP-1'b）的寬度（ENP-1'aw，ENP-1'bw）與輸出電極間距區(qū)（250S-1）的寬度（250S-1w或c'）基本上相同。與輸出電極手指寬度（m'）一起，輸出電極間距區(qū)寬度定義了叉指間距（250NS-1w或b'），其與輸出電極手指寬度（250N-1w或250P-1w或者m'）和輸出電極間距區(qū)寬度（250S-1w）的總和相等。接收表面聲波240波長(zhǎng)λ_o與叉指間距值的二倍值基本上相等：2x（250NS-1w）=2b'。

為了促進(jìn)電阻性接觸，在抬高型輸入正電極摻雜區(qū)（EP-1'）上沉積了n+重?fù)诫s層DN⁺，在抬高型輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（EN-1'）上沉積了p+重?fù)诫s層DP⁺。DN⁺層和DP⁺層的厚度應(yīng)該保持較小（大小20nm或更?。?/p>

對(duì)圖5A-5F所提供的IDTs，其支持基體210S從一個(gè)壓電材料組中挑選包括：LiNbO₃、LiTaO3、Al2O3，KNbO3，PZT、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs、BaTiO3、石英、Si，藍(lán)寶石，玻璃和塑料，只要他們是具有足夠大的聲耦合系數(shù)的壓電材料。支持基體的厚度的選擇需要考慮到機(jī)械強(qiáng)度、散熱和聲學(xué)性能要求。 第一壓電層210材料從下面一組物質(zhì)中挑選，包括：LiNbO₃、LiTaO₃、PZT、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs、BaTiO₃、石英和KNbO₃，只要它們是有足夠大聲耦合系數(shù)的壓電材料。當(dāng)?shù)谝粔弘妼硬牧线x擇和支持基體（210S）相同時(shí)，它們可以被結(jié)合成同一個(gè)壓電基體。

抬高型輸入/輸出正和負(fù)電極摻雜區(qū)的材料從下面一組壓電半導(dǎo)體中挑選：AlN，GaN，AlGaN，ZnO，GaAs，AlAs，AlGaAs和其他，只要它們是有足夠大聲耦合系數(shù)的壓電材料，半導(dǎo)體，并且可以摻雜成n型和p型導(dǎo)電性。

輸入/輸出正和負(fù)電極手指（220P-1、220N-1、250P-1和250N-1）的材料和輸入/輸出正和負(fù)電極墊（220PM、220NM、250PM和250NM）材料從一組金屬中挑選，包括：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir和它們的合金。為了輸入/輸出正電極手指和抬高型輸入/輸出正電極摻雜區(qū)之間和輸入/輸出負(fù)電極手指和抬高型輸入/輸出負(fù)電極摻雜區(qū)之間有電阻性接觸，當(dāng)摻雜為p型導(dǎo)電性時(shí)，輸入/輸出電極手指的第一層應(yīng)該具有高功函數(shù)，最好大于抬高型輸入/輸出正電極摻雜區(qū)的壓電半導(dǎo)體材料的電子親和力。當(dāng)摻雜為n型導(dǎo)電性時(shí)，輸入/輸出負(fù)電極手指的第一層應(yīng)該具有低功函數(shù)，最好接近抬高型輸入/輸出負(fù)電極摻雜區(qū)的壓電半導(dǎo)體材料的電子親合力。當(dāng)摻雜的類型反轉(zhuǎn)時(shí)，相反也是真實(shí)的。

此外，最好選擇原子量小的金屬例如Al，Ti做為輸入-輸出正和負(fù)電極手指的材料。為了減少與輸入正和負(fù)電極手指和輸出正和負(fù)電極手指的質(zhì)量有關(guān)的負(fù)荷作用，也優(yōu)選減少電極手指厚度來增加用DC電壓調(diào)諧頻率時(shí)的靈敏性。輸入/輸出正和負(fù)電極手指的厚度優(yōu)選在10到400nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在20到300nm的范圍內(nèi)，決定于所需的操作頻率和頻率調(diào)諧范圍。用涉及至少兩種金屬材料的一個(gè)多層金屬結(jié)構(gòu)可以更有利地用來改進(jìn)金屬電極層間黏附力和減少接觸電阻。

在抬高型電極摻雜區(qū)的耗盡區(qū)和在未摻雜的第一壓電層210中，電荷載流子密度?。ǖ陀?0¹⁰cm^-3），因此電導(dǎo)率非常低（～10^-10/ohm-cm或更小)，耗盡區(qū)表現(xiàn)為絕緣體。而在抬高型電極摻雜區(qū)的中性區(qū)中，載流子密度的范圍被選擇為（10¹⁴-10²¹cm^-3），并且更優(yōu)選在10¹⁵到10²⁰cm^-3的范圍內(nèi)，以便電導(dǎo)率大，中性區(qū)表現(xiàn)為導(dǎo)體。在重?fù)诫s的DP⁺和DN⁺區(qū)中，載流子濃度優(yōu)選超過10²⁰cm^-3。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，抬高型正和負(fù)電極摻雜區(qū)的厚度（EP-1t,EP-1't,EN-1t,EN-1't）被選擇在10到2000nm的范圍內(nèi)并且更優(yōu)選20到1000nm的范圍內(nèi)，決定于所需的操作頻率和調(diào)諧范圍。正電極摻雜區(qū)厚度和負(fù)電極摻雜區(qū)厚度的選擇則取決于表面聲波頻率，頻率調(diào)諧和調(diào)整幅度和頻率調(diào)諧的靈敏性。

圖5C顯示了在圖5A中的IDT1 220，第一輸入DC偏壓V_DC1通過輸入正電極墊和輸入負(fù)電極墊（220PM，220NM，圖2A），并通過輸入正阻攔感應(yīng)器（LP-1）和輸入負(fù)阻攔感應(yīng)器（LN-1）加到輸入正電極手指（220P-1）和輸入負(fù)電極手指（220N-1）上。圖5C中，第一輸入摻雜類型是p型，第二輸入摻雜類型是n型。所加的第一輸入DC偏壓V_DC1形成一個(gè)輸入負(fù)電極耗盡區(qū)（EN-1dv1）和一個(gè)輸入正電極耗盡區(qū)（EP-1dv1）。V_DC1也控制并且調(diào)節(jié)輸入負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（EN-1dv1t），輸入正電極耗盡區(qū)厚度（EP-1v1t），以及輸入正電極摻雜中性區(qū)（EP-1v1）厚度（EP-1v1t）和輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)（EN-1v1）厚度（EN-1v1t）來達(dá)到調(diào)節(jié)和控制輸入正電極負(fù)荷質(zhì)量和輸入負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量。這里，輸入正電極負(fù)荷質(zhì)量等于（EP-1v1）的質(zhì)量和（220P-1）的質(zhì)量的總和，輸入負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量等于（EN-1v1）的質(zhì)量和（220N-1）的質(zhì)量的總和。

從最大質(zhì)量（當(dāng)電極耗盡區(qū)不存在）時(shí)的質(zhì)量的變化對(duì)被激發(fā)的表面聲波240導(dǎo)致一個(gè)質(zhì)量負(fù)荷頻率差別Δf_ML (從一基本頻率值f_o）。當(dāng)輸入負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（EN-1dv1t）和輸入正電極耗盡區(qū)厚度（EP-1dv1t）隨著反向DC偏壓值的增加而增加，由于輸入正電極負(fù)荷質(zhì)量的減少和輸入負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量的減少，表面聲波240的速度和頻率將會(huì)增加。當(dāng)反向DC偏壓值減少，或通過反轉(zhuǎn)V_DC1極性到正向偏壓時(shí)，厚度（EN-1dv1t）和厚度（EP-1dv1t）會(huì)隨之減少，由于輸入正電極負(fù)荷質(zhì)量的增加和輸入負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量的增加，表面聲波的速度和頻率將會(huì)減少。

因?yàn)榕c輸入電極手指有關(guān)的負(fù)荷質(zhì)量組成部分：輸入電極手指（220P-1，220N-1）和輸入電極摻雜中性區(qū)（EP-1v1，EN-1v1）全部為抬高型并且在壓電層（210）之上，所以在具有同一質(zhì)量時(shí)，質(zhì)量負(fù)荷對(duì)質(zhì)量負(fù)荷頻率差別Δf_ML的作用會(huì)大于當(dāng)電極摻雜區(qū)在壓電層中埋置（如圖2C-2I和圖4A-4B所顯示)時(shí)的作用。用抬高型的輸入正電極摻雜中性區(qū)（EP-1v1）和抬高型的輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)（EN-1v1），輸入DC偏壓對(duì)激發(fā)表面聲波的頻率的調(diào)諧將比當(dāng)電極摻雜區(qū)在壓電層之內(nèi)埋置時(shí)更靈敏。

應(yīng)該指出的是，在這個(gè)具有抬高型電極摻雜區(qū)的結(jié)構(gòu)中，由MR的變化所導(dǎo)致的金屬化比率頻率差別Δf_MR相對(duì)于質(zhì)量負(fù)荷頻率差別Δf_ML較小，并且Δf_MR也小于具有嵌入型電極摻雜區(qū)的結(jié)構(gòu)。

抬高型輸入正電極摻雜區(qū)和抬高型輸入負(fù)電極摻雜區(qū)的材料從具有大能隙的壓電半導(dǎo)體中選擇，因此在第一輸入直流電壓V_DC1下，不必要的漏電流可以保持較小。表面聲波頻率等于：f₁=v₁/2x(220NS-1w)=v₁/2b, 這里v₁是在IDT1 220中電極之下的壓電層在偏壓V_DC1下的表面聲波速度。

圖5D顯示了在圖5B中的IDT2 250，第一輸出DC偏壓V_DC1'通過輸出正電極墊和輸出負(fù)電極墊（250PM,250NM，圖2A）并通過輸出正阻攔感應(yīng)器（LP-1'）和輸出負(fù)阻攔感應(yīng)器（LN-1'）被加到輸出正電極手指（250P-1）和輸出負(fù)電極手指（250N-1）上。這里，輸出第一摻雜類型是p型，輸出第二摻雜類型是n型。所加的第一輸出DC偏壓V_DC1'形成輸出負(fù)電極耗盡區(qū)（EN-1'dv1）和輸出正電極耗盡區(qū)（EP-1'dv1）。V_DC1'也控制并且調(diào)控輸出負(fù)電極耗盡區(qū)的厚度（EN-1'dv1t）、輸出正電極耗盡區(qū)的厚度（EP-1'dv1t），以及輸出正電極摻雜中性區(qū)（EP-1'v1）的厚度（EP-1'v1t）和輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)（EN-1'v1）的厚度（EN-1'v1t）來達(dá)到調(diào)控和控制輸出正電極負(fù)荷質(zhì)量和輸出負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量。這里，輸出正電極負(fù)荷質(zhì)量等于質(zhì)量（EP-1'v1）和質(zhì)量（250P-1）的總和，輸出負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量等于質(zhì)量（DN-1'v1）和質(zhì)量（250N-1）的總和。

從最大質(zhì)量（當(dāng)電極耗盡區(qū)不存在時(shí)）的質(zhì)量差別對(duì)所接受的表面聲波240造成了一個(gè)質(zhì)量負(fù)荷頻率差別Δf_ML(從一基本頻率值f_o'）。當(dāng)輸出負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（EN-1'dv1t）和輸出入正電極耗盡區(qū)厚度（EP-1'dv1t）隨著反向DC偏壓值的增加而增加，由于輸出正電極負(fù)荷質(zhì)量的減少和輸入負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量的減少，表面聲波240的速度和頻率將會(huì)增加。當(dāng)反向DC偏壓值減少或通過反轉(zhuǎn)V_DC1極性到正向偏壓時(shí)，厚度（EN-1'dv1t，EP-1'dv1t）減少，由于輸出正電極負(fù)荷質(zhì)量的增加和輸出負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量的增加，表面聲波的速度和頻率將會(huì)降低。

因?yàn)榕c輸出電極手指有關(guān)的負(fù)荷質(zhì)量組成部分：輸出電極手指（250P-1，250N-1）和輸出電極摻雜中性區(qū)（EP-1'v1,EN-1'v1）全部為抬高型，所以在具有同一質(zhì)量時(shí)，質(zhì)量負(fù)荷對(duì)質(zhì)量負(fù)荷頻率差別Δf_ML的作用會(huì)大于當(dāng)電極摻雜區(qū)在壓電層中埋置（如圖2C-2I所顯示)時(shí)的作用。用抬高型的輸出正電極摻雜中性區(qū)（EP-1'v1）和抬高型的輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)（EN-1'v1），輸出DC偏壓對(duì)所接收的表面聲波的頻率的調(diào)諧將比當(dāng)電極摻雜區(qū)在壓電層之內(nèi)埋置時(shí)更靈敏。

應(yīng)該指出的是，在這個(gè)具有抬高型電極摻雜區(qū)的結(jié)構(gòu)中，由MR的變化所導(dǎo)致的金屬化比率頻率差別Δf_MR相對(duì)于質(zhì)量負(fù)荷頻率差別Δf_ML較小，并且Δf_MR也小于具有嵌入型電極摻雜區(qū)的結(jié)構(gòu)。

抬高型輸出正電極摻雜區(qū)和抬高型輸出負(fù)電極摻雜區(qū)的材料從具有大能隙的壓電半導(dǎo)體中選擇，因此在第一輸出直流電壓V_DC1'偏壓下，不必要的漏電流可以保持較小。表面聲波頻率等于：f_1'=v_1'/2x(250NS-1w)=v_1'/2b',這里v_1'是在IDT2 250中電極之下的壓電層在偏壓V_DC1下的表面聲波速度。

在用作SAW過濾器、SAW振蕩器、開關(guān)或者雙工機(jī)中的可調(diào)諧和可調(diào)整的IDTs應(yīng)優(yōu)選設(shè)計(jì)輸入IDTs和輸出IDTs方式，以便在DC偏壓V_DC和V_DC’（V_DC=V_DC’=V_dc）下，兩種換能裝置所激發(fā)和探測(cè)的表面聲波的頻率相等。所以，輸入正電極手指、輸入負(fù)電極手指、抬高型輸入正電極摻雜區(qū)、抬高型輸入負(fù)電極摻雜區(qū)以及毗鄰輸入負(fù)電極摻雜區(qū)和輸入正電極摻雜區(qū)之間中心對(duì)中心的距離的大小應(yīng)優(yōu)選和輸出叉指換能器IDT2中相對(duì)應(yīng)的元素的大小相同。也應(yīng)優(yōu)選抬高型輸入正電極摻雜區(qū)摻雜濃度與分布和抬高型輸出正電極摻雜區(qū)的摻雜濃度與分布相同，而優(yōu)選抬高型輸入負(fù)電極摻雜區(qū)摻雜的濃度與分布和抬高型輸出負(fù)電極摻雜區(qū)的摻雜濃度與分布相同，因此頻率的調(diào)諧和調(diào)整可以同步。

DC偏壓對(duì)具有抬高型電極摻雜區(qū)的SAW傳感器的頻率調(diào)諧作用與對(duì)嵌入型摻雜區(qū)傳感器的作用相似，并且會(huì)用提供在圖5E和圖5F的IDTs來描述。為簡(jiǎn)便起見，p+重?fù)诫s層DP⁺和DP^+'和n⁺重?fù)诫s層DN⁺和DN^+'沒有在圖5E和5F中顯示。

圖5E顯示了圖5A中的IDT1，并加有第二輸入DC偏壓V_DC2。這里，V_DC2的極性和V_DC1一樣，但數(shù)值更大。所加的V_DC2形成一個(gè)有著比（EN-1dv1t）更大的厚度（EN-1dv2t）的新的輸入負(fù)電極耗盡區(qū)（EN-1dv2），和一個(gè)有著比（EP-1dv1t）更大的厚度（EP-1dv2t）的新的輸入正電極耗盡區(qū)（EP-1dv2）。這將導(dǎo)致一個(gè)有著比（EP-1v1t）更小的厚度（EP-1v2t）的新輸入正電極摻雜中性區(qū)（EP-1v2）和一個(gè)有著比（EN-1v1t）更小的厚度（EN-1v2t）的新輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)（EN-1v2）。因此，所加的V_DC2調(diào)控并且改變了輸入正電極負(fù)荷質(zhì)量：質(zhì)量（EP-1v2）和電極手指質(zhì)量（220P-1）的總和。V_DC2也調(diào)控并且同時(shí)控制輸入負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量：質(zhì)量（EN-1v2）和電極手指質(zhì)量（220N-1）的總和。（EN-1v2和220N-1）的質(zhì)量總和從（EN-1v1和220N-1）的質(zhì)量總和的減少量導(dǎo)致一個(gè)從基本頻率值f_o的頻率增量ΔfML。因?yàn)椋‥N-1v2和220N-1）的質(zhì)量總和小于圖5C中在第一輸入DC偏壓V_DC1下的（EN-1v1和220N-1）的質(zhì)量總和，V_DC2產(chǎn)生一個(gè)新的頻率f_2，其高于在V_DC1下IDT1所激發(fā)的頻率f₁，因此f₂>f_1>f_o。

圖5F顯示了圖5B中的IDT2并加有第二輸出DC偏壓V_DC2'。這里，V_DC2'的極性和V_DC1'一樣，但數(shù)值更大。所加的V_DC2'形成一個(gè)有著比在圖5D中的（EN-1'dv1t）更大的厚度（EN-1'dv2t）的新的輸出負(fù)電極耗盡區(qū)（EN-1'dv2），和一個(gè)有著比（EP-1'dv1t）更大的厚度（EP-1'dv2t）的新的輸出正電極耗盡區(qū)（EP-1'dv2）。這導(dǎo)致一個(gè)有著比圖5D中的（EP-1'v1t）更小的厚度（EP-1'v2t）的新的輸出正電極摻雜中性區(qū)（EP-1'v2），和一個(gè)有著比（EN-1'v1t）更小的厚度（EN-1'v2t）的新的輸出負(fù)電極摻雜中性區(qū)（EN-1'v2）。因此，所加的V_DC2'調(diào)控并且改變了輸出正電極負(fù)荷質(zhì)量：質(zhì)量（EP-1'v2）和電極手指質(zhì)量（250P-1）的總和。V_DC2'也調(diào)控并且同時(shí)控制了輸出負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量：質(zhì)量（EN-1'v2）和電極手指質(zhì)量（250N-1）的總和。（EN-1'v2和250N-1）的質(zhì)量總和從（EN-1'v1圖5B）和（250N-1）的質(zhì)量總和的減少量導(dǎo)致一個(gè)從基本頻率值f_o'的頻率增量Δf_ML。因?yàn)椋‥N-1'v2和250N-1）的質(zhì)量總和小于在圖5D中在第一輸出DC偏壓V_DC1'下的（EN-1'v1和250N-1）的質(zhì)量總和，V_DC2'產(chǎn)生一個(gè)新的頻率f_2'，其高于在VDC1'下IDT2所接收的頻率f_1'，因此f_2'>f_1'>f_o'。

提供在圖5A-5F中的具有抬高型電極摻雜區(qū)的可調(diào)諧的SAW變換裝置性能可以通過使用圖6A-6C 中所顯示的結(jié)構(gòu)來進(jìn)一步改進(jìn)。

圖6A是IDT1 220的一個(gè)概要橫截圖，與顯示于圖5E 中的IDT1相似，顯示了在抬高型輸入正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)（EP-1v2，EN-1v2）上的二個(gè)毗鄰輸入電極手指（220N-1，220P-1）。根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)具有底部電極層厚度210BMt的底部電極層210BM夾在支持基體210S和第一壓電層210之間。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)是在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，輸入第一摻雜類型可能是p型或n型，而輸入第二摻雜類型也可能是p型或n型，輸入第二摻雜類型優(yōu)選和輸入第一摻雜類型相同。輸入正電極手指（220P-1）與抬高型輸入正電極摻雜中性區(qū)（EP-1v2）有電阻性接觸，輸入負(fù)電極手指的（220N-1）與抬高型輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)（EN-1v2）有電阻性接觸。在圖6A中，（220P-1）和（220N-1）通過輸入正阻攔感應(yīng)器（LP-1）和輸入負(fù)阻攔感應(yīng)器（LN-1）一起連接到輸入DC偏壓源V_DC2的負(fù)極，而底部電極層210B4M則被連接到輸入DC偏壓源V_DC2的正極。雖然圖6A中的IDT1的抬高型正和負(fù)電極摻雜區(qū)的摻雜類型和偏壓的極性與在SAW過濾器（200a，圖2A）中的IDT1的不同，為了方便，在圖6A中元素的標(biāo)記和SAW過濾器（200a，圖2A）中的一樣。

在圖6A中，V_DC2的值被調(diào)控，并且其極性被調(diào)整來達(dá)到控制和調(diào)節(jié)抬高型輸入正和負(fù)電極耗盡區(qū)的厚度（EN-1dv2t和EP-1dv2t）和輸入正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)的厚度（EP-1v2t和EN-1v2t）。這反過來又調(diào)控并且改變輸入正電極負(fù)荷質(zhì)量（質(zhì)量（EP-1v2）和質(zhì)量（220P-1）的總和）和輸入負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量（質(zhì)量（EN-1v2）和質(zhì)量（220N-1）的總和）來影響所激發(fā)的表面聲波240的質(zhì)量負(fù)荷頻率差別Δf_ML（從零輸入偏壓時(shí)的基本頻率值f_o)。當(dāng)輸入負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（EN-1dv2t）和輸入正電極耗盡區(qū)厚度（EP-1dv2t）隨著反向DC偏壓V_DC2的增加而增加時(shí)，所激發(fā)的表面聲波的頻率，將由于輸入正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度的減少所導(dǎo)致的輸入正電極負(fù)荷質(zhì)量和輸入負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量的減少而增加。當(dāng)輸入負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（EN-1dv2t）和輸入正電極耗盡區(qū)厚度（EP1dv2t）隨著反向DC偏壓V_DC2的數(shù)值的減少或通過扭轉(zhuǎn)V_DC2極性到正向偏壓而減少時(shí)，輸入正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度（EP-1v2t和EN-1v2t）的增加導(dǎo)致輸入正和負(fù)電極的負(fù)荷質(zhì)量增加，所激發(fā)的表面聲波的頻率將會(huì)降低。具有抬高型電極摻雜區(qū)的IDT1中，輸入DC偏壓的減少或增加所導(dǎo)致的金屬化比率MR頻率差別Δf_MR是微不足道的。

因?yàn)樘Ц咝洼斎胝拓?fù)摻雜區(qū)的材料被選擇為具有相當(dāng)大能隙的壓電半導(dǎo)體，DC偏壓下的不必要的漏電流可以保持很小。底部電極層210BM的材料可以從一組金屬和摻雜半導(dǎo)體中挑選并優(yōu)選摻雜壓電半導(dǎo)體，包括：Ti、Al、W、Pt、Mo、Cr、Pd、Ta、Cu、Au、Ni、Ag、Ru、Ir、AlN、GaN、AlGaN、ZnO、GaAs、AlAs、AlGaAs和它們的組合。

圖6B是IDT2 250的一個(gè)概要橫截圖，與顯示于圖5F中的IDT2相似，顯示了抬高型輸出正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)（EP-1'v2，EN-1'v2）和二個(gè)毗鄰的輸出電極手指（250N-1，250P-1）。根據(jù)本發(fā)明，具有一底部電極層厚度210BMt的底部電極層210BM夾在支持基體210S和第一壓電層210之間。應(yīng)該指出的是，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，輸出第一摻雜類型可能是p型或n型，而輸出第二摻雜類型也可能是p型或n型，輸出第二摻雜類型優(yōu)選和輸出第一摻雜類型相同。輸出正電極手指（250P-1）與抬高型輸出正電極摻雜中性區(qū)（EP-1'v2）有電阻性接觸，輸入負(fù)電極手指的（250N-1）與抬高型輸入負(fù)電極摻雜中性區(qū)（EN-1'v2）有電阻性接觸。在圖6B中，手指（250P-1）和（250N-1）通過輸出正阻攔感應(yīng)器（LP-1’）和輸入負(fù)阻攔感應(yīng)器（LN-1’）一起連接到輸出DC偏壓源V_DC2’的負(fù)極，而底部電極層210BM則連接到輸出DC偏壓源V_DC2’的正極。雖然，在圖6B中，IDT2的抬高型正和負(fù)電極摻雜區(qū)的摻雜類型和偏壓的極性與在SAW過濾器（200a，圖2A）中IDT2的不同，為了方便，圖6B中的元素的標(biāo)記和SAW過濾器（200a，圖2A）中的一樣。

V_DC2’的值被調(diào)控，并且其極性被調(diào)整來達(dá)到控制和調(diào)節(jié)抬高型輸出正和負(fù)電極耗盡區(qū)的厚度（EP-1'dv2t，EN-1’dv2t）和輸出正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)的厚度（EP-1’v2t，EN-1'v2t），這反過來又調(diào)控并且改變了輸出正電極負(fù)荷質(zhì)量（質(zhì)量（EP-1’v2）和質(zhì)量（250P-1）的總和）和輸出負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量（質(zhì)量（EN-1’v2）和質(zhì)量（250N-1）的總和）。該減少的負(fù)荷質(zhì)量會(huì)對(duì)所接收的表面聲波240產(chǎn)生一個(gè)的質(zhì)量負(fù)荷頻率差別Δf_ML（從零輸入偏壓時(shí)的基本頻率值f_o)。當(dāng)輸出負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（EN-1’dv2t）和輸出正電極耗盡區(qū)厚度（EP-1’dv2t）隨著反向DC偏壓V_DC2’的增加而增加時(shí)，所接收的表面聲波的頻率，將由于輸出正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度的減少所導(dǎo)致的輸出正電極負(fù)荷質(zhì)量和輸出負(fù)電極負(fù)荷質(zhì)量的減少而增加。當(dāng)輸出負(fù)電極耗盡區(qū)厚度（EN-1’dv2t）和輸出正電極耗盡區(qū)厚度（EP-1’dv2t）隨著反向DC偏壓V_DC2’數(shù)值的減少或通過扭轉(zhuǎn)V_DC2’極性到正向偏壓而減少時(shí)，輸出正和負(fù)電極摻雜中性區(qū)厚度（EP-1'v2t, EN-1'v2t）的增加會(huì)導(dǎo)致輸出正和負(fù)電極的負(fù)荷質(zhì)量增加，所接收的表面聲波的頻率將會(huì)降低。具有抬高型電極摻雜區(qū)的IDT2，由于輸出DC偏壓的減少或增加所導(dǎo)致的金屬化比率MR頻率差別Δf_MR是微不足道的。

SAW器件的溫度穩(wěn)定性由溫度系數(shù)頻率（TCF）來描述，即，一個(gè)特定頻率f對(duì)溫度T的微小變化：

TCF=(1/f)(δf/δT)=TCV-TCE

這里，TCV是速度溫度系數(shù)：TCV=（1/v）（δv/δT）和v是表面聲波速度。TCE是溫度彈性系數(shù)，被定義為在SAW傳播方向的基體熱膨脹系數(shù)。

幾種壓電材料例如LiNbO₃和LiTaO₃有負(fù)TCF值，當(dāng)溫度增加時(shí)它們會(huì)變軟，因此制造出的可調(diào)諧SAW變換裝置、過濾器、振蕩器或雙工機(jī)的頻率能隨溫度的變化而變動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明，在操作期間，為了維護(hù)頻率的穩(wěn)定應(yīng)該采取某些溫度補(bǔ)償手段。一個(gè)可能的方法是在叉指換能器上沉積溫度補(bǔ)償層（可能是非晶SiO₂層）。另一個(gè)方法是在一個(gè)傳統(tǒng)LiNbO₃和LiTaO₃基體上沉積反射器（圖中沒顯示）。在溫度補(bǔ)償材料例如非晶SiO₂中，機(jī)械剛度會(huì)隨著溫度T的增加而增加，造成正的TCE和TCV，因此減少SAW變換裝置的原始負(fù)TCF的大小。要達(dá)到最佳結(jié)果，溫度補(bǔ)償層的厚度和沉積條件應(yīng)該受到控制。對(duì)于具有正的固有TCF值的壓電材料，應(yīng)使用除SiO₂ 之外的溫度補(bǔ)償層。

因此，根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施例，如圖6C所示，一個(gè)用作SAW過濾器、SAW振蕩器、開關(guān)和雙工機(jī)的輸入SAW變換裝置220，有抬高型正電極摻雜區(qū)和抬高型負(fù)電極摻雜區(qū)，進(jìn)一步有一溫度補(bǔ)償層280，具有溫度補(bǔ)償層厚度280t，沉積在輸入叉指換能器和輸出叉指換能器上來減少由于溫度變動(dòng)或變異所導(dǎo)致的頻率變化。

圖7A給出DC偏壓變化對(duì)當(dāng)前可調(diào)諧的IDTs的電和聲特征的作用。它概要地顯示了根據(jù)本發(fā)明的輸入叉指換能器（IDT1）或輸出叉指換能器（IDT2）在一個(gè)可調(diào)諧的SAW過濾器（200a圖2A）、一臺(tái)可調(diào)諧的振蕩器或者任何其他可調(diào)諧的SAW設(shè)備中的阻抗的變化。該IDT可能具有如圖2C-2I和圖4A-4C所顯示的嵌入型電極摻雜區(qū)，或如圖5A-5F和圖6A-6C所示的抬高型電極摻雜區(qū)。如上所述，當(dāng)DC偏壓V_DC在大小上并且/或者在極性上變化時(shí)，兩種效應(yīng)將會(huì)發(fā)生。第一種是由于電極耗盡區(qū)寬度的變化所引起的金屬化比率效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致MR頻率差別Δf_MR。當(dāng)MR增加時(shí)Δf_MR為正值，當(dāng)MR減少時(shí)它是負(fù)的。這個(gè)MR的作用相對(duì)較小，特別是在具有抬高型電極摻雜區(qū)的IDTs中。第二種是與正電極手指和負(fù)電極手指相關(guān)的質(zhì)量負(fù)荷效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致一個(gè)質(zhì)量負(fù)荷頻率差別Δf_ML。ML減少時(shí)Δf_ML為正值，ML增加時(shí)它是負(fù)的。與MR效應(yīng)（少于5%）相比，ML的作用更加突出，并且經(jīng)常可以達(dá)到20%或超過30%。

Δf_ML和Δf_MR的總和得出一個(gè)合并總頻率變化Δf_T。一個(gè)輸入叉指換能器的阻抗決定了所激發(fā)的表面聲波的頻率f，而輸出叉指換能器的阻抗則決定了所探測(cè)或接收的表面聲波的頻率。根據(jù)本發(fā)明，由上述的效應(yīng)因而產(chǎn)生了其表面聲波頻率具有可調(diào)諧或可調(diào)整性的SAW輸入或輸出IDTs。

在DC偏壓V_DC1下，IDT的阻抗變化在圖7A中由曲線1代表。該表面聲波濾波器有諧振頻率f_r1、反諧振頻率f_a1和介于f_a1和f_r1之間的中央傳輸頻率f_o1。在DC偏壓V_DC2下，阻抗的變化由曲線2代表，被建造的表面聲波過濾器（或振蕩器）有諧振頻率f_r2、反諧振頻率f_a2和介于f_a2和f_r2之間的中央傳輸頻率f_o2。在DC偏壓V_DC3的作用下，阻抗的變化由曲線3代表，該SAW過濾器有諧振頻率f_r3、反諧振頻率f_a3和介于f_a3和f_r3之間的中央傳輸頻率f_o3。所以，根據(jù)本發(fā)明，其傳輸（或產(chǎn)生）的中心頻率可由DC偏壓V_DC的極性和大小來調(diào)整和控制的SAW諧振器、振蕩器或者過濾器，可以使用具有嵌入型或抬高型的電極摻雜區(qū)的半導(dǎo)體壓電層來實(shí)行。

根據(jù)本發(fā)明的具有可調(diào)諧IDTs的可調(diào)諧SAW過濾器的傳輸特征顯示在圖7B中。它顯示了根據(jù)本發(fā)明，使用圖2A或2B中的具有嵌入型電極摻雜區(qū)或抬高型電極摻雜區(qū)的可調(diào)諧的輸入叉指換能器（IDT1）和可調(diào)諧輸出叉指換能器（IDT2）建成的可調(diào)諧SAW過濾器的傳輸特征的轉(zhuǎn)移和變動(dòng)。當(dāng)DC偏壓V_DC在數(shù)值上并且/或者在極性上變化時(shí)，產(chǎn)生金屬化比率效應(yīng)和質(zhì)量負(fù)荷效應(yīng)。在DC偏壓V_DC1下，表面聲波傳輸?shù)淖兓蓤D7B中的曲線1給出，有傳輸中央頻率f_o1和帶寬BW1。 當(dāng)DC偏壓被變到更大反向偏壓V_DC2時(shí)，SAW傳輸?shù)淖兓汕€2給出，有傳輸中心頻率f_o2和帶寬BW2。因此，用本發(fā)明提供的IDTs構(gòu)成的表面聲波過濾或振蕩器會(huì)具有用DC偏壓來達(dá)成的可調(diào)諧和可調(diào)整的傳輸頻率。

根據(jù)本發(fā)明，圖8顯示了一臺(tái)具有可調(diào)諧和可調(diào)整表面聲波（SAW）頻率的輸入反射器290I的一張概要頂視圖。它包括第一壓電層210在一支持基體210S上；一輸入正電極墊290PM和一輸入負(fù)電極墊290NM可以有利地被構(gòu)建在第一壓電層210上；多個(gè)輸入正電極摻雜區(qū)（DPR-1、DPR-2， DPR-3）是包含某些摻雜物的摻雜壓電半導(dǎo)體；多個(gè)金屬輸入正電極手指（290P-1、290P-2，290P-3），每一個(gè)都在一個(gè)輸入正電極摻雜區(qū)之上；多個(gè)輸入負(fù)電極摻雜區(qū)（DNR-1、DNR-2，DNR-3）是包含某些摻雜物的摻雜壓電半導(dǎo)體；多個(gè)金屬輸入負(fù)電極手指（290N-1、290N-2，290N-3），每一個(gè)都在一個(gè)輸入負(fù)電極摻雜區(qū)上。在圖8A中，輸入正電極摻雜區(qū)和輸入負(fù)電極摻雜區(qū)可以是嵌入型或抬高型。

通過加DC偏壓V_DCR和調(diào)整控制V_DCR的大小來控制與正負(fù)電極相關(guān)的金屬化比率和質(zhì)量負(fù)荷，所反射的表面聲波的頻率可以控制到與輸入叉指換能器IDT1 220所激發(fā)的表面聲波240的頻率相同，并且/或者也可以控制到與SAW過濾器（200a在圖2A和200b在圖2B）中叉指換能器IDT2 250的接受頻率相同。由于上述調(diào)諧，當(dāng)該反射器被放置在輸入叉指換能器IDT1 220的旁邊時(shí)，多數(shù)SAW波（240）會(huì)被反射器作為反射波（240R）反射，不必要的SAW波的能量損失被減少。一個(gè)具有可調(diào)諧和可調(diào)整頻率的SAW輸出反射器也可以建在叉指換能器IDT2的旁邊，它可以具有與SAW輸入反射器290I相同的結(jié)構(gòu)，使所接收的表面聲波的能量損失減到最小。當(dāng)放在輸出叉指換能器IDT2 250旁邊時(shí)，將被接收的SAW波中，不必要的能量損失將被減少。