本發(fā)明的領(lǐng)域是具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的彈性表面聲波(saw)器件，該復(fù)合結(jié)構(gòu)并入了嵌入壓電材料的薄層中的電極。

背景技術(shù)：

1、彈性表面聲波器件或saw器件用于廣泛的應(yīng)用中，特別是用于電子器件中，其中它們形成濾波器、振蕩器、延遲線和變壓器的核心元件。

2、壓電材料在由于機(jī)械應(yīng)力而變形時產(chǎn)生電壓，并且在施加電壓時相反地變形。

3、因此，當(dāng)交變電信號被施加到與壓電層接觸的一個或更多個電極時，在該壓電材料處產(chǎn)生機(jī)械信號(即，振蕩或振動)：電信號被轉(zhuǎn)換成機(jī)械信號。

4、在壓電材料中傳播的機(jī)械信號表現(xiàn)出對電交變信號的頻率依賴性，該頻率依賴性是電極的特性、壓電材料的性質(zhì)以及諸如彈性波器件的形狀和構(gòu)成器件的其它結(jié)構(gòu)之類的其它因素的函數(shù)。

5、彈性波器件利用這種頻率依賴性以借助于表面聲波(saw)諧振器或saw換能器提供一種或更多種功能，這些諧振器或換能器越來越多地用于形成例如在電信應(yīng)用的rf信號的發(fā)送和接收中使用的所謂“saw濾波器”。

6、saw濾波器包括至少一個彈性表面聲波換能器，該彈性表面聲波換能器潛在地被由周期性布置的電極構(gòu)成的反射鏡包圍，并且滿足所謂的布拉格條件(bragg?condition)，通過將換能器發(fā)射的波朝向換能器同相反射而形成諧振器。濾波器可以有利地由這種諧振器的組合構(gòu)成，并且也可以以至少一個輸入換能器和至少一個輸出換能器為特征。其可以利用諧振器或換能器之間的電或彈性耦合。其時間響應(yīng)可以是有限的(在常規(guī)橫向濾波器的情況下)或無限的(在諧振器濾波器的情況下)。在所有情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將這些結(jié)構(gòu)不加區(qū)別地稱為saw濾波器。

7、換能器的幾何形狀和尺寸以及所用材料的類型和形狀決定了saw濾波器的特性，諸如耦合和反射因子、品質(zhì)因子q、帶寬、雜散響應(yīng)、比所用諧振更高階的諧振的抑制以及所用模式的溫度依賴性。

8、專利文獻(xiàn)wo?2021/053401公開了一種saw換能器，該saw換能器包括形成叉指梳狀的電極，并且具有嵌入壓電層中的特殊性，如圖1所示。

9、這些電極的聲阻抗低于壓電層的聲阻抗，從而通過以高于用于切割壓電層的基本模式的頻率的頻率在電極壁上反射，將切割模式的傳播基本上包含在電極體積內(nèi)，稱為“電極模式”。

10、然而，電極的叉指梳狀配置和借助于梳狀的兩個相鄰叉的相反極性的激勵使得電極模式能夠在壓電層中產(chǎn)生相干傳播剪切波，從而導(dǎo)致對于操作彈性波長λ的諧振現(xiàn)象。

11、換能器的操作彈性波長λ通過關(guān)系式fr＝v/λ與換能器的諧振頻率fr相關(guān)，其中v表示壓電層中的傳播速度。

12、專利文獻(xiàn)wo?2021/053401的saw換能器使得能夠使用比常規(guī)saw換能器中所采用的頻率更高的頻率，該常規(guī)saw換能器通?；谖挥趬弘妼颖砻嫔系谋∧る姌O，并且對于該常規(guī)saw換能器而言，彈性波具有從該層的本征模式得出的頻率。在本文檔的其余部分中，對常規(guī)saw器件或換能器的引用將是指基于位于壓電層表面上的薄膜電極的這種換能器。

13、這是因為電極模式的諧振頻率fr由電極體積中的彈性波的諧振限定，這發(fā)生在比常規(guī)器件中的壓電層的固有模式更高的頻率處。

14、然而，除了諧振頻率fr之外的特性對于實際應(yīng)用而言是重要的，特別是頻率響應(yīng)的純度，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員在選擇適于形成采用電極模式的saw換能器的襯底的材料時正在尋找優(yōu)化和/或替代方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的第一目的是提供彈性表面聲波器件，該彈性表面聲波器件能夠采用電極模式并表現(xiàn)出對于實際應(yīng)用而言可接受的性能，特別是具有從實際應(yīng)用的角度來看可接受的頻率響應(yīng)的頻譜純度，并且由襯底對用于切割壓電層的基本模式的衰減來調(diào)節(jié)。

2、本發(fā)明的第二個目的是提供一種用于選擇適用于saw器件的襯底的方法，該saw器件包括嵌入壓電層中的電極，并且被設(shè)計成通過這些電極特有的彈性模式的激勵來操作。

3、本發(fā)明的第三個目的是提供一種在saw器件的生產(chǎn)中集成了合適襯底的選擇的生產(chǎn)方法。

4、為此，本發(fā)明涉及一種彈性表面波器件，該彈性表面波器件包括壓電層、嵌入壓電層中的電極以及承載壓電層和電極的襯底，該襯底滿足以下兩個條件：

5、-壓電層中具有電極的彈性模式的衰減小于0.1db/λ；以及

6、-用于切割襯底的體積彈性模式與用于切割壓電層的基本彈性模式的速度之間的速度比小于具有等于1的值的預(yù)定速度比，

7、襯底選自砷化鎵和具有60gpa至180gpa之間的楊氏模量、0.15至0.35之間的泊松比以及2000kg/m3至6000kg/m3之間的密度的玻璃。

8、這種具有嵌入式電極的、旨在通過這些電極的固有彈性模式的激勵而操作的saw器件將令人滿意地操作，如果采用以這樣一種方式選擇的襯底的話：該襯底與壓電層和嵌入式電極組合，滿足關(guān)于以上定義的衰減和速度比的兩個條件，即，傳播電極模式比用于切割壓電層的基本模式占優(yōu)勢。

9、符合關(guān)于衰減或傳播損耗的條件確保了襯底能夠獲得彈性電極模式，即，彈性電極模式實際上可以被激勵并且在壓電層中適當(dāng)?shù)貍鞑ィ⑶矣糜谌缟纤龅陌ㄇ度雺弘妼又械碾姌O的saw器件中。

10、這種彈性電極模式的一個優(yōu)點是，對于不要求在當(dāng)前技術(shù)上可行的極限下的生產(chǎn)方法的器件，它允許獲得相對高的操作頻率(例如超過3ghz)，并且確保了其可靠性和穩(wěn)健性。

11、根據(jù)本發(fā)明的其它非限制性特征(單獨(dú)地或以任何技術(shù)上可行的組合)：

12、-用于切割壓電層的基本模式的衰減與彈性電極模式的衰減的比率大于10；

13、-電極完全穿過壓電層；

14、-襯底由具有60gpa至80gpa之間的楊氏模量、0.15至0.25之間的泊松比以及2100kg/m3至2400kg/m3之間的密度的玻璃形成；

15、-襯底由砷化鎵形成。

16、本發(fā)明擴(kuò)展到一種確定襯底與彈性表面波器件的匹配的方法，該彈性表面波器件包括壓電層、嵌入壓電層中的電極和所述襯底，該方法借助于計算機(jī)系統(tǒng)來實現(xiàn)，并且包括在以下情況下發(fā)出表示襯底與彈性表面波器件匹配的信號的步驟：

17、-壓電層中具有電極的彈性模式的衰減小于0.1db/λ；并且

18、-用于切割襯底的體積彈性模式與用于切割壓電層的基本彈性模式的速度之間的速度比小于具有等于1的值的預(yù)定速度比，

19、根據(jù)本發(fā)明的其它非限制性特征(單獨(dú)地或以任何技術(shù)上可行的組合)：

20、-該計算機(jī)系統(tǒng)包括計算機(jī)計算單元和計算機(jī)存儲器，該計算機(jī)存儲器在功能上與該計算機(jī)計算單元通信并且存儲數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫存儲與電極、壓電層和襯底的幾何形狀和性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)，該計算機(jī)計算單元實現(xiàn)以下步驟：

21、-從計算機(jī)存儲器數(shù)據(jù)庫檢索數(shù)據(jù)，包括與電極、壓電層和襯底的幾何形狀和性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)；

22、-基于檢索到的數(shù)據(jù)計算壓電層中彈性電極模式的衰減；

23、-將壓電層中彈性電極模式的衰減與0.1db/λ的預(yù)定義衰減值進(jìn)行比較；

24、-從檢索到的數(shù)據(jù)計算用于切割襯底的體積彈性模式與用于切割壓電層的基本彈性模式之間的速度比；

25、-將該速度比與預(yù)定速度比值進(jìn)行比較；

26、-在以下情況下發(fā)出表示襯底與彈性表面波器件的匹配的信號：

27、-壓電層中電極彈性模式的衰減小于預(yù)定義衰減值；并且

28、-該速度比小于預(yù)定速度比值。

29、根據(jù)本發(fā)明的其它非限制性特征，單獨(dú)地或以任何技術(shù)上可行的組合應(yīng)用于該器件以及該方法：

30、-速度比的預(yù)定值等于0.9；

31、-電極彈性模式的衰減attn由公式定義，其中對于產(chǎn)生彈性切割波的傳播模式的電極激勵，δ是每個電極的聲反射系數(shù)，函數(shù)log表示十進(jìn)制對數(shù)，使得log(e)～0.434，并且fh和fb是與彈性切割波的諧振相關(guān)聯(lián)的頻率，在fh和fb處彈性波器件的電納分別達(dá)到其最高點和最低點。

32、本發(fā)明還擴(kuò)展到一種用于生產(chǎn)具有嵌入壓電層中的電極的saw器件的方法，該方法包括所述確定方法。