一种横向模态抑制电声换能器的制作方法

1.本发明涉及声表面波谐振器技术领域，特别涉及一种横向模态抑制电声换能器。

背景技术：

2.基于声表面波滤波器具有插损低、宽带宽、体积小、低成本、可批量化生产等优点，被广泛应用于移动通讯设备中；随着通信协议的发展，频带数目的增加，对滤波器通带内电性能和通带外抑制的要求越来越高。鉴于电声换能器是saw器件的主要组成部分，经过优化设计的电声换能器对于获得高性能的saw器件来说尤为重要。
3.在声表面波谐振器中，主模式下的声波在电极指的宽度方向上传播，并且声波还在电极指的长度方向上传播。声波在电极指的长度方向上传播使得频率特性出现不必要的横模(lateral-mode)杂散(spurious)，这些横模产生的杂散响应引起通带内波动，同时还会增加saw器件的能量损耗，降低器件q值，影响滤波器性能。因此，针对这种杂散模态的影响，目前常见优化结构是在电极两端设置锤头结构，即在孔径两端设置加厚（piston结构）或加粗（hammerhead结构）的边缘区域，该结构通过改变idt波导结构，降低锤头区域的传播速度，使能量最大限度地集中在idt波导内，但是锤头结构对器件横向模态的抑制是有限的，因此本发明研制了一种横向模态抑制电声换能器，来提高对声表面滤波器横向模态的抑制，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

4.本发明目的是：提供一种横向模态抑制电声换能器，以解决现有技术的声表面波谐振器中横向杂散模态受抑制效果有限的问题。
5.本发明的技术方案是：一种横向模态抑制电声换能器，包括：压电基板；叉指换能器，包括一对汇流条，以及呈交替间隔设置的两组idt指条；所述idt指条分布的区域包括工作区域及缝隙区域，所述缝隙区域处于工作区域与汇流条之间；间断式金属条，不连续的分布于所述缝隙区域内，每个所述缝隙区域内设置至少一组间断式金属条，并分别与对应的所述idt指条连接，电极性通过相连接的idt指条流入；温度补偿层，涂覆于所述叉指换能器及所述间断式金属条上。
6.优选的，处于同侧所述缝隙区域内的间断式金属条沿垂直于idt指条方向呈对齐排列，相邻所述间断式金属条之间形成间隙，且满足：h＜（1.5-0.5*mp）*p，0.4＜mp＜0.65，其中，h为相邻所述间断式金属条之间的间隙，mp为所述idt指条的金属化率，p为所述idt指条的周期。
7.优选的，处于同侧所述缝隙区域内的间断式金属条呈错开平行排列，相邻所述间
断式金属条在垂直于idt指条方向上的投影端部对齐、重合或断开。
8.优选的，处于同侧所述缝隙区域内的间断式金属条沿倾斜方向平行排列，两端部与idt指条方向平行，相邻所述间断式金属条在垂直于idt指条方向上的投影端部对齐、重合或断开。
9.优选的，处于同侧所述缝隙区域内的间断式金属条与汇流条之间设置至少一个假指电极。
10.优选的，处于同侧所述缝隙区域内的idt指条侧边分别设置有至少一个假指电极，所述假指电极端部连接有金属部；处于所述假指电极上的金属部与处于所述idt指条上的间断式金属条呈不连续分布。
11.优选的，呈不连续分布的所述间断式金属条沿idt指条方向的宽度dms=0.25p～1.0p；所述间断式金属条与另一组idt指条端部之间的距离为d2=0.15p～1.0p；其中，p为所述idt指条的周期。
12.优选的，两组所述idt指条交替间隔分布的区域为工作区域，非交替间隔分布的区域为缝隙区域；所述idt指条对应于工作区域的两端分别设置有抑制结构，所述抑制结构结合呈不连续分布的间断式金属条，共同起到调节各部分声速用于抑制横向模态的作用；所述抑制结构包括hammerhead结构和/或piston结构。
13.优选的，所述温度补偿层选用具有正频率温度系数的材料，采用二氧化硅、二氧化碲、氟氧化硅中任意一种或多种的组合。
14.与现有技术相比，本发明的优点是：（1）本发明在idt层引入间断式金属条结构，间断式金属条结构的引入改变了idt层的波导结构，在不增加工艺难度的条件下，既优化了带内杂散，同时保持了谐振器的其它性能不受影响，可以显著提高器件的整体性能。
15.（2）基于仿真分析，间断式金属条的增设，不仅能够有效抑制带内杂散，同时也不会恶化带外模态；对于呈错开设置的间断式金属条而言，还能增加一定的带宽。
附图说明
16.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：图1为本发明实施例1所述的一种横向模态抑制电声换能器的结构示意图；图2为本发明实施例1所述叉指换能器的结构示意图；图3为本发明实施例1所述的一种横向模态抑制电声换能器与传统谐振器的导纳曲线绝对值的对比仿真结果图；图4为本发明实施例1所述的一种横向模态抑制电声换能器与传统谐振器的导纳曲线实部的对比仿真结果图；图5为本发明实施例1所述的一种横向模态抑制电声换能器与传统谐振器的导纳曲线虚部的对比仿真结果图；图6为本发明实施例2所述的一种横向模态抑制电声换能器的结构示意图；图7为本发明实施例2所述叉指换能器的结构示意图；图8为本发明实施例2所述的一种横向模态抑制电声换能器与传统谐振器的导纳
曲线绝对值的对比仿真结果图；图9为本发明实施例2所述的一种横向模态抑制电声换能器与传统谐振器的导纳曲线实部的对比仿真结果图；图10为本发明实施例2所述的一种横向模态抑制电声换能器与传统谐振器的导纳曲线虚部的对比仿真结果图；图11为本发明实施例3所述的一种横向模态抑制电声换能器的结构示意图；图12为本发明实施例3所述的一种横向模态抑制电声换能器与传统谐振器的导纳曲线绝对值的对比仿真结果图；图13为本发明实施例3所述的一种横向模态抑制电声换能器与传统谐振器的导纳曲线实部的对比仿真结果图；图14为本发明实施例3所述的一种横向模态抑制电声换能器与传统谐振器的导纳曲线虚部的对比仿真结果图；图15为本发明实施例4所述的一种横向模态抑制电声换能器的结构示意图；图16为本发明实施例5所述的一种横向模态抑制电声换能器的结构示意图；图17为本发明实施例6所述的一种横向模态抑制电声换能器的结构示意图；图18为本发明实施例7所述的一种横向模态抑制电声换能器的结构示意图；图19为本发明实施例8所述的一种横向模态抑制电声换能器的结构示意图；图20为本发明实施例9所述的一种横向模态抑制电声换能器的结构示意图。
17.其中：1、压电基板；2、叉指换能器，21、汇流条，22、idt指条，23、hammerhead结构，24、piston结构，25、假指电极，26、金属部；3、间断式金属条；4、温度补偿层。
具体实施方式
18.下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：【实施例1】如图1所示，一种横向模态抑制电声换能器，包括压电基板1、叉指换能器2、间断式金属条3及温度补偿层4；本发明用于配置生成声表面波，并基于传统结构增设的间断式金属条3，用于抑制声表面波在idt指条22长度方向上传播而出现的不必要的横模杂散。
19.压电基板1作为衬底结构，其材料可采用石英、氮化铝、ln(铌酸锂，linbo3)、lt(钽酸锂，litao3)等等，声波在压电基板1的表面或界面处传播。
20.基于saw(surface acoustic wave)器件易受温度变化的影响，因此可通过涂覆一层具有正频率温度系数的温度补偿材料进行改善；该温度补偿层4涂覆于叉指换能器2及间断式金属条3上，可采用二氧化硅、二氧化碲、氟氧化硅中任意一种或多种的组合。
21.叉指换能器2（idt）沉积于压电基板1上，是构成声表面波最基本的单元，包括相对间隔设置的一对汇流条21，以及呈交替间隔设置的两组idt指条22；两组idt指条22分别由一侧汇流条21向另一侧汇流条21方向延伸，idt指条22分布的区域包括工作区域及缝隙区
域，其中，两组idt指条22交替间隔分布的区域为工作区域，非交替间隔分布的区域为缝隙区域，其中缝隙区域处于工作区域与汇流条21之间。
22.间断式金属条3不连续的分布于缝隙区域内，每个缝隙区域内设置至少一组间断式金属条3，并分别与idt指条22连接，电极性通过相连接的idt指条22流入；通过增设间断式金属条3，一方面以电学方式改变谐振器的电场分布，从而使横向模态受到抑制；另一方面用来调整idt指条22和汇流条21之间的间隙结构拓扑分布，进而改变间隙区域的声速分布，从而抑制横向模态；本实施例中，处于同侧缝隙区域内设置有一组间断式金属条3，间断式金属条3沿垂直于idt指条22方向呈对齐排列，相邻间断式金属条3之间形成间隙。作为进一步的优化，idt指条22对应于工作区域的两端分别设置有抑制结构，即idt指条22加粗的hammerhead结构23，hammerhead结构23的金属化率不宜太大，避免相邻的idt指条22之间出现短路。
23.结合图2所示，设定idt指条22的周期为p，本实施例中的相关设计参数如下：设计参数参数值idt指条金属化率mp0.4～0.65idt指条宽度ap*mp工作区域内相邻idt指条之间的距离bp-p*mp汇流条宽度c2.5p
±
0.2phammerhead结构的长度wa1.0p～2.5phammerhead结构的宽度wb0.45p～0.80phammerhead结构的金属化率hdfwb/p=0.45～0.80间断式金属条宽度dms0.25p～1.0p间断式金属条与idt指条端部之间的距离d20.15p～1.0p相邻间断式金属条之间的间隙h0.5*（1-hdf）*p～（1.5-0.5*mp）*p本实施例中，在间断式金属条3宽度dms的合理范围内，不连续分布的间断式金属条3可以采用不一样宽度的拓扑分布；其与idt指条22端部之间的距离d2是抑制横向模态的关键参数之一。
24.结合图3-图5所示，通过抑制结构（hammerhead结构23）与呈不连续分布的间断式金属条3的结合，共同起到调节各部分声速用于抑制横向模态的作用。
25.如图3所示，参照导纳曲线绝对值，由于横向模式的激发，传统的不带间断式金属条3的谐振器的谐振点与反谐振点之间呈现出不光滑的毛刺，而通过增加间断式金属条3，导纳曲线变得光滑，证明能够有效抑制带内杂散，同时也不会恶化带外模态。
26.如图4所示，参照导纳曲线实部，改进的谐振器的导纳曲线中，干扰大大减少，以905mhz左右的频率为例，横向模态在该频率下的激发得以抑制15db以上。
27.如图5所示，参照导纳曲线虚部，与导纳曲线绝对值相似，以895mhz、905mhz左右的频率为例，由于横向模式的激发，传统的谐振器在导纳的虚部中具有尖刺，而带一组间断式金属条3的谐振器的谐振点和反谐振点之间的横向模态明显得到改善。
28.【实施例2】如图6所示，一种横向模态抑制电声换能器，包括压电基板1、沉积于压电基板1上的叉指换能器2及间断式金属条3，涂覆于叉指换能器2及间断式金属条3上的温度补偿层4。
29.本实施例与实施例1的不同点在于：如图7所示，处于同侧缝隙区域内的间断式金属条3呈错开平行排列，相邻间断式金属条3在垂直于idt指条22方向上的投影端部对齐（t2处）、重合（t3处）或断开（t1处）；其中：任一间断式金属条3与idt指条22端部之间的距离d2满足0.15p＜d2＜1.0p；间断式金属条3宽度dms满足0.25p＜dms＜1.0p；同侧缝隙区域对应的一组间断式金属条3宽度可相等，或采用不一样宽度的拓扑分布。
30.如图8-图10所示，结合传统谐振器与本发明谐振器对应的导纳曲线绝对值、实部、虚部的对比，相比于不带间断式金属条3的谐振器，带间断式且错开平行排列间断式金属条3的谐振器的谐振点和反谐振点之间的横向模态几乎得到完全抑制；同时对比实施例1，本实施例在有效抑制带内杂散的情况下，带外杂散也得到了进一步的抑制，并基于横向模态抑制的基础上，增加了带宽；因而，实施例2中横向模态的抑制效果略优于实施例1中的抑制效果。
31.【实施例3】如图11所示，一种横向模态抑制电声换能器，包括压电基板1、沉积于压电基板1上的叉指换能器2及间断式金属条3，涂覆于叉指换能器2及间断式金属条3上的温度补偿层4。
32.本实施例与实施例1的不同点在于：如图11所示，处于同侧缝隙区域内设置有两组间断式金属条3，每组间断式金属条3分别沿垂直于idt指条22方向呈对齐排列，相邻间断式金属条3之间形成间隙；其中，与同一idt指条22连接的任一间断式金属条3与另一组idt指条22端部之间的距离d2满足0.15p＜d2＜1.0p；间断式金属条3宽度dms满足0.25p＜dms＜1.0p，同侧缝隙区域对应的一组间断式金属条3宽度可相等，或采用不一样宽度的拓扑分布；至少有一组间断式金属条3之间的间隙满足0.5*（1-hdf）*p＜h＜（1.5-0.5*mp）*p。
33.如图12-图14所示，经仿真分析，相比于不带间断式金属条3的谐振器，带多组间断式金属条3的谐振器的谐振点和反谐振点之间的横向模态几乎得到完全抑制。
34.【实施例4】如图15所示，一种横向模态抑制电声换能器，包括压电基板1、沉积于压电基板1上的叉指换能器2及间断式金属条3，涂覆于叉指换能器2及间断式金属条3上的温度补偿层4。
35.本实施例与实施例1的不同点在于：关于间断式金属条3，如图15所示，处于同侧缝隙区域内的间断式金属条3沿倾斜方向平行排列，两端部与idt指条22方向平行，相邻间断式金属条3在垂直于idt指条22方向上的投影端部对齐、重合或断开；其中：任一间断式金属条3与另一组idt指条22端部之间距离d2满足0.15p＜d2＜1.0p。
36.【实施例5】如图16所示，一种横向模态抑制电声换能器，包括压电基板1、沉积于压电基板1上的叉指换能器2及间断式金属条3，涂覆于叉指换能器2及间断式金属条3上的温度补偿层4。
37.本实施例与实施例1的不同点在于：关于间断式金属条3及抑制结构，处于同侧缝隙区域内设置有一组间断式金属条3，间断式金属条3沿垂直于idt指条22方向呈对齐排列，
相邻间断式金属条3之间形成间隙。idt指条22对应于工作区域的两端分别设置有抑制结构，该抑制结构为加厚的piston结构24。
38.【实施例6】如图17所示，一种横向模态抑制电声换能器，包括压电基板1、沉积于压电基板1上的叉指换能器2及间断式金属条3，涂覆于叉指换能器2及间断式金属条3上的温度补偿层4。
39.本实施例与实施例2的不同点在于：关于间断式金属条3及抑制结构，处于同侧缝隙区域内的间断式金属条3呈错开平行排列，相邻间断式金属条3在垂直于idt指条22方向上的投影端部对齐、重合或断开。idt指条22对应于工作区域的两端分别设置有抑制结构，该抑制结构为加厚的piston结构24。
40.【实施例7】如图18所示，一种横向模态抑制电声换能器，包括压电基板1、沉积于压电基板1上的叉指换能器2及间断式金属条3，涂覆于叉指换能器2及间断式金属条3上的温度补偿层4。
41.本实施例与实施例1的不同点在于：处于同侧缝隙区域内设置有一组间断式金属条3，间断式金属条3沿垂直于idt指条22方向呈对齐排列，相邻间断式金属条3之间形成间隙。处于同侧缝隙区域内的间断式金属条3与汇流条21之间设置至少一个假指电极25，该假指电极25的设置方向与idt指条22长度方向平行。
42.【实施例8】如图19所示，一种横向模态抑制电声换能器，包括压电基板1、沉积于压电基板1上的叉指换能器2及间断式金属条3，涂覆于叉指换能器2及间断式金属条3上的温度补偿层4。
43.本实施例与实施例2的不同点在于：处于同侧缝隙区域内的间断式金属条3呈错开平行排列，相邻间断式金属条3在垂直于idt指条22方向上的投影端部对齐、重合或断开。处于同侧缝隙区域内的间断式金属条3与汇流条21之间设置至少一个假指电极25，该假指电极25的设置方向与idt指条22长度方向平行。
44.【实施例9】如图20所示，一种横向模态抑制电声换能器，包括压电基板1、沉积于压电基板1上的叉指换能器2及间断式金属条3，涂覆于叉指换能器2及间断式金属条3上的温度补偿层4。
45.本实施例与实施例1的不同点在于：处于同侧缝隙区域内的idt指条22侧边分别设置有至少一个假指电极25，假指电极25端部连接有金属部26；处于假指电极25上的金属部26与处于idt指条22上的间断式金属条3呈不连续分布。
46.上述实施例4～9属于在实施例1与实施例2的基础上的进一步优化，在实施例1与实施例2对横向模态具备足够抑制效果的情况下，实施例4～9的抑制效果也十分显著。
47.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

技术特征：

1.一种横向模态抑制电声换能器，其特征在于，包括：压电基板；叉指换能器，包括一对汇流条，以及呈交替间隔设置的两组idt指条；所述idt指条分布的区域包括工作区域及缝隙区域，所述缝隙区域处于工作区域与汇流条之间；间断式金属条，不连续的分布于所述缝隙区域内，每个所述缝隙区域内设置至少一组间断式金属条，并分别与对应的所述idt指条连接，电极性通过相连接的idt指条流入；温度补偿层，涂覆于所述叉指换能器及所述间断式金属条上。2.根据权利要求1所述的一种横向模态抑制电声换能器，其特征在于：处于同侧所述缝隙区域内的间断式金属条沿垂直于idt指条方向呈对齐排列，相邻所述间断式金属条之间形成间隙，且满足：h＜（1.5-0.5*mp）*p，0.4＜mp＜0.65，其中，h为相邻所述间断式金属条之间的间隙，mp为所述idt指条的金属化率，p为所述idt指条的周期。3.根据权利要求1所述的一种横向模态抑制电声换能器，其特征在于：处于同侧所述缝隙区域内的间断式金属条呈错开平行排列，相邻所述间断式金属条在垂直于idt指条方向上的投影端部对齐、重合或断开。4.根据权利要求1所述的一种横向模态抑制电声换能器，其特征在于：处于同侧所述缝隙区域内的间断式金属条沿倾斜方向平行排列，两端部与idt指条方向平行，相邻所述间断式金属条在垂直于idt指条方向上的投影端部对齐、重合或断开。5.根据权利要求1所述的一种横向模态抑制电声换能器，其特征在于：处于同侧所述缝隙区域内的间断式金属条与汇流条之间设置至少一个假指电极。6.根据权利要求1所述的一种横向模态抑制电声换能器，其特征在于：处于同侧所述缝隙区域内的idt指条侧边分别设置有至少一个假指电极，所述假指电极端部连接有金属部；处于所述假指电极上的金属部与处于所述idt指条上的间断式金属条呈不连续分布。7.根据权利要求2～6任一项所述的一种横向模态抑制电声换能器，其特征在于：呈不连续分布的所述间断式金属条沿idt指条方向的宽度dms=0.25p～1.0p；所述间断式金属条与另一组idt指条端部之间的距离为d2=0.15p～1.0p；其中，p为所述idt指条的周期。8.根据权利要求2～6任一项所述的一种横向模态抑制电声换能器，其特征在于：两组所述idt指条交替间隔分布的区域为工作区域，非交替间隔分布的区域为缝隙区域；所述idt指条对应于工作区域的两端分别设置有抑制结构，所述抑制结构结合呈不连续分布的间断式金属条，共同起到调节各部分声速用于抑制横向模态的作用；所述抑制结构包括hammerhead结构和/或piston结构。9.根据权利要求1所述的一种横向模态抑制电声换能器，其特征在于：所述温度补偿层选用具有正频率温度系数的材料，采用二氧化硅、二氧化碲、氟氧化硅中任意一种或多种的组合。

技术总结

本发明涉及一种横向模态抑制电声换能器，包括压电基板、叉指换能器、间断式金属条及温度补偿层；叉指换能器包括一对汇流条，以及呈交替间隔设置的两组IDT指条；IDT指条分布的区域包括工作区域及缝隙区域，缝隙区域处于工作区域与汇流条之间；间断式金属条不连续的分布于缝隙区域内，每个缝隙区域内设置至少一组间断式金属条，并分别与所述IDT指条连接，电极性通过相连接的对应IDT指条流入。本发明在IDT层引入间断式金属条结构，间断式金属条结构的引入改变了IDT层的波导结构，在不增加工艺难度的条件下，既优化了带内杂散，同时保持了谐振器的其它性能不受影响，可以显著提高器件的整体性能。体性能。体性能。