專利名稱：一種適合高頻的高溫度穩(wěn)定性聲表面波濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶通濾波器領(lǐng)域，更具體地說是一種適合高頻的高溫度穩(wěn)定性聲表面波濾波器。
背景技術(shù)：
聲表面波是指聲波在彈性體表面的傳播，這個(gè)波被稱為彈性聲表面波。聲表面波 的傳播速度比電磁波的速度約小10萬倍。聲表面波濾波器普遍采用石英晶體、壓電陶瓷等 壓電材料，利用其壓電效應(yīng)和聲表面波傳播的物理特性而制成的一種濾波專用器件。所謂 壓電效應(yīng)，即是當(dāng)晶體受到機(jī)械作用時(shí)，將產(chǎn)生與壓力成正比的電場(chǎng)的現(xiàn)象。具有壓電效應(yīng) 的晶體，在受到電信號(hào)的作用時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生彈性形變而發(fā)出機(jī)械波(聲波)，即可把電信號(hào) 轉(zhuǎn)為聲信號(hào)。由于這種聲波只在晶體表面?zhèn)鞑?，故稱為聲表面波。聲表面波濾波器的英文縮寫為SAWF，聲表面波濾波器具有體積小，重量輕、性能可 靠、不需要復(fù)雜調(diào)整。在有線電視系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)鄰頻傳輸?shù)年P(guān)鍵器件。聲表面波濾波器的特 點(diǎn)是(1)頻率響應(yīng)平坦，不平坦度僅為士 0. 3-士 0. 5dB，群時(shí)延士 30-士 50ns。(2) SAWF矩 形系數(shù)好，帶外抑制可達(dá)40dB以上。(3)插入損耗雖高達(dá)25-30dB，但可以用放大器補(bǔ)償電 平損失。聲表面波濾波器包括聲表面波電視圖像中頻濾波器、電視伴音濾波器、電視頻道殘 留邊帶濾波器。廣泛應(yīng)用于電視機(jī)及錄像機(jī)中頻電路中，以取代LC中頻濾波器，使圖像、聲 音的質(zhì)量大大提高。近年來，通信的高速發(fā)展需要受到目前可用頻率資源不足的制約，使得實(shí)際通信 向更高頻率發(fā)展。作為移動(dòng)通信中常用的頻率控制元件聲表面波濾波器(SAW filter)，其 發(fā)展趨勢(shì)也必然是高頻濾波器。由于濾波器的工作頻率是聲波速度和叉指(IDT)周期的 商，因此提高濾波器的工作頻率的途徑通常有兩種。第一改進(jìn)工藝，減小叉指周期?，F(xiàn)有微 電子工藝盡管有大幅度提高，可是設(shè)備投入代價(jià)很高。第二 提高聲波的工作速度，高聲速 模式可以在不改變現(xiàn)有工藝的情況下，實(shí)現(xiàn)更高的工作頻率。發(fā)明專利專利號(hào)為02124359. X名稱為聲表面波濾波器，正是利用前者，改進(jìn)了工藝，使得溫度穩(wěn)定性更佳，然而其投入代 價(jià)很高，而且沒有實(shí)現(xiàn)高頻，沒有解決高聲速模式和高溫度穩(wěn)定性的矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服目前聲表面波濾波器中無法同時(shí)解決高聲速模式和高溫 度穩(wěn)定性的矛盾，提供一種既能夠?qū)崿F(xiàn)更高的工作頻率，又能具有高溫度穩(wěn)定性的聲表面 波濾波器。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種適合高頻的高溫度穩(wěn) 定性聲表面波濾波器，包括壓電基片、制作在壓電基片表面的輸入叉指換能器和輸出叉指 換能器，以及覆蓋在壓電基片、輸入叉指換能器和輸出叉指換能器上的波導(dǎo)層，其特征在 于，所述壓電基片材料為適合高頻、正溫度穩(wěn)定性的四硼酸鋰，波導(dǎo)層材料為與壓電基片溫 度互補(bǔ)的材料。
壓電基片材料為適合高頻、正溫度穩(wěn)定性的晶體材料四硼酸鋰，從而在加工工藝不變的情況下，實(shí)現(xiàn)更高的頻率。目前常用的36° -YXLiTaO3JP 64° -YX LiNbO3材料的 速度約4000m/s以上，但是和常用的128° -YX LiNbO3材料速度3980m/s相比較，提高并不 顯著。切向?yàn)?0,47. 3,90)的四硼酸鋰 LBO(LLSW longitudinal-leaky-surface wave), 作為一種高速聲波材料，可以達(dá)到6700m/s，比常用的36LT和64LN，其速度提高0. 6倍。因 此該高速模式是一種理想的適合高頻器件的工作模式。波導(dǎo)層材料為具有負(fù)溫度系數(shù)的材料，能夠和基片溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn) 高的溫度穩(wěn)定性。ZnO薄膜材料具有負(fù)溫度系數(shù)，與正溫度系數(shù)的石英基片相結(jié)合，可以得 到機(jī)電耦合系數(shù)為1. 1%，溫度系數(shù)(TCF)基本為0的聲表面波器件。通過調(diào)整ZnO材料厚 度，可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同基片材料的高溫度穩(wěn)定性的理論結(jié)果。當(dāng)ZnO厚度超過1. 34微米，聲 波不再是單一模式而是多個(gè)模式，即濾波器頻率響應(yīng)將出現(xiàn)多個(gè)通帶；單ZnO膜厚超過0.5 微米時(shí)，速度低于3500m/s，器件不再具有高速模式。因此，ZnO的膜厚低于0. 5微米，通常 選擇0. 05、. 5微米之間。輸入叉指換能器在利用壓電效應(yīng)，在壓電基片中激發(fā)聲波完成電聲轉(zhuǎn)換，激發(fā)聲 波傳播到輸出換能器。輸出叉指換能器利用逆壓電效，接收聲波，完成聲電轉(zhuǎn)換。本發(fā)明從 濾波器結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)，通過控制ZnO的厚度改善樂甫波濾波器的溫度穩(wěn)定性，利用LBO的 傳播速度高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高頻濾波器。作為優(yōu)選，所述壓電基片材料四硼酸鋰的切向是(0、47.3、90)。切向?yàn)?0、47. 3、 90)的四硼酸鋰 LB0(LLSW longitudinal-leaky-surface wave)，作為一種高速聲波材料， 可以達(dá)到6700m/s，比常用的36LT和64LN，其速度提高0. 6倍。因此該高速模式是一種理 想的適合高頻器件的工作模式。作為優(yōu)選，所述波導(dǎo)層材料為既有高壓電耦合系數(shù)又具有負(fù)溫度系數(shù)的ZnO。ZnO 薄膜材料具有負(fù)溫度系數(shù)，與正溫度系數(shù)的石英基片相結(jié)合，可以得到機(jī)電耦合系數(shù)為 1. 1%，溫度系數(shù)(TCF)基本為0的聲表面波器件。通過調(diào)整ZnO材料厚度，可以實(shí)現(xiàn)針對(duì) 不同基片材料的高溫度穩(wěn)定性的理論結(jié)果。作為優(yōu)選，ZnO膜的厚度除以換能器的周期長度稱為相對(duì)膜厚，其厚度為 0. 05、. 5微米。當(dāng)ZnO厚度超過1. 34微米，聲波不再是單一模式而是多個(gè)模式，即濾波器 頻率響應(yīng)將出現(xiàn)多個(gè)通帶；單ZnO膜厚超過0. 5微米時(shí)，速度低于3500m/s，器件不再具有 高速模式。因此，ZnO的膜厚低于0. 5微米，通常選擇0. 05、. 5微米之間。作為優(yōu)選，叉指電極材料為鋁、金、銅或銅鋁合金材料。輸入叉指換能器在利用壓 電效應(yīng)，在壓電基片中激發(fā)聲波完成電聲轉(zhuǎn)換，激發(fā)聲波傳播到輸出換能器。輸出叉指換能 器利用逆壓電效，接收聲波，完成聲電轉(zhuǎn)換。有益效果本發(fā)明的新型的適合高頻、高溫度穩(wěn)定性的表面聲波濾波器，分析了現(xiàn) 有的以石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰等作為基片材料的聲表面波(SAW)濾波器在現(xiàn)有工藝條件下 難以實(shí)現(xiàn)高工作頻率的情況，壓電基片采用了四硼酸鋰(Lithium-Tetraborate，LB0)作為 基片材料，波導(dǎo)層采用負(fù)溫度系數(shù)的ZnO材料，從結(jié)構(gòu)方面改善濾波器性能，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)適 合高頻聲波模式和高溫度穩(wěn)定性雙優(yōu)的聲表面波濾波器。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明的輸入叉指換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明的輸出叉指換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為ZnO膜厚與速度的關(guān)系圖。圖中1-壓電基片，2-波導(dǎo)層，3-輸入叉指換能器，4-輸出叉指換能器，6-第一信 號(hào)端口，7-第二信號(hào)端口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的適合高頻的高溫度穩(wěn)定性表面聲波濾 波器進(jìn)行詳細(xì)的說明。實(shí)施例1 如圖1和圖2所示，一種適合高頻的高溫度穩(wěn)定性聲表面波濾波器，包 括壓電基片1、制作在壓電基片1表面的輸入叉指換能器3和輸出叉指換能器4，以及覆蓋 在壓電基片1、輸入叉指換能器3和輸出叉指換能器4上的波導(dǎo)層2，輸入叉指換能器3在 壓電基片1中激發(fā)聲波并在壓電基片1中傳播，輸出叉指換能器4用于接收聲波，當(dāng)加載的 被測(cè)物與波導(dǎo)層2發(fā)生反應(yīng)后會(huì)導(dǎo)致聲波的特性發(fā)生變化，通過檢測(cè)這些變化而可以得到 關(guān)于被測(cè)物的特性結(jié)論。壓電基片1材料為適合高頻、正溫度穩(wěn)定性的四硼酸鋰，切向是(0、47. 3,90)。切 向?yàn)?0,47. 3,90)的四硼酸鋰 LBO (LLSW longitudinal-leaky-surface wave)，作為一禾中 高速聲波材料，可以達(dá)到6700m/s，比常用的36LT和64LN，其速度提高0. 6倍。因此該高速 模式是一種理想的適合高頻器件的工作模式。如圖5所示，波導(dǎo)層2材料為既有高壓電耦合系數(shù)又具有負(fù)溫度系數(shù)的ZnO，波導(dǎo) 層材料為具有負(fù)溫度系數(shù)的材料，能夠和基片溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)高的溫度穩(wěn)定 性。ZnO膜的厚度除以換能器的周期長度稱為相對(duì)膜厚，其厚度為0.05微米。如圖3所示 的輸入叉指換能器和如圖4所示的輸出叉指換能器，其叉指電極材料為鋁。實(shí)施例2:如圖5所示，ZnO膜的厚度除以換能器的周期長度稱為相對(duì)膜厚，其厚度 為0. 5微米。如圖3所示的輸入叉指換能器和如圖4所示的輸出叉指換能器，其叉指電極 材料為銅鋁合金。其余同實(shí)施例1。使用中輸入叉指換能器在利用壓電效應(yīng)，在壓電基片中激發(fā)聲波完成電聲轉(zhuǎn)換， 激發(fā)聲波傳播到輸出換能器。輸出叉指換能器利用逆壓電效，接收聲波，完成聲電轉(zhuǎn)換。本 發(fā)明從濾波器結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)，通過控制ZnO的厚度改善樂甫波濾波器的溫度穩(wěn)定性，利 用LBO的傳播速度高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高頻濾波器。以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明核心技術(shù)特征的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改 進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種適合高頻的高溫度穩(wěn)定性聲表面波濾波器，包括壓電基片、制作在壓電基片表面的輸入叉指換能器和輸出叉指換能器，以及覆蓋在壓電基片、輸入叉指換能器和輸出叉指換能器上的波導(dǎo)層，其特征在于，所述壓電基片材料為適合高頻、正溫度穩(wěn)定性的四硼酸鋰，波導(dǎo)層材料為與壓電基片溫度互補(bǔ)的材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適合高頻的高溫度穩(wěn)定性聲表面波濾波器，其特征在 于，所述壓電基片材料四硼酸鋰的切向是(O、47. 3、90)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適合高頻的高溫度穩(wěn)定性聲表面波濾波器，其特征在 于，所述波導(dǎo)層材料為既有高壓電耦合系數(shù)又具有負(fù)溫度系數(shù)的ZnO。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適合高頻的高溫度穩(wěn)定性聲表面波濾波器，其特征在 于，ZnO膜的厚度除以換能器的周期長度稱為相對(duì)膜厚，其厚度為0. 05、. 5微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種適合高頻的高溫度穩(wěn)定性聲表面波濾波 器，其特征在于，叉指換能器電極材料為鋁、金、銅或銅鋁合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高溫度穩(wěn)定性和高頻的聲表面波濾波器，結(jié)構(gòu)包括壓電基片、制作在壓電基片表面的輸入叉指換能器和輸出叉指換能器，以及覆蓋在壓電基片、輸入叉指換能器和輸出叉指換能器上的波導(dǎo)層，壓電基片為適合高頻、正溫度穩(wěn)定性的晶體材料四硼酸鋰(切向?yàn)?0、47.3、90))，波導(dǎo)層為既有高壓電耦合系數(shù)又具有負(fù)溫度系數(shù)的ZnO。輸入叉指換能器利用壓電效應(yīng)，在壓電基片中激發(fā)聲波完成電聲轉(zhuǎn)換。輸出叉指換能器利用逆壓電效應(yīng)，接收聲波，完成聲電轉(zhuǎn)換。通過本發(fā)明從濾波器結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)，通過控制ZnO的厚度改善樂甫波濾波器的溫度穩(wěn)定性，結(jié)合LBO的傳播速度高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高頻濾波器。
文檔編號(hào)H03H9/64GK101820266SQ20091031142
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者李紅浪 申請(qǐng)人:義烏市華凱電子科技有限公司