一種聲表面波諧振器及其制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種聲表面波諧振器及其制作方法，包括一個(gè)叉指換能器、設(shè)置于叉指換能器兩側(cè)的反射柵以及諧振空腔；所述諧振空腔位于叉指換能器與反射柵之間，或者位于叉指換能器的中部。本發(fā)明的雙模SAW諧振器的結(jié)構(gòu)在根本上有異于傳統(tǒng)的雙模，即兩個(gè)單模設(shè)計(jì)放在一個(gè)芯片上的SAW諧振器的設(shè)計(jì)，本發(fā)明是一個(gè)設(shè)計(jì)，而不是在一個(gè)芯片上的兩個(gè)獨(dú)立的設(shè)計(jì)，因此，本發(fā)明的諧振器不容易受到制造過(guò)程中差異的影響，同時(shí)芯片尺寸是傳統(tǒng)的兩個(gè)單模諧振器設(shè)計(jì)的50％左右，因此芯片成本更低。本發(fā)明的單端口雙模SAW諧振器作為差分測(cè)量方式的無(wú)線無(wú)源傳感器有廣泛的應(yīng)用，如溫度傳感器，壓力傳感器，加速度/振動(dòng)傳感器，應(yīng)變傳感器等等。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種聲表面波諧振器及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種聲表面波諧振器，特別涉及一種聲表面波諧振器及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線傳感器技術(shù)在對(duì)移動(dòng)物體的檢測(cè)、以及在危險(xiǎn)環(huán)境，如高溫，高電磁輻射等場(chǎng) 景中的測(cè)量應(yīng)用中具有很大的應(yīng)用前景?；诼暠砻娌ǎ⊿AW)的傳感器是完全無(wú)源的（無(wú) 電池），在許多應(yīng)用中具有很高的可靠性。當(dāng)聲表面波傳感器與無(wú)線回波讀寫(xiě)器配合時(shí)，無(wú) 線信息傳輸范圍可以達(dá)到5米。
[0003] 通過(guò)測(cè)量單端口 SAW諧振器諧振頻率的變化，延遲線濾波器中心頻率的變化，差 分延遲線或反射延遲線時(shí)間延遲的變化，我們即能夠測(cè)量出的溫度變化。例如，對(duì)溫度測(cè)量 的精度要求一般的情況下，一個(gè)SAW溫度傳感器通常采用一個(gè)單端口單模諧振器。這種方 式簡(jiǎn)單，成本低，對(duì)于單個(gè)射頻讀寫(xiě)器同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)控比較適合。現(xiàn)有技術(shù)中，有兩種不 同的單端口單模SAW諧振器的設(shè)計(jì)：同步和反同步。在同步的SAW諧振器的設(shè)計(jì)中，反射 柵電極形成了中央的IDT電極的周期性的擴(kuò)展，S卩，A KEF等于AIDT，腔體長(zhǎng)度Lc是（2n+l) AIDT/2,其中η是一個(gè)整數(shù)。比如說(shuō)明書(shū)附圖1是一個(gè)同步模式的單端口單模的SAW諧振 器的S11頻率響應(yīng)的一個(gè)例子。雖然反同步模式是存在的（位于439. 1MHz)，但與同步模式 (435.6MHz)相比是非常弱的。然而，在反同步單端口 SAW諧振器的設(shè)計(jì)中，中心腔不再是 (2n+l)AIDT/2,并且換能器電極的周期和反射柵的周期一般來(lái)講是不同的，S卩A kef# Aidt。 說(shuō)明書(shū)附圖2是一個(gè)單端口單模反同步的SAW諧振器S11的頻率響應(yīng)的一個(gè)例子。雖然同 步模式是存在的（位于430. 1MHz)，但與反同步模式（434. 2MHz)相比是非常弱的。
[0004] 使用單端口單模諧振器進(jìn)行溫度或其它物理量的測(cè)量有下列缺點(diǎn)：（1)由于制造 過(guò)程中的差異，每個(gè)傳感器都需要進(jìn)行校準(zhǔn)；（2)由于器件老化和環(huán)境的變化，測(cè)量前需要 對(duì)每個(gè)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)；（3)測(cè)量易受傳感器器件老化的影響；（4)測(cè)量易受傳感器和RF 讀取器之間的距離的影響；（5)測(cè)量易受該環(huán)境中傳感器頭和射頻讀寫(xiě)器之間的電磁波干 擾。
[0005] 由于上述問(wèn)題，使用單個(gè)單端口單模SAW諧振器從事溫度測(cè)量或任何其他物理量 測(cè)量的運(yùn)營(yíng)成本是比較高的。當(dāng)對(duì)測(cè)量的精度有更高的要求時(shí)，要采用差分測(cè)量方式，即在 一個(gè)設(shè)計(jì)上有兩個(gè)單模諧振器。它通常是將物理上的兩個(gè)單模SAW諧振器放在單個(gè)芯片 上，電氣上并行地連接，并氣密地封裝在一個(gè)單一的金屬或陶瓷封裝內(nèi)。在現(xiàn)有技術(shù)中，差 分溫度測(cè)量的SAW傳感器都是使用兩個(gè)單端口單模諧振器：（1)兩個(gè)諧振器位于在同一壓 電襯底表面，二者傳播方向相同但諧振頻率不同；或者（2)兩個(gè)諧振器位于在同一壓電襯 底表面，二者傳播方向不同（兩個(gè)不平行的聲波軌道），它們的諧振頻率可以相同也可以不 同。由于這兩種方式都是一個(gè)芯片上的兩個(gè)獨(dú)立的設(shè)計(jì)，因此，它容易受到制造過(guò)程中差異 的影響，同時(shí)芯片尺寸較大，成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種測(cè)量穩(wěn)定準(zhǔn)確，芯片尺寸小， 成本低的聲表面波諧振器的制造方法，根據(jù)該方法可以得到單端口卻能同時(shí)支持兩個(gè)強(qiáng)度 相等的諧振模式的聲表面波諧振器。
[0007] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種聲表面波諧振器的制造方法，包括一個(gè)叉指換 能器、設(shè)置于叉指換能器兩側(cè)的反射柵以及諧振空腔；所述諧振空腔位于叉指換能器與反 射柵之間，或者位于叉指換能器的中部；
[0008] 步驟為：步驟一：以單端口反同步模式聲表面波諧振器為制作基礎(chǔ)，叉指換能器 電極的周期a idt與反射柵電極的周期Akef之間的關(guān)系為aidt# akef;
[0009] 步驟二：增加叉指換能器的電極數(shù)量NIDT，直至出現(xiàn)同步諧振高峰；
[0010] 步驟三：調(diào)整諧振空腔的寬度d，直至出現(xiàn)反同步諧振高峰；
[0011] 步驟四：微調(diào)叉指換能器⑴的電極數(shù)量NIDT，反射柵⑵的電極數(shù)量NKEF，以及叉 指換能器（1)電極的周期A IDT與反射柵（2)電極的周期AKEF之比AIDT/AKEF，直至同步諧 振高峰的強(qiáng)度與反同步諧振高峰強(qiáng)度相等。
[0012] 所述步驟二中：〇. 5〈NIDT| Γ |〈〇. 6, I Γ I為叉指換能器每個(gè)電極的反射系數(shù)。
[0013] 下面詳細(xì)闡述本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路：在前述【背景技術(shù)】中已經(jīng)介紹了在諧振器中一般 只有一個(gè)主導(dǎo)模式，即同步或反同步模式。其相反的模式是不需要的同時(shí)還會(huì)降低諧振器 的性能。本發(fā)明的這兩個(gè)模式（包括同步和反同步）是相配對(duì)和共存的，并存有相同的強(qiáng) 度，以形成一個(gè)單端口雙模的SAW諧振器，它的關(guān)鍵是使用外部腔并使IDT與反射柵電極的 周期不同（A KEF尹AIDT)來(lái)支持反同步模式，使用中央的IDT來(lái)支持同步模式，為了使用中 央的IDT來(lái)支持同步模式，則采用增加 IDT電極的數(shù)目的方式。
[0014] 采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下的有益的效果：本發(fā)明的雙模SAW諧振器 的結(jié)構(gòu)在根本上有異于傳統(tǒng)的雙模，即兩個(gè)單模設(shè)計(jì)放在一個(gè)芯片上的SAW諧振器的設(shè) 計(jì)，本發(fā)明是一個(gè)設(shè)計(jì)，而不是在一個(gè)芯片上的兩個(gè)獨(dú)立的設(shè)計(jì)，因此，本發(fā)明的諧振器不 容易受到制造過(guò)程中差異的影響，同時(shí)芯片尺寸是傳統(tǒng)的兩個(gè)單模諧振器設(shè)計(jì)的50%左 右，因此芯片成本更低。本發(fā)明的單端口雙模SAW諧振器作為差分測(cè)量方式的無(wú)線無(wú)源傳 感器有廣泛的應(yīng)用，如溫度傳感器，壓力傳感器，加速度/振動(dòng)傳感器，應(yīng)變傳感器等等。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì) 本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中
[0016] 圖1為單端口同步模式的SAW諧振器的S11頻率響應(yīng)圖。
[0017] 圖2為單端口反同步模式的SAW諧振器的S11頻率響應(yīng)圖。
[0018] 圖3為IDT具有119個(gè)電極的單端口 SAW諧振器的S11模擬結(jié)果，由圖可見(jiàn)它僅 顯示了反同步模式。
[0019] 圖4為帶外部腔的單端口雙模SAW諧振器。
[0020] 圖5為帶中心腔的單端口雙模SAW諧振器。
[0021] 圖6為IDT具有219個(gè)電極的單端口雙模SAW諧振器的S11模擬結(jié)果，它顯示出 同步與反同步雙模式。
[0022] 圖7為基于128 ° Y-X鈮酸鋰的單端口雙模SAW諧振器的S11實(shí)測(cè)結(jié)果。
[0023] 圖8為基于128 ° Y-X鈮酸鋰的單端口雙模SAW諧振器的差分溫度測(cè)量結(jié)果。

【具體實(shí)施方式】
[0024] (實(shí)施例1)
[0025] 本實(shí)施例的單端口雙模SAW諧振器的設(shè)計(jì)在本質(zhì)上是非同步的，通過(guò)設(shè)計(jì)IDT中 的諧振器，實(shí)現(xiàn)了雙模（同步和反同步）SAW諧振器，而不是傳統(tǒng)的單模（同步或反同步） 諧振器，由于IDT的電極數(shù)量比普通IDT電極數(shù)量多，因此在IDT上激勵(lì)產(chǎn)生聲表波并形成 同步諧振；同時(shí)，IDT的電極周期尹反射柵的電極周期，在IDT上形成反反同步諧振，于是就 產(chǎn)生了兩個(gè)模。
[0026] 見(jiàn)圖4和圖5,本實(shí)施例的聲表面波諧振器包括一個(gè)叉指換能器1、設(shè)置于叉指換 能器1兩側(cè)的反射柵2以及諧振空腔3 ;如圖4所示，為帶外部腔的單端口雙模聲表面波諧 振器，兩個(gè)諧振空腔3分別位于叉指換能器1與反射柵2之間；如圖5所示，為帶內(nèi)部腔的 單端口雙模聲表面波諧振器，諧振空腔3位于叉指換能器1的中部。叉指換能器1電極的 周期A IDT與反射柵2電極的周期AKEF之間的關(guān)系為AIDT尹AKEF，聲表面波諧振器產(chǎn)生的 同步諧振高峰的強(qiáng)度與反同步諧振高峰強(qiáng)度相等。
[0027] 如圖3和圖6所示，在本發(fā)明中通常單端口雙模SAW諧振器的IDT電極數(shù)量比單 端口單模的SAW諧振器的IDT電極數(shù)量更多。圖3是單端口單模反同步SAW諧振器S11頻 率響應(yīng)的仿真結(jié)果。該單模SAW諧振器的外部腔長(zhǎng)度是1. 5 ΛI(xiàn)DT，Λ KEF/ΛI(xiàn)DT是1. 0027, IDT 擁有119條電極，基片為ST向切割的石英。圖6是一個(gè)單端雙模SAW諧振器的Sll的頻率 響應(yīng)的仿真結(jié)果。從圖6中可以明顯看到，它的S11頻率響應(yīng)有兩個(gè)諧振模式。這個(gè)單模 SAW諧振器的外部腔長(zhǎng)是1. 5 ΛI(xiàn)DT，Λ KEF/ΛI(xiàn)DT為1. 0027,但是IDT電極的數(shù)量增加至219， 該壓電基片仍然是ST-切割的石英。
[0028] 圖7示出了基于128° YX鈮酸鋰襯底的一個(gè)單端口雙模SAW諧振器所測(cè)得的S11 的頻率響應(yīng)。雖然尚未被優(yōu)化，但它清楚地顯示了 S11響應(yīng)的兩個(gè)模式。圖8則示出了使 用基于128° YX鈮酸鋰的一個(gè)單端口雙模SAW諧振器實(shí)測(cè)的溫度結(jié)果。
[0029] 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種聲表面波諧振器的制造方法，其特征在于：包括一個(gè)叉指換能器（1)、設(shè)置于叉 指換能器（1)兩側(cè)的反射柵（2)以及諧振空腔（3);所述諧振空腔（3)位于叉指換能器（1) 與反射柵（2)之間，或者位于叉指換能器（1)的中部； 步驟為：步驟一：以單端口反同步模式聲表面波諧振器為制作基礎(chǔ)，叉指換能器（1)電 極的周期Aidt與反射柵（2)電極的周期Akef之間的關(guān)系為Aidt# Akef; 步驟二：增加叉指換能器（1)的電極數(shù)量Nidt，直至出現(xiàn)同步諧振高峰； 步驟三：調(diào)整諧振空腔（3)的寬度d，直至出現(xiàn)反同步諧振高峰； 步驟四：微調(diào)叉指換能器⑴的電極數(shù)量NIDT，反射柵⑵的電極數(shù)量NKEF，以及叉指換 能器⑴電極的周期AIDT與反射柵⑵電極的周期AKEF之比AIDT/A KEF，直至同步諧振高 峰的強(qiáng)度與反同步諧振高峰強(qiáng)度相等。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲表面波諧振器的制造方法，其特征在于：所述步驟二 中：0. 5〈NIDT| Γ |〈〇. 6, | Γ |為叉指換能器（1)每個(gè)電極的反射系數(shù)。
3. -種聲表面波諧振器，其特征在于：由權(quán)利要求1或2所述的方法得到。
【文檔編號(hào)】H03H9/25GK104092446SQ201410364106
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】高翔 申請(qǐng)人:常州智梭傳感科技有限公司