一種高品質因子的單端對聲表面波諧振器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種高品質因子的單端對聲表面波諧振器，包括一塊壓電基片（22）、置于壓電基片（22）表面的一個叉指換能器（24），和分布在叉指換能器（24）兩側的第一反射器（23）和第二反射器（25）；所述的第一反射器（23）和第二反射器（25）與叉指換能器（24）之間的邊緣間距均為0.625λ，λ為聲波波長。所述的叉指換能器（24）采用布萊克曼窗函數切指加權結構。所述的叉指換能器（24）、第一反射器（23）和第二反射器（25）均采用鋁材料電極，電極占空比為1.3～1.5。所述的叉指換能器（24）、第一反射器（23）和第二反射器（25）的鋁電極膜厚為1.1%～1.5%λ。本發明獲得單端對SAW諧振器的小體積、高Q值和較小帶外波動等特性。
【專利說明】一種高品質因子的單端對聲表面波諧振器
【技術領域】
[0001]本發明涉及聲學技術中的聲表面波諧振器(以下簡稱SAW諧振器)，特別是涉及一種用于溫度及壓力傳感器的具有高品質因子、小體積切具有較小帶內波動的異步型單端對聲表面波諧振器。
【背景技術】
[0002]具有高品質因子的單端對SAW諧振器廣泛用于高頻率穩定度的聲波振蕩器之中。近年來，單端對SAW諧振器因其簡單結構以及高品質因子(Q值)與低損耗等特點開始在各種聲表面波傳感器之中獲得較大應用。特別是在一些聲表面波溫度傳感器(如美國Sengenuity公司所推出的電力設備溫度傳感系統)、用于汽車輪胎壓力監控的壓力傳感器系統(如英國的TRT公司所推出的由三個諧振器構成的用于TPMS的胎壓及胎溫檢測系統)中已經獲得了實際應用。在無線SAW傳感器應用中，SAW諧振器的性能特別是品質因子以及帶內波動特性直接影響到傳感器性能。基于ISM規則考慮，在無線傳感器應用中，傳感器的工作頻率集中在434MHz與2.4GHz兩個頻段。如何使得諧振器在上述兩個頻段獲得高品質因子是目前的一個研究熱點。
[0003]作為例子，常規結構的單端對SAW諧振器，它是一種同步型的諧振器，由壓電基片12和置于壓電基片12上面的叉指換能器14和分置于叉指換能器14兩邊的第一反射器13和第二反射器15組成，如圖1所示。第一反射器13和第二反射器15 —般采用短路柵結構，第一反射器13和第二反射器15與叉指換能器14的邊緣間距I1和I2分別為0.25 λ，λ為聲波波長。叉指換能器14、第一反射器13和第二反射器15的電極寬度均是0.25 λ，并采用鋁電極。這種同步型結構所存在的問題是其帶內波動比較大，將可能導致一個或者多個偽諧振點，Q值也較低，從而直接影響到上述無線傳感器性能。為改善其品質因子，一般米用比較長的反射器(Waldemar S，“Scattering matrix approach to one-port SAWresonator”，IEEE UFFC, Vol.47, N0.6，2000，pp: 1615-1618)，盡管獲得了較高的 Q 值，但是也增加了帶外波動，同時大幅增加了器件的面積，從而增加傳感器體積，不利于傳感器的實際應用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于解決上述的用于溫度及壓力傳感器的單端對SAW諧振器所存在的一些問題:為了實現SAW諧振器具有小體積、高Q值和較小的帶外波動等性能，從而提供一種以鋁為電極，對叉指換能器進行布萊克曼窗切指加權，并調整叉指換能器與反射器的邊緣間距所實現的一種異步型單端對SAW諧振器。
[0005]為實現上述發明目的，本申請提出了一種高品質因子的單端對聲表面波諧振器，所述的單端對聲表面波諧振器21包括一塊壓電基片22、置于壓電基片22表面的一個叉指換能器24，和分布在叉指換能器24兩側的第一反射器23和第二反射器25 ;其特征在于:所述的第一反射器23和第二反射器25與叉指換能器24之間的邊緣間距均為0.625λ，λ為聲波波長，以在采用較少的反射器電極條件下獲得高Q值，從而獲得單端對SAW諧振器的小體積。總之，所述的SAW諧振器21由一塊壓電基片22，在壓電基片22上利用半導體工藝設置的一個叉指換能器24和分布于叉指換能器24兩邊的第一反射器23和第二反射器25組成。
[0006]作為上述技術方案的一種改進，所述的叉指換能器24采用布萊克曼窗函數切指加權結構。所述的布萊克曼窗切指加權結構，包括:叉指電極和切指后填充的假指，以保持聲傳播路徑傳播速度的均勻性，較小帶外波動。
[0007]作為上述技術方案的另一種改進，所述的第一反射器23和第二反射器25均采用短路柵結構。
[0008]作為上述技術方案的再一種改進，所述的叉指換能器24、第一反射器23和第二反射器25均采用鋁材料電極，電極占空比(即電極寬度與電極間間隙寬度之比)為1.3?1.5，
以獲得高Q值。
[0009]作為上述技術方案的還一種改進，所述的叉指換能器24、第一反射器23和第二反射器25的鋁電極膜厚為1.1%?1.5% λ。
[0010]作為上述技術方案的又一種改進，考慮到在溫度與壓力傳感器應用，所述的壓電基片為繞Y向旋轉O到35度之間任意角度切割的石英基片。其機電耦合系數為0.23%，溫度系數為14?25ppm/° C，且具有良好的壓力靈敏度。
[0011]本發明的優點在于，本發明涉及一種具有高Q值單端對SAW諧振器，包括一塊Y向切割且X向傳播的石英基片，在壓電基片上沿聲表面波傳播方向設置的一個叉指換能器和分置于叉指換能器兩邊的兩個短路柵反射器。叉指換能器、第一反射器和第二反射器均采用鋁電極材料，并采用較大的電極占空比(1.3?1.5)。叉指換能器采用布萊克曼窗切指加權結構，且通過調整第一反射器和第二反射器與叉指換能器之間的邊緣間距為0.625 λ來縮減反射器長度以獲得單端對SAW諧振器的小體積、高Q值和較小帶外波動等特性。本發明通過上述異步型結構，使得這種SAW諧振器在使用較短的反射器長度的情況下具有較小的帶外波動和高Q值的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是常規的同步型單端對SAW諧振器的結構示意圖；
[0013]圖2是本發明的異步型單端對SAW諧振器的結構示意圖；
[0014]圖3是本發明的SAW諧振器叉指換能器的布萊克曼加權結構的示意圖；
[0015]圖4是本發明一實施例的SAW諧振器的典型導納曲線圖；
[0016]圖5是本發明實施例的SAW諧振器的典型反射系數Sll曲線圖。
[0017]附圖標識
[0018]11.同步型SAW諧振器
[0019]12.同步型SAW諧振器的壓電基片
[0020]13.同步型SAW諧振器的第一反射器
[0021]14.同步型SAW諧振器的叉指換能器
[0022]15.同步型SAW諧振器的第二反射器
[0023]21.本發明的SAW諧振器[0024]22.本發明的SAW諧振器的壓電基片
[0025]23.本發明的SAW諧振器的第一反射器
[0026]24.本發明的SAW諧振器的叉指換能器
[0027]25.本發明的SAW諧振器的第二反射器
[0028]26.本發明的SAW諧振器的叉指換能器中的叉指電極
[0029]27.本發明的SAW諧振器的叉指換能器中的假指
【具體實施方式】
[0030]為了更全面的理解本發明，并為了解本發明另外的目的和優點，現在結合相應附圖和實施例對本發明進行詳細地說明。
[0031]圖2展示了本發明的單端對SAW諧振器21的實施例，該SAW諧振器21由一個矩形壓電基片22和設置于其上的一個叉指換能器24和置于叉指換能器24兩邊的第一反射器23和第二反射器25組成。為獲得特定的溫度系數(15~25ppm)和良好的壓力靈敏度，壓電基片22為繞Y向旋轉O到35度之間任意角度切割的石英基片。[0032]本實施例的特征在于SAW諧振器21的叉指換能器24采用布萊克曼窗切指加權結構，如圖3所示，圖中黑色電極為叉指電極26，灰色電極為切指后填充的假指27，以保持聲傳播路徑傳播速度的均勻性。第一反射器23和第二反射器25均采用短路柵結構；所述的叉指換能器24、第一反射器23和第二反射器25的電極均采用鋁材料，且電極占空比為
1.3^1.5。其中，鋁電極膜厚為1.25%到1.5%λ，第一反射器23和第二反射器25與叉指換能器24之間的邊緣間距I3和I4均為0.625 λ，從而使得SAW諧振器在采用較短的反射器之時也能獲得較高的Q值和較小的帶內波動特性，從而有效降低了器件的體積。
[0033]如圖2所示的實施例，制備了 SAW諧振器的樣品，其中，諧振器的工作頻率為434MHz頻段，基片材料采用繞Y向旋轉10度切割的石英基片，鋁電極膜厚為1000埃，第一反射器和第二反射器長度均為130 λ，叉指換能器長度為40 λ，且采用布萊克曼窗切指加權結構，第一反射器和第二反射器與叉指換能器之間的邊緣間距均為0.625 λ，聲孔徑為80λ。這樣，SAW諧振器即可獲得良好的頻響特性，特別是獲得了較小的帶內波動和較好的空載品質因子，且所制備SAW諧振器樣品表面面積僅為2.3mmX 0.6mm。
[0034]圖4和圖5分別示出了本發明實施例的SAW諧振器的典型導納曲線和反射系數(Sll)曲線，從圖中可以看出，本實施例的異步型SAW諧振器具有高Q值(空載Q值>10000)和較低的帶內波動的特點。
[0035]最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種高品質因子的單端對聲表面波諧振器，所述的單端對聲表面波諧振器(21)包括一塊壓電基片(22)、置于壓電基片(22)表面的一個叉指換能器(24)，和分布在叉指換能器(24)兩側的第一反射器(23)和第二反射器(25);其特征在于:所述的第一反射器(23)和第二反射器(25)與叉指換能器(24)之間的邊緣間距均為0.625 λ，λ為聲波波長。
2.按權利要求1所述的單端對聲表面波諧振器，其特征在于，所述的叉指換能器(24)采用布萊克曼窗函數切指加權結構。
3.按權利要求3所述的單端對聲表面波諧振器，其特征在于，所述的布萊克曼窗切指加權結構，包括:叉指電極(27)和切指后填充的假指(26)。
4.按權利要求1所述的單端對聲表面波諧振器，其特征在于，所述的第一反射器(23)和第二反射器(25)均采用短路柵結構。
5.按權利要求1所述的單端對聲表面波諧振器，其特征在于，所述的叉指換能器(24)、第一反射器(23)和第二反射器(25)均采用鋁材料電極，電極占空比為1.3?1.5。
6.按權利要求5所述的單端對聲表面波諧振器，其特征在于，所述的叉指換能器(24)、第一反射器(23)和第二反射器(25)的鋁電極膜厚為1.1%?1.5%入。
7.按權利要求1所述的單端對聲表面波諧振器，其特征在于，所述的壓電基片為繞Y向旋轉O到35度之間切割的石英基片。
【文檔編號】H03H9/25GK103929147SQ201310012272
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月11日 優先權日:2013年1月11日
【發明者】王文, 周寒冰 申請人:中國科學院聲學研究所, 江蘇聲立傳感技術有限公司