具备横向模式抑制的双层电极分区调制式SAW谐振器

具备横向模式抑制的双层电极分区调制式saw谐振器
技术领域
1.本发明涉及移动通信设备领域，具体为一种具备横向模式抑制的双层电极分区调制式saw谐振器。


背景技术：

2.随着信息技术的快速发展，表面声波（saw）器件由于其尺寸小、损耗低、温度稳定性好、一致性好、可靠性高、易于集成、设计灵活等众多优点，被广泛应用于滤波器的设计与制作过程。第五代（5g）无线系统需要更多高性能的滤波器，以满足高速、高效、大规模和多路通信的要求，因此对saw滤波器的尺寸和通带质量提出了更严格的标准。然而，受限于叉指电极的反射率一般较小，saw谐振器的电极对数通常多达数百对以实现声波全反射，这就造成由数个谐振器组成的滤波器尺寸激增，不利于器件的小型化；另外，广泛存在于主模附近的横向模式严重影响滤波器的通带平坦度，而传统的idt加权法在抑制横向模式的同时会降低品质因数（q），进而增大通带损耗。因此，研发一种具备小尺寸的同时有效抑制横向模式的高q值saw谐振器成为了急需攻克的技术问题。


技术实现要素：

3.本发明为解决目前表面声波（saw）器件小型化较困难、采用的传统idt加权法在抑制横向模式的同时会降低品质因数（q），进而增大通带损耗的技术问题，提供一种具备横向模式抑制的双层电极分区调制式saw谐振器。
4.本发明是采用如下方案实现的：一种具备横向模式抑制的双层电极分区调制式saw谐振器，包括自下而上的多层衬底以及双层叉指电极；所述saw谐振器在沿叉指电极走向的方向上从中心到两侧分为波导区域、慢速区域、快速区域、汇流条区域以及自由表面区域，其中快速区域对应叉指电极上的间隙区；双层叉指电极的下层为al电极，波导区域、慢速区域和汇流条区域的上层电极为cu电极，快速区域的上层电极为原子序数大于cu的金属电极；各区域双层电极的厚度相同，但上下两层电极的厚度取值不同；波导区域的电极为上层0.03λ-0.05λ/下层0.07λ-0.09λ，慢速区域的电极为上层0.04λ-0.06λ/下层0.06λ-0.08λ，快速区域的电极为上层0.04λ-0.06λ/下层0.06λ-0.08λ，汇流条区域的电极为上层0-0.02λ/下层0.1λ-0.12λ，其中λ为叉指周期。
5.本发明的基本工作原理为：在多层衬底上方采用cu/al双层电极，通过增大电极厚度以提高器件的反射率，并减小cu和al的厚度比值来降低质量负载效应。然后，固定双层电极厚度，通过调整各区域下层al电极的厚度完成声速的不同变化，以此激发piston模式调制主模并加强横向波导来实现对横向模式的大范围抑制及提高q值。
6.特别地，快速区域的上层电极材料为原子序数大于cu的金属电极，这是为了增大该区域声速的下降幅度。各区域的波速满足如下关系式：v
汇流条
＞v
快速
＞v
波导
＞v
慢速
。
7.本发明所述的具备横向模式抑制的双层电极分区调制式saw谐振器具有如下优点：
（1）saw谐振器的电极对数降至数十对，相比于单层电极谐振器的尺寸缩小近3倍（如图4，5所示）。
8.（2）saw谐振器实现了大范围的横向模式抑制，且q值相比于无抑制时提高约2倍，有利于改善saw滤波器的通带质量，提升其工作性能（如图6所示）。
附图说明
9.图1 saw滤波器结构示意图。
10.图2各区域双层电极结构示意图。
11.图3调制前后的主模式横向位移分布图。
12.图4不同电极对数下的的导纳对比图。
13.图5采用双层电极结构的导纳对比图。
14.图6横向模式抑制前后的导纳对比图。
15.1-波导区域，2-慢速区域，3-间隙（快速）区域，4-汇流条区域，5-自由表面区域。
具体实施方式
16.本发明要解决如下技术问题：（1）如何减小saw谐振器的尺寸；（2）如何有效抑制横向模式；（3）如何提高主模谐振点的q值。
17.本发明采用双层电极分区调制式结构，在固定双层电极厚度的基础上，通过调整各区域下层al电极的厚度完成声速的不同变化，以此激发piston模式调制主模并加强横向波导来实现对横向模式的大范围抑制及提高q值，有效解决了上述技术问题。
18.以下结合附图对本发明做进一步的说明。
19.如图1-2所示，一种具备横向模式抑制的双层电极分区调制式saw谐振器，包括自下而上的多层衬底以及双层叉指电极；所述saw谐振器在沿叉指电极走向的方向（y方向）上从中心到两侧分为波导区域、慢速区域、快速区域、汇流条区域以及自由表面区域，其中快速区域对应叉指电极上的间隙区；双层叉指电极的下层为al电极，波导区域、慢速区域和汇流条区域的上层电极为cu电极，快速区域的上层电极为原子序数大于cu的金属电极；各区域双层电极的厚度相同，但上下两层电极的厚度取值不同；波导区域的电极为上层0.03λ-0.05λ/下层0.07λ-0.09λ，慢速区域的电极为上层0.04λ-0.06λ/下层0.06λ-0.08λ，快速区域的电极为上层0.04λ-0.06λ/下层0.06λ-0.08λ，汇流条区域的电极为上层0-0.02λ/下层0.1λ-0.12λ，其中λ为叉指周期。
20.由图1中可知，对于每条叉指电极，由汇流条向该叉指另一端依次分为快速区域、慢速区域、波导区域以及慢速区域，其中快速区域和相临近的叉指间隙位置对应且宽度相同。
21.由图2可知，在x方向上（垂直于每条叉指电极走向一个水平方向），每条叉指电极上快速区域宽度相同且位置对应，慢速区域宽度相同且位置对应，波导区域宽度相同且位置对应；基于各区域上下两层电极的厚度取值不同，各区域的波速满足如下关系式：v
汇流条
＞v
快速
＞v
波导
＞v
慢速
。
22.作为优选的，快速区域的上层电极为au，可以有效增大该区域声速的下降幅度。
23.作为一个实施例，本发明所述汇流条宽度 2-3λ，间隙（快速）区域宽度 0.4-0.6λ，慢速区域宽度 0.8-1.2λ，波导区域宽度 20-30λ，其中λ为叉指周期。各区域宽度对波速并无影响，可根据器件大小灵活设置。
24.由图3可以看出，采用本发明所述结构之后，主模式的横向位移在波导区域呈现均匀分布的趋势，这有利于抑制横向模式。
25.由图4可知，saw谐振器采用单层cu电极时，随着电极对数增大至210对，其导纳曲线中寄生响应的强度明显降低。
26.由图5可知，电极对数降至70对时，saw谐振器采用双层电极后，导纳曲线中无明显的寄生响应。因此结合图4、5可知，本发明所述的saw谐振器结构可以将电极对数做到几十对也能满足相关性能要求，进而能够有效减小谐振器的尺寸。
27.由图6中可知，本发明所述的saw谐振器实现了大范围的横向模式抑制，且q值相比于无抑制时提高约2倍，有利于改善saw滤波器的通带质量，提升其工作性能。


技术特征：
1.一种具备横向模式抑制的双层电极分区调制式saw谐振器，包括自下而上的多层衬底以及双层叉指电极；其特征在于：所述saw谐振器在沿叉指电极走向的方向上从中心到两侧分为波导区域、慢速区域、快速区域、汇流条区域以及自由表面区域，其中快速区域对应叉指电极上的间隙区；双层叉指电极的下层为al电极，波导区域、慢速区域和汇流条区域的上层电极为cu电极，快速区域的上层电极为原子序数大于cu的金属电极；各区域双层电极的厚度相同，但上下两层电极的厚度取值不同；波导区域的电极为上层0.03λ-0.05λ/下层0.07λ-0.09λ，慢速区域的电极为上层0.04λ-0.06λ/下层0.06λ-0.08λ，快速区域的电极为上层0.04λ-0.06λ/下层0.06λ-0.08λ，汇流条区域的电极为上层0-0.02λ/下层0.1λ-0.12λ，其中λ为叉指周期。2.如权利要求1所述的具备横向模式抑制的双层电极分区调制式saw谐振器，其特征在于，对于每条叉指电极，由汇流条向该叉指另一端依次分为快速区域、慢速区域、波导区域以及慢速区域，其中快速区域和相临近的叉指间隙位置对应且宽度相同。3.如权利要求1或2所述的具备横向模式抑制的双层电极分区调制式saw谐振器，其特征在于，各区域的波速满足如下关系式：v
汇流条
＞v
快速
＞v
波导
＞v
慢速。
4.如权利要求1或2所述的具备横向模式抑制的双层电极分区调制式saw谐振器，其特征在于，快速区域的上层电极为au。5.如权利要求3所述的具备横向模式抑制的双层电极分区调制式saw谐振器，其特征在于，快速区域的上层电极为au 。

技术总结
本发明涉及移动通信设备领域，具体为一种具备横向模式抑制的双层电极分区调制式SAW谐振器。所述SAW谐振器包括自下而上的多层衬底以及双层叉指电极；所述SAW谐振器在沿叉指电极走向的方向上从中心到两侧分为波导区域、慢速区域、快速区域、汇流条区域以及自由表面区域；双层叉指电极的下层为Al电极，波导区域、慢速区域和汇流条区域的上层电极为Cu电极，快速区域的上层电极为原子序数大于Cu的金属电极；各区域双层电极的厚度相同，但上下两层电极的厚度取值不同。本发明所述SAW谐振器的电极对数降至数十对，相比于单层电极谐振器的尺寸缩小近3倍，同时实现大范围的横向模式抑制，且Q值相比于无抑制时提高约2倍。值相比于无抑制时提高约2倍。值相比于无抑制时提高约2倍。


技术研发人员：王红亮 张胜阔 张鹏 张峰 曹刚 刘宇龙
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/9/20