CN107005219A

CN107005219A - 具有对不需要模态的改善的抑制的电声换能器

Info

Publication number: CN107005219A
Application number: CN201480083333.3A
Authority: CN
Inventors: 尹姬满; 菲利普·米夏埃多·耶格尔
Original assignee: Nujira Ltd
Current assignee: TDK Electronics AG; Nujira Ltd
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2017-08-01
Also published as: JP2018504816A; US20170331451A1; US10574207B2; EP3235130A1; WO2016095967A1; JP6686027B2

Abstract

本发明提供了一种具有改善的模态分布的改进型电声换能器。该换能器包括横向速度分布，该横向速度分布具有周期性结构和侧接该周期性结构的边缘结构。该速度分布还允许抑制SH波模态。具有周期性结构的电介质材料有助于形成速度分布的周期性结构。

Description

具有对不需要模态的改善的抑制的电声换能器

本发明涉及具有改善的声波模态分布的电声换能器。

电声换能器可在与声波一起工作的RF滤波器中使用。相应滤波器可包括一个或多个声道中的一个或多个电声谐振器。该谐振器包括具有叉指式电极指的换能器，这些叉指式电极指中的每个叉指式电极指连接到换能器的两个母线中的一个母线。利用压电效应，换能器将电磁RF信号转换成声波，并且反之亦然。

电声换能器的可能的具体实施是SAW换能器(SAW＝表面声波)或GBAW换能器(GBAW＝引导体声波)。

如果不需要的波模态未在谐振器中被抑制，则相应RF滤波器的电气属性被劣化。

从EP 1 871 006 A1和EP 1 962 424 A1已知SAW换能器。使用孔径加权来抑制不需要的横向模态。

从US 7,576,471 B1、US 2013/051588 A1以及从US 7,538,637 B2已知工作于活塞模态的换能器用于抑制不需要的横向模态。

从US 7,939,987 B1已知另外的手段诸如二维发射器用于抑制横向模态。

从文章“Two Dimensional Periodic Array of Reflection Centers onElectrodes in SAW Resonators”(Jiman Yoon等人，超声研讨会，2012，IEEE，2012年10月，第1798-1801页)已知用于对换能器中的基本模态成形的手段。

因此，本专利申请的一个目的是提供一种允许相应滤波器的改善的电气属性的电声换能器。特别地，本专利申请的一个目的是提供一种具有改善的活塞模态的换能器。

为此，提供了根据独立权利要求的电声换能器。从属权利要求提供了本发明的优选实施方案。

提供了两种换能器方案：一种换能器方案是具有LiNbO₃作为压电材料的换能器，并且另一种换能器方案是具有LiTaO₃作为压电材料的换能器。

具有LiNbO₃作为压电材料的电声换能器包括纵向和与该纵向正交的横向。纵向限定声波的主传播方向。横向主要限定换能器的叉指式电极指的取向。

该换能器进一步包括在换能器中传播的声波的横向速度分布以及声学活动区域。声学活动区域主要定义成相反极性的电极指的重叠区域，即定义成沿纵向传播的声波在RF信号被施加到换能器时被激励的区域。

换能器进一步包括在活动区域中沿横向具有周期性结构的周期性电介质材料。

横向速度分布在该活动区域中具有周期性结构。该周期性电介质材料有助于形成速度分布的周期性结构的形状。该周期性结构具有多个最小值和比该最小值大的多个最大值。另外，该周期性结构在两侧上由横向速度分布的边缘结构侧接。该边缘结构中的速度比周期性结构的最大值小。

可能的是该周期性结构包括具有最大速度的两个最外侧部分。

即，每个单元格有两个较低速度条带被布置成靠近活动区域内的周期性结构。在这里，单元格表示具有声学波长λ的纵向上的长度的声道的区段。

LiNbO₃的可能的晶体切割是常规LN RY-X切割。

具有LiTaO₃作为压电材料的电声换能器包括纵向和与该纵向正交的横向。纵向限定声波的主传播方向。横向主要限定换能器的电极指的取向。

该换能器进一步包括在换能器中传播的声波的横向速度分布以及声学活动区域。声学活动区域主要定义成相反极性的叉指式电极指的重叠区域，即定义成正沿纵向传播的声波在RF信号被施加到换能器时被激励的区域。

换能器还包括活动区域中的沿横向具有周期性结构的周期性电介质材料。

横向速度分布在该活动区域中具有周期性结构。该周期性电介质材料有助于形成速度分布的周期性结构的形状。该周期性结构具有多个最小值和比该最小值大的多个最大值。另外，该周期性结构在两侧上由横向速度分布的边缘结构侧接。该边缘结构中的速度比周期性结构的最小值大。

LiTaO₃的可能晶体切割是：LT 36..46RY-X。

其他压电材料诸如石英、硅酸镓镧晶体、铌酸镓镧晶体、钽酸镓镧晶体、AlN、ZnO、KNbO₃、NaNbO₃、GaPO₄、Li₂B₄O₇也是可能的。

还可能的是，压电材料包括相应晶体学族的其他复合物。

使用电介质材料作为用于设置局部波速度的材料对换能器的电气属性具有较小的影响。特别地，与导电材料如金属相比，杂散电容减小。然而，利用电介质材料不能获取宽范围的金属密度(例如高达金的密度)。

尤其是在具有LiTaO₃作为压电基板的换能器中，存在哑指可能是优选的。

根据基板的材料和切割角度，使用哑指可能是有利的，尤其是对于LT36...46基板。

可能的是，周期性电介质材料的形状与速度分布的周期性结构一致。这可能是周期性电介质材料的区段具有附加质量并且局部减小声速度的情况或者是具有较高刚度参数的周期性电介质材料的部分增大声速度的情况。然后，周期性电介质材料的区段和具有减小/增大速度的区段共享换能器的相同位置。

质量/密度(p)、刚度(c)和速度(v)之间的关系是v＝sqrt(c/p)。

可能的是，周期性电介质材料是周期性速度分布的唯一原因。然而，其他手段诸如局部增大的指厚度/金属化率η或者具有不同刚度或密度的电极指的部分和周期性电介质材料的存在可一起起作用，以形成速度分布的形状。

可能的是，周期性电介质材料从以下材料结构化形成：钝化层、来自TCF补偿层(TCF：频率温度系数)的结构化材料或具有形成速度分布的形状的唯一目的的另一结构化材料。

因此，可能的是，周期性电介质材料(PDM)被直接布置在电极指上、沉积在电极指上方的钝化层中、沉积在电极指上方的TCF补偿层中、或者换能器的顶侧上。

可能的是，周期性电介质材料包括布置在电极指上的条带。

可能的是，周期性电介质材料包括布置在电极指上方的条带。

该条带可具有方形或矩形形状。然而，圆形和椭圆形形状也是可能的。

可能的是，周期性电介质材料包括布置在电极指之间或高架在电极指之间的中心位置上方的条带。

可能的是，周期性电介质材料包括沿纵向延伸的条带。条带的长度可等于声道或换能器的长度。

可能的是，周期性电介质材料具有与围绕周期性电介质材料的电介质材料的密度不同的密度。还可能的是，周期性电介质材料的刚度与围绕周期性电介质材料的电介质材料或金属的刚度不同。

具有周期性结构的电介质材料的刚度参数和密度是可用于影响波速度的量。因此，通过选择特定位置处的合适的材料，速度分布可被调节，以匹配针对其波导属性而被优化的分布。

速度分布的周期性结构在最低速度和最高速度之间具有大约30m/s至200m/s的速度差。大约100m/s的速度差可能是优选的。高的速度差可能导致需要换能器电极之间的窄的边缘区域。

钝化层可包含二氧化硅、Al₂O₃AIN、Si₃N₄或类似电介质材料。

周期性电介质材料可包含Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfΟ、Al₂O₃、AIN、Si₃N₄、GeO₂、SiO₂或类似电介质材料。

TCF补偿层可包含SiO₂和掺杂的SiO₂。该SiO₂可掺杂有F(氟)、B(硼)、Ti(钛)。

可能的是，该周期性结构包括具有最小速度的两个最外侧部分。

即，在活动区域内，每个单元格中有两个较高速度条带布置成靠近周期性结构。

每单元格的这两个条带可在换能器的长度上方延伸，从而导致每个换能器有总共两个条带。

速度分布可以是Δν/ν波导。即，周期性结构可以是Δν/ν波导的一部分。

周期性结构和边缘结构建立沿纵向延伸的所选速度值的条带的区域。

术语“周期性结构”表示速度分布在横向上的形状。在周期性结构中，速度分布因此包括被布置成彼此靠近并且沿横向延伸的较高和较低速度的相同部分。

该周期性结构可由正弦结构、锯齿结构、方波结构构成。然而，该周期性结构可由这些结构的组合构成。

可能的是，周期性结构具有周期性长度的周期性，但最小速度值和最大速度值的幅值遵循分布，例如抛物线、正弦函数或余弦函数。

据发现，周期性结构和边缘结构的组合限定换能器的活动区域中的速度分布，其中并不仅仅是不需要的横向模态。这令人吃惊，因为传统手段只能抑制两个或更多个不需要的模态中的一个不需要的模态，即仅仅不需要的横向模态，并降低换能器的效率。

在一个实施方案中，边缘结构包括被布置成直接靠近周期性结构的相应侧的每单元格两个条带。因此，边缘结构直接侧接周期性结构，而没有其他部分位于其间。

原则上，边缘结构的长度不限于周期性结构的周期性长度。该长度可大于周期性长度或小于周期性长度。然而在一个实施方案中，尤其是以LiNbO₃作为压电材料工作时，边缘结构具有比周期性结构的周期即周期性长度的50％大的长度1。

如果周期性结构的周期性长度的绝对值大于8μm并且如果纵向节距大于2μm，则边缘长度优选比周期性结构的周期性长度小。

在一个实施方案中，尤其是以LiTaO₃作为压电材料工作时，边缘结构具有比周期性结构的周期即周期性长度的50％小的长度1。

短语“长度”当涉及换能器本身时是指纵向延伸。短语“宽度”当涉及换能器本身时是指横向延伸。

短语“长度”当涉及电极指或速度分布时是指横向延伸。短语“宽度”当涉及电极指或速度分布时是指纵向延伸。

在一个实施方案中，换能器进一步包括每单元格的侧接边缘结构的间隙结构的一个条带，声学活动区域中的每单元格电极指的数量是间隙区域中的电极指的数量的两倍。因此，在每个单元格中只存在间隙结构的一个条带。在间隙结构中，速度比周期性结构的最大值大。活动区域布置在间隙结构的纵向部分之间，即间隙结构不是活动区域的一部分。

可能的是间隙结构对应于换能器的压电材料的区域，其中一个极性的电极指的端部与相应另一电极的元件(例如母线本身或连接到母线的哑指)相反。

在一个实施方案中，间隙结构的条带具有从0.5λ至10λ，或者尤其是从2λ至4λ的长度。这里，短语“长度”表示沿横向的延伸。

这里，λ表示沿纵向传播的所需要的声波的波长。波长λ主要由换能器的指结构的周期性长度例如平均周期性长度来限定。

间隙结构可侧接速度减小的结构。速度的减小可以是由指宽度增大或由可通过附加金属层实现的质量负载导致的。

在一个实施方案中，间隙结构具有介于0.2和0.8之间的金属化率η。金属化率η被定义为

η＝(W₁+W₂+...+W_n)/λ

其中W_i表示沿纵向的长度λ的距离内的电极指中的第i个电极指的宽度。在传统换能器中，在活动区域中n等于2。在分裂指换能器中，n可等于4。在与间隙结构对应的声道区域中，可仅存在一个极性的电极指。因此，n可等于1。

在一个实施方案中，换能器包括压电基板、布置在基板上并且平行于纵向对准的两个母线、以及叉指式电极指。指被布置在基板上，连接到母线中的一个母线，并平行于横向对准。

具有相反极性的指的重叠限定活动区域。

基板上的电极指的存在建立一种方便的方式来对速度分布成形：利用指的质量，可操控波传播尤其是波速度的指声阻抗和电阻率细节。增大基板的位置处的基板的质量负载(例如经由母线和电极指的电极结构的材料来实现)主要导致波速度的减小。增大声道的刚度参数(例如通过具有高杨氏模量的材料来实现)主要导致速度的增大。

因此在一个实施方案中，横向速度分布经由选自以下项中的一个或多个措施而被调节：

-通过增大的指宽度导致的增大的质量负载而得到的减小的速度，

-通过增大的指厚度导致的增大的质量负载而得到的减小的速度，

-通过沉积在电极指上的附加材料导致的增大的质量负载而得到的减小的速度，

-通过间隙区域中的哑贴片导致的增大的质量负载而得到的间隙区域中减小的速度，

-通过沉积在电极指上的条带中的材料导致的增大的质量负载而得到的减小的速度，

-通过减小的指宽度导致的减小的质量负载而得到的增大的速度，

-通过减小的指厚度导致的减小的质量负载而得到的增大的速度，

-通过从电极指移除的材料导致的减小的质量负载而得到的增大的速度。

较低速度的区域中的金属化率η可在0.3至0.8的范围内。介于0.4和0.75之间的值可以是优选的。

较高速度的区域中金属化率η可在0.15至0.75的范围内。介于0.2和0.6之间的值可以是优选的。

周期性结构的周期性长度可在0.2至3λ的范围内，其中λ是声波长(在纵向上)。

较高速度的长度除以周期性长度得到的比率可在0.2至0.8的范围内。介于0.4和0.6之间的比率可以是优选的。

对于LiNbO₃基板，以下成立：边缘结构的部分的长度可在0.05λ至5λ的范围内。介于0.2λ和3λ之间的长度可以是优选的，这具体取决于换能器的频率。

对于LiTaO₃基板，以下成立：边缘结构的部分的长度可在0.1λ至1λ的范围内。介于0.2λ和0.7λ之间的长度可以是优选的。

可能的是，横向速度分布包括另外的周期性或非周期性或对称或非对称的结构。然而，还可能的是，声道中的横向速度分布由上述结构构成。

在如上描述的换能器的情况下，对于基本模态n＝1的归一化重叠积分<Φ|Ψ_n>可在0.95或更高的范围内。由于重叠积分描述(归一化)激励函数Φ与(归一化)波模态形状Ψ_n之间的匹配并且由于不同模态Ψ_n是正交的，因此刚好低于1的值防止较高模态被激励。

附图说明

基于示例性而非限制性的实施方案和以下相关联的附图更详细地解释换能器。

图1示出了纵向x相对于横向y的取向。

图2示出了沿横向y的横向速度分布v。

图3示出了换能器相对于纵向x和横向y的取向。

图4示出了速度分布与换能器的电极结构的物理实现之间的可能的因果关系。

图5示出了相比于传统换能器的电导系数的上述换能器的电导系数。

图6示出了其电导系数在图5中示出的经改进的换能器的速度分布和基本模态分布。

图7示出了换能器的实施方案的第二对称波模态的速度分布、以及模态分布和模态分布的绝对值。

图8示出了第三对称波模态的速度分布和相应模态分布及其绝对值。

图9示出了第四对称波模态的速度分布和相应模态分布及其绝对值。

图10示出了第五对称波模态的速度分布和模态分布及其相应绝对值。

图11示出了相比于传统换能器的电导系数的具有带有贴片的2D周期性阵列的换能器的频率相关的电导系数。

图12示出了具有图11所示的频率特性的换能器的速度分布和波模态及其相应绝对值。

图13示出了换能器的电极结构的实施方案。

图14示出了在与间隙结构对应的区域中具有增大的指宽度的电极结构的另一实施方案。

图15示出了在与间隙结构对应的区域中具有减小的指宽度的电极结构的实施方案。

图16示出了包括布置在与间隙结构对应的区域内的哑指贴片的电极结构的实施方案。

图17示出了包括布置在与间隙结构对应的区域中的电介质材料的条带。

图18示出了包括在布置在电极指和母线上的电介质材料上布置的金属棒的电极结构的实施方案。

图19示出了其中在活动区域中移除材料以减小质量负载的换能器结构的实施方案。

图20示出了具有布置在电极指的每侧上以增大质量负载的各个附加质量的换能器结构的实施方案。

图21示出了其材料被部分移除以获取相应速度分布的电极结构。

图22示出了具有被沉积在局部蚀刻的电极结构上的附加材料的电极结构的实施方案。

图23示出了具有凹口的电极指。

图24示出了在与间隙结构相关的区域中具有附加金属棒并且在电极指中具有凹口从而建立周期性结构的电极结构。

图25示出了布置在叉指式电极指上的以及这些指之间并沿纵向延伸的周期性电介质材料的条带。

图26示出了布置在叉指式电极指上的周期性电介质材料的条带。

图27示出了具有根据图25的条带的换能器的横截面。

图28示出了具有TCF补偿层和钝化层的换能器的横截面。

图29示出了具有结构化的TCF补偿层的换能器的横截面。

图30示出了具有结构化TCF补偿层的换能器的横截面，该结构化TCF补偿层被具有平坦表面的钝化层覆盖。

图31示出了具有被钝化层覆盖的结构化TCF补偿层的换能器的横截面，该钝化层在TCF补偿层的结构之后。

图32示出了具有被结构化钝化层覆盖的TCF补偿层的换能器的横截面。

具体实施方式

图1示出了可包括压电材料诸如铌酸锂(LiNbO₃)或钽酸锂(LiTaO₃)的基板SU。x表示纵向。y表示横向。叉指式换能器布置成使得传播的主要方向平行于x方向。因此，选择基板SU的晶体切割以获取高耦接系数。

图2示出了在图1所示的基板SU中传播的声波的速度分布VP。该速度分布具有周期性结构PS，该周期性结构侧接边缘结构ES使得该周期性结构PS在横向y上被布置在边缘结构ES之间。该周期性结构PS包括具有相对高速度v的区域和具有相对低速度的区域。高速度区域和低速度区域交替，从而获取周期性结构中的周期性速度分布。边缘结构中的速度比周期性结构PS中的最大速度小。

边缘结构中的速度可等于周期性结构中的最低速度。然而，边缘结构ES中的速度可不同于周期性结构中的最低速度。而且，边缘结构的长度不被限制。然而，可能优选的是边缘结构ES的相应条带的长度大于周期性结构PS的周期性长度的一半。这里，短语“长度”是指横向上的边缘结构的延伸。

图3示出了包括母线BB和电极指EF的换能器TD相对于纵向x和横向y的取向。相反电极的电极指在其中重叠的区域被称为声学活动区域AAR。母线平行于纵向x进行取向。电极指EF平行于横向y进行取向。

当RF信号被施加到母线并且母线具有相反极性时，在压电基板SU中激励声波。

图4示出了电极结构与速度分布v的关系。压电材料的表面或界面处的声波的速度取决于界面处的质量负载。较高的质量负载和/或较高的反射减小速度。然而，被沉积在压电材料上的材料的较高弹性常数增大速度。因此，沿横向y的速度分布v的形状可直接取决于被布置在压电基板上的材料的几何结构，例如包括母线BB和电极指EF的电极结构。为了获取速度分布VP的周期性结构，电极指EF具有的形状可具有对应的周期性对称。为了获取速度分布中的最小值，局部指宽度可相比于其中速度应当是最大值并且相应的指宽度因此被减小的区部增大。另外，为了获取相比于周期性结构中的最大速度具有减小的速度的边缘结构，相比于与周期性结构中的最高速度对应的区域，指宽度在与边缘结构对应的区域中可较大。

图5示出了两种换能器的电导系数曲线。常规换能器的频率相关的电导系数被标示为“1”，而经改进的换能器的电导系数被标示为“2”。尤其是在大约910MHz的频率处，常规换能器提供源自SH模态的峰值。经改进的换能器中的谐振被有效抑制。

在图5中示出了其频率相关的电导系数的换能器具有图6所示的速度分布。速度分布VP在偏离周期性结构的两个结构(即边缘结构ES)之间具有周期性结构。在图6所示的速度分布VP中，形成基本模态FM。周期性结构和边缘结构ES的组合允许有效抑制SH模态，同时也没有或几乎没有横向模态被激励。

图7示出了速度分布和对应的对称波模态分布及其绝对值。如能看到的那样，在周期性结构中，具有正位移的模态分布的幅值大体上等于具有负位移的模态分布的幅值。因此，正位移和负位移的面积(即模态分布的积分值)大体上相消为零，并且第二对称模态的激励强度被最小化。

与图7所示的情形类似，图8示出了图7已示出的速度分布的模态分布及其绝对值。同样，正位移和负位移的幅值大体上相等。因此，第三对称模态分布的激励强度被最小化。

图9示出了第四对称波模的模态分布。同样，正位移和负位移的幅值大体上相等。因此，第四对称波模的激励强度被最小化。

图10示出了第五对称波模的模态分布及其绝对值。同样，激励强度被最小化，因为具有侧接周期性结构的边缘结构的速度结构的形状是抑制高阶模态的有效手段。

图11示出了常规换能器(曲线“1”)和其中边缘结构中的速度等于周期性结构中的最高速度的换能器(曲线“2”)的电导系数曲线。另外，周期性结构中或活动区域中的速度(速度分布在图12中示出)非常慢，使得波长等于或类似于横向周期性的横向模态被限制。因此，获取频率相关的电导系数中的多个谐振，如曲线2所示。

图12示出了与图11的电导系数曲线2对应的速度分布。由于横向模态被限制，因此模态分布的形状变成余弦状。图12所示的模态分布与模态分布的绝对值之间的比较表明负位移具有比正位移小的幅值。因此，信号未被完全抵消，并且获取图11所示的多个谐振。

因此，速度分布的深度不应超过临界值。不得不选择波导参数使得最高边界模态具有比对图11的曲线2中所示的第二谐振负责的模态更低的数字。

波导可包含的最高限模态(表示为n_max)是孔径和轨道与间隙速度的函数：

n_max＝2A f₀ sqrt[1/(v_track)²-1/(v_gap)²]

这里，A表示孔径，f₀表示谐振频率，V_track是活动区域中的最低速度。V_gap是间隙结构中的速度。

图13示出了其中通过电极中的相应的周期性指宽度变化来获取速度分布的周期性结构的基本实施方案。

图14是其中通过增大与间隙结构对应的区域中的电极的指宽度来获取间隙结构中的减小的速度的换能器的实施方案。

图15示出了其中通过电极的对应的部分中的减小的指宽度来增大间隙结构中的速度的换能器结构的实施方案。

图16示出了其中通过被布置成使得母线和电极指之间的距离被减小到最小值的附加哑指而增大质量负载以减小间隙结构中的速度的实施方案。

图17示出了其中电介质材料例如包括二氧化硅被布置在间隙结构对应区域中的两个条带中的换能器的实施方案。

图18示出了其中电极指覆盖有电介质材料例如二氧化硅作为TCF补偿层的换能器的实施方案。图18的左部示出了其中两个金属条带增大质量负载以减小间隙结构对应区域中的速度的换能器的顶视图。图18的右部示出了穿过该换能器的横截面，从而示出电介质材料被布置在金属条带和电极之间。

由于电介质材料DS被布置在电极指EF和条带之间以用于增大质量负载MS，因此条带MS可包括金属。这与图17不同，在图17中，条带被直接布置在电极指上。因此，在图17所示的实施方案中，绝缘材料是优选的。

图19在左手侧示出了换能器结构的顶视图以及沿横向(右手侧)的电极指的相应金属化的厚度。在活动区域中，金属化的厚度减小。在与间隙结构对应的区域中，厚度比活动区域中的大。因此，获取了其中相比于周期性结构该间隙结构中的速度减小的速度分布。

图20示出了其中换能器结构覆盖有电介质材料DM的换能器的实施方案。为了增大质量负载，具有高密度的材料例如金属的各个部分被布置在边缘结构的相应电极指上。因为附加材料被直接布置在电极材料上并且未经由电介质材料DM与电极隔离，因此附加材料的区段不应彼此直接接触。

图21示出了形成图21的右上部中所示的速度分布的重要方面：图21的下部示出了建立电极指的金属化的高度可沿横向变化以调节速度分布。周期性分布可被蚀刻进电极指中，以获取周期性结构PS。与边缘结构和间隙结构对应的区域中的厚度可被相应调节。

图22示出了图21所示的换能器的另一实施方案，其中除了蚀刻以获取电极结构中的不同厚度，该电介质例如二氧化硅被布置在电极结构上。另外，另一材料被沉积在间隙区域中的条带中，以调节速度分布。

图23示出了其中凹口被结构化到电极指中以为速度分布的周期性结构提供物理基础的实施方案。

除了电极指中的图23所示的凹口，图24示出了与间隙结构对应的区域中的材料棒例如金属棒作为速度设置的物理实现。

图25示出了由周期性电介质材料PDM构成的周期性条带的可能布置。图25的右部示出了电介质材料PDM对横向速度分布的影响。在具有材料PDM的电极指EF的区段处并且在指之间的区段处，质量负载增大，并且速度相应减小。

图26示出了由周期性电介质材料PDM构成的周期性条带的可能布置。同样，图26的右部示出了电介质材料PDM对横向速度分布的影响。在具有材料PDM的电极指EF的区段处，质量负载增大，并且速度相应减小。指之间的区域不含有周期性电介质材料。

图27示出了图25的换能器的横截面。通过布置具有比其周围(具体是沉积在电极指上的材料)高的密度的电介质材料PDM的条带来获取质量负载，特别地，被沉积在电极指上的材料可以是补偿不同温度系数的TCF补偿层TCF的材料或是钝化层PL的材料。

图28示出了具有TCF补偿层和TCF补偿层上的钝化层的换能器的横截面。

图29示出了具有结构化的TCF补偿层的换能器的横截面。周期性横向图案被结构化到补偿层中，以支持速度分布的周期性形状的形成。

图30示出了具有结构化TCF补偿层的换能器的横截面，该结构化TCF补偿层被具有平坦表面的钝化层覆盖。虽然换能器没有在其表面上展现周期性横向图案，但如果TCF补偿层的材料和钝化层的材料具有不同的刚度或密度值，则在TCF补偿层TCF中结构化并且作为位于钝化层PL底侧处的负片图案的周期性图案有助于形成速度分布VP。

图31示出了具有被钝化层PL覆盖的结构化TCF补偿层TCF的换能器的横截面。钝化层PL主要具有恒定厚度。因此，其表面在TCF补偿层的结构后面。

图32示出了具有TCF补偿层的换能器的横截面，该TCF补偿层被包括支持形成速度分布所需的周期性图案的结构化钝化层覆盖。

参考符号的列表

1,2: 换能器的频率相关的电导系数

AAR: 声学活动区域

BB: 母线

DM: 电介质材料

DS: 电介质条带

EF: 电极指

ES: 边缘结构

FM: 频率调制

G: 间隙

GS: 间隙结构

MS: 金属条带

PDM: 周期性电介质材料

PL: 钝化层

PS: 周期性结构

SU: 基板

TCF: TCF补偿层

TD: 换能器

v: 速度

VP: 速度分布

x: 纵向

y: 横向

Claims

1.一种电声换能器(TD)，包括：

-纵向(x)和与所述纵向(x)正交的横向(y)，

-在所述换能器(TD)中传播的声波的横向速度分布(VP)，

-具有叉指式电极指(EF)的声学活动区域(AAR)，

-沿所述横向(y)在所述活动区域中具有周期性结构的周期性电介质材料(PDM)，

其中

-所述横向速度分布(VP)在所述活动区域(AAR)中具有周期性结构(PS)，

-所述周期性电介质材料有助于形成所述速度分布的所述周期性结构的形状，

-所述周期性结构(PS)具有多个最小值和比所述最小值大的多个最大值，

-所述周期性结构(PS)在两侧上由所述横向速度分布(VP)的边缘结构(ES)侧接，所述边缘结构(ES)中的速度(v)低于所述周期性结构(PS)的所述最大值，

-压电材料是LiNbO₃。

2.一种电声换能器(TD)，包括：

-纵向(x)和与所述纵向(x)正交的横向(y)，

-在所述换能器(TD)中传播的声波的横向速度分布(VP)，

-具有叉指式电极指(EF)的声学活动区域(AAR)，

其中

-所述周期性结构(PS)在两侧上由所述横向速度分布(VP)的边缘结构(ES)侧接，所述边缘结构(ES)中的所述速度(v)高于所述周期性结构(PS)的所述最小值，

-压电材料是LiTaO₃。

3.一种电声换能器(TD)，包括：

-纵向(x)和与所述纵向(x)正交的横向(y)，

-在所述换能器(TD)中传播的声波的横向速度分布(VP)，

-具有叉指式电极指(EF)的声学活动区域(AAR)，

其中

-所述周期性结构(PS)在两侧上由所述横向速度分布(VP)的边缘结构(ES)侧接。

4.根据前一权利要求所述的换能器(TD)，其中所述压电材料是石英。

5.根据前述权利要求中任一项所述的换能器(TD)，包括哑指。

6.根据前述权利要求中任一项所述的换能器(TD)，其中所述周期性电介质材料(PDM)的形状与所述速度分布(VP)的所述周期性结构(PS)一致。

7.根据前述权利要求中任一项所述的换能器(TD)，其中所述周期性电介质材料(PDM)包括

-来自钝化层的结构化材料，

-来自TCF补偿层的结构化材料，或

-附加的结构化材料。

8.根据前述权利要求中任一项所述的换能器(TD)，其中所述周期性电介质材料(PDM)

-被直接布置在所述电极指(EF)上，

-被布置在沉积在所述电极指(EF)上方的钝化层中，

-被布置在沉积在所述电极指(EF)上方的TCF补偿层中，或

-被布置在所述换能器的顶侧上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的换能器(TD)，其中所述周期性电介质材料(PDM)包括被布置在所述电极指上的条带。

10.根据前述权利要求中任一项所述的换能器(TD)，其中所述周期性电介质材料(PDM)包括被布置在所述电极指(EF)上方的条带。

11.根据前述权利要求中任一项所述的换能器(TD)，其中所述周期性电介质材料(PDM)包括被布置在所述电极指之间或高架在电极指之间的中心位置上方的条带。

12.根据前述权利要求中任一项所述的换能器(TD)，其中所述周期性电介质材料(PDM)包括沿所述纵向(x)延伸并具有所述换能器的所述长度的条带。

13.根据前述权利要求中任一项所述的换能器(TD)，其中所述周期性电介质材料(PDM)具有

-与围绕所述周期性电介质材料(PDM)的电介质材料的密度不同的密度，或

-与围绕所述周期性电介质材料(PDM)的电介质材料的刚度不同的刚度。

14.根据前述权利要求中任一项所述的换能器(TD)，其中所述边缘结构(ES)包括每单元格两个条带，所述两个条带中的每个条带被布置为直接靠近所述周期性结构(PS)的相应侧。

15.根据权利要求13所述的换能器(TD)，其中所述边缘结构(ES)的所述条带具有比所述周期性结构(PS)的周期性长度的50％大的长度1。

16.根据权利要求13所述的换能器，其中所述边缘结构的所述条带具有比所述周期性结构(PS)的周期性长度的50％小的长度1。

17.根据前述权利要求中任一项所述的换能器(TD)，包括

-间隙结构(GS)的两个条带

其中

-在所述间隙结构(GS)中，所述速度(v)大于所述周期性结构(PS)的所述速度(v)的最大值，

-所述活动区域(AAR)被布置在所述间隙结构(GS)的所述两个条带之间。

18.根据前一权利要求所述的换能器(TD)，其中所述间隙结构(GS)的条带具有0.5λ至10λ或者2λ至4λ的长度。

19.根据前两个权利要求中任一项所述的换能器(TD)，其中所述间隙结构(GS)具有0.2至0.8的金属化率η。

20.根据前述权利要求中任一项所述的换能器(TD)，包括

-压电基板(SU)，

-两个母线(BB)，所述两个母线(BB)被布置在所述基板(SU)上并平行于所述纵向(x)对准，

-叉指式电极指(EF)，每个叉指式电极指被布置在所述基板(SU)上，连接到所述母线(BB)中的一个母线，并平行于所述横向(y)对准。

21.根据前述权利要求中任一项所述的换能器(TD)，其中所述横向速度分布(VP)经由选自以下项的一个或多个措施而被调节：

-通过增大的指(EF)宽度导致的增大的质量负载而得到的减小的速度(v)，

-通过增大的指(EF)厚度导致的增大的质量负载而得到的减小的速度(v)，

-通过沉积在所述电极指(EF)上的附加材料导致的增大的质量负载而得到的减小的速度(v)，

-通过与所述间隙结构(GS)对应的间隙区域中的哑贴片导致的增大的质量负载而得到的所述间隙结构(GS)中的减小的速度(v)，

-通过沉积在所述电极指(EF)上的条带中的材料导致的增大的质量负载而得到的减小的速度(v)，

-通过减小的指(EF)宽度导致的减小的质量负载而得到的增大的速度(v)，

-通过减小的指(EF)厚度导致的减小的质量负载而得到的增大的速度(v)，

-通过从所述电极指(EF)移除的材料导致的减小的质量负载而得到的增大的速度(v)。