BAW-Resonatoren sind insbesondere
für Bandpaß-Hochfrequenzfilter
in der modernen Filtertechnik geeignet und können z. B. in den Geräten der
mobilen Kommunikation eingesetzt werden.
Ein mit akustischen Volumenwellen
arbeitender Resonator weist eine piezoelektrische Schicht auf, die zwischen
zwei Metallschichten (Elektroden) angeordnet ist. Es ist bekannt,
daß anstelle
nur einer piezoelektrischen Schicht auch eine Schichtenfolge benutzt
werden kann. Die Schichten werden auf einem Substrat aufeinanderfolgend
abgeschieden und zu Resonatoren strukturiert, welche miteinander
elektrisch verbunden sind und zusammen z. B. eine Filterschaltung,
insbesondere ein Bandpaßfilter
realisieren können.
Ein solches Bandpaßfilter
kann zusammen mit einem weiteren Filter auch in einem Duplexer eingesetzt
werden.
1 zeigt
das Ersatzschaltbild eines BAW-Resonators. Der Resonator wird außerhalb
eines Frequenzbereiches um die Resonanzfrequenz durch eine statische
Kapazität
C
0 und in der Nähe der Resonanzfrequenz durch
die Serienverschaltung eines Widerstands R
m,
einer Kapazität
C
m und einer Induktivität L
m charakterisiert.
Die statische Kapazität
ist im wesentlichen durch die Resonatorfläche und die Dicke der piezoelektrischen
Schicht definiert. Der Widerstand R
m beschreibt
Verluste im Resonator, die Kapazität C
m und
die Induktivität
L
m bestimmen die Resonanzfrequenz
Das Verhältnis C
m/C
0 bestimmt die Kopplung des Resonators. Der
Kopplungskoeffizient k des Resonators ist mit der Resonanzfrequenz
f
r und der Antiresonanzfrequenz f
a verbunden:
Ein Bandpaßfilter wird durch eine Übertragungsfunktion
charakterisiert, die insbesondere einen Durchlaßbereich und mehrere Sperrbereiche
aufweist. Der Durchlaßbereich
wird wiederum durch seine Bandbreite, die Einfügedämpfung im Durchlaßbereich
und die Flankensteilheit am Rande des Durchlaßbereiches charakterisiert.
Es ist bekannt, daß zwei BAW-Resonatoren
SR1 und SR2 (wie in 2 schematisch
dargestellt) miteinander akustisch verkoppelt sein können, wenn
sie beispielsweise in einem Stapel übereinander angeordnet sind.
Dabei bilden die genannten Resonatoren zwischen einem Port P1 und
einem Port P2 eine Serienschaltung, z. B. in einer Stacked-Crystal-Anordnung, bei der
beide Resonatoren eine gemeinsame Elektrode haben, welche mit Masse
verbunden ist (siehe 3),
oder in einer Coupled-Resonator-Anordnung, bei der zwischen der
oberen Elektrode E2 des unteren Resonators und der unteren Elektrode
E3 des oberen Resonators eine Koppelschicht KS angeordnet ist, und
die genannten Elektroden mit Masse verbunden sind (siehe 4). Ein erster Resonator
in 3 umfaßt eine
piezoelektrische Schicht PS1, die zwischen zwei Elektroden E1 und
E2 angeordnet ist, und einen unterhalb der Elektrode E1 angeordneten
akustischen Spiegel AS, der auf einem Trägersubstrat TS liegt. Über dem
ersten Resonator ist ein zweiter Resonator angeordnet, der eine
piezoelektrische Schicht PS2 umfaßt, welche zwischen der Elektrode
E2 und einer Elektrode E3 angeordnet ist. Die Elektrode E1 ist dabei
an den Port P1, die Elektrode E3 an den Port P2 und die Elektrode
E2 an die Masse angeschlossen.
Das in 4 dargestellte
Schichtsystem besteht aus einem auf einem Trägersubstrat TS angeordneten
ersten Resonator, einer darüber
liegenden Koppelschicht KS und einem über der Koppelschicht KS angeordneten
zweiten Resonator. Der erste Resonator ist wie in 3 beschrieben angeordnet und zwischen
dem Port P1 und der Masse angeschlossen. Der zweite Resonator enthält (von
unten nach oben) zwei Elektroden E3 und E4 und eine dazwischen angeordnete
piezoelektrische Schicht PS2, wobei der zweite Resonator zwischen
dem Port P2 und der Masse angeschlossen ist. Die zwischen den genannten
Resonatoren angeordnete Koppelschicht KS dient zur akustischen Kopplung
dieser Resonatoren.
Filter, die aus akustisch gekoppelten
Resonatoren aufgebaut sind, zeichnen sich durch eine hohe Stopbandunterdrückung aus.
Allerdings ist die Flankensteilheit und damit die Nahselektion durch
das Fehlen definierter Polstellen nahe am Paßband vergleichsweise gering.
Es ist bekannt, daß die BAW-Resonatoren
in einer Ladder-Type- oder
einer Lattice-Type-Bauweise miteinander verschaltet werden können. Die
Lattice-Type-Anordnung der Resonatoren in einem Bandpaßfilter hat
den Vorteil, daß die
Selektion eines solchen Filters in Stopbandbereichen weit außerhalb
des Durchlaßbereiches
sehr gut ist und z.B. zwischen –40
und –60
dB liegt. Der Nachteil der genannten Filter-Anordnung besteht in
einer geringen Flankensteilheit des Durchlaßbereiches. Daher ist es bei
dieser Filter-Anordnung schwierig, eine ausreichende Dämpfung des
Signals in den Stopbändern
in der Nähe
des Durchlaßbereiches zu
erzielen.
In manchen Anwendungsbereichen ist
eine erhebliche Flankensteilheit erforderlich. Bei den Duplexern,
die für
den PCS Telekommunikations-Standard geeignet sind, muß beispielsweise
ein Abfall der Übertragungsfunktion
von ca. –3
dB auf deutlich unter –40
dB innerhalb eines Frequenzbereichs von nur 20 MHz gewährleistet
werden. Bisher bekannte Bandpaßfilter,
die aus BAW-Resonatoren aufgebaut sind, genügen solchen Anforderungen aufgrund
von zusätzlichen
Frequenzverschiebungen der Flanken bei Temperaturwechsel oder infolge
gegebener Fertigungstoleranzen (die bei einem bei ca. 2 GHz arbeitenden
Filter mit BAW-Resonatoren, die eine piezoelektrische Schicht aus
ALN enthalten, mehrere MHz betragen können) nicht.
Aus der Druckschrift
EP 0949756 A2 ist es bekannt,
daß eine
Serienschaltung von gestapelten, akustisch miteinander verkoppelten
Resonatoren und weiteren Resonatoren anstelle nur eines Resonators
in einer Filterschaltung die Flankensteilheit im Durchlaßbereich
des Filters verbessert. Diese Lösung
hat jedoch den Nachteil, daß sie
viel Platz braucht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen BAW-Resonator
anzugeben, der eine große Flankensteilheit
eines aus solchen Resonatoren aufgebauten Bandpaßfilters gewährleistet.
Die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
einen Resonator nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele
sind weiteren Ansprüchen
zu entnehmen.
Die Erfindung gibt einen mit akustischen
Volumenwellen arbeitenden Resonator (auch BAW-Resonator – Bulk Acoustic
Wave Resonator – oder
FBAR – Thin
Film Bulk Acoustic Wave Resonator – genannt) an, der aus einer
Schichtenfolge aufgebaut ist, welche folgende Schichten enthält: einen
unteren Schichtbereich, der eine erste Elektrode umfaßt, einen
oberen Schichtbereich, der eine zweite Elektrode umfaßt, und
dazwischen eine piezoelektrische Schicht. Parallel oder in Serie
zu dem genannten Resonator ist eine Kapazität geschaltet.
Die parallele Verschaltung eines
BAW-Resonators und einer Kapazität
Ca anstelle eines unverschalteten Resonators
reduziert die effektive Kopplung des BAW-Resonators (d. h. den Abstand
zwischen der Resonanz- und der Antiresonanzfrequenz des Resonators),
indem die effektive statische Kapazität C'0 erhöht wird,
C'0 =
C0 + Ca. Dabei bleibt
die Resonanzfrequenz f'r der neuen Schaltung (Serienresonanz, oder
die Resonanzfrequenz des seriellen Schwingkreises, der durch Cm, Lm, und Rm gebildet ist) gegenüber der Resonanzfrequenz fr des (unverschalteten) Resonators unverändert, f'r =
fr, wohingegen nun die Antiresonanzfrequenz f'a =
fr √1
+ Cm/C'0 (Parallelresonanz, oder die Resonanzfrequenz
des parallelen Schwingkreises, der durch C'0 , Cm, Lm, und Rm gebildet ist) niedriger als die Antiresonanzfrequenz
fa = fr √1 + Cm/C0 (Parallelresonanz,
oder die Resonanzfrequenz des parallelen Schwingkreises, der durch
C0, Cm, Lm und Rm gebildet
ist) des (unverschalteten) Resonators ist. Damit wird die Flankensteilheit
eines solche BAW-Resonatoren umfassenden Bandpaßfilters erhöht.
Die serielle Verschaltung eines BAW-Resonators
und einer Kapazität
Ca anstelle eines unverschalteten Resonators
reduziert die effektive Kopplung eines BAW-Resonators (d. h. den
Abstand zwischen der Resonanz- und der Antiresonanzfrequenz des
Resonators). Dabei bleibt die Antiresonanzfrequenz f'a der
Schaltung (Parallelresonanz, oder die Resonanzfrequenz des parallelen
Schwingkreises, der durch C0, Cm,
Lm und Rm gebildet
ist) relativ zur Antiresonanzfrequenz fa des
Resonators unverändert,
f'a =
fa' wohingegen
die Resonanzfrequenz f'r = fr √1 + Cm /(Ca +C0 (Serienresonanz, oder die Resonanzfrequenz
des seriellen Schwingkreises, der durch Ca,
Cm, Lm und Rm gebildet ist) der genannten Schaltung höher als
die Resonanzfrequenz fr (Serienresonanz,
oder die Resonanzfrequenz des seriellen Schwingkreises, der durch
Cm, Lm, und Rm gebildet ist) des Resonators ist. Damit
wird die Flankensteilheit eines solche BAW-Resonatoren umfassenden
Bandpaßfilters
erhöht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist der erfindungsgemäße Resonator auf einem Trägersubstrat
angeordnet. Möglich
ist es auch, den erfindungsgemäßen Resonator über einem
Luftspalt, welcher im Trägersubstrat
vorgesehen ist, anzuordnen.
Die erste und die zweite Elektrode
besteht aus einem elektrisch leitenden Material, z. B. einem Metall oder
einer Metalllegierung.
Die piezoelektrische Schicht besteht
vorzugsweise aus AlN, kann aber auch aus einem anderen Material
mit piezoelektrischen Eigenschaften bestehen (z. B. ZnO). Möglich ist
auch, daß die
piezoelektrische Schicht mehrere aneinander angrenzende oder voneinander
getrennte, gleiche oder unterschiedliche Schichten mit piezoelektrischen
Eigenschaften umfaßt.
Es ist möglich, daß die erste und/oder die zweite
Elektrode einen Mehrschichtenaufbau aufweist, der aus zwei oder
mehr aneinander angrenzenden Schichten aus unterschiedlichen Materialien
besteht. Möglich ist
auch, daß die
piezoelektrische Schicht im erfindungsgemäßen Resonator zwei oder mehr
aneinander angrenzende oder voneinander getrennte Schichten aus
unterschiedlichen Materialien umfaßt.
Es ist möglich, daß zwischen der ersten und der
zweiten Elektrode zusätzlich
eine durchschlagsfeste Schicht angeordnet ist, welche den Resonator
vor elektrischen Überschlägen zwischen
den Elektroden schützt.
Die erfindungsgemäße Verschaltung einer Kapazität parallel
zu einem BAW-Resonator kann in einem Filter, welches beispielsweise
in Ladder-Type-Bauweise, in einer Lattice-Type-Bauweise oder als ein SCF (Stacked
Crystal Filter) sowie als eine beliebige Kombination aus den genannten erfindungsgemäßen BAW-Resonatoren
aufgebaut ist, realisiert werden.
Es ist möglich, die Verschaltung einer
Kapazität
parallel zu einem BAW-Resonator nur in einem Serienzweig oder mehreren
Serienzweigen eines Filters vorzusehen. Möglich ist es auch, die Verschaltung
einer Kapazität
parallel zu einem BAW-Resonator
nur in einem Parallelzweig oder mehreren Parallelzweigen eines Filters
vorzusehen. In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, daß die Verschaltung
einer Kapazität
parallel zu einem BAW-Resonator in zumindest einem Serienzweig und
in zumindest einem Parallelzweig des Filters vorgesehen ist.
Der Wert der Kapazität, die erfindungsgemäß parallel
zu einem BAW-Resonator geschaltet wird, beträgt in den genannten Ausführungsbeispielen
vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 pF.
Es ist vorteilhaft, wenn die Kopplung
der Resonatoren nur in den Serienzweigen oder nur in den Parallelzweigen
eines Filters oder eines Duplexers durch die parallele Verschaltung
der entsprechenden Kapazitäten
reduziert wird.
Es ist möglich, die parallel zu einem
BAW-Resonator verschaltete Kapazität zu realisieren, indem ein diskreter
Kondensator parallel zum BAW-Resonator verschaltet wird. Eine andere
Möglichkeit
besteht darin, daß eine
solche Kapazität
im Trägersubstrat
durch strukturierte Metallebenen realisiert ist. Möglich ist
auch, zwischen den Elektroden des BAW-Resonators eine zusätzliche dielektrische Schicht
anzuordnen, um die Kapazität
des BAW-Resonators zu vergrößern. Diese
dielektrische Schicht kann zwischen der piezoelektrischen Schicht
und einer der Elektroden oder zwischen zwei piezoelektrischen Schichten
angeordnet sein.
Auch die parasitäre Kapazität des jeweiligen Resonators
kann gezielt möglichst
groß ausgewählt werden,
beispielsweise durch die Vergrößerung der
Elektrodenfläche,
um die Flankensteilheit des aus solchen Resonatoren aufgebauten
Filters zu verbessern. Möglich
sind auch weitere, hier nicht genannte Realisierungen der Erfindung.
Es ist möglich, daß der untere und/oder obere
Schichtbereich des erfindungsgemäßen Resonators aus
einer oder mehreren Schichten besteht. Möglich ist es auch, daß im unteren
und/oder im oberen Schichtbereich ein akustischer Spiegel realisiert
ist, der zumindest zwei alternierende Schichten mit unterschiedlicher akustischer
Impedanz umfaßt.
Der akustische Spiegel besteht aus
alternierenden Schichten mit jeweils einer hohen und einer niedrigen
akustischen Impedanz, wobei ihre Schichtdicken jeweils ungefähr eine
Viertelwellenlänge
der akustischen Hauptmode (bezogen auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der akustischen Welle im jeweiligen Material) betragen. Der akustische
Spiegel stellt daher eine bzw. mehrere Grenzflächen bereit, welche bei Resonanzfrequenz
die akustische Welle zurück
in den Resonator reflektieren und das Austreten der Welle in Richtung des
Trägersubstrates
verhindern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung kann eine der Schichten des akustischen Spiegels gleichzeitig
eine der genannten Elektroden darstellen.
Die erfindungsgemäße Verwendung eines BAW-Resonators
mit parallel verschalteter Kapazität in der Schaltung eines Bandpaßfilters
erhöht
die Flankensteilheit des Durchlaßbereiches des Bandpaßfilters.
Dadurch erhöht
sich die Dämpfung
des Signals in den Stopbändern
in der Nähe
des Durchlaßbereiches.
Dies ist besonders vorteilhaft bei Realisierung einer Duplexerschaltung
mit einem solchen Bandpaßfilter.
Die der Erfindung zugrunde liegende
Aufgabe ist weiterhin durch die unten beschriebene Ausführungsvariante
der Erfindung gelöst.
Diese erfindungsgemäße Ausführung gibt
eine elektrische Schaltung an, welche einen Resonator-Stapel, der
zumindest zwei aufeinander angeordnete mit akustischen Volumenwellen
arbeitende Resonatoren und zumindest einen weiteren Resonator oder
Resonator-Stapel mit BAW-Resonatoren umfaßt. Die genannten mit akustischen
Volumenwellen arbeitenden Resonatoren enthalten jeweils eine untere
Elektrode, eine obere Elektrode und eine dazwischen angeordnete
piezoelektrische Schicht. Dabei bilden die im Resonator-Stapel übereinander
angeordneten Resonatoren eine Serienschaltung, z. B. in einer Stacked-Crystal-Anordnung
(wenn beide Resonatoren eine gemeinsame Elektrode haben) oder einer
Coupled-Resonator-Anordnung (wenn zwischen der oberen Elektrode
des unteren Resonators und der unteren Elektrode des oberen Resonators
eine Koppelschicht vorgesehen ist).
Die obere Elektrode des unteren mit
akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonators und die untere
Elektrode des oberen mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonators,
die im Resonator-Stapel angeordnet sind, ist dabei mit einer der
Elektroden des zumindest einen weiteren Resonators oder Resonator-Stapels
elektrisch verbunden.
Die erfindungsgemäße Verschaltung kann als ein
Grundglied einer Ladder-Type-Anordnung oder (bei einer geeigneten
Verschaltung) einer Lattice-Type-Anordnung einzelner Resonatoren
betrachtet werden, wobei zumindest zwei der genannten Resonatoren
akustisch miteinander verkoppelt und übereinander angeordnet sind.
Dabei ist es möglich,
daß zwei übereinander
im Stapel angeordnete BAW-Resonatoren zwei Serienresonatoren oder
Parallelresonatoren der Ladder-Type-Anordnung oder der Lattice-Type-Anordnung
realisieren. Möglich
ist es auch, daß zwei übereinander
im Stapel angeordnete BAW-Resonatoren einen Serienresonator und
einen Parallelresonator der Ladder-Type-Anordnung oder der Lattice-Type-Anordnung realisieren.
Zwischen der oberen Elektrode des
unteren mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonators und
der unteren Elektrode des oberen mit akustischen Volumenwellen arbeitenden
Resonators, die im Resonator-Stapel angeordnet sind, ist vorzugsweise
eine Kopplungsschicht vorgesehen.
Der zumindest eine weitere Resonator
kann beispielsweise ein mit akustischen Volumenwellen Resonator,
ein mit akustischen Oberflächenwellen
arbeitender Resonator, ein LC-Resonator oder ein oben angegebener
Resonator-Stapel sein.
Die zweite, mit den im Resonator-Stapel übereinander
angeordneten Resonatoren nicht verbundene Elektrode des zumindest
einen weiteren Resonators kann mit Masse oder mit einem anschließenden Resonator
bzw. einem noch nicht genannten Resonator-Stapel verbunden sein.
Die erfindungsgemäße Schaltung stellt eine vorteilhafte
Kombination verschiedener an sich bekannter Filteranordnungen, wie
z. B. die Anordnung der übereinander
gestapelten, miteinander akustisch gekoppelten Resonatoren und einer
Ladder-Type-Anordnung bzw. Lattice-Type-Anordnung dar. Die Übertragungsfunktion eines
Filters, dessen Grundglieder die erfindungsgemäßen Schaltung realisieren,
verglichen mit der Übertragungsfunktion
eines Filters, welches aus schon bekannten Resonator-Stapeln aufgebaut
ist, weist deutlich steilere Flanken im Durchlaßbereich des Filters auf. Dadurch
erzielt man eine ungewöhnlich
gute Nahselektion des Filters.
Die erfindungsgemäße Schaltung, die z. B. aus
einem Resonator-Stapel und einem mit ihm wie oben angegeben elektrisch
verbundenen Resonator besteht, bildet vorzugsweise ein Grundelement
eines Filters.
Es ist möglich, daß mehrere Parallelresonatoren,
die jeweils in einem Parallelzweig unterschiedlicher, miteinander
elektrisch verbundener Grundelemente angeordnet sind, miteinander
akustisch verkoppelt bzw. übereinander
angeordnet sind. Möglich
ist auch, daß anstelle
nur eines Resonators im Parallelzweig (Parallelresonators) eines
Grundelementes der erfindungsgemäßen Schaltung
zwei (vorzugsweise miteinander verkoppelte) seriell oder parallel
verschaltete Parallelresonatoren realisiert sind.
Ferner ist es möglich, daß mehr als nur zwei Serienresonatoren übereinander
angeordnet bzw. akustisch miteinander verkoppelt sind.
Die beschriebenen Grundelemente der
erfindungsgemäßen Schaltung
können
miteinander beliebig kombiniert werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand
von schematischen und daher nicht maßstabsgetreuen Figuren näher erläutert.
1 zeigt
ein Ersatzschaltbild eines BAW-Resonators
2 zeigt
das Schaltbild eines Resonator-Stapels
3 zeigt
einen Resonator-Stapel mit akustisch gekoppelten BAW-Resonatoren
im schematischen Querschnitt (Stand der Technik)
4 zeigt
ein weiteres Beispiel eines Resonator-Stapels mit akustisch gekoppelten
BAW-Resonatoren und einer Koppelschicht im schematischen Querschnitt
(Stand der Technik)
5a zeigt
ein Ersatzschaltbild eines BAW-Resonators mit einer erfindungsgemäß parallel
zu ihm geschalteten Kapazität
5b zeigt
ein Ersatzschaltbild eines BAW-Resonators mit einer erfindungsgemäß in Serie
zu ihm geschalteten Kapazität
6a zeigt
ein Grundglied eines in Ladder-Type-Bauweise realisierten Filters
mit einer parallel zu einem BAW-Resonator im Serienzweig geschalteten
Kapazität
6b zeigt
die Übertragungsfunktion
eines in Ladder-Type-Bauweise
realisierten Filters ohne und mit einer parallel zu einem BAW-Resonator
im Serienzweig geschalteten Kapazität
7 zeigt
ein Grundglied eines in Ladder-Type-Bauweise realisierten Filters
mit einer parallel zu einem BAW-Resonator im Parallelzweig geschalteten
Kapazität
8a zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines in Lattice-Type-Bauweise
realisierten Filters mit parallel zu BAW-Resonatoren in den Serienzweigen
geschalteten Kapazitäten
8b zeigt
die Übertragungsfunktion
eines in Lattice-Type-Bauweise
realisierten Filters ohne und mit einer parallel zu einem BAW-Resonator
im Serienzweig geschalteten Kapazität
9 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines in Lattice-Type-Bauweise
realisierten Filters mit parallel zu BAW-Resonatoren in den Parallelzweigen
geschalteten Kapazitäten
10 zeigt
eine erfindungsgemäße Verschaltung
eines Resonator-Stapels im Serienzweig und eines weiteren BAW-Resonators
im Parallelzweig, im Schaltbild (a) bzw. im schematischen Querschnitt
(b)
11 zeigt
ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Verschaltung
eines Resonator-Stapels
und eines weiteren BAW-Resonators im schematischen Querschnitt
12 zeigt
eine erfindungsgemäße Verschaltung
eines Resonator-Stapels im Serienzweig und eines weiteren Resonator-Stapels
im Parallelzweig, im Schaltbild (a) bzw. im schematischen Querschnitt
(b) Die 1 bis 4 wurden bereits einleitend
erläutert.
5a zeigt
ein Ersatzschaltbild eines BAW-Resonators mit einer parallel zu
ihm verschalteten Kapazität
Ca. Der Resonator wird außerhalb
des Resonanz-Frequenzbereiches durch eine statische Kapazität C0 und in der Nähe der Resonanzfrequenz durch
einen Widerstand Rm, eine Kapazität Cm und eine Induktivität Lm charakterisiert.
Der Widerstand Rm beschreibt Verluste im
Resonator, die Kapazität
Cm und die Induktivität Lm bestimmen
die Resonanzfrequenz. Das Verhältnis
Cm/C0 bestimmt die
Kopplung des Resonators. Das Hinzufügen einer parallel zum Resonator
verschalteten Kapazität
Ca bewirkt die Verringerung der effektiven Kopplung des Resonators,
die nun durch Cm/(C0 +
Ca) anstatt Cm/C0 bestimmt ist.
5b zeigt
ein Ersatzschaltbild eines BAW-Resonators mit einer in Serie zu
ihm verschalteten Kapazität
Ca.
Eine beispielhafte Verschaltung zweier
BAW-Resonatoren RA und RB in Ladder-Type-Bauweise und einer parallel
zu einem der genannten Resonatoren geschalteten Kapazität Ca ist in 6a gezeigt.
Resonator RA ist in einem Serienzweig und Resonator RB ist in einem
Parallelzweig der Schaltung angeordnet. Zwei auf diese Weise verschaltete
Resonatoren stellen z. B. ein Grundglied eines an sich bekannten
Ladder-Type-Filters
dar.
In 6a ist
die Kapazität
Ca im Serienzweig der Schaltung integriert.
Dabei ist sie parallel zum Serienresonator RA geschaltet, wodurch
die Steilheit der rechten Flanke der Übertragungsfunktion im Durchlaßbereich
kontrolliert bzw. erhöht
werden kann. Ein solches Grundglied kann z. B. im Sendefilter (Tx-Filter)
eines Duplexers, insbesondere eines PCS-Duplexers, eingesetzt werden.
6b zeigt
die Übertragungsfunktion
S21 eines in Ladder-Type-Bauweise
realisierten Filters ohne und mit einer parallel zu einem BAW-Resonator
im Serienzweig geschalteten Kapazität. Die Übertragungsfunktion des in
der an sich bekannten Ladder-Type-Bauweise aus BAW-Resonatoren aufgebauten
Filters ist mit einer gestrichelten Linie 11 dargestellt.
Die Übertragungsfunktion
des erfindungsgemäßen Filters
in der Ladder-Type-Bauweise mit einer parallel zu einem BAW-Resonator
im Serienzweig geschalteten Kapazität ist mit einer durchgezogenen
Linie 12 dargestellt, wobei die Übertragungsfunktion in diesem
Fall eine steilere rechte Flanke des Durchlaßbereiches aufweist.
In 7 ist
die Kapazität
Ca im Parallelzweig der Schaltung integriert.
Dabei ist sie parallel zum Parallelresonator RB geschaltet, wodurch
die Steilheit der linken Flanke der Übertragungsfunktion im Durchlaßbereich
kontrolliert bzw. erhöht
werden kann. Ein solches Grundglied kann z. B. im Empfangsfilter
(Rx-Filter) eines Duplexers, insbesondere eines PCS-Duplexers, eingesetzt
werden.
Die Kapazität Ca kann
auf einem Trägersubstrat
zusammen mit dem BAW-Resonator angeordnet sein. Die Kapazität Ca kann auch ein diskretes Bauelement mit
Außenelektroden
darstellen, welches mit dem BAW-Resonator wie oben beschrieben elektrisch
verbunden ist.
Möglich
ist es auch, daß die
Kapazität
Ca in Metallisierungsebenen des (mehrlagigen)
Trägersubstrats realisiert
und mit dem BAW-Resonator wie oben beschrieben, beispielsweise mittels
Durchkontaktierungen, Bumpverbindungen oder Bonddrähte, elektrisch
verbunden ist.
Eine beispielhafte Verschaltung zweier
BAW-Resonatoren RA und RB in Lattice-Type-Bauweise und einer parallel
zu einem der genannten Resonatoren geschalteten Kapazität Ca ist in 8a gezeigt.
Ein Resonator RA ist in einem Serienzweig, und ein Resonator RB
ist in einem Parallelzweig der Schaltung angeordnet. 8a zeigt zwei Paare von
den auf diese Weise verschalteten Resonatoren, die z. B. ein Grundglied eines
in an sich bekannter Lattice-Type-Bauweise realisierten Filters
darstellen.
In 8a sind
zwei Kapazitäten
Ca jeweils in einem Serienzweig der Schaltung integriert. Dabei
sind sie jeweils parallel zum entsprechenden Serienresonator RA
geschaltet, wodurch die Steilheit der rechten Flanke der Übertragungsfunktion
im Durchlaßbereich
kontrolliert bzw. erhöht
werden kann. Ein solches Grundglied kann z. B. im Sendefilter (Tx-Filter)
eines Duplexers, insbesondere eines PCS-Duplexers, eingesetzt werden.
8b zeigt
die Übertragungsfunktion
S21 eines in Lattice-Type-Bauweise
realisierten Filters ohne und mit einer parallel zu einem BAW-Resonator
im Serienzweig geschalteten Kapazität. Die Übertragungsfunktion des in
der an sich bekannten Lattice-Type-Bauweise aus BAW-Resonatoren
aufgebauten Filters ist mit einer gestrichelten Linie 11 dargestellt.
Die Übertragungsfunktion
des erfindungsgemäßen Filters
in der Lattice-Type-Bauweise mit einer parallel zu einem BAW-Resonator
im Serienzweig geschalteten Kapazität ist mit einer durchgezogenen
Linie 12 dargestellt, wobei die Übertragungsfunktion in diesem
Fall eine steilere rechte Flanke des Durchlaßbereiches aufweist.
In 9 sind
zwei Kapazitäten
Ca jeweils in einem Parallelzweig der Schaltung
integriert. Dabei sind sie jeweils parallel zum entsprechenden Parallelresonator
RB geschaltet, wodurch die Steilheit der linken Flanke der Übertragungsfunktion
im Durchlaßbereich
kontrolliert bzw. erhöht
werden kann. Ein solches Grundglied kann z. B. im Empfangsfilter
(Rx-Filter) eines Duplexers, insbesondere eines PCS-Duplexers, eingesetzt
werden.
10a zeigt
das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Verschaltung eines Resonator-Stapels,
der BAW-Resonatoren SR1 und SR2 umfaßt, im Serienzweig und eines
weiteren BAW-Resonators
PR im Parallelzweig. Der Resonator-Stapel ist zwischen Ports P1
und P2 geschaltet. Eine beispielhafte Realisierung einer solchen
Schaltung ist in 10b im
schematischen Querschnitt dargestellt. Der Resonator-Stapel umfaßt die piezoelektrische
Schicht PS1, die zwischen zwei Elektroden E1 und E2 (Mittelelektrode)
angeordnet ist. Darüber
ist die piezoelektrische Schicht PS2 angeordnet. Auf der piezoelektrischen
Schicht PS2 liegt eine Elektrode E4, die an den Port 2 angeschlossen
ist. Der Port P1 ist mit der Elektrode E1 elektrisch verbunden.
Die Schichtenfolge E1, PS1 und E2 realisiert z. B. den Resonator
SR1 entsprechend der 10a.
Die Schichtenfolge E2, S52 und E4 realisiert z. B. den Resonator
SR2 entsprechend der 10a.
Der Resonator PR im Parallelzweig der Schaltung laut 10a ist hier durch die Schichtenfolge
E6 (Elektrode), PS3 (piezoelektrische Schicht) und E5 (Elektrode)
realisiert, wobei die Elektrode E5 mit der Mittelelektrode E2 elektrisch
verbunden ist. Die Elektrode E6 ist in diesem Ausführungsbeispiel
an die Masse angeschlossen. Möglich
ist auch, daß sie an
eine andere hier nicht dargestellte Schaltung angeschlossen ist.
11 zeigt
ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Verschaltung
eines Resonator-Stapels und eines weiteren BAW-Resonators im schematischen
Querschnitt. Der Resonator-Stapel besteht von unten nach oben aus
einer ersten Elektrode E1, einer ersten piezoelektrischen Schicht
PS1, einer zweiten Elektrode E2, einer Koppelschicht KS1, einer
dritten Elektrode E3, einer zweiten piezoelektrischen Schicht PS2
und einer vierten Elektrode E4. Der Resonator-Stapel bildet zwei übereinander angeordnete und mittels
der Koppelschicht miteinander verkoppelte Resonatoren (entsprechend
SR1 und SR2 in 10a)
und ist zwischen Ports P1 und P2 geschaltet. Der Parallelzweig der
Schaltung ist durch einen weiteren Resonator gebildet, der aus einer
dritten piezoelektrischen Schicht PS3 und sie umfassenden Elektroden
E5 und E6 besteht. Die Elektroden E2 und E3 sind mit der Elektrode
E5 verbunden. Die Elektrode E6 ist hier an die Masse angeschlossen.
Möglich
ist auch, daß sie
an eine andere hier nicht dargestellte Schaltung angeschlossen ist.
12a zeigt
das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Verschaltung eines Resonator-Stapels
im Serienzweig und eines weiteren Resonator-Stapels im Parallelzweig
zwischen den Ports P1 und P2. Der erste Resonator-Stapel besteht
aus zwei in Serie geschalteten Resonatoren SR1 und SR2. Der zweite
Resonator-Stapel besteht aus zwei in Serie geschalteten Resonatoren
PR1 und PR2. Eine bespielhafte Realisierung dieser Schaltung ist
in 12b im schematischen
Querschnitt dargestellt. Der erste Resonator-Stapel ist wie in 10b aufgebaut. Der zweite
Resonator-Stapel besteht von unten nach oben aus einer (z. B. an
die Masse angeschlossenen) Elektrode E6, einer piezoelektrischen
Schicht PS3, einer mittleren Elektrode E5, die mit der Elektrode
E2 des ersten Resonator-Stapels elektrisch verbunden ist, einer
piezoelektrischen Schicht PS4 und einer (z. B. an die Masse angeschlossenen)
Elektrode E7.
Obwohl nicht extra dargestellt, sind
auch hier die (unteren) Resonatoren auf einem Trägersubstrat angeordnet, wobei
zwischen Trägersubstrat
und Resonator jeweils ein Luftspalt oder ein akustischer Spiegel
vorgesehen ist.
Die Erfindung wurde der Übersichtlichkeit
halber nur anhand weniger Ausführungsformen
dargestellt, ist aber nicht auf diese beschränkt. Weitere Variationsmöglichkeiten
ergeben sich insbesondere im Hinblick auf die möglichen Kombinationen der oben
vorgestellten Grundelemente und Anordnungen sowie auf die Anzahl der
Schichten in den genannten Schichtbereichen des erfindungsgemäßen Resonators.
Die Erfindung ist nicht auf einen bestimmten Frequenzbereich oder
einen bestimmten Anwendungsbereich beschränkt. Jede der Schichten des
erfindungsgemäßen Resonators
(z. B. die piezoelektrische Schicht oder die Elektrode) kann einen
Mehrschichtaufbau aufweisen. Der erfindungsgemäße Resonator kann auch mehrere
(z. B. nicht aneinander angrenzende) piezoelektrische Schichten
oder mehr als nur 2 Elektroden enthalten.
Die elektrischen Verbindungen (einschließlich der
Masseanbindungen) in den dargestellten Ausführungsbeispielen können diskrete
Elemente, z. B. Induktivitäten,
Kapazitäten,
Verzögerungsleitungen
oder Anpaßnetzwerke
enthalten.