DE69607510T2

DE69607510T2 - Akustisches Oberflächenwellenresonatorfilter

Info

Publication number: DE69607510T2
Application number: DE69607510T
Authority: DE
Inventors: Akira Hiraishi; Kazunobu Shimoe
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-03-23
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 2000-10-12
Anticipated expiration: 2016-03-22
Also published as: KR0185517B1; CN1134627A; EP0734120A1; JP3407459B2; KR960036293A; EP0734120B1; DE69607510D1; JPH08265088A; CN1075287C

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter mit einer Mehrzahl von Interdigitalwandlern und Reflektoren, die auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Verschiedene Kommunikationsgeräte, die in jüngerer Zeit entwickelt wurden, verwenden Akustikoberflächenwellenfilter, wobei in jüngerer Zeit speziell ein Trend zu der Verwendung von Zwischenfrequenzstufen (ZF-Stufen) für digitale Kommunikationssysteme existiert, die ein kompaktes Filter mit einer hohen Selektivität, einer großen Durchlaßbandbreite und flachen Gruppenlaufzeitcharakteristika erfordern. Es existiert ein gut bekanntes herkömmliches kompaktes Akustikoberflächenwellenfilter mit einer geringen Einfügedämpfung und einer großen Durchlaßbandbreite, das ein longitudinal gekoppeltes Resonatorfilter ist, das eine Mehrzahl von Interdigitalwandlern (IDTs), die nahe beieinander auf einem LiTaO&sub3;- Substrat des X-Ausbreitungstyps eines 36º Y-Schnitts angeordnet sind, und Reflektoren aufweist, die auf beiden Seiten der IDTs vorgesehen sind.
Jedoch beträgt bei einem herkömmlichen Resonatorfilter unter Verwendung eines LiTaO&sub3;-Substrats des X-Ausbreitungstyps mit einem 36º Y-Schnitt der Temperaturkoeffizient der Frequenz etwa -35 ppm/ºC, wobei sich die Frequenz beispielsweise in einem Bereich von ± 1750 ppm für Temperaturen in einem Bereich der Zimmertemperatur ± 50ºC ändert. Dies hatte zur Folge, daß die wirksame Durchlaßbandbreite während der tat sächlichen Verwendung eines solchen Filters so schmal ist, daß die Selektivität in der Nähe des Durchlaßbandes (die Dämpfung in dem benachbarten Kanal) unzureichend ist. Es existierte ein weiteres Problem dahingehend, daß es aus einem Grund, der der Größe des Reflexionskoeffizienten zugeordnet ist, schwierig ist, ein solches Filter ausreichend kompakt zu machen, da das Filter Reflektoren mit einer relativ großen Anzahl von Reflexionselektrodenfingern benötigt, um eine ausreichende Energiemenge einzufangen.
Das Dokument Journal of applied physics, Band 50, Nr. 3, März 1979, New York, US [Parker u. a.], Seiten 1360-1369, offenbart ein LiTaO&sub3;-SAW-Bauelement mit einer SiO&sub2;-Schicht, die auf dasselbe aufgebracht ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind durch die beigefügten Ansprüche definiert und liefern ein wenig aufwendiges und kompaktes Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter mit exzellenten Temperaturcharakteristika, einem guten Verhalten und einer großen Durchlaßbandbreite, indem die Dicke der Elektroden einer Mehrzahl von IDTs und Reflektoren, die Dicke eines SiO&sub2;-Films und die Anzahl von Paaren von Elektrodenfingern der IDTs begrenzt werden, um in bevorzugten Bereichen zu liegen.
Um die oben genannten Vorteile zu erreichen, umfaßt gemäß einem ersten Aspekt der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter folgende Merkmale: ein LiTaO&sub3;-Substrat eines 36º Y-Schnitt-X-Ausbreitungstyps; eine Mehrzahl von IDTs, die nahe beieinander auf dem LiTaO&sub3;-Substrat angeordnet sind; Reflektoren, die auf beiden Seiten der Mehrzahl von IDTs angeordnet sind; und einen SiO&sub2;-Film, der derart angeordnet ist, daß der SiO&sub2;-Film die IDTs und Reflektoren bedeckt. Elektroden der IDTs und der Reflektoren bestehen vorzugsweise aus Aluminium oder einer Legierung, die hauptsächlich Aluminium aufweist. Ein Elektrodendickeverhältnis T/λ und ein SiO&sub2;-Filmdicke-Verhältnis H/λ sind vorzugsweise eingestellt, um in folgenden Bereichen zu liegen:
2,6% ≤ T/λ ≤ 4,8%
22% ≤ H/λ ≤ 38%
wobei T die Dicke der Elektroden der IDTs und der Reflektoren darstellt; H die Dicke des SiO&sub2;-Films darstellt; und λ die Wellenlänge einer Akustikoberflächenwelle darstellt und zweimal so groß wie ein Reflektorelektrodenabstand ist.
Ein Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter gemäß einem zweiten Aspekt der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Stufen, von denen jede durch die Resonatorstruktur, die die IDT und Reflektoren gemäß dem ersten Aspekt der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung aufweist, gebildet ist, auf einem LiTaO&sub3;-Substrat des 36º-Y-Schnittx-Ausbreitungstyps angeordnet sind, und daß die Stufen kaskadiert sind.
Gemäß einem dritten Aspekt der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist bei einem Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung der SiO&sub2;-Film vorzugsweise unter Verwendung eines HF-Magnetron-Sputterverfahrens gebildet.
Gemäß einem vierten Aspekt der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist bei einem Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter gemäß einem beliebigen des ersten, zweiten und dritten Aspekts der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung die Gesamtzahl Nt der Paare von Elektrodenfingers der IDTs in einer Stufe vorzugsweise eingestellt, um in dem Bereich 14 ≤ Nt ≤ 68 zu liegen.
Gemäß einem fünften Aspekt der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist bei einem Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter gemäß einem beliebigen des ersten, zweiten, dritten und vierten Aspekts der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung das SiO&sub2;- Filmdicke-Verhältnis H/λ vorzugsweise eingestellt, um in dem Bereich 26% ≤ H/λ ≤ 36% zu liegen.
Gemäß dem ersten Aspekt der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann durch das Begrenzen des Elektrodendicke-Verhältnisses T/λ und des SiO&sub2;-Filmdicke- Verhältnisses H/λ auf die bevorzugten Bereiche ein kompaktes Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter mit geringer Einfügedämpfung und guten Temperaturcharakteristika geschaffen werden, wie detailliert nachfolgend beschrieben wird.
Gemäß dem zweiten Aspekt der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann durch das Verbinden einer Mehrzahl derartiger Stufen ein Filter mit einer höheren Selektivität erhalten werden.
Gemäß dem dritten Aspekt der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verbessert die Bildung des SiO&sub2;-Films unter Verwendung eines HF-Magnetron-Sputterverfahrens die Produktivität auf einer Massenherstellungsbasis.
Gemäß dem vierten Aspekt der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist es durch das Begrenzen der Anzahl von Paaren der Elektrodenfinger der IDTs auf einen bevorzugten Bereich möglich, eine erforderliche Durchlaßbandbreite beizubehalten und einen Durchlaßband-Ripple zu reduzieren.
Gemäß dem fünften Aspekt der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können durch das Begrenzen des SiO&sub2;-Filmdicke-Verhältnisses H/λ auf einen bevorzugten Bereich die Temperaturcharakteristika der Frequenz weiter ver bessert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1(a) ist eine Draufsicht eines Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilters gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in Fig. 1.
Fig. 2 ist eine Draufsicht eines Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilters gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen einem SiO&sub2;-Filmdickeverhältnis H/λ und dem Reflexionskoeffizienten eines Elektrodenfingers unter Verwendung eines Elektrodendicke-Verhältnisses T/λ als einem Parameter, die experimentell erhalten wurde, gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Elektrodendicke- Verhältnis T/λ und der Einfügedämpfung, die experimentell erhalten wurde, gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem SiO&sub2;-Filmdicke- Verhältnis H/λ und einem Temperaturkoeffizienten der Frequenz unter Verwendung des Elektrodendicke-Verhältnisses T/λ als einem Parameter, die experimentell erhalten wurde, gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Gesamtanzahl Nt von Paaren von Elektrodenfingern von IDTs, einem Durchlaßband-Ripple und einer relativen 3 dB-Bandbreite von einem Spitzenverlust, die experimentell erhalten wurde, gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel von Filtercharakteristika eines Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilters gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 zeigt Änderungen der Mittenfrequenz eines Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilters gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und gemäß einem herkömmlichen Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter relativ zur Temperatur.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die Erfinder der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung untersuchten die Möglichkeit, die Temperaturcharakteristika der Frequenz zu verbessern, indem ein SiO&sub2;-Film unter Verwendung eines HF-Magnetron-Sputterverfahrens, das zur Massenproduktion geeignet ist, auf IDTs und Reflektoren gebildet wird, und fanden heraus, daß durch das Begrenzen der Dicke der Aluminiumelektroden und des SiO&sub2;- Films und dergleichen auf bevorzugte Bereiche die Temperaturcharakteristika der Frequenz verbessert werden können, wobei eine kompakte Größe als ein Ergebnis einer Reduzierung der Anzahl von Elektrodenfingern der Reflektoren erhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird nun bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsbeispiele derselben zeigen, beschrieben. Ein gestrichelter Bereich in den Draufsichten, auf die hierin nachfolgend Bezug genommen wird, zeigt einen Bereich an, der durch einen SiO&sub2;-Film bedeckt ist.
Eine Konfiguration eines Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilters gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1(a) und 1(b) gezeigt. Fig. 1(a) ist eine Draufsicht, die eine elementare Struktur zeigt, die die Minimaleinheit eines Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilters gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Fig. 1(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in Fig. 1(a).
Wie in den Fig. 1(a) und 1(b) gezeigt ist, sind bei dem Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter des gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiels IDTs 2 und 3, von denen jeder ein jeweiliges Paar von kammförmigen Elektroden 2a und 2b und ein jeweiliges Paar von kammförmigen Elektroden 3a und 3b, deren Elektrodenfinger digital zueinander angeordnet sind, aufweist, nahe beieinander auf einem LiTaO&sub3;-Substrat 1 eines 36º-Y-Schnitt-X-Ausbreitungstyps angeordnet, wobei Reflektoren 4, die jeweils durch eine Mehrzahl von reflektierenden Elektrodenfingern gebildet sind, auf beiden Seiten der IDTs 2 und 3 angeordnet sind. Ferner ist ein SiO&sub2;-Film 5 auf dem LiTaO&sub3;-Substrat eines 36º-Y-Schnitt-X-Ausbreitungstyps derart gebildet, daß der Film IDTs 2 und 3 und die Reflektoren 4 bedeckt.
Die kammförmigen Elektroden 2a, 2b, 3a bzw. 3b besitzen freiliegende Elektrodenabschnitte 2c, 2d, 3c und 3d zum Eingeben und Ausgeben von Signalen an Verbindungsabschnitten derselben. Die freiliegenden Elektrodenabschnitte 2c und 3c sind mit Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen 6 verbunden, während die freiliegenden Elektrodenabschnitte 2d und 3d mit Masse verbunden sind.
Das Akustikoberflächenwellen-Filter der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise entsprechend der in den folgenden Absätzen dargelegten Beschreibung hergestellt.
Zuerst wird ein Film, der aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, die etwa 1 Gewichtsprozent Kupfer enthält, besteht, auf dem LiTaO&sub3;-Substrat 1 eines 36º-Y-Schnitt-X- Ausbreitungstyps mittels einer Verdampfung, eines Sputterns oder dergleichen gebildet. Danach wird der Film unter Verwendung einer Photolithographie oder dergleichen strukturiert, um die IDTs 2 und 3 und die Reflektoren 4 zu bilden. Danach wird der SiO&sub2;-Film 5 mittels eines HF-Magnetron-Sputterns oder dergleichen derart gebildet, daß der SiO&sub2;-Film die IDTs 2 und 3 und die Reflektoren 4 abdeckt.
Die freiliegenden Elektrodenabschnitte 2c, 2d, 3c und 3d werden beispielsweise durch das Beseitigen eines Teils des SiO&sub2;-Films 5 unter Verwendung eines Ionen-Ätzverfahrens, das in einem CF&sub4;-Plasma durchgeführt wird, oder durch die Verwendung eines Maske während der Bildung des SiO&sub2;-Films 5 erzeugt.
Eine Mehrzahl von Akustikoberflächenwellen-Resonatorfiltern, wie sie oben beschrieben sind, wird auf einem LiTaO&sub3;-Muttersubstrat (Wafer) eines 36º-Y-Schnitt-X-Ausbreitungstyps gebildet, wobei einzelne Filter durch ein Schneiden und Trennen desselben unter Verwendung einer Vereinzelungsmaschine oder dergleichen hergestellt werden. In Fig. 1(b) stellt T die Dicke der Elektroden der IDTS 2 und 3 und der Reflektoren-4 dar; H stellt die Dicke des SiO&sub2;-Films dar; und A stellt die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle dar und ist zweimal so groß wie ein Reflektorelektrodenab stand.
Fig. 2 zeigt eine Konfiguration eines Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilters gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 2 ist eine Draufsicht eines Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilters, auf dem eine Mehrzahl der Resonatoren, die den in Fig. 1 gezeigten Aufbau aufweisen, gebildet ist. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter des vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiels durch das Vorsehen von drei Akustikoberflächenwellen-Resonatorfiltern, die die IDTs 2 und 3 und die Reflektoren 4, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, enthalten, auf einem LiTaO&sub3;-Substrat 1 eines 36º-Y-Schnittx-Ausbreitungstyps parallel zueinander und durch das Kaskadieren dieser Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter konfiguriert. Die Konfigurationen der IDTs und Reflektoren sind im wesentlichen die gleichen, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, und werden daher hier nicht beschrieben.
Durch das Vorsehen einer Mehrzahl von kaskadierten Stufen von Akustikoberflächenwellen-Resonatoren, von denen jeder IDTs und Reflektoren aufweist, kann ein Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter erhalten werden, das als ein Ergebnis einer großen Dämpfung außerhalb des Durchlaßbands eine hohe Selektivität zeigt.
Nachfolgend werden nun die Gründe für die Entwurfsbedingungen, die oben umrissen sind, für ein Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung basierend auf den Ergebnissen von Experimenten, die bezüglich vieler Proben, die durch Ändern der Elektrodendicke, der SiO&sub2;-Filmdicke, des Abstands der Elektrodenfinger, der Anzahl von Paaren von Elektrodenfingern, usw., erzeugt wurden, durchgeführt wurden, beschrieben.
Fig. 3 zeigt Änderungen des Reflexionskoeffizienten von einem Elektrodenfinger eines IDT oder eines Reflektors relativ zu einem SiO&sub2;-Filmdickeverhältnis H/λ unter Verwendung eines Elektrodendicke-Verhältnisses T/λ als einem Parameter.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, hängt der Reflexionskoeffizient von einem Elektrodenfinger von der Dicke H des SiO&sub2;-Films oder der Dicke T der Elektrode ab und nimmt in beiden Fällen linear mit der Dicke zu.
Im Fall eines herkömmlichen LiTaO&sub3;-Substrats eines 36º-Y- Schnitt-X-Ausbreitungstyps (ohne SiO&sub2;-Film) sind, um gewünschte Charakteristika (Einfügedämpfungen) durch das ausreichende Einfangen der Energie einer akustischen Oberflächenwelle in dem Resonatorfilter zu erhalten, beispielsweise etwa 50 Elektrodenfinger für den Reflektor erforderlich, wenn das Elektrodendickeverhältnis T/λ 4,5%. In diesem Fall (T/λ = 4,5% und H/λ = 0) beträgt, wie in Fig. 3 gezeigt ist, der Reflexionskoeffizient eines Elektrodenfingers 0,06.
Es ist wesentlich, die Anzahl der Elektrodenfinger des Reflektors zu reduzieren, um ein kompaktes Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter zu liefern. Um die Anzahl der Elektrodenfinger des Reflektors im Unterschied zum Stand der Technik auf einen Wert unter 50 zu reduzieren, muß der Reflexionskoeffizient eines Elektrodenfingers zumindest größer als 0,06 sein. Jedoch hat eine große SiO&sub2;-Filmdicke eine Zunahme der Zeit zur Folge, die erforderlich ist, um den Film zu erzeugen, was die Produktivität reduziert. Überdies hat dieselbe eine Belastung zur Folge, die in dem Substrat erzeugt wird, was während oder nach dem Zusammenbau einen Bruch des Substrats bewirken kann, und was Risse in den Elektrodenfilmen und dem SiO&sub2;-Film erzeugen kann. Daher muß ein SiO&sub2;-Filmdickeverhältnis H/λ für die praktische Verwendung 40% oder kleiner sein.
Fig. 3 zeigt, daß das Elektrodendickeverhältnis T/λ 2,6% oder größer sein muß, so daß der Reflexionskoeffizient von einem Elektrodenfinger für ein SiO&sub2;-Filmdickeverhältnis H/λ in einem zweckmäßigen Bereich von 0-40% über 0,06 liegen kann.
Es ist daher erforderlich, das Elektronendickeverhältnis T/λ auf 2.6% oder darüber einzustellen, um ein kompaktes Bauelement zu schaffen.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Elektrodendicke-Verhältnis H/λ und der minimalen Einfügedämpfung eines Filters, wenn das SiO&sub2;-Filmdicke-Verhältnis H/λ 29,5% beträgt.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, nimmt bis zu einem Elektrodenfilmdicke-Verhältnis H/λ von etwa 2,5% die Einfügedämpfung ab, wenn das Elektrodenfilmdicke-Verhältnis H/λ erhöht wird, da die Energie der akustischen Oberflächenwelle durch die Reflektoren in dem Resonatorfilter begrenzt wird. Wenn jedoch etwa 2,5% überschritten werden, nimmt die Einfügedämpfung zu, wenn das Elektrodenfilmdicke-Verhältnis H/λ erhöht wird. Es wird davon ausgegangen, daß dies einer Zunahme des Verlust zuweisbar ist, der einer Modenumwandlung von der akustischen Oberflächenwelle zu einer Volumenwelle an der Elektrode zugeordnet ist.
Da ein Filter, das bei einer ZF-Stufe verwendet wird, allgemein eine hohe Selektivität aufweisen muß, muß ein solches Filter eine Konfiguration besitzen, bei der eine Mehrzahl von Stufen kaskadiert ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn drei Stufen kaskadiert sind, wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist, die Einfügedämpfung dreimal größer sein als bei einer Ein-Stufen-Konfiguration. Das heißt, daß die minimale Einfügedämpfung eines Filters, das tatsächlich verwendet wird, dreimal die Einfügedämpfung, die in Fig. 4 gezeigt ist, ist.
Unterdessen ist entsprechend Entwurfstechniken für transversale Filter, die häufig als Breitbandfilter verwendet werden, die minimale Einfügedämpfung ein Wert, der die Summe einer bidirektionalen Dämpfung von 6 dB und anderer Dämpfungsarten ist. Daher ist gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die auf die Reduzie rung der Einfügedämpfung gerichtet sind, die minimale Zieleinfügedämpfung für die kaskadierten drei Stufen auf 6 dB eingestellt. Das heißt, das Ziel ist der Bereich, bei dem in Fig. 4 die Einfügedämpfung 2dB oder geringer ist, wobei zu erkennen ist, daß dies durch das Einstellen des Elektrodendicke-Verhältnisses T/λ auf 4,8% oder darunter erreicht werden kann. Ferner kann in dem Fall, in dem das Elektrodendickeverhältnis T/λ auf 4,3% oder darunter eingestellt ist, die Einfügedämpfung auf 1,5 dB reduziert werden.
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem SiO&sub2;-Dickeverhältnis H/λ und einem Temperaturkoeffizienten der Frequenz unter Verwendung des Elektrodendickeverhältnisses T/λ als einem Parameter.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, hängt der Temperaturkoeffizient der Frequenz nicht nur von der SiO&sub2;-Filmdicke H/λ, sondern auch von dem Elektrodendicke-Verhältnis T/λ ab, wobei das SiO&sub2;-Filmdicke-Verhältnis H/λ, bei dem ein Temperaturkoeffizient von 0 erhalten wird, abhängig von dem Elektrodendicke-Verhältnis T/λ variiert.
Das Ziel beim Entwurf des Temperaturkoeffizienten der Frequenz ist auf ein Drittel von dem gemäß dem Stand der Technik eingestellt, d. h. ± 10 ppm/ºC oder darunter. Fig. 5 zeigt, daß ein Temperaturkoeffizient der Frequenz von ± 10 ppm/ºC oder darunter erhalten werden kann, indem das SiO&sub2;- Filmdickeverhältnis H/λ in dem Bereich von 22-38% eingestellt wird, wobei das Elektrodendicke-Verhältnis T/λ auf den Bereich von 2,6-4,8% eingestellt ist, wie oben beschrieben ist.
Ferner kann der Temperaturkoeffizient der Frequenz auf ± 5 ppm/ºC oder darunter eingestellt werden, was gleich oder über dem Temperaturkoeffizienten der Frequenz eines Akustikoberflächenwellenfilters unter Verwendung eines Quarzsubstrats ist, indem das SiO&sub2;-Filmdickeverhältnis H/λ auf den Bereich von 26-36% eingestellt wird. Da der Temperaturkoef fizient der Frequenz auf etwa 0 ppm/ºC eingestellt werden kann, ist es bevorzugter, daß das SiO&sub2;-Filmdickeverhältnis H/λ eingestellt wird, um in dem Bereich von etwa 27-35% zu liegen.
Nun erfolgt eine Beschreibung der geeigneten Einstellung der Anzahl der Paare von Elektrodenfingern der IDTs, um einen Durchlaßband-Ripple zu unterdrücken und eine erforderliche Durchlaßbandbreite zu erhalten. Unter der Annahme, daß N die Anzahl von Paaren der Elektrodenfinger von jedem der IDTs 2 und 3 in Fig. 1 darstellt, und daß Nt die Gesamtzahl der Paare der Elektrodenfinger dieser beiden IDTs darstellt (die Gesamtzahl der Elektrodenfinger), zeigt Fig. 6 Änderungen eines Durchlaßband-Ripples und einer relativen 3dB-Bandbreite, wenn die Gesamtzahl Nt der Elektrodenfingerpaare variiert wird.
Beispielsweise ist in dem Fall eines ZF-Filters, das für eine Mittenfrequenz von 110,6 MHz des DECT-Systems (DECT = Digital European Cordless Telephone) verwendet werden soll, die erforderliche Durchlaßbandbreite die nominelle Mittenfrequenz ± 0,6 MHz oder mehr, d. h. 1,2 MHz oder mehr. Ein herkömmliches Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter unter Verwendung eines LiTaO&sub3;-Substrats eines 36º-Y-Schnitt-X-Ausbreitungstyps muß eine Durchlaßbandbreite von 1,5 MHz oder mehr besitzen, wenn Temperaturcharakteristika der Frequenz und Alterungseffekte berücksichtigt werden. Gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, bei denen der Temperaturkoeffizient der Frequenz sehr klein sein kann, haben jedoch eine Durchlaßbandbreite von 1,3 MHz und eine relative Bandbreite von etwa 1, 2% keinerlei Problem bei der tatsächlichen Verwendung zur Folge, selbst wenn die Temperaturcharakteristika der Frequenz und eine Alterungstoleranz berücksichtigt werden. Ferner muß ein Durchlaßband- Ripple während der tatsächlichen Verwendung 1 dB oder kleiner sein.
Fig. 6 zeigt, daß eine relative 3 dB-Bandbreite von 1,2% oder darüber und ein Durchlaßband-Ripple von 1 dB oder darunter erhalten werden können, indem die Gesamtzahl von Elektrodenfingerpaaren Nt und die Anzahl der Elektrodenfingerpaare N (die die Hälfte von Nt ist) in den Bereichen von 14-68 bzw. 7-34 eingestellt werden. Je größer die Anzahl von Elektrodenfingerpaaren der IDTs ist, desto größer ist die Einfügedämpfung. Es wurde jedoch bestimmt, daß die Einfügedämpfung 2 dB beträgt oder darunterliegt, wenn die Gesamtzahl der Elektrodenfingerpaare Nt einen Maximalwert von 68 aufweist.
Wie oben beschrieben wurde, existieren strenge Begrenzungen hinsichtlich der Entwurfsbedingungen, um ein Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter zu schaffen, das einen Temperaturkoeffizient der Frequenz von ± 10 ppm/ºC oder darunter besitzt, das kompakt hergestellt werden kann, und das eine geringe Dämpfung und einen geringen Ripple aufweist, indem ein LiTaO&sub3;-Substrat eines 36º-Y-Schnitt-X-Ausbreitungstyps verwendet wird, und indem ein SiO&sub2;-Film gebildet wird. Die resultierenden Entwurfsbedingungen können wie folgt zusammengefaßt werden.
(1) Das Elektrodendicke-Verhältnis T/λ liegt vorzugsweise in dem Bereich von 2,6% ≤ H/λ ≤ 4,8%.
(2) Das SiO&sub2;-Filmdicke-Verhältnis H/λ liegt vorzugsweise in dem Bereich von 22% ≤ H/λ ≤ 38%, und noch bevorzugter in dem Bereich von 26% ≤ H/λ ≤ 36%.
(3) Die Gesamtzahl Nt der Elektrodenfingerpaare der IDTs liegt vorzugsweise in dem Bereich von 14 ≤ Nt ≤ 68.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel der Charakteristika eines Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilters, das eine nominelle Mittenfrequenz von 110,6 MHz aufweist, das basierend auf den oben beschriebenen Ergebnissen hergestellt ist.
Bei diesem Fall weist das Akustikoberflächenwellen-Resonato rfilter eine dreistufige Konfiguration auf, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, wobei die IDTs und Reflektoren durch Aluminiumelektroden gebildet sind; wobei der SiO&sub2;-Film unter Verwendung eines HF-Magnetron-Sputterverfahrens gebildet ist; und wobei das Elektrodendicke-Verhältnis T/λ, das SiO&sub2;-Filmdicke-Verhältnis H/λ und die Gesamtzahl von Elektrodenfingerpaaren Nt auf 3,7%, 29,5% bzw. 28 eingestellt sind.
Die 3 dB-Durchlaßbandbreite beträgt etwa 1,5 MHz, während eine relative Durchlaßbandbreite von 1,36% erhalten wurde. Ferner wird ein sehr geringer Temperaturkoeffizient der Frequenz erhalten, der ermöglicht, daß die Dämpfung bei einer Frequenz von 110,6 MHz ± 1,728 MHz auf 46 dB oder mehr beibehalten wird, was eine große Dämpfung bei einem Temperaturbereich der Zimmertemperatur ± 50ºC erfordert. Ferner wird der Reflexionskoeffizient eines Elektrodenfingers als etwa 0,075 gemessen.
Fig. 8 zeigt Änderungen der Mittenfrequenzen eines herkömmlichen Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilters, bei dem kein SiO&sub2;-Film gebildet ist, und des Filters des oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels relativ zu der Temperatur. Fig. 8 zeigt, daß das herkömmliche Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz von -35 ppm/ºC aufweist, während das Filter des oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels einen solchen von +0,6 ppm/0C besitzt. Folglich wurde die Änderung der Mittenfrequenz relativ zu der Temperatur stark verbessert.
Zusätzlich kann der Reflexionskoeffizient eines Elektrodenfingers etwa 0,075 betragen, was ermöglicht, daß die Anzahl der Elektrodenfinger der Reflektoren von 50 auf 40 reduziert wird. Da ferner die Strahlungskonduktanz der IDTs erhöht ist, kann die Anzahl der Paare der Elektrodenfinger der IDTs reduziert sein. Dies ermöglicht es, eine Chipgröße zu erhalten, die hinsichtlich des Flächenverhältnisses nur 2/3 von der Größe nach dem Stand der Technik besitzt, und ein Aku stikoberflächenwellenfilter in einem Gehäuse zu schaffen, das eine Größe aufweist, die nur 1/3 von der bekannter Bauelemente beträgt.
Obwohl die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele Doppel-Mode-Resonatorfilter unter Verwendung eines Longitudinal-Modes nullter Ordnung und eines Longitudinal- Modes erster Ordnung sind, bei denen bei den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen zwei IDTs zwischen Reflektoren gebildet sind, können die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf ein Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter angewendet werden, bei dem drei oder mehr IDTs zwischen Reflektoren gebildet sind, um höhere Moden zu unterstützen.
Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein kompaktes Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter mit guten Temperaturcharakteristika, einem guten Verhalten und einer großen Durchlaßbandbreite erhalten werden, indem ein SiO&sub2;-Film derart gebildet wird, daß der SiO&sub2;-Film die IDTs und Reflektoren, die auf einem LiTaO&sub3;-Substrat eines 36º-Y-Schnitt-X- Ausbreitungstyps gebildet sind, bedeckt, und indem die Dicke der Elektroden, die Dicke des SiO&sub2;-Films und die Gesamtanzahl von Paaren der Elektrodenfinger in bevorzugten Bereichen eingestellt sind.
Zusätzlich können durch das Bilden des SiO&sub2;-Films unter Verwendung eines HF-Magnetron-Sputterverfahrens, das eine hohe Produktivität aufweist, die Kosten zum Erzeugen des SiO&sub2;- Films reduziert sein; die Reduzierung der Chipgröße erhöht die Anzahl von Chips, die aus einer Waferplatte erhalten werden, um einen Faktor von etwa 1,5; und die Verbesserung der Temperaturcharakteristika verbessert den Ertrag des Bauelements, was die Materialkosten reduziert und die Produktivität verbessert.
Obwohl die vorliegende Erfindung bezugnehmend auf spezielle bevorzugte Ausführungsbeispiele derselben beschrieben wurde, sind viele weitere Variationen und Modifikationen sowie andere Verwendungen für Fachleute offensichtlich. Es ist daher bevorzugt, daß die vorliegende Erfindung nicht durch die direkt gegebene spezifische Offenbarung, sondern lediglich durch die beigefügten Ansprüche begrenzt ist.

Claims

1. Ein Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter mit folgenden Merkmalen:

einem LiTaO&sub3;-36º-Y-Schnitt-X-Ausbreitungssubstrat (1);

einer Mehrzahl von Interdigitalwandlern, IDTs, (2, 3), die auf dem LiTaO&sub3;-Substrat (1) angeordnet sind;

einer Mehrzahl von Reflektoren (4), die auf beiden Seiten der Mehrzahl von IDTs (2, 3) angeordnet sind; und

einem SiO&sub2;-Film (5), der derart angeordnet ist, daß er die IDTs (2, 3) und die Reflektoren (4) bedeckt, wobei

ein Elektrodendicke-Verhältnis T/λ und ein SiO&sub2;-Filmdicke-Verhältnis H/λ derart eingestellt sind, daß gilt:

2,6% ≤ T/λ ≤ 4,8%

22% ≤ H/λ ≤ 38%

wobei T eine Dicke jeder der Elektroden der IDTs (2, 3) und der Reflektoren (4) darstellt; H eine Dicke des SiO&sub2;-Films (5) darstellt; und λ eine Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle, die auf dem Substrat (1) erzeugt wird und die doppelt so lang wie ein Reflektorelektrodenabstand ist, darstellt.

2. Ein Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter nach Anspruch 1, das ferner eine Mehrzahl von Stufen aufweist, von denen jede durch eine Mehrzahl der IDTs (2, 3) und Reflektoren (4), die auf dem LiTaO&sub3;-Substrat (1) angeordnet sind, gebildet ist, wobei die Stufen kaskadiert sind.

3. Das Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der SiO&sub2;-Film (5) einen Film aufweist, der unter Verwendung eines HF-Magnetron-Sputterverfahrens gebildet ist.

4. Das Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Gesamtzahl Nt der Paare von Elektrodenfingern der Mehrzahl von IDTs (2, 3) derart eingestellt ist, daß gilt: 14 ≤ Nt ≤ 68.

5. Das Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das SiO&sub2;-Filmdicke-Verhältnis H/λ derart eingestellt ist, daß gilt: 26% ≤ H/λ ≤ 36%.

6. Das Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das SiO&sub2;-Filmdickeverhältnis H/λ derart eingestellt ist, daß gilt: 27% ≤ H/λ ≤ 35%.

7. Ein Verfahren zum Herstellen eines Akustikoberflächenwellen-Resonatorfilters, mit folgenden Schritten:

Erzeugen einer Mehrzahl von Elektroden zum Bilden von Interdigitalwandlern, IDTs, (2, 3) und Reflektoren (4) auf einem LiTaO&sub3;-36º-Y-Schnitt-X-Ausbreitungssubstrat (1), wobei eine Dicke T der Mehrzahl von Elektroden und eine Wellenlänge λ einer akustischen Oberflächenwelle, die auf dem Substrat (1) erzeugt wird, derart eingestellt sind, daß gilt: 2,6% ≤ T/λ ≤ 4,8%; und

Bilden eines SiO&sub2;-Films (5) auf den IDTS (2, 3) durch ein HF-Magnetron-Sputterverfahren, wobei eine Dicke H des SiO&sub2;-Films (5) und die Wellenlänge λ derart eingestellt sind, daß gilt: 22% ≤ H/λ ≤ 38%.

8. Ein Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Schritt des Erzeugens der Mehrzahl von Elektroden folgende Schritte aufweist:

Erzeugen eines Metallfilms auf dem Substrat (1); und

Strukturieren des Metallfilms, um die IDTs (2, 3) mit einer Gesamtzahl Nt von Paaren von Elektrodenfingern zu erzeugen, wobei Nt derart eingestellt ist, daß gilt: 14 ≤ Nt ≤ 68.