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Dokumentenidentifikation DE102004053318A1 11.05.2006
Titel Mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator
Anmelder EPCOS AG, 81669 München, DE
Erfinder Heinze, Habbo, Dr., 85716 Unterschleißheim, DE;
Schmiedgen, Monika, 82140 Olching, DE;
Schmidhammer, Edgar, Dr., 83371 Stein, DE
Vertreter Epping Hermann Fischer, Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80339 München
DE-Anmeldedatum 04.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004053318
Offenlegungstag 11.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.05.2006
IPC-Hauptklasse H03H 9/17(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H03H 9/125(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonator mit einer oberen Elektrode (1), die ein Polygon mit gekrümmten Kanten (11, 12, 13, 14) darstellt, wobei über dem Randbereich der oberen Elektrode (1) eine Randstruktur (5) aus einem akustisch dämpfenden Material angeordnet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator oder FBAR (FBAR = Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonator). Die akustische Welle wird in einer piezoelektrischen Schicht in vertikaler Richtung zwischen zwei übereinander liegenden Elektroden angeregt. Dabei entstehen auch unerwünschte laterale Moden, die zur Verringerung der Resonatorgüte führen.

FBAR mit Unterdrückung lateraler Wellenmoden sind beispielsweise aus der Druckschrift US 6150703 bekannt. Die Unterdrückung wird durch eine am Rand der Elektrode vorgesehene akustisch dämpfende Struktur sowie durch die Ausbildung von Elektroden als unregelmäßige Vielecke mit nichtparallelen Kanten erzielt.

Aus der Druckschrift US 6,693,500 B2 ist es bekannt, zur Unterdrückung von lateralen akustischen Moden die Resonatorelektroden als Vielecke mit nach außen gekrümmten Kanten auszubilden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen weiteren mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonator mit einer hohen Unterdrückung von lateralen Moden anzugeben.

Die Aufgabe der Erfindung ist durch einen Resonator gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den weiteren Ansprüchen hervor.

Es wird ein mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator angegeben, dessen obere „kissenförmige" Elektrode, die ein Polygon mit gekrümmten Kanten darstellt, einen Randbereich aufweist, über dem eine Randstruktur aus einem akustisch dämpfenden Material, z. B. Siliziumdioxid angeordnet ist. Vorzugsweise ist auch eine unterhalb der oberen Elektrode angeordnete untere Elektrode in Form eines Polygons mit gekrümmten Kanten ausgebildet. Zwischen den beiden Elektroden ist eine piezoelektrische Schicht angeordnet, in der bei der Resonanzfrequenz des Resonators eine akustische Welle anregbar ist.

Durch die Kombination dieser beschriebenen Maßnahmen gelingt mit einem Resonator gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung eine überraschend effiziente Unterdrückung von lateralen akustischen Moden.

Die durch die Ecken des Polygons definierte Grundform der jeweiligen Elektrode kann (bei vier Ecken) z. B. ein Quadrat, ein Rechteck, ein Trapez oder ein Parallelogramm darstellen. Es ist vorteilhaft, die einander gegenüber liegenden Kanten des Polygons zueinander nichtparallel und die Grenzwinkel an den Ecken, an denen sich die Kanten schneiden, mit einem vom rechten Winkel abweichenden Winkel auszubilden. Die Ausbildung der sich überschneidenden oder einander gegenüber liegenden Kanten mit voneinander unterschiedlichen Längen ist auch vorteilhaft.

In einer bevorzugten Variante ist der Resonator auf einem Trägersubstrat angeordnet, wobei zwischen dem Substrat und dem Resonator ein akustischer Spiegel mit abwechselnd angeordneten Teilschichten hoher und niedriger akustischer Impedanz vorgesehen ist. Die Dicke jeder Teilschicht beträgt vorzugsweise eine Viertelwellenlänge bei der Resonanzfrequenz des Resonators.

Das Polygon weist vorzugsweise konvexe, d. h. nach außen gekrümmte Kanten auf. Das Polygon weist in einer weiteren Variante konkave, d. h. nach innen gekrümmte Kanten auf.

Die nach innen, zur Mitte der oberen Elektrode gewandten Kanten der Randstruktur sind vorzugsweise in die gleiche Richtung wie die Kanten dieser Elektrode gekrümmt. Die Kanten der Randstruktur können gegenüber den ihnen zugeordneten Elektrodenkanten die gleiche Krümmung aufweisen.

Die obere und die untere Elektrode können die gleiche Form aufweisen. Die einander entsprechenden Kanten der oberen und der unteren Elektrode können übereinander liegen.

Die entsprechenden Kanten der oberen und der unteren Elektrode können einander gegenüber versetzt oder um einen gegebenen Winkel verdreht sein. Die entsprechenden Kanten der beiden Elektroden können sich in einer gemeinsamen (zu den Elektroden parallelen) Projektionsebene schneiden.

Die Kanten der jeweiligen Elektrode können jeweils die Form einer Hyperbel oder einer Parabel aufweisen. Die gekrümmten Elektrodenkanten können aber auch Kreissegmente darstellen.

Der Krümmungsradius einer gekrümmten Kante ist vorzugsweise um den Faktor K größer als eine zwischen einander gegenüber liegenden Ecken des Polygons gemessene mittlere Querschnittsgröße L des Resonators, wobei K z. B. zwischen 1,4 und 10 liegt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen schematisch

1 einen auf einem akustischen Spiegel montierten Resonator im Querschnitt

2 eine Draufsicht auf einen Resonator mit nach außen gekrümmten Elektrodenkanten und einer akustisch dämpfenden Randstruktur

3 eine Draufsicht auf einen Resonator mit nach innen gekrümmten Elektrodenkanten und einer akustisch dämpfenden Randstruktur

4 eine Draufsicht auf einen Resonator mit einander gegenüber versetzten Elektroden

5 eine Draufsicht auf einen Resonator mit einander gegenüber verdrehten Elektroden

6 eine Elektrode mit einer fünfeckigen Grundform und unterschiedlich lang ausgebildeten Kanten

1 zeigt einen auf einem Trägersubstrat 3 angeordneten Resonatorstapel, der einen akustischen Spiegel 4 und einen darauf montierten Resonator umfasst. Der akustische Spiegel 4 weist abwechselnd angeordnete Schichten mit einer niedrigen akustischen Impedanz – die Teilschichten 41 – und einer hohen akustischen Impedanz – die Teilschichten 42 – auf. Der Resonator weist eine piezoelektrische Schicht 6 auf, die zwischen den Elektroden 1, 2 angeordnet ist. Auf dem Resonator ist eine Randstruktur 5 angeordnet, die aus einem akustisch dämpfenden Material besteht und zumindest teilweise mit dem Randbereich der oberen Elektrode 1 des Resonators überlappt. Die Breite der Überlappung kann einige Mikrometer, z. B. 2 &mgr;m, also einige Prozent (z. B. 0,5 bis 5%) der Querschnittsgröße der Elektrode betragen.

Als piezoelektrische Schicht ist z. B. AlN geeignet, als Elektroden z. B. Mo.

In 2 ist zu sehen, dass die Randstruktur 5 die Elektrode 1 allseitig umgibt.

Die Elektrode 1 hat in 2 die Grundform eines Quadrats, dessen Kanten 11 bis 14 allerdings konvex ausgebildet sind. Die innere Kante (z. B. die Kante 51) der Randstruktur 5 verläuft im konstanten Abstand zur ihr zugeordneten Kante 11 der Elektrode 1.

In 3 ist eine weitere beispielhafte Elektrode mit einer quadratischen Grundform gezeigt. Hier sind die Kanten 11 bis 14 des Quadrats konkav ausgebildet. Auch die inneren Kanten 51 bis 54 der Randstruktur 5 sind konkav und folgen der Form der Kanten 11 bis 14 der Elektrode 1 im gleichen Abstand entlang des Krümmungsradius.

In 4 sind die beiden übereinander angeordneten Elektroden 1 und 2 gezeigt, die gegeneinander translatorisch versetzt sind. In 5 ist eine Ausführung der Erfindung dargestellt, bei der die beiden Elektroden 1 und 2 gegeneinander verdreht sind. In 4 und 5 sind die beiden Elektroden gleichartig ausgebildet und weisen jeweils eine z. B. der 2 entsprechende Form auf.

In 6 ist eine Elektrode 1 gezeigt, deren Grundform einem Fünfeck mit fünf unterschiedlich langen Kanten 11 bis 15 entspricht, wobei die Kanten jeweils ggf. mit unterschiedlichen Krümmungsradien gekrümmt sind.

Die jeweilige Elektrode kann auch nur drei oder mehr als vier bzw. fünf gekrümmte Kanten aufweisen.

Die Erfindung ist nicht auf die Anzahl oder die genaue Form der nur schematisch dargestellten Elemente beschränkt.

1obere Elektrode 11, 12, 13, 14gekrümmte Kanten der Elektrode 1 2untere Elektrode 3Trägersubstrat 4akustischer Spiegel 41Schicht mit niedriger akustischer Impedanz 42Schicht mit hoher akustischer Impedanz 5Randstruktur 51, 52, 53, 54Kanten der Randstruktur 5 6piezoelektrische Schicht

Anspruch[de]
  1. Mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator mit einer oberen Elektrode (1), die ein Polygon mit gekrümmten Kanten (11, 12, 13, 14) darstellt, wobei über dem Randbereich der oberen Elektrode (1) eine Randstruktur (5) aus einem akustisch dämpfenden Material angeordnet ist.
  2. Resonator nach Anspruch 1, mit nach außen gekrümmten Kanten (11, 12, 13, 14).
  3. Resonator nach Anspruch 1, mit nach innen gekrümmten Kanten (11, 12, 13, 14).
  4. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die nach innen zur Mitte der oberen Elektrode (1) gewandten Kanten (51, 52, 53, 54) der Randstruktur (5) in die gleiche Richtung wie die Kanten (11, 12, 13, 14) dieser Elektrode gekrümmt sind.
  5. Resonator nach Anspruch 4, wobei die nach innen zur Mitte der oberen Elektrode (1) gewandten Kanten (51, 52, 53, 54) der Randstruktur (5) der Form von den ihnen zugeordneten Kanten dieser Elektrode im gleichen Abstand folgen.
  6. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer der oberen Elektrode (1) gegenüber liegenden unteren Elektrode (2), die ein Polygon mit gekrümmten Kanten darstellt.
  7. Resonator nach Anspruch 6, bei dem die obere und die untere Elektrode (1, 2) die gleiche Form aufweisen.
  8. Resonator nach Anspruch 7, bei dem die einander entsprechenden Kanten der oberen und der unteren Elektrode (1, 2) übereinander liegen.
  9. Resonator nach Anspruch 7, bei dem die entsprechenden Kanten der oberen und der unteren Elektrode (1, 2) einander gegenüber versetzt oder um einen Winkel verdreht sind.
  10. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der auf einem Trägersubstrat (3) angeordnet ist, wobei zwischen dem Trägersubstrat (3) und dem Resonator ein akustischer Spiegel (4) angeordnet ist.
  11. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Kanten der oberen Elektrode (1) jeweils die Form einer Hyperbel aufweisen.
  12. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Kanten der oberen Elektrode (1) jeweils die Form einer Parabel aufweisen.
  13. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Kanten der oberen Elektrode (1) Kreissegmente darstellen.
  14. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Krümmungsradius einer gekrümmten Kante um den Faktor K größer ist als eine zwischen einander gegenüber liegenden Ecken des Polygons gemessene mittlere Querschnittsgröße L des Resonators, wobei K zwischen 1,4 und 10 liegt.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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