專利名稱：：聲表面波諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種諧振器，尤其涉及一種聲表面波諧振器。
背景技術(shù)：
：聲表面波(SurfaceAcousticWave,SAW)是傳播于壓電基片材料表面的機(jī)械波，其聲速僅為電磁波速的十萬分之一，其振幅隨深入基片本材料的深度增加而迅速減少。SAff最主要的特點(diǎn)就是能量能夠集中于表層，使得聲表面波組件可以很容易地運(yùn)用其所攜帶的能量?；赟AW對(duì)某些物理、化學(xué)、生物量的敏感特性，許多各具特色的SAW器件被開發(fā)出來。聲表面波諧振器(SurfaceAcousticWaveResonators,SAWR)是一種晶體諧振器，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。這種晶體有一個(gè)很重要的特性，如果給它通電，它就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振蕩，反之，如果給它機(jī)械力，它又會(huì)產(chǎn)生電，這種特性叫機(jī)電效應(yīng)。他們有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關(guān)。由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)非常小，其振蕩頻率也非常穩(wěn)定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，因此，其諧振頻率也很準(zhǔn)確。品質(zhì)因數(shù)(Q因數(shù)，qualityfactor)表征一個(gè)儲(chǔ)能器件(如電感線圈、電容等)、諧振電路中所儲(chǔ)能量同每周期損耗能量之比的一種質(zhì)量指標(biāo)，諧振回路的品質(zhì)因數(shù)為諧振回路的特性阻抗與回路電阻之比，元件的Q值愈大，用該元件組成的電路或網(wǎng)絡(luò)的選擇性愈佳。傳統(tǒng)的SAWR主要廣泛用于工作在20MHz以上頻段的次中頻濾波。然而，很多生物性質(zhì)需要高頻才能夠有效地進(jìn)行檢測(cè)。傳統(tǒng)的SAWR的工作頻率、插入損耗、時(shí)間延遲、相位延遲等受溫度、壓力、濕度等外界物理因素影響較大，無法達(dá)到高的品質(zhì)因數(shù)Q。其器件在加工制作過程中很難達(dá)到較好的頻次內(nèi)和批次間的重復(fù)性，嚴(yán)重妨礙了SAWR的產(chǎn)品化。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有更高的品質(zhì)因數(shù)(Q)及頻率穩(wěn)定性的聲表面波諧振器。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種聲表面波諧振器，包括壓電基片、叉指換能器、兩個(gè)反射柵和兩個(gè)吸聲件。壓電基片為ST切型石英。叉指換能器刻蝕于壓電基片。叉指換能器發(fā)出433.92MHz的中心頻率，周期節(jié)長(zhǎng)度Μ=7.2μm,叉指寬度a=l.9μm,叉指間距b=l.7μm,指條對(duì)數(shù)N=100，聲孔徑W=720μm,叉指指條的鋁條厚度H=200nm。兩個(gè)反射柵分別刻蝕于叉指換能器的兩側(cè)，每側(cè)的反射柵指條數(shù)目NMf=200，兩側(cè)的反射柵與叉指換能器之間的距離s=9.0μm。兩個(gè)吸聲件分別設(shè)置于兩個(gè)反射柵遠(yuǎn)離叉指換能器的一側(cè)。于本發(fā)明的一實(shí)施例中，聲表面波諧振器是單端口聲表面波諧振器。綜上所述，本發(fā)明提供的聲表面波諧振器具有更高的品質(zhì)因數(shù)Q及頻率穩(wěn)定性，不易受環(huán)境影響，且可由IC工藝加工設(shè)計(jì)，具備體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供的聲表面波諧振器能穩(wěn)定可靠地發(fā)出高頻433MHz，從而提高聲表面波諧振器的檢測(cè)性能，電極響應(yīng)快、靈敏度高，具有批量重復(fù)性好、成本低廉等優(yōu)勢(shì)。為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。圖1所示為本發(fā)明提供的聲表面波諧振器的示意圖。圖2所示為本發(fā)明提供的聲表面波諧振器的電極設(shè)計(jì)示意圖。圖3所示為本發(fā)明提供的聲表面波諧振器的制備工藝流程示意圖。具體實(shí)施例方式圖1所示為本發(fā)明提供的聲表面波諧振器的示意圖。圖2所示為本發(fā)明提供的聲表面波諧振器的電極設(shè)計(jì)示意圖。圖3所示為本發(fā)明提供的聲表面波諧振器的制備工藝流程示意圖。請(qǐng)一并參考圖1至圖3。本發(fā)明提供一種聲表面波諧振器11，包括壓電基片1111、叉指換能器1112(InterdigitalTransducers,IDT)、兩個(gè)反射柵1113和兩個(gè)吸聲件1114。壓電基片1111為ST切型石英。叉指換能器1112刻蝕于壓電基片1111，叉指換能器1112發(fā)出433.92MHz的中心頻率，周期節(jié)長(zhǎng)度Μ=7.24!11,叉指寬度3=1.9μm,叉指間距b=l.7μm,指條對(duì)數(shù)N=IOO,聲孔徑Ι=720μπι，叉指指條的鋁條厚度H=200nm。兩個(gè)反射柵1113分別刻蝕于叉指換能器1112的兩側(cè)，每側(cè)的反射柵1113的指條數(shù)目NMf=200，兩側(cè)的反射柵1113與叉指換能器1112之間的距離s=9.0ym。兩個(gè)吸聲件1114分別設(shè)置于兩個(gè)反射柵1113遠(yuǎn)離叉指換能器1112的一側(cè)。采用ST切型石英作為基底材料而非其它石英晶體切型(譬如AT切、SC切)是因?yàn)槠涓菀自诟哳l率端工作。ST切型(ST=StableTemperature)其歐拉角度為(0°,132.75°,0°)。有時(shí)此切型也稱為“X軸方向傳播的Y切石英晶體”。IDT1112為叉指狀電極，電信號(hào)加于IDT1112兩端時(shí)，在壓電基片1111上激勵(lì)的聲表面波(SurfaceAcousticWave,SAW)向兩側(cè)傳播在左右兩反射柵1113柵極之間和左右反射柵1113之間發(fā)生多次反射，反射波仍由IDT1112接收。本發(fā)明主要設(shè)計(jì)因素包括基底材料的選擇與中央的叉指換能器IDT以及兩側(cè)的反射柵條的參數(shù)設(shè)計(jì)。為提高檢測(cè)精度，設(shè)計(jì)的器件應(yīng)具備較高的Q值，但同時(shí)又要保證足夠的相應(yīng)帶寬，這也是本發(fā)明的設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)之一。同時(shí)，為擴(kuò)大檢測(cè)范圍以及無線無源的檢測(cè)需求，應(yīng)使器件具備較大的聲表面波激發(fā)強(qiáng)度并盡量減小器件的插入損耗。SAffR參數(shù)設(shè)計(jì)主要包括對(duì)叉指換能器IDT的設(shè)計(jì)和兩側(cè)反射柵的參數(shù)設(shè)計(jì)。IDT主要參數(shù)為周期節(jié)長(zhǎng)度M，叉指寬度a，叉指間隙b，指條對(duì)數(shù)N，聲孔徑W等。1.叉指寬度a，叉指間隙b對(duì)等間距IDT而言，滿足a=b=M/4，該參數(shù)決定聲表面波諧振器的諧振頻率，應(yīng)滿足:M=λ=v/f其中λ為聲表面波波長(zhǎng)，V為IDT所激發(fā)的聲表面波波速(不同壓電基底有所不同)，f為諧振器的諧振頻率。對(duì)ST切型石英，v=3158m/s，本發(fā)明中IDT中心頻率為433MHz，則由上式計(jì)算可得λ=7.2μηι?？紤]蝕刻工藝的誤差影響,本發(fā)明取a=l.9μm,b=l.7μm。2.指條對(duì)數(shù)N指條對(duì)數(shù)N主要影響器件帶寬及激發(fā)聲表面波強(qiáng)度，N越大，帶寬越窄，Q值越高，以其作為反饋元件的振蕩器的頻率穩(wěn)定度越高。其_3dB帶寬Λf_3dB滿足:Δf_3dB/fo=0.8845/N其中fQ為中心頻率。但I(xiàn)DT對(duì)數(shù)不能過多，IDT對(duì)數(shù)越多會(huì)使(sinX/X)2兩旁的零點(diǎn)越接近，造成頻寬過窄。同時(shí)IDT對(duì)數(shù)越多激發(fā)聲表面波強(qiáng)度越大，強(qiáng)度與N2成正比。本發(fā)明取N=IOO。3.聲孔徑W聲孔徑W主要影響激發(fā)聲表面波的振幅及器件的插入損耗:W越大，總功率、振幅越大、插入損耗越?。徊贿^過長(zhǎng)的重疊長(zhǎng)度非但無法降低插入損失，反而只是徒增組件的大小。同時(shí)，W越大IDT的等效電容也越大，不利于高頻信號(hào)。但聲孔徑太小會(huì)使SAW的衍射變得嚴(yán)重。設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)各種指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，取值10100λ為佳。本發(fā)明取W=IOOλ=720μm。4.反射柵數(shù)目Nref金屬反射柵可將聲波向兩側(cè)傳遞損失的能量反射加以利用，從而降低插入損耗，金屬柵電極間距Ρ=λ/2時(shí)，IDT中心頻率落在金屬柵完全反射的頻段內(nèi)。可達(dá)到最好的反射效果。反射柵數(shù)目應(yīng)根據(jù)具體情況而定，一般建議取NmIζI=34，對(duì)鋁條反射柵ζI=0.018。本發(fā)明取Nref=200,即IDT兩側(cè)各200條反射柵。5.延遲距離sIDT與兩側(cè)反射柵之間的距離s稱為延遲距離，需滿足:S=λ/4+η(λ/2)其中η為正整數(shù)。延遲距離對(duì)于SAWR的響應(yīng)極為重要，延遲距離應(yīng)越小越好，以避免聲波傳輸時(shí)的損失。本發(fā)明取s=5/4.λ=9.0μmo6.鋁條厚度H由于表面質(zhì)量沉積和電導(dǎo)率的變化，叉指指條在基底表面會(huì)使SAW的傳輸阻抗發(fā)生變化，傳輸阻抗的跳變將導(dǎo)致SAW的反射，使傳輸頻譜發(fā)生畸變。從減少反射角度來說，應(yīng)使叉指電極的鋁膜厚度H盡可能地小，但會(huì)導(dǎo)致叉指電極的電阻增大，增加插入損耗，并有可能導(dǎo)致鋁條的斷裂，降低器件的可靠性。綜合考慮后，本發(fā)明取鋁條厚度H=200nm。綜上所述,本發(fā)明的所有參數(shù)如下表所示:中心頻率f1433.92MHz周期節(jié)長(zhǎng)度M7.2Uin叉指(反射柵)寬度a^叉指(反射柵)間距b^1.7um權(quán)利要求1.一種聲表面波諧振器，其特征在于，包括:壓電基片，為ST切型石英；叉指換能器，刻蝕于所述壓電基片，叉指換能器發(fā)出433.92MHz的中心頻率，周期節(jié)長(zhǎng)度Μ=7.2μm，叉指寬度a=l.9μm,叉指間距b=l.7μm,指條對(duì)數(shù)N=IOO,聲孔徑W=720μm，叉指指條的鋁條厚度H=200nm；兩個(gè)反射柵，分別刻蝕于所述叉指換能器的兩側(cè)，每側(cè)的反射柵指條數(shù)目NMf=200，兩側(cè)的反射柵與叉指換能器之間的距離s=9.0μm;兩個(gè)吸聲件，分別設(shè)置于所述兩個(gè)反射柵遠(yuǎn)離所述叉指換能器的一側(cè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲表面波諧振器，其特征在于，所述聲表面波諧振器是單端口聲表面波諧振器。全文摘要本發(fā)明提供一種聲表面波諧振器，包括壓電基片、叉指換能器、兩個(gè)反射柵和兩個(gè)吸聲件。壓電基片為ST切型石英。叉指換能器刻蝕于壓電基片。叉指換能器發(fā)出433.92MHz的中心頻率，周期節(jié)長(zhǎng)度M=7.2μm，叉指寬度a=1.9μm，叉指間距b=1.7μm，指條對(duì)數(shù)N=100，聲孔徑W=720μm，叉指指條的鋁條厚度H=200nm。兩個(gè)反射柵分別刻蝕于叉指換能器的兩側(cè)，每側(cè)的反射柵指條數(shù)目Nref=200，兩側(cè)的反射柵與叉指換能器之間的距離s=9.0μm。兩個(gè)吸聲件分別設(shè)置于兩個(gè)反射柵遠(yuǎn)離叉指換能器的一側(cè)。本發(fā)明的聲表面波諧振器具有更高的品質(zhì)因數(shù)Q及頻率穩(wěn)定性，不易受環(huán)境影響，具備體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)H03H9/25GK103117728SQ20131007227公開日2013年5月22日申請(qǐng)日期2013年3月7日優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日發(fā)明者惠國(guó)華,陳丹妮,尹芳緣申請(qǐng)人:浙江工商大學(xué)