[發明專利]一種高品質因子的單端對聲表面波諧振器

有效

• 申請號: 201310012272.9
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103929147B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 王文;周寒冰
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所;江蘇聲立傳感技術有限公司
• 主分類號: H03H9/25
• 分類號: H03H9/25;H03H9/02
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司11318
• 代理人: 楊小蓉,楊青

技術領域

本發明涉及聲學技術中的聲表面波諧振器（以下簡稱SAW諧振器），特別是涉及一種用于溫度及壓力傳感器的具有高品質因子、小體積切具有較小帶內波動的異步型單端對聲表面波諧振器。

背景技術

具有高品質因子的單端對SAW諧振器廣泛用于高頻率穩定度的聲波振蕩器之中。近年來，單端對SAW諧振器因其簡單結構以及高品質因子（Q值）與低損耗等特點開始在各種聲表面波傳感器之中獲得較大應用。特別是在一些聲表面波溫度傳感器（如美國Sengenuity公司所推出的電力設備溫度傳感系統）、用于汽車輪胎壓力監控的壓力傳感器系統（如英國的TRT公司所推出的由三個諧振器構成的用于TPMS的胎壓及胎溫檢測系統）中已經獲得了實際應用。在無線SAW傳感器應用中，SAW諧振器的性能特別是品質因子以及帶內波動特性直接影響到傳感器性能?；贗SM規則考慮，在無線傳感器應用中，傳感器的工作頻率集中在434MHz與2.4GHz兩個頻段。如何使得諧振器在上述兩個頻段獲得高品質因子是目前的一個研究熱點。

作為例子，常規結構的單端對SAW諧振器，它是一種同步型的諧振器，由壓電基片12和置于壓電基片12上面的叉指換能器14和分置于叉指換能器14兩邊的第一反射器13和第二反射器15組成，如圖1所示。第一反射器13和第二反射器15一般采用短路柵結構，第一反射器13和第二反射器15與叉指換能器14的邊緣間距l₁和l₂分別為0.25λ，λ為聲波波長。叉指換能器14、第一反射器13和第二反射器15的電極寬度均是0.25λ，并采用鋁電極。這種同步型結構所存在的問題是其帶內波動比較大，將可能導致一個或者多個偽諧振點，Q值也較低，從而直接影響到上述無線傳感器性能。為改善其品質因子，一般采用比較長的反射器（Waldemar?S,“Scattering?matrix?approach?to?one-port?SAW?resonator”,IEEE?UFFC,Vol.47,No.6,2000,pp:1615-1618），盡管獲得了較高的Q值，但是也增加了帶外波動，同時大幅增加了器件的面積，從而增加傳感器體積，不利于傳感器的實際應用。

發明內容

本發明的目的在于解決上述的用于溫度及壓力傳感器的單端對SAW諧振器所存在的一些問題：為了實現SAW諧振器具有小體積、高Q值和較小的帶外波動等性能，從而提供一種以鋁為電極，對叉指換能器進行布萊克曼窗切指加權，并調整叉指換能器與反射器的邊緣間距所實現的一種異步型單端對SAW諧振器。

為實現上述發明目的，本申請提出了一種高品質因子的單端對聲表面波諧振器，所述的單端對聲表面波諧振器21包括一塊壓電基片22、置于壓電基片22表面的一個叉指換能器24，和分布在叉指換能器24兩側的第一反射器23和第二反射器25；其特征在于：所述的第一反射器23和第二反射器25與叉指換能器24之間的邊緣間距均為0.625λ，λ為聲波波長，以在采用較少的反射器電極條件下獲得高Q值，從而獲得單端對SAW諧振器的小體積。總之，所述的SAW諧振器21由一塊壓電基片22，在壓電基片22上利用半導體工藝設置的一個叉指換能器24和分布于叉指換能器24兩邊的第一反射器23和第二反射器25組成。

作為上述技術方案的一種改進，所述的叉指換能器24采用布萊克曼窗函數切指加權結構。所述的布萊克曼窗切指加權結構，包括：叉指電極和切指后填充的假指，以保持聲傳播路徑傳播速度的均勻性，較小帶外波動。

作為上述技術方案的另一種改進，所述的第一反射器23和第二反射器25均采用短路柵結構。

作為上述技術方案的再一種改進，所述的叉指換能器24、第一反射器23和第二反射器25均采用鋁材料電極，電極占空比（即電極寬度與電極間間隙寬度之比）為1.3～1.5，以獲得高Q值。

作為上述技術方案的還一種改進，所述的叉指換能器24、第一反射器23和第二反射器25的鋁電極膜厚為1.1%～1.5%λ。

作為上述技術方案的又一種改進，考慮到在溫度與壓力傳感器應用，所述的壓電基片為繞Y向旋轉0到35度之間任意角度切割的石英基片。其機電耦合系數為0.23%，溫度系數為14～25ppm/°C，且具有良好的壓力靈敏度。