KR20200126420A

KR20200126420A - Saw 필터 장치의 소스 억제를 위한 변환기 구조물

Info

Publication number: KR20200126420A
Application number: KR1020207028583A
Authority: KR
Inventors: 실베인 발란드라스; 플로렌트 버나드; 에밀리 코르조우
Original assignee: 프렉엔시스
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2020-11-06
Anticipated expiration: 2039-03-14
Also published as: JP2024001367A; WO2019175317A1; JP7519902B2; TWI751407B; JP2021516904A; FR3079101A1; FR3079101B1; EP3766176B1; CN111869104A; US11606079B2; KR102561687B1; EP3766176A1; TW201939889A; US20210044273A1

Abstract

표면 탄성파 장치를 위한 변환기 구조물은, 표면 탄성파 장치를 위한 변환기 구조물에 있어서, 서로 다른 빗살 전극(302, 304)에 속하는 인접 전극 수단(306, 308)과 두 개의 인접 전극 수단(306, 308) 사이에 가장자리-대-가장자리 전극 수단 거리로 정의되고, 브래그 조건을 만족하는 피치 p를 갖는 한 쌍의 맞물린 빗살 전극(302, 304)을 포함하고, 상기 한 쌍의 맞물린 빗살 전극(302, 304)은 둘 이상의 인접 전극 수단(306, 308)이 동일한 빗살 전극(302, 304)에 속하며, 피치 p에 대응되는 서로에 대한 가장자리 대 가장자리 거리를 갖는 적어도 하나의 영역(316)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 표면 탄성파 필터 장치에 관한 것이다.

Description

SAW 필터 장치의 소스 억제를 위한 변환기 구조물

본 발명은 표면 탄성파 필터 장치에 관한 것으로, 특히 표면 탄성파 필터 장치를 위한 변환기 구조물에 관한 것이다.

최근 몇 년 동안 표면 탄성파(surface acoustic wave, SAW) 장치는 필터, 센서 및 지연 라인과 같은 점점 더 많은 실제 응용 분야에 사용되었다. 특히, SAW 필터는 복잡한 전기 회로를 사용하지 않고 저손실 고차 대역 통과 필터를 형성할 수 있기 때문에 휴대폰 애플리케이션에서 흥미롭다. 따라서 SAW 필터는 다른 필터 기술에 비해 성능과 크기면에서 상당한 이점을 제공한다.

일반적인 표면 탄성파 장치에서 하나 이상의 IDT(inter-digitated transducer)는 특정 재료의 압전 효과를 이용하여 음향파를 전기 신호로 또는 그 반대로 변환하는데 사용된다. 인터 디지털 변환기(IDT)는 압전 기판에 배치된 맞물린 금속 핑거를 가진 대향 "빗살"을 포함한다. 표면 음향파는 핑거를 전기적으로 여기시켜 기판에 설정할 수 있다. 반대로, 전기 신호는 변환기 아래의 압전 기판 재료에서 전파되는 표면 탄성파에 의해 핑거를 가로 질러 유도될 수 있다.

SAW 장치는 일반적으로 압전 재료로 모놀리식 Quartz, LiNbO₃ 또는 UTaO₃ 결정으로 만든 웨이퍼를 사용한다.　그러나 압전 기판의 사용은 사용되는 압전 재료에 따라 온도에 대한 민감도가 높거나 전기 기계적 결합이 약하여 필터의 통과 대역 특성의 성능이 저하된다.

한 가지 접근 방식으로 이러한 장치에 복합 기판을 사용하게 된다. 복합 기판은 베이스 기판 상에 형성된 하나 이상의 층을 포함 할 수 있다. 기판 상단에 단일 레이어의 디자인은 단순한 디자인이고 상단 단일 레이어가 압전 재료로 만들어진 한 압전이 아닌 기본 기판을 사용할 수 있으므로 선호되는 옵션이다. 강한 결합이 결합된 복합 기판, 예를 들면 1%보다 큰 전기 기계 계수 k_s ² 및 온도 안정성, 예를 들면 10ppm/K보다 작은 주파수의 온도 계수(TCF)의 경우, SAW 장치의 성능을 향상시키고 설계의 유연성을 제공한다.

복합 기판은 베이스 기판을 위한 다양한 재료를 제공하며, 다이아몬드, 사파이어, 실리콘 카바이드 및 실리콘과 같은 높은 음향파 전파 속도를 가진 베이스 기판 재료를 선택할 수 있다.

주파수의 온도 계수(TCF)를 고려하여 사용되는 재료를 조정함으로써 압전 기판에 제조된 소자에 비해 복합 기판에 제조된 소자의 온도 민감도를 낮출 수도 있다. 예를 들어, 주파수의 온도 계수(TCF)가 반대인 두 재료를 사용할 수 있으므로 온도에 대해 스펙트럼적으로 더 안정적인 SAW 장치가 생성된다. 또한 상부층보다 열팽창이 작은 기판을 사용하여 복합 열팽창을 부과하고 TCF 감소를 발생시키는 것도 가능하다.

마지막으로, 재료의 선택, 조합, 방향 및 상단 단일 층의 두께는 압전 기판만을 사용하는 것과 비교하여 광범위한 설계 가능성을 제공하므로 고주파 필터링 분야에서 SAW 장치를 개선할 수 있는 여지가 있다.

그러나, 지금까지는 복합 구조를 기반으로 하는 일부 SAW 필터 장치가 우수한 온도 특성을 제공 할 수 있지만, US 5,998,907에 개시된 바와 같이 필터 통과 대역 성능이 여전히 크게 저하되어 삽입 손실이 증가하고 통과 대역이 좁아져 모바일 애플리케이션에 적합하지 않게 된다.

또한, 복합 기판에 기반한 SAW 필터 장치는 인터페이스 압전층 / 기판에서 반사되는 표면에서 발생하는 여기 모드에 해당하는 높은 수준의 기생 모드(parasitic modes)를 보여준다.　이러한 효과는 일반적으로 압전층의 층 두께가 반 파장보다 클 때 관찰된다.　이러한 효과는　기판 바닥 표면과 공기 사이의 계면에서의 반사로 인해 두께가 250μm 이하인 비교적 얇은 벌크 기판을 기반으로 하는 SAW 필터에서도 실제로　관찰된다.

그 결과 필터의 대역 통과 외부에서 소위 "래틀 효과(rattle effect)"가 발생하여 필터 장치의 성능과 특히 대역외 제거가 감소한다.　예를 들어 DE 102017108483에서와 같이, 인터페이스에 엑스트라 레이어를 추가하여 반사를 줄이거나, US 2017/0104470에서와 같이, 변환기의 다른 부분에 걸쳐 변환기 구조물의 전극 피치를 변조하여 이러한 스퓨리어스(spurious) 공명을 처리하려는 다양한 접근법이 시도되었다. 그러나 이러한 접근 방식은 SAW 필터 장치에 제조 제약 및 제한 사항을 도입한다.

따라서 복합 기판에서 SAW 필터의 성능은 여전히 개선되어야 한다.

본 발명의 목적은 개선된 파라미터를 갖는 복합 기판 상에 증착된 표면 탄성파 필터 장치를 제공함으로써 이전에 인용된 단점을 극복하는 것이다.　

본 발명의 목적은 음향파 전파 기판 상에 형성된 표면 탄성파 장치를 위한 변환기 구조물에 의해 달성되며, 상기 변환기는 상기 기판상에 형성된 한 쌍의 맞물린 빗살형 전극을 포함하는 전기 부하 및/또는 소스에 결합하도록 구성된다. 상기 기판 상에 형성되고, 상기 한 쌍의 맞물린 빗살형 전극은 서로 다른 빗살형 전극에 속하는 인접 전극 수단을 포함하고 피치 p는 2 개의 인접 전극 수단 사이의 거리를 의미하며, 피치 p는 다음과 같은 브래그 조건 p = A / 2을 만족시키며, A는 상기 변환기의 작동 음향파장이고, 상기 한 쌍의 맞물린 빗살 전극은　피치 p에 대응하는 서로에 대한 가장 자리 간 거리를 가지면서 둘 이상의 인접 전극 수단이 동일한 빗살 전극에 속하는 적어도 하나의 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.　변환기의 작동 음향 파장 λ은 f_r = V / 2p = V / A와 같은 변환기 구조물의 공진 주파수 f_r에 해당하며, V는 음향파 전파 기판에서 음향파 전파 속도이다. 동기 모드에서 브래그 조건에서 변환기 구조물을 사용하고 특성 특징을 수정하지 않고 변환기 구조물의 전기 음향 소스 밀도를 가능한 감소시키기 위해 변환기 구조물의 적어도 하나의 영역을 수정하는 것이 가능하다.　실제로, 전기 음향 소스는 교류 / 다른 전위에 연결된 두 개의 인접한 전극 수단에 의해 정의된다.　　

따라서, 적어도 둘 이상의 인접 전극 수단이 동일한 전위에 연결되어 장치에서 하나 이상의 전기 음향 소스가 억제된다.　따라서　더 적은 음향파가 생성되고 감지된다.　따라서 특유의 특징을 수정하지 않고 변환기 구조물에서 하나 이상의 전기 음향 소스를 억제함으로써 변환기 구조물의 음향파의 여기 및 검출 효율을 제어할 수 있다.　또한, 복합 기판 또는 박막 벌크 기판은 SAW 필터 장치, 전기 결합 계수 k_s ²의 감소 필터 특성 기생 모드(parasitic modes)로 이어질 것으로 알려져 있기 때문에, 변환기 구조물에서 하나 이상의 전기 음향 소스를 억제함으로써 SAW 파일러 장치에 존재하는 변환기 구조물의 전기 화학적 결합 계수 k_s ²　의 감소는 이러한 기생 모드(parasitic modes)의 존재 또는 검출의 감소로 이어져야 한다.　여기서는 변환기 구조물의 전체 변화기 길이와 전극 평균 수를 고려하여 전기 음향 소스 밀도에 비례하는 인자만큼 변환기 구조물에서 전기 화학적 결합 계수 k_s ²를 줄일 수 있다.

본 발명의 일 변형에 따르면, 변환기 구조물은 상기 기판 상에 형성된 한 쌍의 맞물린 빗살 전극을 포함할 수 있으며, 상기 한 쌍의 맞물린 빗살 전극은 서로 다른 빗살 전극에 속하는 인접 전극 수단을 포함하고, 피치 p는 가장자리 대 가장자리 전극으로 정의되는 것은 인접한 두 전극 수단 사이의 거리를 의미하며, 피치 p는 p = A / 2로 주어진 브래그 조건을 만족하고, A는 상기 변환기의 작동 음향파장이고, 전극 수단은 모두 동일한 기하학적 구조를 가지며;　상기 한 쌍의 맞물린 빗살 전극은 피치 p에 대응하는 서로에 대한 가장자리 간 거리를 가지며, 동일한 기하학적 구조를 갖는 두 개 이상의 인접 전극 수단이 동일한 빗살 전극에 속하는 적어도 하나의 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.　변형에서 모든 전극 수단은 동일한 형상을 갖는다.

또한　이러한 일 변형에서, 동기 모드에서 브래그 조건에서 변환기 구조물을 사용할 수 있으며 변환기 구조물의 적어도 하나의 영역이 변환기 구조물의 전기 음향 소스 밀도를 감소시키기 위해 수정된다.　따라서　변환기 구조물에서 하나 이상의 전기 음향 소스를 억제함으로써 변환기 구조물의 음향파의 여기 및 검출 효율을 제어　하는　것이 가능해진다. 또한,　변환기 구조물의 전기 화학적 결합 계수 k_s ²는 변환기 구조물의 전체 변환기 길이와 전극 수를 고려하여 전기 음향 소스 밀도에 비례하는 계수만큼 감소될 수 있다.　따라서 변환기 구조물에서 기판의 반사된 전기 음향파로 인해 기생 모드(parasitic modes)의 존재 또는 적어도 검출을 줄이는 것이 가능하다.　　

본 발명의 일 변형에 따르면, 변환기 구조물은 동일한 빗살 전극에 속하는 2 개 이상의 전극 수단을 갖는 복수의 영역을 포함한다.　전기 음향 소스 이에 억제 변환기 구조물에서 증가하고, 변환기의 전기 기계 결합 계수 k_s ² 가 감소할 수 있다.　따라서 기판에서 반사된 전기 음향파로 인한 기생 모드(parasitic modes)의 변환기 구조물에 의한 존재 또는 적어도 검출은 감소되어야 한다.　　

본 발명의 일 변형에 따르면, 전극 수단은 전극 핑거 또는 분할 핑거이고, 상기 분할 핑거는 동일한 전위에서 둘 이상의 인접한 전극 핑거를 포함한다.　이에 의해 단일 전극 변환기 구조물뿐만 아니라 예를 들어 더블 핑거 전극 변환기에 대해서도 다양한 유형의 변환기 구조물에 대해 전기 음향 소스의 억제를 사용할 수 있다.

본 발명의 일 변형에 따르면, 동일한 빗살 전극에 속하는 둘 이상의 인접 전극 수단을 갖는 영역은 주기적으로 분포되지 않으며,　특히　무작위로 분포된다.　따라서, 전기 음향 소스의 억제와 전기 음향파의 여기는 주기적으로 실현되지 않는다. 비주기적인 방식으로 영역을 분배하는 또 다른 긍정적인 효과는 변환기 구조물에 의해 생성된 하행배음(sub-harmonic) 효과가 감소하거나 심지어 억제된다.　

본 발명의 일 변형에 따르면, 동일한 빗살 전극에 속하는 둘 이상의 인접 전극 수단을 갖는 적어도 하나의 영역, 특히 적어도 하나의 영역 각각은 인접 전극의 짝수, 동일한 빗 전극에 속하는 특히 단지 2 개를 포함한다.　변환기 구조물에서 동일한 전위에 연결된 짝수의 인접 전극 핑거(fingers)를 갖는　것은 실제로　전기 음향 소스의 억제뿐만 아니라 변환기 구조물 내에서 생성된 표면 탄성파의 π의 위상 변화를 초래한다.　따라서　변환기 구조물의 전기 기계 결합 계수 k_s ² 를 더　줄일 수　있다.　특별한 경우, 두 개의 전극 핑거만 동일한 전위에 연결되면, 변환기 구조물 내에서 생성된 표면 탄성파의 위상 변화 π만 발생하고, 그 결과 전기 기계 결합 계수 k_s ² 가 특히 여기서 2 배 감소한다.　이 아이디어는　동일한 빗살 전극에 연결된　두 전극　핑거의 각 측면에서 방출되는 에너지를　변환기쪽으로　결합하여 파괴적인 간섭을 생성하고, 반면에 변환기 외부로 방출되는 에너지는 실제로 발사되어 거울에 의해 반사된다.　그러면 변환기 효율이 2 배 감소한다.　　

본 발명의 일 변형에 따르면, 동일한 빗살 전극에 속하는 둘 이상의 인접 전극 수단을 갖는 적어도 하나의 영역, 특히 적어도 하나의 영역 각각은 인접 전극 수단의 홀수, 동일한 빗살 전극에 속하는　특히 단지 3 개를 포함한다. 동일한 빗살 형 전극에 속하는 인접한 전극 수단이 홀수이면 변환기 구조물내에서 하나 이상의 전기 음향 소스가 억제되고, 그 결과 변환기에 대한 전기 기계 결합 계수 k_s ²가 감소한다. 적어도 두 개의 인접한 전극 핑거가 동일한 전위에 연결되면 장치에서 하나 이상의 전기 음향 소스가 억제되므로 더 적은 음향파가 생성되고 감지된다.　따라서 변환기 구조물에서 하나 이상의 전기 음향 소스를 억제함으로써 변환기 구조물의 음향파의 여기 및 검출 효율을 제어하는 것이 가능하게 된다.　또한, 복합 기판 또는 박막 벌크 기판은 SAW 필터 장치의 필터 특성에서 기생 모드를 유도하는 것으로 알려져 있기 때문에, SAW 필터 장치에 존재하는 변환기 구조물의 전기 화학적 결합 계수 k_s ² 의 감소 또는 변환기 구조물에서 더 많은 전기 음향 소스는 이러한 기생 모드(parasitic modes)의 존재 또는 감지를 감소시켜야 한다.　여기서는 변환기 구조물의 전체 변환기 길이와 전극 수를 고려하여 전기 음향 소스 밀도에 비례하는 계수만큼 변환기 구조물에서 전기 화학적 결합 계수 k_s ²를 줄일 수 있다.

본 발명의 일 변형에 따르면, 동일한 빗살 전극에 속하는 인접 전극 수단의 수는 동일한 빗살 전극에 속하는 둘 이상의 인접 전극 수단을 갖는 적어도 두 영역 사이에서 상이하다.　따라서,　특히　변환기 구조물의 전기 기계적 결합 계수 k_s ²를　더욱 감소시키기 위해　변환기의 설계에서 추가 자유도를　갖는다.　변환기 구조물의 전기 기계 결합 계수 k_s　²의 감소는 변환기 구조물의 기판에서 반사된 전기 음향파로 인한 기생 모드(parasitic modes)의 존재 또는 적어도 검출을 저감할 수 있다.　　　　　　　　　　

본 발명의 일 변형에 따르면, 동일한 빗살 전극에 속하는 인접 전극 수단을 갖는 영역이 양쪽 빗살 전극 상에 제공된다.　이것은 변환기 구조물을 필요에 맞게 조정할 수 있는 가능성을 더욱 향상시킨다.

본 발명의 변형에 따르면, 표면 탄성파 필터 장치의 기판은 적어도 제 1 재료의 베이스 기판 및 압전 재료의, 특히 LiTaO₃, 특히 표준 IEEE 1949 Std-176에 따라 (YXl)/∂, 36°<∂<52°로 정의된 결정 방향을 가진 LiTaO_3,보다 특히 표준 IEEE 1949 Std-176에 따라 (YXl)/42° 컷으로 정의되는 Y-컷, X-전파를　갖는　LiTaO₃, 최상층을 포함하는 복합 기판일 수 있다. 따라서, 온도 안정성이 있는 재료를 결합한 복합 기판을 얻을 수 있으며, 이는 SAW 장치의 성능을 더욱 향상시킬 수 있고 추가 설계 유연성을 제공한다.　또한, 기판에 대한 다양한 재료를 선택할 수 있다. 즉, 높은 음향파 전파 속도를 가진 기판 재료를 선택할 수 있다.

본 발명의 일 변형에 따르면, 베이스 기판은 실리콘을 포함한다.　베이스 기판은 압전 재료의 최상층에 가까운 트랩 리치 층을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 트랩 리치 층은 베이스 기판의 분리 성능을 개선하고 다 결정질, 비정질, 또는 다공성 재료, 예를 들어 다결정 실리콘, 비정질 실리콘 또는 다공성 실리콘, 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있지만, 본 발명은 이러한 물질에 제한되는 것은 아니다.

실리콘에 압전층을 전사하는 경우, 압전 소스 기판에 이온 주입을 사용하여 전사할 층을 정의하고, 소스 기판을 실리콘 기판에 부착하고, 열적 또는 기계적 처리를 통해 층을 전사하여, SmartCut™ 과 같은 대량 생산 방법이 사용될 수 있다.　또 다른 옵션은 압전 소스 기판을 베이스 기판에 조립한 다음,　특히　화학적 및/또는 기계적 처리를　사용하여　압전 소스 기판의 박형화를 수행하는 것이다. 다이아몬드, 사파이어 또는 실리콘 카바이드와 같은 대체 베이스 기판을 사용할 수 있다.　

본 발명의 일 변형에 따르면, 베이스 기판 상에 형성된 압전층의 두께는 하나의 파장보다 클 수 있으며,　특히　20μm 보다 클 수 있다.　층의 두께가 장치의 사용 주파수에 영향을 미치기 때문에, 원하는 주파수 범위에 맞게 두께를 조정하고 예를 들어 고주파 필터링을 위해 SAW 장치를 적용하는 것이 가능해진다.

본 발명의 일 변형에 따르면, 베이스 기판의 재료와 압전 재료는 상이한 주파수 온도 계수(TCF),　특히 상반되는　주파수 온도 계수(TCF)를 갖는다.　표준 압전 기판의 TCF가 높으면 통과 대역의 파장이 이동을 유도하고 필터 장치의 불안정성을 초래한다.　복합 기판에서 베이스 기판과 압전층 사이에 대향하는 TCF를 선택함으로써, 온도 함수로서 변환기의 동작을 개선할 수 있다.

본 발명의 일 변형에 따르면, 베이스 기판의 재료는 압전　재료　중 하나보다 작은 열팽창, 특히 10 배 이하, 특히 10 배　이상 작은 열팽창을 갖는다. 따라서 복합 기판의 베이스 기판은 복합 기판의 전체 열 팽창을 부과하여, 장치의 TCF 감소를 가져올 수 있다.　온도의 함수로서 변환기의 동작을 개선하는 것이 가능해진다.

본 발명의 목적은 또한 전술한 바와 같이 음향파 전파 기판 및 적어도 하나의 변환기 구조물을 포함하는 표면 탄성파 필터 장치로 달성된다.　따라서, SAW 필터 장치는 그 구조에서 활성 전기 음향 소스의 양과 그에 따른 전기 화학적 결합 계수 k_s ²가 브래그 조건에서 벗어나지 않고 제어되는 변환기 구조물을 포함한다.　

특히, SAW 필터 장치의 적어도 하나의 변환기 구조물은 전술한 특징들 중 하나 이상을 갖는 변환기 구조물을 포함할 수 있다.　따라서, SAW 필터 장치는　그 구조에서 전기 음향 소스의 억제에 의해　전기 기계 결합 계수 k_s ²를　제어 할 수 있는 변환기 구조물을 포함한다.　변환기 구조물에서 전기 음향 소스를 억제하면 SAW 필터 장치의 대역 통과 외부의 기생 신호(parasitic signals)가 감소하고 온도에 따라 더욱 안정적인 필터 특성이 차례로 나타난다.　　

본 발명의 일 변형에 따르면, 표면 탄성파 필터 장치의 각 변환기 구조물은 동일한 구성을 갖는다.　이 특성은 필터 모양과 대역 외 제거를 최적화하기 위해 서로 유사한 방식으로 동작하는 모든 요소가 필요한 임피던스 요소 필터에 특히 중요하다.

본 발명의 일 변형에 따르면, SAW 필터 장치의 필터 대역 통과는 주어진 모드-기판 커플에 대해 달성 가능한 최대 대역 통과보다 좁으며, 특히 (100) 실리콘상의 LiTaO₃(YXl)/42°의 경우 0,1 과 2% 사이에 포함된다.　SAW 필터 장치의 필터 대역 통과는　전기 음향 소스의 억제 영역의　양과　적어도 하나의 변환기 구조물에서 비 주기적 또는 무작위 배열에　따라 변조될 수　있다.

필터 대역 통과 폭 Δf가 전기 기계 결합 계수 k_s ²와 관련되어　있으므로, 변환기 구조물의 구조적 특징, 즉 전극 수단의 모양, 예를 들어 전극 핑거 폭, 전극 피치를 수정하지 않고도　전기 기계 결합 계수 k_s ²를 변경하여　SAW 필터 장치 대역 통과를 변경하고 제어할 수 있다.　따라서, 억제된 전기 음향 소스의 양과 배열을 단순히 조정하여 사용되는 제조 공정을 수정하지 않고도, 필터 특성을 조정할 수 있다.　결과적으로, 주어진 값에서 시작하는 전기 기계적 결합의 제어는 거부, 대역의 위상 선형성, 삽입 손실 등과 같은 다른 필터 기능의 저하없이 다양한 필터 대역폭을 처리할 수 있게 한다.

본 발명은 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음 설명을 참조하여 이해될 수 있으며, 여기서 참조 번호는 본 발명의 특징을 식별한다.
도 1a　는 최신 기술에 따른 표면 탄성파 장치를 위한 맞물린 변환기 구조물을　도시한다.
도 1b는 복합 기판상의 도 1a의 맞물린 변환기 구조물의 측면도를 나타내고, 그리고 또한 최신 기술에 따른 이러한 구조에서 생성되고 반사되는 음향파를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 표면 탄성파 장치를 위한 맞물린 변환기 구조물을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 표면 탄성파 장치를 위한 맞물린 변환기 구조물을 개략적으로 도시한다.　
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 표면 탄성파 장치를 위한 맞물린 변환기 구조물을 도시한다.
그림 5a는 표면 탄성파 필터 장치의 예로서 병렬로 6 개의 공진기와 직렬로 6 개의 공진기를 포함하는 래더 필터 장치인 SAW 필터 장치의 실제 예를 도시한다.
도 5b는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 도 5a의 표면 탄성파 장치를 위한 맞물린 변환기 구조물의 실제 예를 도시한다.
도 5c는 제 4 실시 예에 따른 도 5b의 상호 디지털 변환기 구조물내에 연결된 전극 핑거의 수를 갖는 전기 기계 결합 계수 k_s ² 의 변화의 플롯을 도시한다.
도 5d는 그림 5b의 변환기 구조물을 사용한 도 5a의 SAW 필터 장치에 대한 SAW 필터 장치 특성을 도시한다.
도 5e는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 전기-음향 소스의 비주기적 억제가 있거나 없는 도 5b에 따른 변환기 구조물을 갖는 도 5a의 SAW 필터 장치 특성의 시뮬레이션을 도시한다.

도 1a에서, 최신 기술에 따른 변환기 구조물(100)가 도시되어 있다.　변환기 구조물(100)는 각각의 전도부(110 및 112)로부터 연장되고 서로 맞물리는, 복수의 전극 핑거(106 및 108)를 각각 갖는, 대향하는 맞물린 빗살 전극(102 및 104)을 포함한다.　전극(102 및 104) 및 전도부(110 및 112)는 임의의 적절한 전도성 금속, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다.

현저하게도, 변환기는 일반적으로 도 1에 표시된 것보다 훨씬 많은 수의 전극 핑거를 가진다. 전체적인 개념을　보다 명확하게 표현하려는 노력으로 도면에서　실제 전극 핑거의 개수를 크게 줄였다.

전기 부하(114)는 전극(102, 104)을 가로 질러 결합되는 것으로 도시된다. 그러나, 소스 전위(114)는 또한　변환기(100)가 기판(116)에서 표면 탄성파를 여기하기 위하여 또는 수신된 표면 탄성파를 전기 신호로 변환하기 위하여, 아니면 둘 다를 위하여 사용되는지 여부에 따라　전극(102, 104)을　가로 질러 결합될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

변환기 구조물(100)는 전기장 방향으로 표면 음향파를 여기시키는데, 이는 도 1의 화살표 E로 나타낸 바와 같이, 전극(102, 104)의 핑거(106, 108)의 연장 방향 y에 수직함을 의미한다.　변환기 구조물(100)는 전기장이 효과적으로 인가되는 구역에 대응하는 전기 음향 소스의 합으로 간주될 수 있다.　변환기 구조물이 각 모서리에서 에너지를 방출함에 따라, 이는 +X 및 -X 양방향을 의미를 의미하고, 인접한 전극 핑거와 비교하여 전위가 다른 전극 핑거 사이에 전기 음향 소스가 고려된다.　이것은 반대 극성의 인접한 한 쌍의 전극 핑거에 의해 형성되는 전기 음향 소스의 정의로 이어진다.　따라서, 전기 음향 소스(118)는 예를 들어 전극 핑거(106_1 및 108_1) 사이에 존재하고, 교류 전위 +V / -V에 있지만 전극 핑거(108_1 및 106_2) 사이에 존재하는 전기 음향 소스(120)도 있을 것이고, 교류 전위 -V / +V에 있게 된다.　 따라서, 도　1　의 전체 변환기 구조물에서　5 개의 전기 음향 소스(120)뿐만 아니라 5 개의 전기 음향 소스(118)도 존재한다. 전기 음향 소스의 118 또는 120 공간 영역은, 표면 탄성파의 전파 방향 x 에서, 전극 간 거리 a에 의해서 그리고, 횡 방향 y에서 이웃하는 전극 핑거(106, 108) 사이의 중첩 b에 의해, 예를 들어 도 1a에서 이웃하는 전극 핑거(106_1 및 108_1)에서 정의된다.

변환기 구조물(100)의 사용 주파수는 도 1에 도시된 바와 같이, f_r= V / 2p　로 정의되고, V는 음향파의 속도이고, p는 변환기 구조물(100)의 전극 피치이다.　또한 변환기의 전극 피치 p는 λ/2 선택되며, λ는 표면 탄성파의 작동 파장이다.　따라서 전극 피치 p는 변환기 구조물의 사용 주파수를 정의한다.　전극 피치 p는 또한, 대향 빗살 전극(102 및 104)으로부터의, 예를 들어 108_2와 106_3 사이의, 2 개의 인접한 전극 핑거 사이의 가장자리 대 가장자리 전극 핑거 거리에 대응한다.　이 경우에, 따라서 파장 λ는 동일한 빗살 전극 (102 또는 104)으로부터의, 예를 들어 106_2와 106_3 사이의, 2 개의 인접한 전극 핑거 사이의 가장자리 대 가장자리 전극 핑거 거리로 정의된다.

맞물린 전극 핑거(106 및 108)는 전형적으로 모두 본질적으로 동일한 길이 I, 폭 w 및 두께 t를 갖는다.

맞물린 전극 핑거(106, 108)는 교류 전위에 있으며, 여기서 맞물린 전극 핑거(106, 108)의 교류 전위는 반대 극성, 즉 +V 및 -V, 또는 질량 및 부하 / 소스 전위 V_IN(표시되지 않음) 일 수 있다.　

변환기 구조물(100)에 의해 생성된 파동의 전파 특성은 무엇보다도 전파 속도, 전자 기계 결합 계수 k_s　²및 주파수 온도 계수(TCF)를 포함한다. 전파 속도는 변환기의 피치 p　와 장치의 소요 주파수　사이의 관계에 영향을 준다.　또한, 필터 장치 애플리케이션과 특히 래더 필더형(ladder filder-type) 장치에 대해, 상기 필터의 대역폭 Δf은 전기 기계 결합 계수 k_s ²에 비례하고 경험적 관계를 고려하면 Δf/ f ~ (2/3) k_s ²이고, Δf 는 필터의 주파수에서 밴드 대역폭에 대응되고, f_r은 변환기 구조물의 공진 주파수이다.　TCF는 필터의 주파수 변화에 대한 온도의 영향과 관련이 있다.　　　　　　

도 1b는 도 1a에서와 동일한 변환기 구조물(100)를 측면도에서 도시하며, 각각 맞물린 빗살 전극(102 및 104)(도시되지 않음)으로부터의 복수의 전극 핑거(106, 108)를 도시한다.　변환기 구조물(100) 상에서 제공되는 기판(116)은 복합 기판(116)이다.

복합 기판(116)은 베이스 기판(124)의 상부에 형성된 특정 두께의 압전 재료층(122)을 포함한다. 본 명세서에서 예로서 설명된 압전층(122　)은 리튬 니오베이트(LiNbO₃) 또는 리튬 탄탈 레이트(LiTaO₃) 일 수 있다.

압전 재료 층(118)은, 예를 들어 SmartCut™ 층 전송 기술을 사용하여, 직접 접합에 의해 베이스 기판(124)에 부착될 수 있다.　일 변형에서, 얇은 SiO₂ 층(도시되지 않음)이 압전층(122)과 베이스 기판(124) 사이에 제공되어 부착을 개선할 수 있다.　직접 접합 단계 이전에, 압전층 (122)의 측면 및/또는 베이스 기판(124)의 측면을 연마하여 압전층(122)과 베이스 기판(124) 사이의 인터페이스(126) 상에 나중에 형성하는 것과 같은 추가 공정 단계가 부가될 수 있다.

1 %에서 25 % 또는 그 이상으로 시작하는 강력한 결합과 다른 주파수 온도 계수(TCF) 및 높은 음향파 전파 속도를 가진 재료의 조합으로 인한 온도 안정성의 조합을 갖는 복합 기판 (116)은 SAW 장치의 성능을 향상할 것이다.

도 1a에서와 같이, 변환기 구조물(100)는 전극 피치 p를 갖는다.　맞물린 전극 핑거(106 및 108)는 모두 본질적으로 동일한 길이 I, 폭 w 및 두께 t를 갖는다.　또한, 작동 주파수 f_r은 V / 2p에 의해 주어진 위상 일치 조건에 의해 고정되며, V는 서로 맞물린 전극 아래로 이동하는 음향파의 속도이고, p는 변환기 구조물(100)의 전극 피치이다. 그러한 조건에서, 변환기는 작동 주파수 f_r에서 동기 모드로 작동한다고 하며, 여기서 변환기 구조물의 모든 여기된 음향파는 가간섭(coherent)되고 위상이 같다.　

전극 격자 아래에서 전파되는 전기 음향파는 표면의 전기적 및 기계적 경계 조건에 민감하다.　전극의 가장자리에서, 임피던스 브레이크는, 여기서는 전기적 및 기계적인, 전달된 에너지의 일부를 반사한다.　모든 기본 반사, 즉 각 전극 아래의 반사가 위상이 같으면, 파동이 전체적으로 반사되어　격자에　의해 정지된다.　브래그 조건으로 알려진 이 현상은, "정지 대역" 이라고 하는 주파수 범위에서 나타난다. 파동의 반사 사이에서, 또는 위상 가간섭이라고도 하는, λ = 2pn, λ는 변환기의 작동 파장, p는 전극 피치, n이 정수인 경우, 건설적인 간섭이 있다.　변환기의 작동 파장 λ 는 동작 주파수　f_r　, 이전에 정의된　f_r = V / 2p = V / λ 바와 같이,　연관된다.

브래그 조건에서, 브래그 주파수는 λ = 2p (n = 1)로 정의된다.　이러한 유형의 변환기 구조물은 파장 구조 당 두 개의 핑거 구조라고도 하며, "정지 대역" 내에서 브래그 주파수에서 공명한다.　변환기(100)는 정확히 이러한 유형의 변환기 중 하나이다.　이러한 구조는 교류 전위 +V, -V, +V, -V ... 에서 전기 여기에 해당하고 공진 공동(resonant cavities)을 생성할 수 있다.

맞물린 전극 핑거 (106, 108)는 교번 전위에 있으며, 여기서 맞물린 전극 핑거(106, 108)의 교번 전위는 도 1에 도시된 바와 같이 반대 극성, 즉 도 1 b에 도시된 바와 같이, +V 및 -V의 전위이거나, 또는 질량 및 부하 / 소스 전위 V_IN(표시되지 않음)일 수 있다.　도 1b에 도시된 바와 같이, 전극 핑거(106_1)는 전위 +V에 있고, 인접한 전극 핑거(108_1)는 전위 -V에 있다.　

다시, 변환기 구조물(100)는 전기장이 효과적으로 적용되는 구역에 해당하는 전기 음향 소스(118 및 120)의 합으로 간주될 수 있으며, 이는, 예를 들어 각각의 전극 핑거 (106_1 및 108_1 또는 108_1 및 106_2)와 같이, 교류 전위에서 한 쌍의 인접한 전극 핑거에 의해 형성되는 전기 음향 소스(118, 120)의 정의로 이어진다.　그 공간적 영역은 전파 방향 x에서, 전극 간 핑거 거리 a, 가로 방향으로 인접한 두 전극 핑거(106, 108), 즉 106_1과 108_1 또는 108_1과 106_2, 도 1 a와 1 b 에 도시된 바와 같이, 사이의 중첩 b에 의해 정의된다.

전기 부하(114)가 전극(102, 104)을 가로 질러 결합될 때, 표면 탄성파(128)는 복합 기판(116)에서 여기되고 전극 핑거(106, 104)의 방향에 수직인 방향 x로 전파된다. 변환기 구조물(100)에 의해 생성된 벌크(bulk) 음향파(130)는 또한 복합 기판(116)으로 발사되고 압전층(122)과 베이스 기판(124) 사이의 접합 인터페이스(126)에서 반사된다. 그런 다음 이러한 반사파(132)는 변환기 구조물(100)에 의해 재 흡수되어 변환기 구조물(100)에 의해 생성된 스퓨리어스(spurious) 공명 응답을 초래한다. 이러한 반사된 음향파(132)는, 변환기 구조물이 동기 모드로 작동하기 때문에 위상이 가간섭(coherent)되며, 이는 음향파의 검출 및 생성이 전체 변환기 구조물에 걸쳐 동기적임을 의미한다.

이러한 벌크 음향파(128)는　압전층(122)의 표면과 각도 a로　전기 음향 소스 (118 및 120)에서 생성된다.　이들의 유효 속도 V는 압전층 (122) 및 변환기 구조물 (100)의 전극 피치 p에 의존한다. D. Lee, "회전된 Y-Cut Quartz에서 표면 스키밍 벌크 파동의 여기 및 감지", IEEE 음파 및 초음파 상의 트랜젝션(Transactions on Sonics and Ultrasonics), Vol SU-27, N°1, pp. 22-30, 1980 및 RF Milsorn, NHC Reilly 및 M. Redwood, "디지털 변환기에 의한 표면 및 벌크 음향파의 생성 및 감지 분석", IEEE 음파 및 초음파 상의 트랜젝션(Transactions on Sonics and Ultrasonics), vol.　SU-24, pp. 147-166, 1977에 설명된 대로 맞물린 변환기를 사용하여 여기된 벌크 파의 잘 알려진 거동을 확장한다.

등가 전파 속도가 기판이 압전층으로 파동을 안내 할 수 있는 최대 속도를 나타내는 소위 SSBW(surface-skimming-bulk-wave) 한계를 초과할 때 벌크 음향파(132)의 일부는 인터페이스(126)에서 반사되지 않고 방사 방식으로 베이스 기판(124)으로 더 깊게 전파된다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 표면 탄성파 장치를 위한 맞물린 변환기 구조물 (200)를 도시한다.　맞물린 변환기 구조물(200)는 한 쌍의 맞물린 빗살 전극(202 및 204)을 포함하고 각각은 기판(210)상에 형성된　복수의 전극 수단(206 및　208) 포함한다.

이 실시 예에서, 전극 수단(206 및 208)은 핑거(finger)(206, 208)의 형상을 갖는다. 실시 예의 일 변형에서, 전극 수단은 또한 동일한 빗살 전극에 속하는 각각 2 개 이상의 직접적으로 인접한 전극 핑거를 포함하는 분할 핑거(split fingers)(206, 208)를 가질 수 있다.

복합 기판(210)은 베이스 기판(214)의 상부에 형성된 특정 두께의 압전 재료(212)의 층을 포함한다. 본 명세서에서 예로서 설명된 압전층(212)은 리튬 니오베이트(LiNbO₃), 특히 표준 IEEE 1949 Std-176에 따라 36°<∂<52° 또는 60°<∂<68° 또는 120°<∂<140° 에서 (YXl)/∂로 정의되고 85°<Ψ<95°에서 (YXt)/Ψ 및　Φ=90° 에서 (YXwlt)/∂Ψ, -30°<∂<+45°　및 0°<Ψ<45° 결정 배향을 갖는 LiNbO₃ 또는 리튬 탄탈 레이트(LiTaO₃), 특히 표준 IEEE 1949 Std-176에 따라 (YXl)/∂ (36°<∂<52°)로 정의된 결정 배향을 갖는 LiTaO₃, 더욱 특히 IEEE 1949 Std-176에 따라 (YXl)/42°로 정의된, 42° Y-컷, X-전파인 LiTaO₃일 수 있다.

베이스 기판(214) 상에 형성된 압전층(212)의 두께는 하나의 파장보다,　특히　20μm보다 클 수 있다.　층의 두께가 장치의 사용 주파수에 영향을 미치기 때문에, 원하는 주파수 범위에 맞게 두께를 조정하는 것이 가능하다.　이 경우 변환기는 고주파 필터링을 위해 SAW 장치에서 사용할 수 있다.　실제로 4000m/s의 파동 속도를 고려할 때, 최상층 최소 두께는 100MHz 와 5GHz 사이의 주파수에 대해 40μm부터 1μm까지이다.　두께 상한은 압전층 (212)과 베이스 기판(214)의　두께　사이의 비율과 관련된다. 베이스 기판(214)의 두께는 압전층(212)에 열 팽창을 부과하고 온도 변화에 대한 변환기 민감도를 감소시키기 위해 압전층(212)의 두께보다 커야 한다.　바람직한 상황은 압전층(212)의 두께보다 적어도 10 배 더 큰 베이스 기판 두께에 해당한다.

본 발명의 제 1 실시 예에서 사용되는 베이스 기판(214)은 실리콘 기판이다.　Si의 온도 팽창 계수는 2.6ppm/°C 부근에 있고 42° XY LiTaO₃의 온도 팽창 계수는 IEEE 1949 Std-176 표준에 따라 (YXl)/42°로 표시되어 약 16ppm/°C이므로, SAW 장치에서 결합된 온도 팽창 계수는 일반적으로 압전층(212)의 두께와 접합 인터페이스(216)의 응력 수준에 따라 2.6 내지 16ppm /°C 범위 내에 있다. 복합 기판(210)의 온도 팽창 계수의 효과적인 저하는 변환기(200)의 주파수 온도 계수(TCF)의 감소를 가져온다.

앞서 언급한 바와 같이, 베이스 기판(214)에 대해 상이한 재료를 사용함으로써, 설계의 유연성이 향상될 수 있다.　실리콘 대신에, 다이아몬드, 사파이어, 실리콘 카바이드 또는 알루미늄 질화물과 같이 음향파 전파 속도가 높은 다른 기판 재료를 선택할 수 있으며, 보다 일반적으로 4500m/s 이상의 느린 전단 벌크 파 속도를 나타내는 모든 재료를 선택할 수 있다.　또한, 실리콘 (예를 들어 일부 비정질 석영 조성물 또는 파이렉스 유리 또는 운모 또는 실리콘 카바이드)보다 열팽창이 더 작은 재료는 결과 필터의 TCF를 제어하기에 유리하게 사용될 수 있다.

한 쌍의 맞물린 빗살 전극(202 및 204)은 복수의 전극 핑거(206 및 208)를 포함한다. 전극 핑거, 예를 들어 각각 206_1, 208_1 내지 206_4, 208_4, 그리고208_5, 206_7 내지 208_8, 206_10는 맞물리고, 이들의 빗살 전극(202 및 204)을 통해 교류 전위에 연결된다. 도시된 바와 같이 교류 전위는 +V 및 -V 일 수 있거나 또는 변형된 질량 및 부하/소스 전위 일 수 있다.　전극 핑거는　금속이며 모두 동일한 길이 I, 폭 w 및 두께 t를 가진다.　또한, λ/2로 정의되는, 전극 피치 p가 변환기 구조물(200)에 사용된다.

본 발명의 변형에 따르면, 전극 핑거(206, 208)는 또한 상이한 길이 I, 폭 w 및 두께 t를 가질 수 있다.

변환기 구조물(200)는 영역(218)을 더 포함하는데, 여기서 2 개의 이웃하는 전극 핑거 (208_4 및 208_5)는 대향하는 맞물린 빗살 전극 (202) 사이의 임의의 전극 핑거 (206)없이 동일한 전위, 여기서는 +V에 연결된다.　또한 2 개의 이웃하는 전극 핑거(208_4 및 208_5)는 -V, 또는 질량, 또는 부하/소스 전위　V_IN (도시되지 않음)에　연결될 수 있다.　

전극 수단(206, 208)이　동일한 전위에서　2　개 이상의 인접 핑거의 분할 핑거(206, 208)로 표시되는 변형에서, 2 개의 인접 전극 수단(206, 208)은 분할 핑거(208)의 동일한 전위에 연결된, 분할 핑거(206)의 모든 핑거를 참조 할 수 있다. 그러나 분할 핑거(206)의 적어도 하나의 전극 핑거가 분할 핑거(208)의 동일한 전위에 연결되는 것도 가능하다.

도 2에서, 영역(218)은　실제로　변환기 구조물의 중앙에　배치되어, 영역(218)의　좌우 각각에 8 개의 전극 핑거 또는 4 개의 전극 핑거 쌍이 존재한다.　일 실시 예의 변형에서, 영역(218)은 변환기 구조물에서 상이한 위치에 배치될 수 있어서, 전극 핑거 쌍이 영역 (218)의 양측에 균등하게 분포되지 않도록 한다. 영역(218)은 또한 변환기 구조물 (200)의 양쪽 말단에 배치 될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 전극 핑거(206_1,　208_1 내지 206_4, 208_4 및 208_5, 206_5 내지 208_8, 206_8) 각각은 맞물리고 교류 전위를 갖는다.　실제로, 영역(218)의 존재로 인해 영역(218)의 좌측에, 서로 맞물린 전극 핑거(206_1, 208_1 내지 206_4, 208_4)가 각각 교류 전위 -V / +V에 있지만, 영역 (218)의 우측에서, 맞물린 전극 핑거(208_5, 206_5 내지 208_8, 206_8)는 각각 교류 전위 +V / -V에 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 교류 전위로 연결된 한 쌍의 인접한 전극 핑거는 전기 음향 소스를 정의한다.　예를 들어, 여기 도 2에서, 교류 전위 -V / +V에서 이웃하는 맞물린 전극 핑거 (206_1 및 208_1)는 전기 음향 소스(220)를 정의한다. 그러나 교류 전위 +V /-V 에서 이웃하는 맞물린 전극 핑거 (208_1 및 206_2)는 또한 전기 음향 소스(222)를 정의한다. 따라서, 한 쌍의 인접 디지털 전극 핑거(206_2, 208_2 내지 206_4, 208_4)는 각각 마찬가지로 전기-음향 소스(220)를 정의하고, 그리고 제각기 인접한 한 쌍의 인접 디지털 전극 핑거(208_2, 206_3 및 208_3, 206_4)는 각각 마찬가지로 전기 음향 소스 (220)를 정의한다. 특히 여기서, 영역(218)의 좌측에는 4 개의 활성 전기 음향 소스(220) 및 3 개의 활성 전기 음향 소스(222)가 있으며, 총 8 개의 맞물린 전극 핑거(206_1, 208_1 내지 206_4, 208_4)가 존재한다.

영역(218)의 우측에서, 교류 전위 +V / -V에서 연결된 한 쌍의 인접 맞물린 전극 핑거 (예를 들어 208_5 및 206_5)는 또한 전기 음향 소스(222)를 정의하고, 교류 전위 -V / +V에서 연결된 한 쌍의 인접 맞물린 전극 핑거(206_5 및 208_6)은 전기 음향 소스(220)를 정의한다.　영역 (218)의 우측에는 4 개의 활성 전기 음향 소스 (222)와 3 개의 활성 전기 음향 소스 (220)가 있으며, 총 8 개의 서로 맞물린 전극 핑거 (208_5, 206_5 내지 208_8, 206_8)가 존재한다.　그러나 여기서, 영역(218)의 좌측에 있는 전기 음향 소스(220, 222)는, 특히 π로,　영역 (218)의 우측에 있는 전기 음향 소스(222, 220)와 위상이 반대된다.

그러나 전극 피치 p가 λ/2로 정의되므로, 이는 변환기 구조물이 브래그 조건에서 동기 모드로 작동하고 있음을 의미한다.　따라서, 영역(218)의 좌측에 있는 복수의 전기 음향 소스(220, 222)는 모두 위상이 같고 서로 가간섭성(coherent)된 반면, 영역 (218)의 우측에 있는 복수의 전기 음향 소스(222, 220)는 모두 위상이 같고 서로 가간섭성(coherent)된다.

영역(218)에서, 2 개의 인접한 전극 핑거(208_4 및 208_5) 사이에 전기 음향 소스(220 또는 222)가 존재하지 않으며, 이는 둘 다 동일한 전위에 연결되어 있기 때문이다.

일 변형에 따르면, 전위의 극성은 제 1 및 제 2 맞물린 빗살 전극(206 및 208) 사이에서 교환될 수 있다. 또는 하나의 빗살 전극 상의 질량과 다른 빗살 전극 상의 부하/소스 전위 V_IN에　연결될 수 있다.

변환기 구조물(200)의 제 2 영역(218)의 존재로 인해, 변환기 내의 전기 음향 소스의 위상이 π만큼 반전되고, 이는 영역(218)의 왼쪽에 있는 전기 음향 소스는 영역 (218)의 오른쪽에 있는 전기 음향 소스와 위상이 반대에 있기 때문이다. 이로 인해서, 변환기를 향해서 동일한 빗살 전극에 연결된 두 전극 핑거의 각 측면으로부터 방출된 에너지를 결합함에 의하여 변환기의 전기 음향 소스 사이에 파괴적인 간섭이 생성되지만, 반면에 변환기 외부로 방출된 에너지는 실제로 발사되고 SAW 장치의 변환기 구조물 양쪽에 배치되는 거울에 의해 반사되게 된다.

따라서 변환기 구조물(200)에 존재하는 전기 음향 소스의 양은 모든 전극 핑거가 교대로 있는 동일한 크기의 최신 변환기 구조물과 비교할 때, 변환기 구조물(200)에서 가간섭성(coherent)되고 위상이 동일하다. 결과적으로 변환기 구조물의 전기 화학적 결합 계수 k_s ²가 감소된다.

여기서, 이러한 특정한 실시 예에서, 변환기 구조물(200)의 영역(218)의 좌측 및 우측은 정확히 동일한 수의 맞물린 전극 핑거(206 및 208), 즉 8 개를 가지며, 결과적으로 7 개의 활성 전기 음향 소스를 생성하고. 이는 영역(218)이 여기에서 변환기 구조물(200)의 중앙에 위치하기 때문이다. 여기서, 변환기 구조물 (200)의 전기 화학적 결합 계수 k_s ²는 2배 감소된다. 다시, 상쇄 간섭이 변환기 구조물(200)의 전기 음향 소스 사이에 생성될 때, 변환기 구조물을 향한 동일한 빗살 전극에 연결된 두 전극 핑거의 각 측면에서 방출되는 에너지를 결합함에 의하여, 반면에 변환기 외부로 방출되는 에너지는 실제로 발사되어 거울에 의해 반사된다.　따라서 변환기 효율은 2 배 감소된다.　　

더욱이, 복합 기판(212)의 인터페이스(216)에서 반사되는 모드의 위상 가간섭성(coherent)의 가능성도 종래 기술 상황과 비교하여 수정된다.　변환기 구조물 내에서 위상이 이동하면, 위상 일치 조건과 일치하지 않는 파동을 감지할 기회가 없다.　따라서, 인터페이스(216)로부터 반사된 음향파의 검출이 감소하고, 이는 변환기 구조물(200)에 기반한 SAW 장치의 필터 성능에서 이러한 반사로 인해 원치 않는 주파수에서 기생(parasitic) 공명의 감소로 차례로 이어지게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 변환기 구조물(200)에서 음향파의 생성 및/또는 검출은 변환기 구조물(200)에 존재하는 위상의 전기 음향 소스의 양에 의해 제어된다. 동일한 전위에 연결된 두 개의 인접한 전극 핑거를 가짐으로써 기생 모드를 거부하는 변환기 구조물의 효율성에 긍정적인 영향을 미치는 구조 내에서 π의 위상 변화를 초래한다.　이러한 구조의 제조 기술에 영향을 미치고, 위에서 설명한 변환기 구조물에 이용되는 공진기의 공명의 품질을 크게 저하시킬 수 있는, 전극 핑거의 너비 또는 길이 또는 전극 간 거리와 같은 변환기의 치수를 변경할 필요가 없다.　

제 1 실시 예의 변형에 따르면, 하나의 영역(218) 이상이 변환기 구조물에 존재할 수 있고, 그럼으로써 변환기 구조물에서 억제된 전기 음향 소스의 수를 증가시키게 되고 그리고 그럼에 의하여 전기 기계 결합 계수 k_s ² 를 감소하게 된다.　이는 필터의 대역폭을 제어하는 효율적인 방법이므로 다양한 필터 대역을 처리하는 더 많은 자유도를 제공한다.　　

도 3은 제 2 실시 예에 따른 변환기 구조물 (300)를 개략적으로 나타낸다.　제 1 실시 예와 비교하여, 변환기 구조물(300)는 제 1 실시 예의 변환기 구조물(200)의 맞물린 빗살 전극(202 및 204)과 비교하여 맞물린 빗살 전극 쌍(302 및 304)의 상이한 배열을 갖는다.　이 실시 예에서, 빗살 전극(304)에 연결된 인접한 전극 수단을 갖는 영역(316)은 3 개의 인접한 전극 수단(308_4, 308_5 및 308_6)을 갖는다.

맞물린 변환기 구조물(300)는 각각 기판(310) 상에 형성된 복수의 전극 수단(306 및 308)을 포함하는 한 쌍의 맞물린 빗살 전극(302 및 304)을 포함한다.

기판(310)은 제 1 실시 예의 기판(210)과 동일하며, 그리하여 그 특징은 다시 상세히 설명되지 않을 것이지만, 전술한 그 설명은 참조된다.

제 2 실시 예의 전극 수단(306, 308)은 제　1 실시 예에서와 같이　전극 핑거(306, 308)의　형태를 갖는다.　일 변형에서, 전극 수단은 또한 각각의 빗살 전극에 연결된 2 개 이상의 직접 인접한 전극 핑거를 포함하는 분할 핑거(306, 308)의 형태를 가질 수 있다.

제 1 실시 예에서와 같이, 변환기 구조물(300)의 모든 전극 핑거(306 및 308)는 금속이고 모두 동일한 길이 I, 폭 w 및 두께 t를 갖는다.

다시, 제 2 실시 예의 일 변형에 따르면, 전극 수단(306, 308)은 또한 상이한 길이 I, 폭 w 및 두께 t를 갖는 치수가 변할 수 있다.

교류 전위 -V / +V에서 이웃하는 맞물린 전극 핑거(306_1 및 308_1)는 제 1 실시 예의 전기 음향 소스(220)와 같은 전기 음향 소스(312)를 형성하고, 교류 전위 +V / -V에서 이웃하는 맞물린 전극 핑거(308_1 및 306_2)는 제1 실시 예의 전기 음향 소스(222)와 같은 전기 음향 소스(314)를 형성한다.　또한 한 쌍의 인접하는 맞물린 전극 핑거(306_2, 308_2 내지 306_4, 308_4 및 306_5, 308_7 내지306_7, 308_9)은 각각 전기 음향 소스(312)를 형성하고, 한 쌍의 인접하는 맞물린 전극 핑거(308_2, 306_3 및 308_3, 306_4 그리고 308_6, 306_5 내지 308_8, 306_7)은 각각 전기 음향 소스(314)를 형성한다. 교류 전위 -V 및 +V 대신 한 개의 빗살 전극이 질량에 있을 수 있거나, 또는 빗살 전극이 부하/소스 전위 V_IN(표시되지 않음)에 연결될 수 있다.

변환기 구조물은, 예를 들어 306_2와 308_2 사이의 대향 빗살 전극(302 및 304)으로부터의 2 개의 인접한 전극 핑거 사이의 가장자리 대 가장자리 전극 핑거 거리로서　정의되는 피치　p ₁ 에　의해　정의된다.　제 2 실시 예에 따른 변환기 구조물(300)는 또한 본 발명의 제 1 실시 예에서와 같이 λ₁= 2p ₁로서 브래그 공진 조건에서 작동한다.　따라서, 변환기 구조물(300)이 동기 모드에서 작동하기 때문에, 변환기 구조물(300)에 존재하는 모든 전기-음향 소스(312)는 위상이 있고 가간섭성(coherent)된다.

제 1 실시 예와 달리, 변환기 구조물(300)는 사이에 대향하는 맞물린 빗살 전극 (302)으로부터의 임의의 전극 핑거(306) 없이 동일한 전위 +V에서 3 개의 인접한 전극 핑거 (308_4 내지 308_6)를 갖는 영역(316)을 포함한다.　변형들에 따르면, 3 개의 인접한 전극 핑거 (308_4 내지 308_6)는 또한 -V, 질량 또는 부하/소스 전위 V_IN(표시되지 않음)에 연결될 수 있다.

영역 (316)에서, 동일한 전위 +V에서 3 개의 인접한 전극 핑거(308_4 내지 308_6)를 연결함으로써, 그 사이에 대향 전극(302)으로부터의 전극 핑거(306) 없이, 전기 음향 소스(312)가 영역(316)에서 억제되었다.

그러나, 전위 +V에 있는 영역(316)의 전극 핑거(308_4)가 전위 -V에서 전극 핑거(306_4) 옆에 위치함에 따라, 전기 음향 소스(318)가 이들 2 개의 인접한 전극 핑거(308_4 및 306_4) 사이에 존재할 것이고, 그러나, 도3과 같이　피치 p ₂로 정의된다. 피치 p ₂는　변환기 구조물의 피치 p ₁보다　실제로　크다.　

실시 예의 변형에서, 영역(316)은 변환기 구조물(300)의　다른 위치에 배치될 수 있다. 영역 (316)은 또한　변환기 구조물(300)의 양쪽 말단에 배치될 수 있다.

변환기 구조물(300)의 영역(316)은 나머지 변환기 구조물(300)의 전극 피치 p ₁와 다른 전극 피치 p ₂ 를 초래한다. 전극 피치 p1은 변환기 구조물의 공진 주파수를 정의하는 반면, 영역(316)의 피치 p ₂는 변환기 구조물(300)의 결합 강도를 제어한다. 피치 p ₂ 는 예를 들어 동일한 빗살 전극 (302 또는 304)으로부터의 2 개의 인접한 전극 핑거 사이의 가장자리-대-가장자리 전극 핑거 거리로서 정의되는 파장 λ₂를 제공하고, 예를 들어 여기는 306_4에서 306_5 사이이다. 영역(316)에서 전기 음향 소스가 억제됨에 따라, 영역(316)의 활성 전극 핑거(308)의 수가 각 전극 핑거가 활성인 종래 기술 구성에 비해 감소된다고 한다. 전극 핑거는 대향 빗살 전극의 다른 전극 핑거로 전기 음향 소스를 형성할 때 활성으로 정의된다.

도시된 변환기 구조물(300)에서, 전기 기계적 결합 계수 k_s ²는 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 변환기 구조물의 전기 기계적 결합 계수 k_s ²에 비해 감소되고, 영역(314)이 변환기 구조물에 피치 p ₂의 존재를 초래한다는 사실로 인해, 변환기 구조물 (300)의 나머지 피치 p ₁에 비해 더 크다. 앞서 언급한 바와 같이, 더 큰 피치 p ₂는 더 큰 파장 λ₂, 따라서 감소된 공진 주파수 f_r2 및 감소된 전기 기계 결합 계수 k_s ², 즉 Δf / f ~ (2/3) k_s ²와 관련된다.

영역 (316)에서, 전기-음향파가 파장이 λ₁ 및 λ₂ 이고, 그러므로 두 공진 주파수는 f_r1 및 f_r2 에서 생성된다. 이는 도 1에서와 같이 교류 전극이 있는 변환기 구조물과 비교하여 하행배음(sub-harmonics)이라고 하는 저주파 f_r2에서 가간섭성(coherent) 모드의 출현에 해당한다. 더욱이 소스를 억제하기 때문에, 모든 전극 핑거가 활성 상태인 최신 변환기 구조물과 비교하여 f_r1에서 더 적은 전기 음향파가 생성되는데, 예를 들면, 소스를 형성하고 구조에서 동일한 양의 전극 핑거를 사용하게 된다.

변환기 구조물(300)의 공진 주파수 f_r1에서 전기 음향 소스(312 및 314)에 의해 생성된 전기 음향파는 복합 기판(310)으로 발사되고 압전층(212)와 베이스 기판(210) 사이의 접합 인터페이스(216)에서 반사되며, 이는 제 1 실시 예에서와 같다. 그러나 변환기 구조물(300)에서, 이러한 반사된 음향파의 일부는,　실제로　변환기 구조물(300)의 영역(316)에서 재흡수 되지 않을　것이다. 더욱이,　전기 음향 소스에 의해　공진 주파수 f_r2에서 생성된 전기 음향파(318)는 전기 음향 소스(312 및 314)에 의해 생성된 나머지 전기 음향파동과 동기화되지 않으므로 반사된 부분도 나머지 변환기 구조물(300)에 의해 재흡수 되지 않는다.

변환기 구조물(300)의 영역(316)에서 소스의 억제의 결과로,　f_r1=V/p ₁에　의해 주어진　주파수 f_r1에서 음향파가 더 적게 생성되고　변환기 구조물(300)에 의해 생성된 반사된 음향파가 변환기 구조물 (300)에 의해 더 적게 재흡수될 것이고 그러므로 SAW 필터 장치에서 사용될 때 그러한 변환기 구조물로부터 기생 효과가 더 적게 관찰될 것이다.　　

변환기 구조물(300)에서 소스 억제 구조를 사용하면, 반사된 음향파가 복수(예를 들어 많은 수)의 주파수에 분포하기 때문에, 예를 들어 f_r1및 f_r2,변환기 구조물에서 얻은 반사된 음향파의 생성 및 검출이 감소하게 된다.　이것은 차례로 그러한 변환기 구조물에 대한 기생 공명을 감소시킨다.　

본 발명의 제 3 실시 예에 따른 변환기 구조물 (400)가 도 4에 개략적으로 도시되어 있다.

변환기 구조물(400)는 기판(410) 상에 복수의 전극 수단(406 및 408)을 갖는 한 쌍의 맞물린 빗살 전극(402 및 404)을 포함하고, 제 2 실시 예와 비교하여 복수의 영역(316)을 가지며, 이는 제2 실시 예에 관하여 유일한 차이점이다. 영역(316)의 배열은 비 주기적이다.　다른 모든 특징들은 동일하므로　다시　자세히 설명하지　않지만 그것들에 대한 전술한 설명이 참조된다.

전극 수단(406 및 408)은 제 1 및 제 2 실시 예에서와 같이 전극 핑거 또는 분할 핑거 (406 및 408)이다.

기판 (410)은 제 1 및 제 2 실시 예의 기판(206 또는 310)과 동일한 특성을 갖는다.

변환기 구조물(400)는 복수의 전극 핑거(406_1 내지 406_3 및 408_1 내지 408_3)를 포함하고, 여기서 한 쌍의 맞물린 전극 핑거(406_1, 408_1 내지 406_3, 408_3)는 제 1 및 제 2 실시 예에서와 같이 교류 전위를 갖는다.　제 1 및 제 2 실시 예에서와 같이, 복수의 전기 음향 소스(414 및 416)가 교류 전위 -V / +V 또는 +V / -V 에서 한 쌍의 인접한 전극 핑거, 예를 들어 각각 406_1 및 408_1 및 408_1 및 406_2에 의해 정의되는 변환기 구조물(400)로 존재함을 알 수 있다.

제 1 및 제 2 실시 예와 달리, 변환기 구조물(400)는 전극 핑거(406, 408)를 갖는 2 개의 영역416(416_1, 416_2)을 포함하고, 그래서 빗살 전극(404)은 동일한 전위 +V 에서, 그 사이에 대향하는 맞물린 빗살 전극(402)으로부터 어떠한 전극 핑거(406)가 없는,　3개의 인접한 전극 핑거(408_4 내지 408_6 및 408_9 내지 408_112)를 갖는다. 세 개의 인접한 전극 핑거(408_4 내지 408_6 및 408_9 내지 408_11)는 -V, 질량, 또는 부하/소스 전위 V_IN(도시되지 않음)에　또한 연결될 수 있다.　

따라서, 제 2 실시 예에서와 같이, 각각의 영역(416)에서, 3 개의 인접한 전극 핑거 (408_4 내지 408_6 및 408_9 내지 408_11)를 동일한 전위 -V로 연결함으로써, 그 사이에 대향 전극(402)으로부터의 전극 핑거(406) 없이, 전기 음향 소스가 억제되었다.　

그러나, 제 2 실시 예에서와 같이, 전기 음향 소스(418)는 인접한 전극 핑거(406_4 및 408_4 및 408J3 및 406_5) 사이에 존재하지만, 도 4에 도시된 바와 같이　피치 p ₂ 로 정의된다. 피치 p ₂ 는 실제로　변환기 구조물(400)의 피치 p ₁보다　크다. 그리고 영역(416_2)의 경우, 전기 음향 소스(418)가 인접한 전극 핑거(406_7 및 408_9 및 408_11 및 406_8)　사이에 존재할 것이고, 또한 피치 p ₂ 의해 정의된다.

일 변형에 따르면, 영역(416_1 및 416_2)은 동일한 전위, 즉 3 개의 인접 전극 핑거의 동일한 구성을 갖는다.　다른 변형에 따르면, 동일한 전위에서 인접한 전극 핑거의 수는, 예를 들어 서로 옆에 동일한 전위에 있는 3 개 이상의 전극 핑거를 가짐으로써, 하나에서 다른 하나로 달라질 수 있다.　이것은 전기 기계 결합 계수 k_s ²에서의 더 큰 감소를 초래한다.　

일 변형에 따르면, 전위의 극성은 제 1 및 제 2 맞물린 빗살 전극(402 및 404) 사이에서 교환될 수 있거나, 전위는 하나의 빗살 전극의 질량과 다른 빗살 전극의 부하/소스 전위 V_IN에 연결될 수 있다.

이 실시 예에서, 영역(416)은 전파 방향 x에서, 변환기 구조물(400)를 따라 비 주기적으로 또는 무작위로 분포된다.　제 2 영역(416_1)은 3 개의 맞물린 전극 핑거 쌍에 의해 제 2 영역 (416_2)으로부터 분리된다.　일 변형에 따르면, 영역(416)은 전파 방향 x에서 변환기 구조물을 따라 서로 옆에 분포될 수 있다.

제 2 실시 예에서와 같이, 변환기 구조물(400)에서 복수의 전기 음향 소스 억제 구조 (416)의 사용은 낮은 주파수에서,　이는 도 1에 도시된 바와 같은 교류 전극을 가진 변환기 구조물에 비교하여 하행 배음이라고 불리는, 즉 여기서 f_r2의, 가간섭성 모드의 출현을 초래한다. 영역 (416)의 비주기적 또는 무작위 분포는 저주파에서 위상 가간섭성을 감소시키는 데 도움이 되며, 그렇게 함으로써 그러한 변환기 구조물을 사용하는 필터 장치에서 관찰되는 래틀 효과(rattle effect)를 감소시킬 수 있다.

제 2 실시 예에서와 같이, 변환기 구조물(400)의 전기 음향 소스(412, 414 및 418)에 의해 생성된 전기 음향파는 복합 기판(410)으로 발사되고 압전층(212)과 베이스 기판(210) 사이의 접합 인터페이스(216)에서 반사된다.

변환기 구조물(400)에서 소스의 억제의 결과로, f_r1= V/p ₁로　주어진 주파수 f_r1에서 전기 음향 소스(412, 414)에 의해　더 적은 음향파가 생성되고 변환기 구조물(400)는 변환기 구조물(400)에 의해 재흡수될 것이고 그럼으로써 SAW 필터 장치에서 사용될 때 그러한 변환기 구조물로부터 기생 효과가 덜 관찰될 것이다.　

제 1 및 제 2 실시 예에서와 같이, 주파수 f₁에서, 전기 음향 소스(412, 414)로부터 생성 된 반사파는, 변환기의 영역(416)으로 인해 존재하는, 전기 음향 소스(418)에 의해 재흡수 되지 않을 것이다. 이 실시 예에서, 더욱이, 제 2 실시 예에서와 같이, 다른 주파수 f2에서, 전기 음향 소스(418)에 의해 생성된 반사파는, 또한 변환기 구조물(400)의 전기 음향 소스(412, 414)에 의해 재 흡수되지 않거나 그 이하일 것이다. 전반적으로, 반사된 음향파의 생성 및 검출의 감소는, 그들의 진폭과 효과를 줄이기 위해 복수의 (예를 들어, 다수의) 주파수에 걸쳐 반사된 음향파의 분포로 인해, 변환기 구조물(400)에서 획득된다.　이것은 차례로 그러한 변환기 구조물에 대한 기생 공명에서 감소로 이어진다.

이 실시 예에서, 2 개의 영역 (416)이 변환기 구조물(400)에 도시된다. 일 변형에 따르면, 2 개 이상의 영역(416)이 변환기 구조물(400)에 존재할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 복합 기판(410) 상에 생성된 SAW 장치의 변환기 구조물(400)에서 복수의 전기 음향 소스 영역의 억제를 이용함으로써, SAW 장치의 표면 탄성파 전파 특성은 본질적으로 변하지 않고(예를 들어 전극 피치 p에 의해 주어진 공진 주파수) 유지되는 반면, 기생 벌크 파 전파 특성은 줄어든 전기 기계 결합 계수 k_s ²로 인해 감소된다.　

일 변형에 따르면, 도 2 및 3에 도시된 영역의 조합을 또한 포함할 수 있으므로, 그래서 인접 전극의 홀수를 갖는 하나 이상의 영역과 짝수를 갖는 하나 이상의 영역이 동일한 빗살 전극에 연결된다.

도 5a는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 SAW 필터 장치(500)를 개략적으로 도시한다.　SAW 필터 장치(500)는 복합 기판(502) 및 12 개의 공진기(511 내지 516 및 521 내지 526)를 포함한다. 복합 기판(502)은 베이스 기판 및 상부 층을 포함하고 이전 실시 예에서와 동일한 특성을 갖으며, 예를 들어 베이스 기판(214) 및 상부 층(212)을 가진 기판(210)은 본 발명의 제 1 실시 예와 관련하여 이미 설명되어 있으며, 그 설명이 참조된다.　

이 실시 예에서, SAW 필터 장치(500)는 병렬 및 직렬의 캐스케이드 공진기를 포함하는 래더 필터이다.　필터의 원리는 실제 모양에 따라 소위 L, T 또는 P 유형이 될 수 있는 캐스케이딩 임피던스 요소 셀로 구성된다.

일 변형에 따르면, SAW 필터 장치는 다른 유형의 필터 장치, 예를 들어 균형 브리지 유형 필터 장치일 수 있다.　실제로　SAW 필터 장치는 실시 예 1 내지 3 중 하나 또는 이들의 조합에 따른 공진기를 포함하는 한 고려될 수 있다.

이 실시 예에서, 각각의 공진기(511 내지 516 및 521 내지 526)는 변환기 구조물 및 2 개의 반사기를 포함하고, 변환기 구조물은 2 개의 반사기 사이에 배치된다.　12개의 변환기 중 적어도 하나의 변환기는 도 2 내지 4에 도시된 실시 예 1 내지 3에 따른 변환기 구조물(200, 300, 400) 중 하나에 따라 실현될 수 있다. 이들의 특징은 다시 상세히 설명되지 않을 것이지만, 그것들에 대한 전술한 설명이 참조된다.　12 개의 변환기는 전기 기계 결합 계수 k_s ²가 본질적으로 동일하도록 설계되었지만, 특히 이후 설명되는 바와 같이, 필터 응답을 적절하게 형성하기 위해 공진 및 반공진 주파수를 조정하기 위해 구조가 다를 수 있다.

공진기(511 내지 516)는 병렬로 배치되고 공진기(521 내지 526)는 직렬로 배치된다.

이러한 필터에서, 직렬 공진기(521 내지 526)의 공진은 대역폭의 중심에서 병렬 공진기 (511 내지 516)의 반공진과 매칭되어 중앙 주파수 주변의 최대 전송을 보장한다.　병렬 공진기 (511 내지 516)의 공진에 해당하는 주파수, 공진기 시리즈(521 내지 526)의 반공진에 해당하는 주파수에서 전송은 거의 제로에 가까워, 좁은 전이 대역과 강한 거부로 필터링 기능을 설계할 수 있다.

이미 언급한 바와 같이, 종래 기술의 SAW 필터 장치에서, 변환기 구조물에 의해 생성된 전기 음향파는 압전층의 체적에서 이동하고 베이스 기판과의 계면에서 반사된다.　이러한 반사파는 SAW 장치의 필터 특성을 방해하여 필터의 대역 통과 외부에서 소위 "래틀 효과"를 유발하여 장치의 성능을 저하시킨다.

본 발명에 따른 변환기 구조물 및 SAW 장치는 생성되는 전기 음향파의　양을 감소시켜 압전층과 베이스 기판 사이의 계면에서 반사되는 전기 음향파의　양을 감소시킨다.　이는 전기 음향 소스를 제거하고 변환기 구조물의 전기 기계적 결합을 줄임으로써 가능하다.　변환기 구조물의 전기 기계적 결합의 감소는 일정한 동적 커패시턴스(또는 그 반대)에서 변환기의 정적 커패시턴스의 인위적인 증가에 해당한다.

또한, LiTaO₃ 또는 LiNbO₃ 와 같이 전기 기계 결합 계수가 0,92 내지 20 % 범위인 LiTaO₃ 또는 LiNbO₃ 과 같은 강한 전기 기계 결합을 가진 압전 재료를 사용함으로써, 그리고 본 발명의 실시 예 1 내지 3 중 하나에 따른 변환기 구조물 200, 300, 400과 결합하여, 복합 기판(502) 상에 제조된 SAW 필터 장치(500)는 종래 기술의 변환기 구조물에 비해 대역 통과의 더 나은 온도 안정성 및 개선된 필터 특성을 모두 나타낼 수 있다.　특히,　0,1 및 2 % 사이의 상대적 필터 대역폭을 갖는　SAW　필터 장치(500)가 달성될 수 있다.

도 5b는 도 5a에 도시된 SAW 장치(500)에서 변환기(517)로서 사용되는 변환기 구조물(600)의 실제 예를 개략적으로 도시한다.

변환기 구조물(600)는 복수의 전극 수단(606 및 608)을 갖는 한 쌍의 맞물린 빗살 전극 (602 및 604)을 포함하고, 여기서는 기판(610)상의 핑거들이다.

복합 기판(610)은 실리콘의 베이스 기판 상에 제공된 표준 IEEE 1949 Std-176에 따라 (YXl)/42°로 언급된 42° Y-컷, X-전파를 갖는 리튬 탄탈레이트(LiTaO₃) 층이다.　LiTaO₃의 두께는 20μm이다.

변환기 구조물(600)에서, 메타 주기(612)은 Λ= 4λ = 8p로 정의될 수 있으며, p는 변환기 구조물(600)의 전극 피치이다. 따라서 총 10 개의 전극 핑거(604, 608)가 메타 주기(612)에 존재한다. 변환기 구조물(600)는 총 7 개의 메타 주기(612)를 포함하지만,　도 5b　에는 이들 중 3 개 (612_1,　612_2 및 612_3)만이 도시되어 있다.

변환기 구조물(600)의 7 개의 메타 주기 각각은, 그들 각각에서 동일한 전위로 연결된 복수의 전극 핑거를 갖는 적어도 하나의 영역(614)의 존재로 인해, 전기 음향 소스의 억제를 포함한다.　변환기 구조물은, 도 5b에 도시된 각 메타 주기가 소스 구조의 다른 억제를 포함하기 때문에, 그 구조 내의 소스 억제의 비 주기적 구성을 보여준다.

메타 주기(612_1)에서, 동일한 전위 -V에서 9개의 전극 핑거(606_1 내지 606_9)를 포함하는 영역(614_1)은, 전극 핑거 사이에 있는 대향하는 맞물린 빗살 전극(604)으로부터 전극 핑거(606_1 내지 606_9) 사이에 임의의 전극 핑거(608)가 없다. +V로 연결된 전극 핑거(608_1)와 -V로 연결된 전극 핑거(606_1) 사이의 메타 주기(612_1)에는 단 하나의 전기 음향 소스(616)가 존재한다.

메타 주기(612_2)에서, 동일한 전위 -V에서 6 개의 전극 핑거 (606_10 내지 606_15) 및 3 개의 전극 핑거(606_16 내지 606_18)를 포함하는 2 개의 영역(614_2 및 614_3)은, 전극 핑거 사이에 있는 대향하는 맞물린 빗살 전극(604)으로부터 전극 핑거(606_10 내지 606_15) 그리고 전극 핑거(606_16내지 606_18) 사이에 임의의 전극 핑거(608)가 없다.　+V로 연결된 하나의 전극 핑거 (608_2)만이 전극 핑거(606_15 및 606_16) 사이에 존재하므로, 2 개의 전기 음향 소스(616 및 618)가 메타 주기(612_2)에 존재한다.

메타 주기(612_3)에서, 같은 전위 -V에서 각각 2 개의 전극 핑거(606_19 및 606_20) 및 7 개의 전극 핑거(606_21 내지 606_27)를 포함하는 2 개의 영역(614_4 및 614_5)은, 전극 핑거 사이에 있는 대향하는 맞물린 빗살 전극(604)으로부터 전극 핑거(606_19 및 606_20) 그리고 전극 핑거(606_21 내지 606_27) 사이에 임의의 전극 핑거(608)가 없다. +V에 연결된 하나의 전극 핑거 (608_3)만이 전극 핑거(606_20 및 606_21) 사이에 존재하므로, 2 개의 전기 음향 소스(616 및 618)가 메타 주기(612_3)에 존재한다.

모든 전극 핑거가 교류 전위에 있는 변환기 구조물(100)와 비교하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 이 실시 예에서, 도 5b에 도시된 바와 같은 영역(614_1 내지 614_4)의 비 주기적 조합은 전기 음향 소스의 억제를 초래하고, 이는 전기 기계 결합 계수 k_s ²의 감소를 차례로 초래한다.　

그림 5c는 Y축에 표시된 전기 기계 결합 계수 k_s ²가 X축에 표시된, 변환기 구조물 내에서 활성 전극 핑거라고도 하는, 연결된 전극 핑거의 수에 따라 어떻게 달라지는지 보여주며, 전기 기계 결합 계수 k_s ²의 세 가지 실험 값은 각각 0,014%, 0,022 % 및 0.03 %의 전기 기계 결합 계수 k_s ² 값에 해당하는 2, 3 및 4에 해당하는 연결된 전극 수에 대해 플롯된다. 그래프에 그려진 직선은 다항식 f(x) = aX² + bX + c (%)를 사용하는 실험 데이터의 이론적 적합에 해당한다.

메타 주기에 존재하는 10개의 전극 핑거 중 단지 2 개의 인접한 전극 핑거가 교류 전위에 연결되는, 변환기 구조물(600)의 경우,　1.4 % 정도의 전기 기계 결합 계수 k_s ²를 얻을 수 있음을 알 수 있다.　이것은 한 쌍의 인접한 전극 핑거만 교류 전위에 연결된 메타 주기에 해당한다.　

접속되는 메타 주기의 전극 핑거의 수를 증가하면,　전기 기계 결합 계수 k_s ²의 증가는 선형임을 알 수 있다.　변환기 구조물(100)와 같은　최신　변환기 구조물에　해당하는, 교류 전위에 연결된 메타 주기의 5 쌍의 전극 핑거에 대해　3.8 %　의 전기 기계 결합 계수 k_s ²가 획득된다.　　　　

변환기 구조물(600)를 사용하면, 상대 필터 대역폭이 0.65 ‰ 및 0.4 %이고, 대역폭 손실이 6dB 미만인 도 5a에 도시된 SAW 필터 장치가 획득된다. 이것은 도 5d에 도시된, 굵은 검정색 선에 해당하는 X 축의 정규화된 주파수에 대해 왼쪽 Y 축의 전달 함수 계수를 추적하는 반면에, μs의 그룹 지연은 도 5d의 가는 검은색 선에 해당하는 오른쪽 Y 축에 플로팅된다.

그룹 지연은 통과 대역 내에서 위상 선형성의 이미지를 제공한다.　예를 들어, tg의 상수 값은 선형 위상을 의미하며, 이는 필터에 대해 고려되는 특징 중 하나이다.　더욱이, 도5b에 도시된 바와 같은 변환기 구조물(600)를 사용하는 SAW 필터 장치(500)와 함께, 1 차 TCF (TCF₁)의 온도 민감도는 -0,9와 1ppm / K 사이이고 2차 TCF (TCF2)의 온도 민감도는 30 과 36ppb / K 사이를 포함하여 달성된다.　열 민감도는　주변 온도T₀= 25°C　주위에서 TCF1 및 TCF2　에 의하여 특징 지어진다.　그 표현은 다음과 같습니다.　　

이 표현은 일반적으로 표준 장치의 SAW에 대해 2 차로 제한되는 온도-주파수 의존성의 다항식 개발에 해당한다.　TCF1 및 TCF2는 전달 함수의 주어진 크기 / 위상 지점 또는 반사 계수 또는 자체 어드미턴스, 투과 어드미턴스 또는 자체 임피던스 또는 필터의 투과 임피던스에 대한 실험적 주파수-온도 측정을 고려하여 최적의 절차를 이용하여 정확하게 획득될 수 있다.

마지막으로, 도 5e에는 도 5b의 변환기 구조물(600)를 갖는 도 5a의 SAW 필터 장치 (500)에 대해 시뮬레이션된 SAW 필터 장치의 특성이, 변환기 구조물(600)에서 전기 음향 소스의 억제 없음 및 억제가 도시되어 있다.　다시　도 5e는 X 축의 정규화된 주파수에 대한 왼쪽 Y 축의 전달 함수 계수와 오른쪽 Y 축의 그룹 지연이 도시된다.

최신 기술에서와 같이, 즉 전기 음향 소스 억제가 없는, 변환기 구조물의 주기적 구성의 경우, 정규화된 주파수에 대해 0,825 및 1,25 값에서 두 개의 강한 기생 공명이, SAW 필터 장치의 대역 통과 주파수 외부에서 발생한다.　

전기 음향 소스의 비 주기적 분포의 억제가 수행되면, 0,825 및 1,25 값에서 기생 공명이 사라진다.　따라서 가간섭성 하행 배음 소스를 제거함에 의하여 대역 외 거부를 개선하는 것이 분명하다.　이는 비 주기적 구조가 하행 배음으로 인한 섭동이 없는 단일 주기 구조와 같이 더 잘 작동하여, 그러므로 필터 단일 공진기의 더 나은 작동을 제공하고, 그러므로 전체 필터 응답이 향상된다는 사실에 의해 설명된다.

전술한 바와 같이, 복합 기판을 갖는 SAW 필터 장치에서 반사된 벌크 음향파 전파로부터의 기생 공명의 영향은 SAW 필터 장치에 사용되는 변환기 구조물의 하나 이상의 영역에서 전기 음향 소스를 억제함으로써 감소될 수 있고,　SAW 장치의 표면 모드 공진 주파수 f_r은 변환기 구조물 전체에 걸쳐 동일하거나 거의 동일하게 유지되는 한편, 변환기 구조물 전체에 결쳐 전극 핑거의 구조적 특징, 즉 폭과 두께를 동일하게 유지한다.　

본 발명의 다수의　실시 예가 설명되었다.　그럼에도 불구하고, 다음의 청구 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 개선이 이루어질 수 있음이 이해된다.

Claims

전기 부하 및 / 또는 소스에 결합하도록 적응되는, 음향파 전파 기판(210, 310, 410, 502, 610) 상에 형성된 표면 탄성파 장치를 위한 변환기 구조물에 있어서,
한 쌍의 맞물린 빗살 전극(202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604)은 서로 다른 빗살 전극 (202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604)에 속하는 인접 전극 수단(206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608)과 두 개의 인접 전극 수단((206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608) 사이에 가장자리-대-가장자리 전극 수단 거리로 정의되는 피치 p를 갖고, 피치 p는 P = A / 2에 의해 주어진 브래그 조건을 만족하고, A는 변환기의 작동 음향 파장이고, 여기서 전극 수단(206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608)은 모두 동일한 기하학을 갖는, 기판(210, 310, 410, 502, 610) 상에 형성된 한 쌍의 맞물린 빗살 전극(202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604); 을 포함하고,
상기 한 쌍의 맞물린 빗살 전극(202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604)은 적어도 하나의 영역(218, 316, 416, 614)을 포함하며, 여기서 둘 이상의 인접 전극 수단(206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608)은 동일한 빗살 전극(202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604)에 속하며, 피치 p에 대응되는 서로에 대한 가장자리 대 가장자리 거리를 갖고 동일한 기하학을 갖는 것을 특징으로 하는,
표면 탄성파 장치를 위한 변환기 구조물.
청구항 1에 있어서, 동일한 빗살 전극(202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604)에 속하고 둘 이상의 전극 수단(206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608)을 갖는 복수의 영역(218, 316, 416, 614)을 포함하는 변환기 구조물.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 전극 수단(206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608)은 전극 핑거(electrode finger) 또는 분할 핑거(split finger)이고, 상기 분할지는 동일한 전위에 둘 이상의 인접 전극을 포함하는 변환기 구조물.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 동일한 빗살 전극(202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604)에 속하는 둘 이상의 인접 전극 수단(206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608)은 주기적으로 분포하지 않고, 특히 무작위로 분포하는 변환기 구조물.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 동일한 빗살 전극(204)에 속하는 둘 이상의 인접 전극 수단(208)을 갖는, 적어도 하나의 영역 (218)은, 특히 적어도 하나의 영역(218)의 각각은, 짝수개의, 특히 단지 두 개의, 동일한 빗살 전극(204)에 속하는 인접 전극 수단(208_4, 208_5)을 포함하는 변환기 구조물.
청구항 1 내지 청구항 5중 어느 한 항에 있어서, 동일한 빗살 전극(304, 404, 602)에 속하는 둘 이상의 인접 전극 수단(308, 408, 606)을 갖는, 적어도 하나의 영역 (316, 416, 614)은, 특히 적어도 하나의 영역(316, 416, 614)의 각각은, 홀수개의, 특히 단지 세 개의, 동일한 빗살 전극(304, 404, 602)에 속하는 인접 전극 수단(308_5, 308_6, 308_7, 408_4, 408_5, 408_6, 408_9, 408_10, 408J 1, 606J 6, 606_17, 606_18)을 포함하는 변환기 구조물.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 동일한 빗살 전극(202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604)에 속하는 인접 전극 수단(206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608)의 수는 동일한 빗 전극(202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604)에 속하는 둘 이상의 인접 전극 수단(206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608)을 갖는 적어도 두 개의 영역(218, 316, 416, 614) 사이에서 상이한 변환기 구조물.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 동일한 빗살 전극(202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604)에 속하는 인접 전극 수단(206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608)은 두 개의 빗살 전극(202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604)에 제공되는 변환기 구조물.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 기판(210, 310, 410, 502, 610)은 적어도 제 1 재료의 베이스 기판(214)과 압전 재료(212)의 최상층을 포함하는 복합 기판(210, 310, 410, 502, 610)이고, 여기서 압전층(212)은 리튬 탄탈레이트 LiTaO₃ 또는 리튬 니오 베이트 LiNbO₃ 인 변환기 구조물.
청구항 9에 있어서, 압전층(212)은 특히 36°< ∂ < 52°를 갖는 (YXl)/∂로서 표준 IEEE 1949 Std-176에 따라 정의된 결정 배향을 갖는 리튬 탄탈 레이트 LiTaO₃ 이고, 특히 표준 IEEE 1949 Std-176에 따라 (YXl)/ 42° 컷(cut)으로 정의된 42° Y-컷, X-전파를 가진 LiTaO₃인 변환기 구조물.
청구항 9 에 있어서, 압전층(212)은 36°< ∂ < 52° 또는 60°< ∂ < 68°, 또는 120°< ∂ <140°, 또는 85°< Ψ　<95° 인 (YXt)/Ψ, 또는 Φ=90°, -30°< ∂ <+45° 및 0　°< Ψ <45　°　인 (YXwlt)/∂Ψ 로 표준 IEEE 1949 Std-176에 따라 정의된 결정 배향을 갖는 리튬 니오베이트 LiNbO₃ 인 변환기 구조물.
청구항 9　내지 청구항　11　중 어느 한　항에 있어서,　베이스 기판(214)은 실리콘을 포함하는 변환기 구조물.
청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 베이스 기판(214) 상에 형성된 압전층(212)의 두께는 하나 이상의 파장, 특히 20μm 범위(order)인 변환기 구조물.
청구항 9 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서, 베이스 기판(214)의 재료 및 압전 재료(212)는 상이한 주파수 온도 계수(TCF), 특히 반대의 주파수 온도 계수(TCF)를 갖는 변환기 구조물.
청구항 9 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서, 베이스 기판(214)의 재료는 압전 재료(212) 중 하나보다 작은, 특히 최대 10 배 더 작은, 보다 특히 10 배 이상 더 작은 열 팽창을 갖는 변환기 구조물.
청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 변환기 구조물(200, 300, 400, 600)를 포함하는 표면 탄성파 필터 장치.
청구항 16에 있어서, 표면 탄성파 필터 장치의 각각의 변환기 구조물(200, 300, 400, 600)는 동일한 구성을 갖는 표면 탄성파 필터 장치.
청구항 16 또는 청구항 17에 있어서, 필터 대역 통과는 주어진 모드 기판 커플에 대해 달성 가능한 최대 대역 통과보다 좁고,　특히　0,1 및 2% 사이를 포함하는　표면 탄성파 필터 장치.