(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響経路（ＡＳ）の圧電基板（１１）上に配置されており、
前記圧電基板（１１）に配置された２つの電極（１，２）を備え、前記電極が、音響波を励起するために相互に係合する電極フィンガー（３，４）を備える電子音響変換器において、
前記電極（１，２）の前記電極フィンガー（３，４）が互いに接続されており、
前記変換器が、前記音響経路（ＡＳ）に対して平行に延在する中央の励起領域（ＺＡＢ）の分布質量を高めるための手段を備え、
前記中央の励起領域（ＺＡＢ）の分布質量が、両側から前記中央の励起領域（ＺＡＢ）に接続している縁部領域（ＲＢ）よりも高くなっており、
前記変換器が誘電層（１２）を備え、前記誘電層が前記電極フィンガー（３，４）を少なくとも部分的に覆っており、
前記誘電層（１２）の横断面外形は構造化されており、
前記誘電層（１２）の最下層（１４）が前記変換器を完全に覆っており、前記最下層（１４）の上部に位置する層（１５）が最下層（１４）を部分的に覆っており、
前記誘電層（１２）の前記最下層（１４）が、前記最下層の上部に位置する層（１５）よりも小さな単位面積当たりの分布質量を備える電子音響変換器。
【請求項２】
請求項１に記載の電極変換器において、
一方の電極（１，２）の電極フィンガー（３，４）の自由端部に、他方の電極（２，１）に接続されたスタブ状フィンガー（７，８）が向かい合っており、前記誘電層（１２）が前記電極フィンガー（３，４）およびスタブ状フィンガー（７，８）を部分的に覆っている電子音響変換器。
【請求項３】
請求項１に記載の電子音響変換器において、
一方の電極（１，２）の電極フィンガー（３，４）の端部に、他方の電極（２，１）に接続されたスタブ状フィンガー（７，８）が向かい合っており、前記誘電層（１２）が、前記２つの電極（１，２）の電極フィンガー（３，４）が重なる領域で前記電極フィンガー（３，４）を覆っており、前記スタブ状フィンガー（７，８）と、向かい合った前記電極フィンガー（３，４）との間の間隙（１３）は、前記誘電層（１２）によって覆われていない電子音響変換器。
【請求項４】
請求項１に記載の音響変換器において、
一方の電極（１，２）の電極フィンガー（３，４）の端部に、他方の電極（２，１）に接続されたスタブ状フィンガー（７，８）が向かい合っており、前記誘電層（１２）が、前記２つの電極（１，２）の電極フィンガー（３，４）が重なる領域で前記電極フィンガー（３，４）を覆っており、前記スタブ状フィンガー（７，８）と、向かい合った電極フィンガー（３，４）との間の間隙（１３）を覆っており、スタブ状フィンガー（７，８）をストリップ状構造で覆っており、スタブ状フィンガー（７，８）が誘電層（１２）によって覆われているストリップと、スタブ状フィンガー（７，８）に誘電層（１２）が設けられていないストリップとが交互に現れる電子音響変換器。
【請求項５】
請求項１に記載の電子音響変換器において、
一方の電極（１，２）の電極フィンガー（３，４）の端部に、他方の電極（２，１）に接続されたスタブ状フィンガー（７，８）が向かい合っており、
前記電極（１，２）の前記電極フィンガー（３，４）がそれぞれバスバー（９，１０）に接続されており、
前記誘電層（１２）が、前記スタブ状フィンガー（７，８）および前記電極フィンガー（３，４）を完全に覆っており、かつ前記バスバー（９，１０）を部分的に覆っている電子音響変換器。
【請求項６】
請求項１に記載の電子音響変換器において、
前記誘電層の前記最下層（１４）が、前記電極フィンガー（３，４）の端部の上部には設けられていない電子音響変換器。
【請求項７】
請求項１または６に記載の電子音響変換器において、
前記誘電層（１２）の最下層（１４）がスパッタリングされた二酸化ケイ素を含み、前記最下層の上部に位置する層（１５）が、化学ガス堆積法によって被着された二酸化ケイ素を含む電子音響変換器。
【請求項８】
請求項６または７に記載の電子音響変換器において、
前記誘電層（１２）の横断面外形または前記横断面外形における前記最下層（１４）の上部に位置する層（１５）が段状、台形状、または楕円形セグメントの形状に構造化されている電子音響変換器。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか一項に記載の電子音響変換器において、
前記中央の励起領域（ＺＡＢ）が第１誘電層（１２）によって覆われており、前記変換器の残りの部分が、前記第１誘電層（１２）よりも小さな分布質量を備える第２誘電層（１６）によって覆われている電子音響変換器。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか一項に記載の電子音響変換器において、
前記電子音響変換器がＧＢＡＷ‐素子である電子音響変換器。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか一項に記載の電子音響変換器において、
前記電子音響変換器が金属層（ＭＳ）を備え、前記金属層が前記縁部領域（ＲＢ）に配置されており、前記電極（１，２）の前記電極フィンガー（３，４）がそれぞれ前記金属層（ＭＳ）によって互いに電気接触している電子音響変換器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電子音響変換器において、
前記金属層の密度が、前記電極フィンガー（３，４）の密度よりも小さい電子音響変換器。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか一項に記載の電子音響変換器において、
前記電極フィンガー（３，４）が、２つの前記電極（１，２）の前記電極フィンガー（３，４）が重なる前記中央の励起領域（ＺＡＢ）では、通常のフィンガーとして形成されており、
前記電極（１，２）の電極フィンガー（３，４）のみが設けられている縁部領域（ＲＢ）では、前記電極フィンガー（３，４）はスプリットフィンガーとして形成されている電子音響変換器。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか一項に記載の電子音響変換器において、
前記電極フィンガー（３，４）の幅が横方向に変化する電子音響変換器。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電子音響変換器において、
前記電極フィンガー（３，４）の幅が、フィンガー中央部で最大であり、外方に向かって減少している電子音響変換器。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか一項に記載の電子音響変換器において、
前記電子音響変換器が、音響波の横方向の振動モードの周波数が、縦方向の振動モードの周波数と一致しているように形成されている電子音響変換器。
【請求項１７】
音響経路（ＡＳ）の圧電基板（１１）上に配置されており、
前記圧電基板（１１）に配置された２つの電極（１，２）を備え、前記電極が、音響波を励起するために相互に係合する電極フィンガー（３，４）を備える電子音響変換器において、
前記電極（１，２）の前記電極フィンガー（３，４）が互いに接続されており、
前記変換器が、前記音響経路（ＡＳ）に対して平行に延在する中央の励起領域（ＺＡＢ）の分布質量を高めるための手段を備え、
前記中央の励起領域（ＺＡＢ）の分布質量が、両側から前記中央の励起領域（ＺＡＢ）に接続している縁部領域（ＲＢ）よりも高くなっており、
前記変換器が誘電層（１２）を備え、前記誘電層が前記電極フィンガー（３，４）を少なくとも部分的に覆っており、
前記誘電層（１２）の最下層（１４）が前記変換器を完全に覆っており、前記最下層（１４）の上部に位置する層（１５）が最下層（１４）を部分的に覆っており、
前記誘電層（１２）の前記最下層（１４）が、前記最下層の上部に位置する層（１５）よりも小さな単位面積当たりの分布質量を備えており、
前記誘電層の前記最下層（１４）が、前記電極フィンガー（３，４）の端部の上部には設けられていない電子音響変換器。
【請求項１８】
音響経路（ＡＳ）の圧電基板（１１）上に配置されており、
前記圧電基板（１１）に配置された２つの電極（１，２）を備え、前記電極が、音響波を励起するために相互に係合する電極フィンガー（３，４）を備える電子音響変換器において、
前記電極（１，２）の前記電極フィンガー（３，４）が互いに接続されており、
前記変換器が、前記音響経路（ＡＳ）に対して平行に延在する中央の励起領域（ＺＡＢ）の分布質量を高めるための手段を備え、
前記中央の励起領域（ＺＡＢ）の分布質量が、両側から前記中央の励起領域（ＺＡＢ）に接続している縁部領域（ＲＢ）よりも高くなっており、
前記変換器が誘電層（１２）を備え、前記誘電層が前記電極フィンガー（３，４）を少なくとも部分的に覆っており、
前記電極（１，２）の一方の電極フィンガー（３，４）の端部に、他方の電極（２，１）に接続されたスタブ状フィンガー（７，８）が向かい合っており、前記誘電層（１２）が、前記２つの電極（１，２）の電極フィンガー（３，４）が重なる領域で前記電極フィンガー（３，４）を覆っており、前記スタブ状フィンガー（７，８）と、向かい合った電極フィンガー（３，４）との間の間隙（１３）を覆っており、スタブ状フィンガー（７，８）をストリップ状構造で覆っており、スタブ状フィンガー（７，８）が誘電層（１２）によって覆われているストリップと、スタブ状フィンガー（７，８）に誘電層（１２）が設けられていないストリップとが交互に現れる電子音響変換器。
【請求項１９】
音響経路（ＡＳ）の圧電基板（１１）上に配置されており、
前記圧電基板（１１）に配置された２つの電極（１，２）を備え、前記電極が、音響波を励起するために相互に係合する電極フィンガー（３，４）を備える電子音響変換器において、
前記電極（１，２）の前記電極フィンガー（３，４）が互いに接続されており、
前記変換器が、前記音響経路（ＡＳ）に対して平行に延在する中央の励起領域（ＺＡＢ）の分布質量を高めるための手段を備え、
前記中央の励起領域（ＺＡＢ）の分布質量が、両側から前記中央の励起領域（ＺＡＢ）に接続している縁部領域（ＲＢ）よりも高くなっており、
前記変換器が金属層（ＭＳ）を備え、前記金属層が前記縁部領域（ＲＢ）に配置されており、前記電極（１，２）の前記電極フィンガー（３，４）がそれぞれ前記金属層（ＭＳ）によって互いに電気接触しており、
前記金属層の密度が、前記電極フィンガー（３，４）の密度よりも小さい電子音響変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ＳＡＷ‐またはＧＢＡＷ‐ＨＦ‐フィルタで使用される電子音響変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
音響波、例えば、音響表面波（SAW=Surface Acoustic Wave）または指向性バルク音響波（GBAW=Guided Bulk Acoustic Wave）によって作動する素子は、ＨＦ信号を音響波に変換し、反対に音響波をＨＦ信号に変換する。このために、ＳＡＷ素子またはＧＢＡＷ素子は、圧電基板または圧電層に配置された電極フィンガーを含む。縦方向に、すなわち、音響波が伝搬する方向に、電極フィンガーは互いに並行に配置されており、概して第１バスバーおよび第２バスバーに交互に接続されている。音響経路は、基盤または圧電層において、素子の作動中に音響表面波が伝搬される領域である。電極フィンガーは、音響波経路、ひいては音響領域に位置する。バスバーは、音響経路の横方向縁部領域に位置する。縦方向に、音響経路は一般にリフレクタによって制限されており、これにより、縦方向の音響波の放出によるエネルギー損失が防止される。音響経路は、音響トラップによっても制限されてよい。
【０００３】
音響波によって作動する素子における損失メカニズムは、音響波が縦方向または横方向に音響経路から放射されることにある。
【０００４】
音響経路の終端開口部を介して、回折効果により横方向の音響モードが生じる。種々異なる横方向モードの発生により伝達特性が影響される。伝達特性には、ピークと落込みが形成される場合がある。
【０００５】
音響波によって作動する素子、特に移動通信分野のためのＳＡＷ‐フィルタの開発で重要な点は、損失メカニズムが少なく、不都合な横方向モードのない素子、または不都合な横方向モードが減じられ、良好な伝達特性を備える素子を得ることである。
【０００６】
ドイツ国特許出願公開第１０３３１３２３号明細書により、ＳＡＷによって作動する変換器が既知であり、この変換器では不都合な横方向モードが抑制される。
【０００７】
米国特許第７，５７６，４７１号明細書により、ＳＡＷにより作動する素子が既知であり、この素子では、中央の励起領域とバスバーの領域との間の領域で電極フィンガーの密度が増大されている。しかしながら、この場合、用途は、いわゆる「弱結合」基板に制限されている。電子音響結合定数Ｋ2は、音響波と信号との間の結合強度のための基準である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ドイツ国特許出願公開第１０３３１３２３号明細書
【特許文献２】米国特許第７，５７６，４７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、良好な伝達特性を備え、強結合する圧電基板との互換性のある電子音響変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、本発明によれば、独立請求項１に記載の電子音響変換器によって解決される。有利な構成が、従属請求項に記載されている。
【００１１】
本発明は、音響経路に配置された電子音響変換器を提供する。この変換器は、圧電基板と、圧電基板に配置された２つの電極とを備え、これらの電極は相互に係合し、音響波を励起するための電極フィンガーを備える。１つの電極の電極フィンガーは互いに接続されている。変換器は、音響経路に対して平行に延在する中央の励起領域の分布質量（Massenbelegung）が、両側から中央の励起領域に接続している横方向の縁部領域よりも大きくなるように形成されている。このために、変換器は、中央の励起領域の分布質量を増大させるための手段を備える。
【００１２】
変換器は、弱結合基盤に制限されておらず、むしろ強結合基盤とも互換性がある。
【００１３】
本発明によれば、変換器は、変換器を横方向に離れるエネルギーが最小限となるように形成されている。このために、異なる横方向領域における音響波の縦方向の速度を適切に調節することができる。この場合、音響波の伝搬速度は、一般に基盤の分布質量がより高い場合に減じられる。分布質量という概念は、以下では単位面積当たりの相対的な分布質量を示す。速度は、一般に剛性の高い材料を設けることにより高められる。所望の分布質量を調節するために適した材料を選択することにより、音響波の伝搬速度を高めたり低めたりすることが可能となる。変換器は、横方向速度特性が調節され、音響経路に対して平行な中央の励起領域の伝搬速度が、両側から音響経路に対して平行に中央の励起領域に接続する縁部領域よりも小さくなるように構成されている。このような速度特性により、効果的な波伝導が可能になる。全反射による横方向のエネルギー放射が減じられる。この原理は、例えば、光ファイバーによる光波に関して既知である。
【００１４】
種々異なる横方向領域における音響波の縦方向速度が、全反射による回折損失がほぼ除去されるように調節される変換器は、縦方向にエネルギーがほとんど放射されないので、高い信号強度において優れている。
【００１５】
しかしながら、このような変換器は、一般に多数の横方向モードを備えている。これらの横方向モードは分散を少なくとも一つ有している。すなわち、それぞれのモードは異なる伝搬速度を有し、したがって、モード固有の周波数で現れる。これにより、スペクトル純度が失われる。
【００１６】
横方向モードが全体として同じ周波数を備え、さらにこの周波数が縦方向モードの共振周波数と一致するように変換器が構成されることにより、変換特性をさらに改善することができる。この場合、変換器は高いスペクトル純度を備える。横方向モードは変換器の共振周波数と一致するので、抑制されず、むしろフィルタ作用に貢献する。横方向モードの共振周波数は、同様に変換器の分布質量によって影響される。
【００１７】
変換器は、電極フィンガーを少なくとも部分的に覆う誘電層を備えていてもよい。この実施形態では、電子音響変換器はＧＢＡＷ素子であってもよい。圧電層が、誘電層、例えばＳｉＯ2によって覆われる場合、誘電層における音響波の伝搬速度は圧電層におけるよりも著しく遅い。誘電層の上部に別の層が配置されていてもよく、この場合、誘電層における音響波の伝搬速度は、別の層におけるよりも遅い。したがって、垂直方向に速度特性「速い‐遅い‐速い」が形成され、垂直方向の損失が防止される。誘電層の密度が小さいことに基づき、この層の開口は不都合な横方向モードが形成されるには極めて小さいか、もしくは横方向モードの周波数は互いに著しく離れており、伝達特性を妨害することはない。
【００１８】
一実施形態では、誘電層は二酸化ケイ素を含むか、または完全に二酸化ケイ素からなる。さらにＳｉＯ2は、基盤の弾性素子の温度特性を補正するためにもよく適している。
【００１９】
一方の電極の電極フィンガーは、他方の電極のスタブ状フィンガーに向かい合っている。これらのスタブ状フィンガーは、一般に電極フィンガーよりも短い。電極フィンガーの端部と、それぞれ向かい合ったスタブ状フィンガーとの間には、間隙、いわゆる「ギャップ」が設けられている。電極フィンガーとスタブ状フィンガーとの接触は防止する必要がある。なぜなら、さもなければ変換器は短絡されてしまうからである。オーバラップ重みづけのない変換器では、スタブ状フィンガーは音響経路の外部に位置し、したがって、もはや有効な変換器領域には位置しない。
【００２０】
誘電層は、いまや種々異なる構成としてもよい。一実施形態では、誘電層は電極フィンガーおよびスタブ状フィンガーを部分的に覆っている。それぞれ電極の電極フィンガーを相互に接続するバスバーは、この実施形態では誘電層によって覆われていない。
【００２１】
第２実施形態では、電極フィンガー、ギャップおよびスタブ状フィンガーは誘電層によって完全に覆われている。バスバーは誘電層によって部分的にのみ覆われている。この場合、好ましくは、横方向に変換器の内部領域に接続するバスバーの領域は誘電層によって覆われている。
【００２２】
第３実施形態では、電極フィンガーは、２つの電極（１，２）の電極フィンガー（３，４）が重なる領域でのみ誘電層によって覆われており、スタブ状フィンガー、スタブ状フィンガーと、向かい合った電極フィンガーとの間の間隙、およびバスバーは誘電層によって覆われていない。
【００２３】
第４実施形態では、電極フィンガーは２つの電極（１，２）の電極フィンガー（３，４）が重なる領域で誘電層によって覆われており、ギャップは誘電層によって完全に覆われており、スタブ状フィンガーは、ストリップ構造の形態の誘電層によって覆われている。この場合、スタブ状フィンガーが誘電層によって覆われているストリップは、スタブ状フィンガーが誘電層によって覆われていないストリップと入れ代わる。バスバーもこのストリップ状構造の形態の誘電層によって覆われていてもよい。好ましくは、変換器の内部領域に接続するバスバーの領域のみがストリップ状に被着された誘電層によって覆われている。
【００２４】
電極フィンガーに配置された誘電材料により、種々異なる分布質量による音響波の速度を調節することが可能になる。変換器の一実施形態では、誘電材料は電極フィンガーに、および電極フィンガーの間に配置されている。すなわち、誘電材料は、例えば、剥離技術またはエッチング技術によって構造化され、縦方向に電極フィンガーに配置されていてもよい。これにより、分布質量、ひいては縦方向速度を容易に調節することができる。
【００２５】
本発明の別の実施形態では、誘電層の横方向横断面外形が構造化されている。このために、種々異なった構造、例えば、段状構造、台形構造、または楕円形セグメントの形態の構造化も可能である。
【００２６】
このような構造化は、種々異なる音響波速度を備える横方向領域を規定することを可能にする。
【００２７】
誘電層を台形に構造化した場合には、種々異なる分布質量の材料により段部の異なる層が構造化される。例えば、最下層の上部に位置する層の分布質量よりも小さな分布質量を有する材料によって最下層を形成してもよい。このために、例えば、最下層のためにはスパッタリングされた二酸化ケイ素を用い、最下層の上部に位置する層のためには化学ガス堆積法を用いて塗布されたＳｉＯ2を用いてもよい。一般に、スパッタリングされたＳｉＯ2は、化学ガス堆積法によって塗布されたＳｉＯ2よりも小さな分布質量を備える。好ましくは、電極フィンガーの端部は、この構成では最も下側の誘電層では開放されている。したがって、電極フィンガーの端部は、いまやその上部に位置するより大きい分布質量を備えるＳｉＯ2層によって覆われている。電極フィンガーと、向かい合ったスタブ状フィンガーとの間のギャップは速度特性を変更する。いまこのギャップの領域でより大きい分布質量が用いられた場合、ギャップに起因する効果を補正することができる。
【００２８】
一実施形態では、この第１誘電層に第２誘電層が被着される。好ましくは、第２誘電層は、第１誘電層よりも小さな分布質量を備える。第１誘電層は、中央の励起領域に配置されていてもよく、変換器の残りの部分は、第２誘電層によってのみ覆われていてもよい。第１誘電層として、例えばＳｉＯ2が使用された場合、第２誘電層としてＡｌ2Ｏ3を用いてもよい。
【００２９】
第２誘電層は、構造化された第１誘電層に被着してもよい。したがって、第１誘電層の横方向外形は、段状、台形状、または楕円形セグメントとして構造化されていてもよく、次いで第２誘電層によって覆われる。この場合、同様に分布質量は、中央励起領域の分布質量がこれに接続する縁部領域の分布質量よりも大きくなるように調節される。
【００３０】
本発明の別の実施形態では、電極の電極フィンガーは、バスバーを介してではなく、金属層によって互いに接続されている。好ましくは、この金属層は変換器の縁部領域に配置されており、電極フィンガーの密度よりも小さな密度を備える。
【００３１】
電極フィンガーと同じ材料からなるバスバーが変換器の外部領域に配置された場合には、バスバーは、この外部領域の分布質量の著しい増大をもたらす。本発明による構成では、バスバーは比較的小さな密度を備える金属層によって代替することができ、外部領域の分布質量は対応してほどんど増加はなく、したがって、中央の励起領域では、著しく大きな分布質量が提供される。
【００３２】
本発明の別の実施形態では、スタブ状フィンガーは著しく延長してもよい。電極フィンガーが従来のようにバスバーによって接続された場合、バスバーは、横方向モードがバスバーまでに既に消失されており、バスバーによる大きい分布質量がもはやモードに負の影響を及ぼさない程に外側に配置されている。しかしながら、この配置は、延長された電極フィンガーにより、供給ラインにおけるオーム損失が極めて高いという欠点を有する。したがって、対抗措置として、延長された電極フィンガーおよびスタブ状フィンガーの上部に別の金属層を配置することが提案される。このような金属層は、一方ではオーム損失を劇的に減じるが、しかしながら、他方ではＧＢＡＷの伝搬速度の著しい低下を伴わないので、このようにして、有効な変換器領域から音響エネルギーが吸い取られることがさらに防止される。したがって、金属層のためには過度に重い金属ではなく、好ましくは、例えばＡｌまたは適宜な合金などの軽い金属が選択される。
【００３３】
外部領域の金属比率をさらに低減するために、電極フィンガーの幅を横方向に変化させることができる。この場合、中央の励起領域の最大幅は、横方向外方に減少するように選択される。電極フィンガーの幅の変化は段状または線形に設けられてもよい。実質的に中央の励起領域に対応し、２つの電極の電極フィンガーが重なる内部領域では、電極フィンガーは通常のフィンガーとして形成されている。一方の電極の電極フィンガーのみが設けられている外部領域では、電極フィンガーはスプリットフィンガーとして形成されていてもよい。
【００３４】
変換器の電極または電極フィンガーは、アルミニウムよりも高い密度を有する金属、例えば、銅、金、タングステンまたはこれらの金属からなる合金からなっているか、またはこれらを主要成分として含んでいてもよい。
【００３５】
変換器には誘電補償層が配置されていてもよい。誘電補償層は、素子の周波数範囲の温度変化を低減または除去することができる。このような誘電補償層は、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2または温度上昇時に剛性を増す他の誘電材料であってもよい。
【００３６】
次に、本発明を実施例および実施例に属する図面に基づいて詳細に説明する。図面は、本発明の異なる実施例の概略図であり、実寸にしたがっていない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１ａは、従来技術で既知の電子音響変換器を示す平面図であり、図１ｂは、図１ａに示した変換器の断面図である。
【図２】図２ａは、本発明の第１実施例による電子音響変換器を示す平面図であり、図２ｂは、図２ａに示した変換器の断面図である。
【図３】３ａは、本発明による電子音響変換器の第１実施例の第２変化態様を示す平面図であり、図３ｂは、図３ａに示した変換器の断面図である。
【図４】図４ａは、本発明による電子音響変換器の第１実施例の第３変化態様を示す平面図であり、図４ｂは、図４ａに示した変換器の断面図である。
【図５】図５ａは、本発明による電子音響変換器の第１実施例の第４変化態様を示す平面図であり、図５ｂは、図５ａに示した変換器の断面図である。
【図６】本発明による電子音響変換器の第２実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明による電子音響変換器の第２実施形態の第２変化態様を示す断面図である。
【図８】本発明による電子音響変換器の第２実施形態の第３変化態様を示す断面図である。
【図９】本発明による電子音響変換器の第２実施形態の第４変化態様を示す断面図である。
【図１０】本発明による電子音響変換器の第２実施形態の第５変化態様を示す断面図である。
【図１１】本発明による電子音響変換器の第２実施形態の第６変化態様を示す断面図である。
【図１２】本発明による電子音響変換器の第３実施形態の電極および電極フィンガーを示す図である。
【図１３】本発明による電子音響変換器の第４実施形態の電極フィンガーを示す図である。
【図１４】第４実施形態の第２変化態様による音響変換器の電極フィンガーを示す断面図である。
【図１５】ＧＢＡＷ−変換器の第３、第４または第５実施形態による外部領域の異なった構成のためのアドミタンスのシミュレーションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１ａおよび図１ｂは、背景技術で既知の従来の電子音響変換器である。図１ａは変換器の平面図を示す。図１ｂは同じ変換器の断面図を示す。
【００３９】
変換器は２つの電極１，２を備え、これらの電極は、音響波を励起するための互いに係合する電極フィンガー３，４を備える。変換器は、音響経路ＡＳに配置されている。音響波は、この音響経路ＡＳの内部で生成される。縦方向に、すなわち、音響経路ＡＳの方向に、変換器は中央領域ＭＢと２つのリフレクタ領域ＲＥＢとに分割されており、２つのリフレクタ領域ＲＥＢはそれぞれ中央領域ＭＢに接続されている。
【００４０】
変換器のリフレクタ領域ＲＥＢには、連続した電極フィンガー５，６が配置されており、これらの電極フィンガーはリフレクタとして作用し、音響波を変換器に反射する。変換器の中央領域ＭＢには、第１電極１に接続された電極フィンガー３と第２電極２に接続された電極フィンガー４とがそれぞれ交互に配置されている。交互に噛み合うように配置された電極フィンガー３，４により、中央領域ＭＢには音響波が励起される。
【００４１】
電極１，２の一方の、電極フィンガー３，４の端部には、変換器の中央領域ＭＢにおいて、電極２，１の他方に接続されたスタブ状フィンガー（Stummelfinger）７，８が向かい合っている。スタブ状フィンガー７，８の長さは電極フィンガー３，４よりもずっと短い。電極フィンガー７，８と、向かい合ったスタブ状フィンガーとの間にはそれぞれ間隙、いわばギャップ１３が設けられている。
【００４２】
電極１，２の電極フィンガー３，４は、それぞれバスバー９，１０を介して互いに接続されている。電極は、例えばニオブ酸リチウムよりなる圧電基板１１に配置されている。電極１，２および基板１１は、誘電層１２、例えば酸化ケイ素によって覆われている。
【００４３】
音響経路に対して横方向に、すなわち垂直方向に、変換器は１つの内部領域ＩＢと、内部領域ＩＢに直接に接続する２つの外部領域ＡＢとに分割されている。内部領域は、電極フィンガー３，４、ギャップ１３およびスタブ状フィンガー７，８を備える。外部領域ＡＢはバスバー９，１０を備える。
【００４４】
分布質量は、内部領域ＩＢ全体でほぼ一定不変である。電極フィンガー３，４とスタブ状フィンガー７，８との間のギャップ１３のみが、この領域の、さもなければ一様な分布質量を局所的に変更する役割を果たす。内部領域ＩＢには外方にそれぞれ変換器の外部領域ＡＢが接続しており、外部領域ＡＢにはバスバー９，１０が配置されている。
【００４５】
この従来の変換器では、バスバー９，１０は電極フィンガー３，４と同じ材料からなっている。それ故、変換器の外部電極３，４における分布質量は最大である。高い分布質量を有する領域では音響波の伝搬速度が減じられている。したがって、音響波のエネルギーはこの領域に集中している。図１に示した従来の変換器では、エネルギーの大部分は横方向に外部領域に吸収される。
【００４６】
これに対して、図２ａおよび図２ｂは、本発明の第１実施形態によるＧＢＡＷ変換器を示す。ここでは、誘電層１２はもはや変換器全体に全面的には被着されていない。これにより、横方向に、内部領域ＩＢは、音響経路ＡＳに対して平行に延在する中央の励起領域ＺＡＢと、両側から中央の励起領域ＺＡＢに接続する縁部領域ＲＢとに分割される。内部領域ＩＢの縁部領域ＲＢでは、変換器は誘電層１２によって覆われていない。
【００４７】
誘電層１２によって完全に覆われた中央の励起領域ＺＡＢと、誘電層１２が設けられていない延部領域ＲＢとの間の境界は、スタブ状フィンガー７，８の領域に位置している。したがって、隣接する電極フィンガーと重なる領域の電極フィンガー３，４、およびギャップ１３は誘電層１２によって完全に覆われており、これに対して、スタブ状フィンガー７，８は誘電層１２によって部分的にのみ覆われている。
【００４８】
バスバー９，１０を備える外部領域ＡＢは誘電層１２によって覆われていない。
【００４９】
図２に示す変換器では、中央の励起領域ＲＢの分布質量は高められており、縁部領域ＲＢおよび外部領域ＡＢの分布質量は小さい。このようにして、外部領域ＡＢへのエネルギーの流出を減じることができる。
【００５０】
図３ａおよび図３ｂは、第１実施形態の第２変化態様を示す。ここでは、誘電層１２は内部領域ＩＢをぎりぎり超えており、バスバー９，１０を部分的に覆っている。したがって、ここでは外部領域ＡＢは内側外部領域ＩＡＢと縁部領域ＲＢとに分割されている。縁部領域ＲＢの分布質量は、内部領域ＩＢおよび内側外部領域ＩＡＢの分布質量に比べて減じられている。これにより、縁部領域ＲＢへのエネルギーの流出は防止される。
【００５１】
図４ａおよび図４ｂは、ＧＢＡＷ変換器の第１実施形態の第３変化態様を示す。ここでは、誘電層１２はスタブ状フィンガー７，８およびギャップ１３を覆っていない。中央の励起領域は誘電層１２によって完全に覆われている。対応して、内部領域ＩＢは中央の励起領域ＺＡＢと縁部領域ＲＢとに分割されており、この場合、縁部領域ＲＢは外側から中央の励起領域ＺＡＢに接続している。
【００５２】
したがって、いま電極フィンガー３，４のみが誘電層１２によって覆われている。誘電層１２によって、向かい合った電極１，２の電極フィンガー３，４が横方向に重なっている中央の励起領域ＺＡＢの分布質量が高められる。中央の励起領域ＺＡＢに隣接する縁部領域ＲＢでは、分布質量は中央の領域ＺＡＢよりも小さい。
【００５３】
図４ｂに示した変換器の断面図は、誘電層１２が電極フィンガー３，４の端部と重なって終わっていることをはっきりと示している。
【００５４】
図５ａおよび図５ｂは、本発明によるＧＢＡＷ変換器の第１実施形態の第４変化態様を示す。これは、図２に示した実施形態に基づいた変化態様である。変換器の内部領域ＩＢは、ここでも中央の励起領域ＺＡＢと縁部領域ＲＢとに分割されており、この場合、中央の励起領域ＺＡＢは、電極フィンガー７，８、ギャップ１３および部分的にスタブ状フィンガー７，８を含む。誘電層１２は、中央の励起領域ＺＡＢを完全に覆っている。
【００５５】
これに加えて、誘電層１２の別の領域が、縁部領域ＲＢおよび外部領域ＡＢをストリップ状に覆っている。スタブ状フィンガー３，４およびバスバー９，１０は、誘電層１２のストリップ状部分によって部分的にのみ覆われている。この場合、スタブ状フィンガーもしくはバスバー９，１０が誘電層１２で覆われているストリップ状部分と、誘電層１２のないストリップ状部分とが交互に現れる。
【００５６】
これにより、中央の励起領域ＺＡＢはこれに隣接する縁部領域ＲＢよりも分布質量が大きくなっている。
【００５７】
図６は、本発明の第２実施形態を示す。図６には、ＧＢＡＷ変換器が断面図で示されている。誘電層１２の横断面外形は、ここでは段状に構造化されている。横断面外形は、変換器全体を覆う下層１４を備える。さらに、誘電層１２は、下層１４を部分的にのみ覆う上層１５を備える。この場合、上層１５は、変換器の中央の励起領域ＺＡＢを覆う下層１４の部分のみを覆うように配置されている。下層１４および上層１５は同じ材料を含んでいてもよいし、異なる構成としてもよい。
【００５８】
誘電層１２の横断面外形を段状に構造化することにより、変換器は横方向に、ここでも中央の励起領域ＺＡＢとこれに接続する縁部領域ＲＢとに分割される。中央の励起領域ＺＡＢにわたって、誘電層１２の下層１４および上層１５が配置されている。縁部領域ＲＢは、下層１４によってのみ覆われている。この場合、中央の励起領域ＺＡＢは、互いに重なる電極フィンガー３，４、ギャップ１３および部分的にスタブ状フィンガー７，８を備える。
【００５９】
好ましくは、誘電層１２の下層１４の材料は、上層１５の材料よりも分布質量が低い。下層１４の材料は、例えば、スパッタリングした二酸化ケイ素である。上層１５は、化学的ガス堆積法を用いて、例えば、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって被着されたＳｉＯ2である。このような化学的ガス堆積法によって被着されたＳｉＯ2は、スパッタリングしたＳｉＯ2よりも幾分高い分布質量を有する。
【００６０】
電極フィンガー３，４の端部の領域では、下側の誘電層１４が取り除かれる。したがって、いま電極フィンガー４，５の端部は上側の誘電層１５によって覆われている。上側の誘電層１５は、より高い分布質量を備えているので、フィンガー端部の分布質量は高められる。このように、波の音響伝搬速度の局所的変化をギャップ１３によって補正することができる。
【００６１】
図７は、ＧＢＡＷ変換器の第２実施形態の第２変化態様を示す。ここでも、誘電層１２の横断面外形において構造化されている。誘電層１２は、電極フィンガー３，４、ギャップ１３および部分的に電極のスタブ状フィンガー７，８のみを覆っている。まず、バスバー９，１０および変換器の残りの領域には誘電層１２は設けられていない。したがって、図７に示した変換器のこの部分は、図２に示した変換器に対応している。
【００６２】
そして、変換器には、第１誘電層１２が設けられていない領域に被着される第２誘電層１６が設けられる。第２誘電層は、例えば、Ａｌ2Ｏ3からなっていてもよい。Ａｌ2Ｏ3は、第１誘電層１２の材料であるＳｉＯ2よりも小さな分布質量を備える。したがって、図７に示した変換器も中央の励起領域ＺＡＢに最大の分布質量を備える。
【００６３】
図８に示した変換器では、本発明の第２実施形態の第１変化態様と第２変化態様とが互いに組み合わされている。第１誘電層１２は、ここでは段状に構造化されている。第１誘電層１２は、変換器全体を覆う下層１４、および中央の励起領域ＺＡＢを覆っている下層１４の領域のみを覆う上層１５を備える。第１誘電層１２の下層１４の、上層１５によって覆われていない領域は、第１層１２よりも小さな分布質量を備える第２誘電層１６によって覆われている。
【００６４】
図９から図１１は、ＧＢＡＷ変換器の第２実施形態の他の変化態様を示す。これらの図面においても誘電層１２は多層状に構成されている。最下層１４は、それぞれ変換器全体を覆っている。最下層１４の上部に被着された１つまたは複数の層１５，１５ａ，１５ｂは変換器の一部のみを覆っている。この場合、一部とは、中央の励起領域ＺＡＢまたは中央の励起領域ＺＡＢおよび縁部領域ＲＢの一部であってよい。最下層１４に被着された誘電層１５，１５ａ，１５ｂは構造化されている。
【００６５】
図６との関連で示したように、図９〜図１１に示した変換器では、最下誘電層１４はギャップ１３の領域では取り除いてもよい。
【００６６】
図９に示した変換器では、誘電層１２の上層１５は段状に構造化されている。図１０に示した変換器では、誘電層１２の上層１５は、楕円の一部の形状で構造化されている。図１１は、誘電層１２の上層１５ａ，１５ｂが段状に構造化された誘電変換器を示す。一般に誘電層１２は、剥離法または適宜なエッチング技術によって構造化することができる。乾式および湿式化学法ならびにエッチング停止層による方法が従来技術により既知である。
【００６７】
図１２は、本発明の第３実施形態によるＧＢＡＷ変換器の電極を示す。この変換器の電極フィンガー３，４は極めて長く延ばされている。電極フィンガー３，４は、中央の励起領域ＺＡＢと縁部領域ＲＢとに分割される。中央の励起領域ＺＡＢでは、互いに向かい合った２つの電極の電極フィンガー３，４は重なっている。縁部領域ＲＢには、それぞれ１つの電極の電極フィンガー３，４のみが設けられている。
【００６８】
音響波の良好な波伝導を保障するためには、音響波のエネルギーが横方向に放射されることを防止することが望ましい。このために、中央の励起領域ＺＡＢの分布質量が高められるか、もしくは縁部領域ＲＢの分布質量が減じられる。対応して電極フィンガー３，４の幅は縁部領域ＲＢで減じられる。図１２は、縁部領域ＲＢの電極フィンガーがスプリットフィンガーとして形成された電子音響変換器を示す。
【００６９】
電極の電極フィンガー３，４は、ここではそれぞれバスバー９，１０に接続されている。バスバー９，１０は、電極フィンガー３，４と同じ材料から作製されている。したがって、バスバー９，１０が配置された領域は極めて高い分布質量を備える。第４実施形態によれば、バスバー９，１０を金属層によって代替してもよい。したがって、電極の電極フィンガー３，４はこの金属層によって相互に接続され、金属層は、電極フィンガーの金属化によって被着してもよい。このために、縁部領域ＲＢにはそれぞれ金属層が被着される。この金属層は、電極フィンガーの材料よりも小さな密度を有する。それ故、金属層により、縁部領域ＲＢの分布質量は少ししか増加しない。
【００７０】
図１３は、電極の電極フィンガー３，４を互いに接続するためにバスバー３，４の代わりに金属層ＭＳを使用した変換器の電極フィンガー３，４の概略図を示す。図１３の変換器では、縁部領域ＲＢの電極フィンガー３，４の幅は、中央の励起領域ＺＡＢの電極フィンガーの幅に比べて減じられている。電極フィンガー３，４の幅の変更は、ここでは一段により段状に行われる。しかしながら、幅の変更は、複数回、段階的に行われていてもよい。
【００７１】
図１４は、第４実施形態の第２変化態様を示す。ここでは、変換器の電極フィンガー３，４の一部のみが示されている。図１４には、電極フィンガー３，４の幅が線形に内側から外側に減少していることが示されている。
【００７２】
変換器の第４実施形態のすべての変化態様は、任意に互いに組み合わせることができる。したがって、例えば、横方向に変化する電極フィンガー幅を有する変換器が、図２〜図１１に示すように、構造化された誘電層を備えていてもよい。さらに、このような変換器では電極の電極フィンガーは、バスバーの代わりに、軽量な金属層ＭＳと互いに接続されていてもよい。
【００７３】
図１５は、異なった実施形態のためのアドミタンスを示す。曲線Ｋ１〜Ｋ４は、種々異なる変換器に対するアドミタンスを示す。曲線Ｋ１〜Ｋ３は、図１３に示した実施例による変換器に対するアドミタンスを示す。ここでは、縁部領域ＲＢのスタブ状フィンガー７，８は、中央の励起領域ＺＡＢの電極フィンガー３，４よりも狭い。金属比率ηは、フィンガー幅と変換器における繰り返し周期との比率を示す。中央の励起領域ＺＡＢでは、金属比率ηは０．６である。曲線Ｋ１は、縁部領域ＲＢの金属比率ηが０．２である変換器のためのアドミタンスを示す。曲線Ｋ２は、縁部領域ＲＢの金属比率ηが０．３である変換器のためのアドミタンスを示し、曲線Ｋ３は、縁部領域ＲＢの金属比率ηが０．４である変換器のためのアドミタンスを示す。曲線Ｋ４は、縁部領域ＲＢのフィンガー幅が減じられていない変換器のための金属比率ηを示す。したがって、縁部領域ＲＢの金属比率ηは、中央の励起領域ＺＡＢとちょうど同じ０.６である。
【００７４】
アドミタンス曲線Ｋ１〜Ｋ４の共振および反共振が顕著であればあるほど、対応した変換器のＱ値が高くなる。図１５に示すように、アドミタンス曲線Ｋ１〜Ｋ３は、縁部領域ＲＢでスタブ状フィンガー幅が減じられた変換器を示し、ほぼ重なって延びており、８７５ＭＨｚで極めて顕著な共振を示し、同様に９２５ＭＨｚで極めて顕著な反共振を示す。これに対して、電極フィンガー３，４とスタブ状フィンガー７，８とが同じ幅を有する変換器を示す曲線Ｋ４では、共振および反共振は極めて緩やかである。したがって、図１５に示すように、スタブ状フィンガー７，８の幅が縁部領域ＲＢで減じられることにより変換器のＱ値を高めることができる。
【図１ａ】
0005655157.tif 000002
【図１ｂ】
0005655157.tif 000003
【図２ａ】
0005655157.tif 000004
【図２ｂ】
0005655157.tif 000005
【図３ａ】
0005655157.tif 000006
【図３ｂ】
0005655157.tif 000007
【図４ａ】
0005655157.tif 000008
【図４ｂ】
0005655157.tif 000009
【図５ａ】
0005655157.tif 000010
【図５ｂ】
0005655157.tif 000011
【図６】
0005655157.tif 000012
【図７】
0005655157.tif 000013
【図８】
0005655157.tif 000014
【図９】
0005655157.tif 000015
【図１０】
0005655157.tif 000016
【図１１】
0005655157.tif 000017
【図１２】
0005655157.tif 000018
【図１３】
0005655157.tif 000019
【図１４】
0005655157.tif 000020
【図１５】
0005655157.tif 000021