Пьезоэлектрическое устройство наАКуСТичЕСКиХ пОВЕРХНОСТНыХ ВОлНАХ Советский патент 1981 года по МПК H03H9/00 H01L41/00 

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО НА АКУСТИЧЕСКИХ Изобретение относится к радиоэле тронике и может использоваться в ус тройствах селекции частоты. Известны пьезоэлектрические устр ства на акустических поверхностных волнах, содержащие плоскую пьезоэлектрическую подложку и размещенные на ней встречно-штыревой преобразователь и рефлектор в виде периодической полуволноаой структуры Щ. Недостатком таких пьезоэлектриче ких устройств является неудовлетворительная моночасготность, что связано, в частности, с наличием отраже шй от торцов подложки. Известно также пьезоэлектрическо устройство на акустических поверхно стных волнах-, содержащее пьезоэлектрическую подложку, имеющую замкнутую цилиндрическую поверхность и размещенный на ней встречно-штырево преобразователь, штыревые электроды которого расположены параллельно об разующей линии поверхности с шагом, равным половине длины акустической поверхностной волны 2. Однако такое пьезоэлектрическое устройство имеет недостаточно высокую моночастотность. Побочные резонансы его амплитудно-частотной хаПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛНАХ рактеристики расположены вблизи основной резонансной частоты. Оно имеет также невысокую избирательность при работе в качестве элемента фильтра. Цель изобретения - улучшение моночастотности пьезоэлектрического устройства -на ё1кустических поверхностных волнах, а также повышение его избирательности. Указанная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом устройстве на акустических поверхностных волнах, содержащем пьезоэлектрическую подложку, имеющую замкнутую цилиндрическую поверхность, иразмещенный на ней встречно-штыревой преоб- , раэователь, штыревые электроды которого расположены параллельно образующей линии поверхности с шагом, равным прловине длины акустической поверхностной волны, встречно-штыревой преобразователь выполнен в виде однородной непрерывной замкнутой структуры. Кроме того, в устройство введен второй преобразователь, идентичный первому, акустически с ним связанный и смещенный относительно него вдоль образующей линии поверхности, при

этом расстояние между преобразователями выбрано из условия

2« „„iinl,

,.

где 2а - длины штыревого электрода KCB коэффициент акустической связи между преобразователями;

2al/u/0,5i,&- относительное замедление акустической поверхностной волны в преобразователе; Л - длина поверхностной акустической волны; 7 нормированная скорость акустической поверхностной волны На фиг. 1 приведено предлагаемое пьезоэлектрическое устройство с поверхностью в виде кругового цилиндра, предназначенное для работы в качестве резонатора, общий вид; на фиг. 2 - пьезоэлектрическое устройство с двумя преобразователями, преназначенное в качестве фильтра, обвдий вид.

Изображенный на фиг. 1 резонатор состоит из цилиндрической подложки 1 из пьезоэлектрика, на которую нанесена система встречно-штыревых электродов 2, с шагом между ними, равным половине поверхностной волны Д, . Ширина электрода равна 0,25Л Встречно-штыревые электроды расположены непрерывно по периметру и занимают всю поверхность цилиндра за исключением краев. Края цилиндра остаются свободными, причем ширина этой свободной части должна быть порядка 5-10 длин волн или более, чтобы обеспечить .затухание поверхностной волны на достаточно большую величину прежде, чем она дойдет до края цилиндра. Для усиления волноводного эффекта на поверхность подлки , занятую электродами, может быт напылен.дополнительно тонкий слой диэлектрика, жесткость которого меньше, чем жесткость подложки, что приводит к еще большему замедлению волны на поверхности, покрытой электродами . Аналогичный результат може быть достигнут при. напылении на свободную часть поверхности подложки диэлектрика, жесткость которого болше жесткости подложки.

Цилиндр не обязательно должен быть, круговым, однако поверхность его должна быть плавной с радиусами кривизны, в 10-20 раз превышающими длину волны. Подложка может быть выполнена из пьезоэлектрического монокристалла или из пьезокерамики, или же снабжена пленкой пьезоэлектрка, нанесенной на цилинд иа непьеэоэлектрического материала. В случае

использования подложки из монокристалла скорость поверхностной волны может быть различной в зависимости от ориентации данной части поверхности. При этом следует выдержать , на геометрическую равномерность шага, а равномерность шага по длине волны. Однако во многих случаях это различие несущественно.

Для обеспечения одномодовой рабоQ ты резонатора длина электрода должна удовлетворять неравенству

,

- ж

где д

Ve /,

Vg - скорость поверхностной волны на свободной подложки, Vg - скорость поверхностной волны в подложке, покрытой электродами при коротком замыкании последних, при

, этомг P-IJ .

Для упрощения технологии изготовления резонатора иногда целесообразно пропустить часть электродов на подложке (или покрыть часть поверхности резонатора сплошной пленкой металла). Если такие технологические пропуски электродов не превышают 10% от их общего числа, то Моночастотность остается неизменной.

В устройстве, показанном на фиг.2, на цилиндрической подложке 1 расположены две системы встречно-штыревых электродов 2, образующих два резонатора . Акустическая связь между резонаторами, число которых может быть и больше двух, осуществляется . за счет затухающей по экспоненте

0 поверхностной волны через межрезонаторный промежуток 3, длина которого 2d выбрана из указанного вшае условия, которое связывает длину межрезонаторного промежутка со свойствами подложки и обеспечивает необходимую акустическую связь преобразователей.

При этом длина межрезонаторного промежутка может быть установлена как равной, так и приблизительно равной указанному соотношению.

Устройство работает следующим образом.

При подаче переменного электрического напряжения на встречно-штыревой преобразователь по подложке распространяется noBepxHocT jaH акустическая волна.Благодаря непрерывности и замкнутости электродной структуры устройство может резонировать как электрическая цепь только на собственной частоте резонансной поверхности цилидра, половина длины волны которой равна шагу электродов. При этом отклика на побочные резонансы в злектричес;5 кой цепи не возникает. Повышение избирательности устройства обеспечивается за счет акустической связи между преобразователями.

Предлагаемое устройство обладает лучшей моночастотностью по сравнению с известными .фильтрами и резонаторами на поверхностных волнах и имеет высокую избирательность.

Формула изобретения

1.Пьезоэлектрическое устройство на акустических поверхностных волнах содержащее пьезоэлектрическую под- ложку , имеювдуй замкнутую цилиндрическую поверхность, и размещенный

на ней встречно-штыревой преобразователь, штыревые электроды которого расположены параллельно образующей линии поверхности с шагом, равным половине длины акустической поверх-, ностной волны, отличающеес я тем, что, с целью улучшения моночастотности, встречно-штыревой преобразователь выполнен в виде одт нородной непрерывной замкнутой структуры.-

2.Пьезоэлектрическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения избирательности, введен второй преобразователь, идентичный первому, акустически с ним связанный и смещенный относительно него вдоль образующей линии поверхности, при этом расстояние между преобразователями выбрано из условия

2.0

,,1т:г

,225-де 2а -г- длина штыревого электрода Kj, коэффициент акустйческой

связи между преобразователями; - величина, равная 2а7д/0,5Я; Л .- относительное замедление

акустической поверхностной волны в преобразователе Ч - длина, акустической поверхностной волны Ч - нормированная скорость акустической поверхностной волны.

, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Белл и др. Резонаторы на поверхностных акустических волнахт ТИИЭР, 1976, т. 64, 5, с. 171183.

2.Патент США 3831116 кл. 333- 72, опублик. (4 (прототип) .

X

К-Л

2о

Фиг.1