Lithiumtantalatkristall und seine Anwendung - 07

3 Die Hauptanwendung von Lithiumtantalatkristallen

3.1 SAW-Wellenfilter

Es gibt viele Studien zu Filtern in SAW-Geräten. Wellenfilter zeichnen sich durch geringe Übertragungsverluste, hohe Zuverlässigkeit, große Fertigungsflexibilität, analoge/digitale Kompatibilität und hervorragende Frequenzauswahleigenschaften aus und können eine Vielzahl komplexer Funktionen realisieren. Zur Herstellung von Filtern verwendete Materialien müssen im Allgemeinen eine gute Oberflächenebenheit, einen hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten, einen geringen Ausbreitungsverlust, einen kleinen Temperaturkoeffizienten, eine gute Wiederholbarkeit, eine hohe Zuverlässigkeit, eine Massenproduktion und niedrige Kosten aufweisen.

SAW-Filter können je nach Einfügungsdämpfung in verlustreiche Filter und verlustarme Filter unterteilt werden .  Sie können je nach Aufbau und Kopplungsmethode in Transversalfilter und Resonatorfilter unterteilt werden .  Abbildung 2 ist ein schematisches Strukturdiagramm eines horizontalen SAW-Filters (SHSAW). Wenn das elektrische Eingangsanregungssignal den Interdigitalwandler am Eingangsende durchläuft, wird SAW aufgrund des inversen piezoelektrischen Effekts angeregt und breitet sich auf dem piezoelektrischen Substrat aus, um den Interdigitalwandler am Ausgang zu erreichen. Gleichzeitig wird aufgrund des piezoelektrischen Effekts die SAW durch den Ausgangs-Interdigitalwandler angeregt. Das Gerät wird dann zur Ausgabe in ein elektrisches Signal umgewandelt, und die Filterung wird im elektroakustischen und akustisch-elektrischen Umwandlungsprozess implementiert .

Abbildung 2. Strukturdiagramm des transversalen SAW-Filters

Zu den derzeit zur Herstellung von SAW- Filtern verwendeten Materialien gehören hauptsächlich Quarz, Lithiumtantalatkristall und Lithiumniobat  Kristall (www.wisoptic.com) usw. Tabelle 5 zeigt die wichtigsten Materialien und ihre piezoelektrischen Eigenschaften. Wie aus der Tabelle hervorgeht, hat Quarz den niedrigsten Temperaturkoeffizienten und die beste Temperaturstabilität. Allerdings ist der elektromechanische Kopplungskoeffizient von Quarz zu niedrig. Wenn die Betriebsfrequenz zu hoch ist, sinkt der erreichbare relative Bandbreitenbereich stark  aufgrund der  Einfluss von  Faktoren wie die Kapazität der Halterung nach dem Zusammenbau des Chips. Für SAW- Filter aus Quarz ist es daher schwierig  um hohe Frequenzen und große Bandbreiten zu erreichen.

Der elektromechanische Kopplungskoeffizient von Lithiumtantalat und Lithiumniobat ist höher als der von Quarz. Lithiumtantalat kann eine relative Bandbreite von 6 % bis 7 % erreichen, während Lithiumniobat eine relative Bandbreite von 10 % bis 12 % erreichen kann, aber die Temperaturkoeffizienten von Lithiumtantalat und Lithiumniobat sind relativ hoch. Der Lithiumtantalat-Kristall mit X-Schnitt weist eine Schnittrichtung bei Nulltemperatur auf . Durch genaue Steuerung des Schnitts  Richtung kann der Nullpunkt des Temperaturkoeffizienten innerhalb des Raumtemperaturbereichs gesteuert werden, so dass er zur Herstellung von Hochfrequenz- und Filtern mit großer Bandbreite verwendet werden kann.

 Tabelle 5. SAW-Materialien und ihre piezoelektrischen Eigenschaften