Настройка монолитного пьезоэлектрического фильтра на объемных акустических волнах методом ионно-лучевого травления

Процесс настройки пьезоэлектрического фильтра заключается в понижении частоты частных резонаторов в результате снятия слоя электрода при помощи ионно-лучевого травления в среде инертного газа. При этом необходимо контролировать частоты первого и второго резонаторов, а также разнос частот (расстояние между частотами верхнего и нижнего резонансов пьезосистемы), динамическое сопротивление частных резонаторов и вносимое затухание. В работе представлены результаты использования ионно-лучевого травления при настройке монолитных пьезоэлектрических фильтров на объемных акустических волнах. Выявлено, что проводить настройку следует по частотам верхнего и нижнего резонансов пьезосистемы с контролем по вносимому затуханию. Необходимо также исключить операции по контролю частот первого и второго частных резонаторов. Определены оптимальные параметры ионно-лучевого травления электродов частных резонаторов: рабочее давление — 1,33 · 10^–5 Па, расход рабочего газа — 1,75 м³ · Па/с, энергия ионного пучка — 1 кэВ, плотность ионного тока — 6 мА/см². Кроме того, выявлены зависимости вносимого затухания и динамического сопротивления от частоты частных резонаторов. Характеристики полученного монолитного кварцевого фильтра: номинальная частота — 21400,681 МГц, ширина полосы пропускания по уровню –3 дБ — 32,66 кГц, вносимое затухание — 0,5 дБ. Полученные результаты могут быть использованы при настройке секций с меньшими по площади электродами для фильтров на более высоких частотах.

1. Койгеров А. С. Лестничные фильтры на вытекающих поверхностных акустических волнах на подложке ниобата лития / Нано- и микросистемная техника. 2021. Т. 23. № 3. С. 139 – 147. DOI: 10.17587/nmst.23.139-147

2. Рощупкин Д. В. Исследование работы акустоэлектронных устройств на поверхностных акустических волнах / Электронная техника. Серия 3: Микроэлектроника. 2021. № 1. С. 5 – 11.

3. Торгаш Т. Н., Козлов А. Г. Лестничный фильтр на основе микроэлектронных ОАВ-резонаторов с брэгговским отражателем / Динамика систем, механизмов и машин. 2017. Т. 5. № 4. С. 272 – 276. DOI: 10.22184/1993-8578.2020.13.3s.359.364

4. Медведев А., Грузиненко В., Миленин П. Пьезоэлектрические монокристаллы, используемые в резонаторах, генераторах, фильтрах и датчиках, на объемных акустических волнах / Компоненты и технологии. 2009. № 90. С. 114 – 115.

5. Дубинин Р. А., Козлов А. Г. Анализ характеристик L-звеньев для СВЧ фильтров на ОАВ резонаторах / Динамика систем, механизмов и машин. 2019. Т. 7. № 2. С. 190 – 196. DOI: 10.25206/2310-9793-7-2-190-196

6. Naumenko N. F. High-velocity non-attenuated acoustic waves in LiTaO3/quartz layered substrates for high frequency resonators / Ultrasonics. 2019. Vol. 95. P. 1 – 5. DOI: 10.1016/j.ultras.2019.03.001

7. Кугаенко О. М., Торшина Е. С., Петраков В. С. и др. Влияние высокотемпературного отжига на анизотропию микротвердости кристаллов семейства лангасита / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 7. С. 34 – 41.

8. Ложников А. О. Применение результатов измерений s-параметров для автоматизации производства изделий электроники / Техника радиосвязи. 2012. № 18. С. 79 – 82.

9. Торгаш Т. Н., Козлов А. Г. Влияние конструктивных параметров ОАВ-резонатора на частотную характеристику фильтра с акустически связанными резонаторами / Динамика систем, механизмов и машин. 2020. Т. 8. № 4. С. 67 – 72. DOI: 10.25206/2310-9793-8-4-67-72

10. Двоешерстов М. Ю., Дудин А. Л., Казимирский С. В. и др. Разработка СВЧ-фильтров на основе объемных акустических волн / Наноиндустрия. 2020. № S96-1. С. 359 – 364. DOI: 10.22184/1993-8578.2020.13.3s.359.364

11. Зайцев Б. Д., Семёнов А. П., Теплых А. А. и др. Определение параметров элементов эквивалентной схемы пьезоэлектрического резонатора / Радиотехника. 2019. Т. 83. № 7. С. 20 – 25. DOI: 10.18127/j00338486-201907(10)-04

12. Кондратенко В. С., Батрамеев Н. В. Влияние геометрии электродного покрытия на параметры кварцевых резонаторов с частотами выше 125 МГц / Успехи прикладной физики. 2020. Т. 8. № 2. С. 155 – 159.

13. Зинченко В. Н., Лущин С. П. Контроль качества обработки поверхности пьезоэлектрических образцов с помощью пьезоэффекта / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2006. Т. 72. № 5. С. 31 – 33.

14. Tyunkov A. V., Zolotukhin D. B., Yushkov Y. G., et al. Local ion-plasma etching of dielectrics initiated and controlled by the electron beam in fore-vacuum pressure range / Vacuum. 2020. Vol. 180. P. 109573. DOI: 10.1016/j.vacuum.2020.109573

15. Burdovitsin V. A., Golosov D. A., Oks E. M., et al. Electron beam nitriding of titanium in medium vacuum / Surface and Coatings Technology. 2019. Vol. 358. P. 726 – 731. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2018.11.081

16. Shchukin V. G., Konstantinov V. O., Morozov V. S. High-efficiency electron source with a hollow cathode in technologies of thin film deposition and surface treatment under forevacuum pressures / Technical physics. 2018. Vol. 63. N 6. P. 888 – 893. DOI: 10.1134/S1063784218060191

17. Власов А. И., Пустовалов В. А. Универсальный комплекс настройки частоты кварцевых генераторов и пьезоэлектрических фильтров / Датчики и системы. 2014. № 12. С. 46 – 51.

18. Лебедева Н. М., Самсонова Т. П., Ильинская Н. Д. и др. Формирование SiC меза-структур с пологими боковыми стенками сухим селективным травлением через маску из фоторезиста / Журнал технической физики. 2020. Т. 90. № 6. С. 997 – 1000. DOI: 10.21883/jtf.2020.06.49289.12-20

19. Гошля Р. Ю. Настройка монолитных кварцевых фильтров методом ионно-плазменного травления электродов пьезосистемы фильтра / Компоненты и технологии. 2009. № 96. С. 136 – 139.