部件 本发明涉及一种适合高频应用的部件。
在高频应用中，一方面使用涉及到机壳的信号，它在专业文献中大多被称做单端的信号，并且另一方面，使用差动信号，它在专业文献中大多被称做平衡信号。涉及到机壳的信号对机壳电位变化很灵敏。相反，主要使机壳电位保持平衡的差动信号对机壳电位的偏移不灵敏。
在某些高频应用中，例如移动通信设备的天线和第一放大器级之间，使用涉及机壳的信号，该信号接着被滤波后并变换成差动信号。此外，更多地需要阻抗匹配。
作为高频信号用的滤波器更多地使用具有压电层的谐振器，该压电层设在两个电极之间(参阅例如1995年IEEE MTT-S Internatonal883-886页K.M.Lakin等人的文章；1993年IEEE Trans.MicrowaveTheory Techn.，第41卷，第12期，2139-2146页K.M.Lakin等人的文章；和1996年IEEE Int.Frequency Control Symp.，558-562页W.W.Lau等人的文章)。如果高频信号连到两个电极上，则在压电层激励起机械振荡。用相当于压电层两倍厚度的波长形成驻波。这种谐振器阻抗的频率选择性可以用于信号滤波。
曾建议采用这种谐振器的不同结构形式(参阅1995年IEEEMTT-S International 883-886页K.M.Lakin等人的文章)。首先将谐振器只固定在一个载体的边缘，而有源的谐振器部分设置在一个空腔上部的膜片表面。另外，曾建议用一个空气隙使有源谐振器部分与衬底隔离，用衬底将谐振器固定在边缘。最后，曾建议将谐振器设置在反射谐振器放大的波长的一个层序列上面。在这种情况中，谐振器以其全部宽度与底座连接。该层序列具有多个λ/4层，并且起声反射器的作用。这个谐振器所需位置典型地有200μm×200μm。
这些谐振器都有2个电极，也即，系指在专业文献中多数被看作是单端口器件的单门装置。
刊登在1993年IEEE Trans.Microwave Theory Techn.，第41卷，第12期2139-2146页，由K.M.Lakin等人撰写的文章中，建议采用双端口装置，该装置在衬底的两边均具有一个装在处于2个电极之间地压电层。谐振器的一个其它的双端口装置在衬底上有2个彼此堆叠在一起的滤波器。对此，在衬底上有一个浮动电极、在上面还有第一压电层、接地电极、第二个压电层和2个并排在一起的电极。这个装置具有很高的插入衰减，尽管堆叠的滤波器作为单端口装置具有很高的阻带衰减。由于在双端口装置中需要2个压电层，所以与单端口装置相比这些装置费用也提高。
滤波高频信号的另一种可能就在于使用表面波滤波器，在该滤波器上，2个电极被设置在由压电材料(石英、锂-铌酸盐)构成的衬底的表面。通过这些电极激励在衬底表面传播的表面波。表面波滤波器的通常尺寸为2×3mm2。
本发明以解决提供适合高频应用的部件的问题为基础，并且该部件作为多端口装置可实现要求表面积很小和付出的费用很小。
这个问题可按照权利要求1所述的部件解决。本发明的其它扩展方案由从属权利要求解决。
该部件具有一个压电层，该压电层具有第一电极对和第二电极对。在此，第一电极对具有下面的第一电极和上面的第一电极。第二电极对具有下面的第二电极和上面的第二电极。在此，这上面的第一电极和上面的第二电极设置在压电层的第一主面。下面的第一电极和下面的第二电极则设置在处于第一主面对面的压电层的第二主面。上面的第一电极、上面的第二电极、下面的第一电极和下面的第二电极在此均结构化，其中，上面的第一电极结构和上面的第二电极结构以及下面的第一电极结构和下面的第二电极结构均互相交错。也就是换句话说，上面的第一电极和上面的第二电极的结构以及下面的第一电极和下面的第二电极结构均并排地、优先是交替地排列。
例如，如果高频信号加在第一电极对，则此信号就引起压电层的机械振荡。机械振荡在整个压电层形成，也是在这些范围内形成，即在上面的第一电极或下面的第一电极的相邻的结构之间，压电层的表面并未覆盖有关的电极。通过所谓的反向压电效应，在第二电极对的下面的第二电极和上面的第二电极之间，这种机械振荡产生一个高频信号。
首先，上面的第一电极、上面的第二电极、下面的第一电极和下面的第二电极结构在尺寸上都是如此精细，以致它们具有比机械振荡的波长小的尺寸，这种机械振荡在把高频信号加到第一电极对上时，一方面在上面的第一电极和上面的第二电极之间，以及另一方面在下面的第一电极和下面的第二电极之间将形成。
按照优选的实施方案，上面的第一电极、上面的第二电极、下面的第一电极和下面的第二电极的结构在尺寸上都是如此精细，以致它们具有比上面的电极和下面的电极之间的间隔的两倍还小的尺寸。这就意味着，这些尺寸比高频信号的波长小，对此在堆叠的层中形成驻波，并且以此满足谐振条件。
如果第一电极对的结构比谐振波长更精细，则这种结构将减少对机械振荡的影响，这种机械振荡是在将高频信号加到第一电极对时在整个压电层形成的。根据这种尺寸，压电层“看”不到这种结构。通过所谓的反向压电效应，这种机械振荡在第二电极对的下面第二电极和上面第二电极之间产生高频信号。
加在第一电极对的高频信号和在第二电极对上感应出的高频信号电流上彼此是不耦合的。这样，下面的第一电极和上面的第一电极以及下面的第二电极和上面的第二电极电路上可以彼此独立连接。特别是该部件可将涉及机壳的信号变换成差动信号。对此，第一电极对的下面的第一电极或上面的第一电极被调到机壳电位，而第一电极对的另一电极则加载高频信号。相反，第二电极对的上面的第二电极和下面的第二电极被调到对机壳电位保持平衡。以这种方式，涉及到机壳的输入信号被变换成在第二电极对上的差动信号。
该部件以此可同时对输入信号进行滤波和转换。此外，经设置有上面的第一电极和下面的第一电极以及上面的第二电极和下面的第二电极的面积，可在一个系统中，在不同的阻抗等级之间进行阻抗匹配。因此，根据阻抗匹配，优选规定第一电极对和第二电极对具有与压电层平行的不同大小的面积。这样，在使用该部件时，不仅可实现滤波功能，同时还可实现转换和阻抗匹配。与那些已知的进行滤波、阻抗匹配和转换需要许多元件甚至还需要复杂的电路网络的方案相比，这就意味着节省了面积和经费。
这些结构的尺寸，优选在一个维上至少是介电层厚度的2倍的1/3还小。结构的尺寸越小，则这种结构对形成的机械振荡或产生的感应信号的影响越小。
具有第一电极对和第二电极对的压电层不仅可以固定在使支架框中撑开空腔的膜片的表面上，而且可通过与之相连的衬底的空气隙隔离，而且还可在声反射镜层之上实现，该声反射镜层阻碍处于下面衬底上的机械振荡的传播。
压电层的厚度应如此确定尺寸，以致在压电层和相邻的电极中或在压电层、相邻的层，例如一个反射镜层，和电极中，在部件运行时形成波长为λ的驻波。通常压电层的厚度为λ/2或是其整数倍。如果在压电层和相邻的层中形成驻波，则压电层的厚度为λ/4或是其奇数倍。
压电层优先至少具有材料AIN、ZnO、PdZrTiOx(PZT)的一种或各种其它的薄膜压电材料。在这种情况下，压电层的厚度在1μm和3μm之间。这种部件则作为滤波器适合400MHz和4GHz之间的频率范围。在这种情况下，电极最小尺寸为5μm和1μm之间。
按照本发明的结构方案，上面第一电极、下面第一电极、上面第二电极和下面第二电极均具有一个连接片，许多分结构毗邻这个连接片，这些分结构与连接片连接。在此，上面第一电极和上面第二电极以及下面第一电极和下面第二电极这样彼此排列，以致上面第一电极的分结构和上面第二电极的分结构以及下面第一电极的分结构和下面第二电极的分结构交替地排列。
分结构特别可构成指形，以致每个电极都具有梳状形式，并且上面第一电极和下面第二电极叉指式排列。
分结构的构成另可选择地可以成为分支状或树形。在此，上面电极的分结构不同于下面电极的分结构，其中在上面的电极分结构和下面的电极分结构之间有重叠区。
在激励机械振荡时，为有效抑制横向模式，优选不同地构成部件中分结构尺寸和之间的间隔，其中尺寸和间隔均围绕一个平均值变化。特别可能的是这样变化分结构的形式，使其外形不具有直角。
上面第一电极和上面第二电极的连接片可以被调到与下面第一电极和下面第二电极的连接片平行。另可选择地上面电极的连接片对下面电极的连接片转一定角度。这具有的优点是各个电极的结构对形成的机械振荡的影响进一步减弱。
此外，上面电极的结构与下面电极的结构可以不一样。这种不同不仅关系到结构化形式，而且关系到结构化尺寸。
下面将根据附图中所述的实施例详细说明本发明。附图并非是按比例画出的。
图1 示出按本发明所述部件的剖面。
图2 示出该部件在图1中用II-II表示的剖面，图1所示剖面用I-I表示。
图3 示出本发明所述的部件的俯视图。
图4和5 示出上面第一电极结构和上面第二电极以及所属下面第一电极和下面第二电极的详图。
图6和7 示出上面第一电极和上面第二电极以及所属下面第一电极和下面第二电极的结构。
图8和9 示出上面电极或下面电极的不同结构。
在由单晶体硅构成的衬底11上，在由氧化硅构成的载体结构12上，固定由多晶硅构成的膜片13(参阅图1和图2)。在此，在衬底11和膜片13之间撑开一个空腔14，其体积为200μm×200μm×1μm。膜片13的厚度为0.4μm。
排列在膜片13的表面上是由金属如铝构成的下面第一电极151、和由金属如铝构成的下面第二电极152。在下面第一电极151和下面第二电极152的上面安排由AIN、ZnO或PbZrTiO(PZT)材料构成的压电层16，厚度为2μm。在压电层16上面安排由金属如铝构成的上面第一电极171、和由金属如铝构成的上面第二电极172。
下面第一电极151和下面第二电极152分别具有交替排列的指形分结构1511、1521，这就是说下面第一电极151的指形分结构1511和下面第二电极152的指形分结构1521均交替排列(参见图5)。在空腔14边缘不仅下面第一电极151而且下面第二电极152各有连接片1512、1522，在该连接片上指形分结构1511、1521彼此连接。下面第一电极151和下面第二电极152的连接片1512、1522安排在空腔14相对的边上。下面第一电极151的指形分结构1511具有间隔为3μm，并且具有宽1μm和长200μm的矩形横截面。它们彼此平行排列。指形分结构1511的纵向是与连接片1512的纵向垂直排列。这些尺寸相应地适合于下面第二电极152的分结构1521。下面第一电极151和下面第二电极152厚度为0.4μm。压电层16至少覆盖下面第一电极151和下面第二电极152的指形分结构1511、1521。
上面第一电极171和上面第二电极172像下面第一电极151和下面第二电极152的构成类似。它们均具有经连接片1712、1722彼此连接的指形分结构1711、1721(参阅图3和图4)。在空腔14上面的区域，交替地排列着上面第一电极171的指形分结构1711和上面第二电极172的指形分结构1721(参阅图2和3)。上面第一电极171和上面第二电极172的连接片1712、1722都排列在空腔14彼此相对的边缘上。上面第一电极171和上面第二电极172的连接片1712、1722都平行于下面第一电极151和下面第二电极152的连接片1512、1522延伸(参阅图4和图5)。
上面第一电极171和下面第一电极151构成第一电极对，上面第二电极172和下面第二电极152构成第二电极对。在部件运行中用输入信号给第一电极对加负载，该输入信号在压电层中激励起机械振荡。这个机械振荡在第二电极对中感应产生输出信号。
如果输入信号是一个以机壳电位作参考的信号(单端信号)，则下面第一电极151被置于机壳电位，并且上面第一电极171被置于以机壳电位作参考的信号。于是，在下面第二电极152和上面第二电极172之间，则可以取出一个差动信号(平衡信号)，该信号对机壳电位是平衡的。
在另一个实施例中，部件设置有上面第一电极21和上面第二电极22、下面第一电极23和下面第二电极24，下面将用图6和图7说明其结构和相互排列。该部件的结构此外相当于图1至图5所述的部件的结构。上面第一电极21和上面第二电极22均具有指形分结构211、221，它们通过连接片212、222彼此连接。下面第一电极23和下面第二电极24同样具有指形分结构231、241，它们均通过连接片232、242彼此连接。
上面第一电极21和上面第二电极22以及下面第一电极23和下面第二电极24的指形分结构211、221、231、241，均具有一个横截面，该横截面交替地含有菱形部分2111、2211、2311、2411和连接片状部分2112、2212、2312、2412。
上面第一电极21和上面第二电极22的指形分结构211、221相对于下面第一电极23和下面第二电极24的指形分结构231、241旋转90°，以致上面第一电极21和上面第二电极22的连接片212、222投射到下面第一电极23和下面第二电极24的连接片232、242上在90°下相交。相应地，下面第一电极23和下面第二电极24的指形分结构231、241相对于上面第一电极21和上面第二电极22的指形分结构211、221旋转90°。上面第一电极21的指形分结构211和下面第一电极23的指形分结构231是这样彼此排列，以致其菱形部分2111、2311重叠。相应地，上面第二电极22的指形分结构221和下面第二电极24的指形分结构241也是这样彼此排列，以致其菱形部分2211、2411重叠。
在不仅适合下面的而且适合上面的电极的其它的电极配置中，第一电极31和第二电极32均具有梯形图样(参阅图8)的指形分结构311、321。在此，各个指形分结构311、321的尺寸是不同的，以致这些尺寸围绕一个平均值变化。指形分结构311、321均通过连接片312、322彼此相连。指形分结构311、321的梯形横截面，以及分散的尺寸影响形成的侧向模式不产生驻波。在上面和下面电极上都具有梯形分结构的装置中，这些梯形分结构不仅平行地彼此对准调平，而且也相对旋转一定角度。
不仅可用于上面电极而且可用于下面电极的另一种电极配置具有第一电极41和第二电极42，这两个电极均交替地具有矩形分结构411、421和U形分支分结构412、422(参阅图9)。在此，矩形分结构411、421和U形分支分结构412、422通过连接片413、423彼此连接。在此，U形分支分结构412、422均具有2个分枝，这两个分枝与矩形分结构411平行地对准。在此，第一电极41的矩形分结构伸入到第二电极42的U形分支分结构422的分枝之间。相反，第二电极42的矩形分结构421伸入到第一电极41的U形分支分结构412的分枝之间。这些电极配置不仅适合上面而且也适合下面的电极，其中在上面电极的分结构相对于下面电极中的分结构平行或旋转一定角度地对准。