KR100232753B1 - 탄탈(Ta) 박막 또는 텅스텐(W) 박막을 포함한 러브파 장치 - Google Patents

탄탈(Ta) 박막 또는 텅스텐(W) 박막을 포함한 러브파 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, X-전파용 Y-커트 LiNbO3기판을 포함하는 러브파 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 그의 공진 주파수와 반공진 주파수와의 주파수 차이를 광역화할 수 있고, 저렴한 러브파 장치에 관한 것이다. 본 발명의 러브파 장치에서 러브파를 여진시키기 위한 IDT는 기판 위에 형성되며, Ta 박막 또는 W 박막으로 형성된다.

Description

탄탈(Ta) 박막 또는 텅스텐(W) 박막을 포함한 러브파 장치
제1도는 본 발명에 따른 러브파(love-wave)분석용 러브파 장치의 구조도이다.
제2도는 본 발명의 첫번째 구현예의 규격화된 막 두께(normalized film thickness) HTa/λ에 대한 표면파(SAW) 속도 V의 특성도이다.
제3도는 본 발명의 첫번째 구현예의 규격화된 막 두께 HTa/λ에 대한 전기기계 결합 계수(electromechanical coupling factor)k와의 특성도이다.
제4도는 본 발명의 첫번째 구현예의 형태도이다.
제5도는 본 발명의 첫번째 구현예의 임피던스 특성도이다.
제6도는 본 발명의 두번째 구현예의 규격화된 막 두께 HTa/λ에 대한 표면파 속도 V의 특성도이다.
제7도는 본 발명의 두번째 구현예의 규격화된 막 두께 HTa/λ에 대한 전기기계 결합 계수 k의 특성도이다.
제8도는 종래예의 러브파 장치의 구조도이다.
제9도는 다른 종래예의 러브파 장치의 구조도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : Y-커트 X-전파의 LiNbO3기판 2a : Ta 박막
2b : W 박막 3 : Y-커트 X-전파의 LiNbO3기판
4 : IDT
본 발명은 러브파(love wave)를 여진시키기 위한 교차지 트랜스듀서(interdigital transducer ; IDT)를 탄탈(Ta) 박막 또는 텅스텐(W)박막으로 형성한 러브파 장치에 관한 것이다.
종래의 러브파 장치는 제8도에 나타내었으며, X-전파용 Y-커트의 니오브덴산 리튬(LiNbO3)기판 10 위에 금(Au) 박막 11a가 형성된다. Au 박막 11a는 LiNbO3기판 10 위에 약하게 부착되기 때문에, 크롬(Cr) 박막 11b를 기판 10 위에 먼저 형성하여야 한다. 따라서, Au 박막 11a는 Cr 박막 11b 위에 형성된다. 그런다음, 사진 평판(photolithographical) 기술을 사용하여 IDT 11를 형성한다. 지금까지는, 레일리파(rayleigh wave)를 이용한 러브파 장치가 폭넓게 수용되어져 왔었다.
일본 특허 출원 제 1993-4815호는, 제9도에서 보는 바와 같이, X-전파용 Y-커트 LiNbO3기판 20 위에 알루미늄(Al) 박막을 포함한 IDT 21를 형성시킨 후, 그 위에 산화아연(ZnO) 막 22를 형성한 구조를 개시하고 있다. 이 구조 또한 러브파를 여진시킨다.
특히, 러브파는, LiNbO3기판 위에, 기판의 SAW(표면 음향파 ; surface acoustic wave) 속도보다 작은 SAW속도를 갖는 금속 박막을 형성함으로써 여진될 수 있다. 또한, 균일한 박막보다는 주기적인 금속 스트립을 갖는 장치에서는, 러브파는 참고 문헌이 기재되어 있는 것과 같이 여진된다(참고문헌: ① 淸水, 水沼 : 고결합(k2≒0.3)의 러브파형 탄성표면파 기판, 전자통신학회 기술연구보고, 일본, US 82-35, ② 鈴木, 淸水 : Au-스트립-어레이/YX-LiNbO3구조에 있어서의 러브파형 탄성표면파의 전파 특성과 그의 IDT 공진자에의 응용 : 전자통신학회 기술연구보고, 일본, US86-37)
종래의 Au 박막 전극을 사용한 러브파 장치는 Au 박막 전극 위에 Cr등을 도포한 베이스를 사용한다. 따라서, 종래의 러브파 장치를 형성하는 공정은 복잡하고, Au의 사용은 이 러브파 장치를 비싸게 만드는 원인이 된다.
한편, 레일리파(rayleigh wave)를 사용한 러브파 장치는, 전기기계 결합계수(electromechanical coupling factor)k 가 작다. 따라서, 그것의 공진 주파수와 반공진 주파수(antiresonant frequency) 사이의 주파수 차이를 넓히는 것(廣帶域化: 광대역화)이 어렵다.
상기한 문헌들에서 Ag, BGO(Bi12GeO20), SiO2및 Au 박막을 사용한 경우의 러브파 분석이 보고되고 있다. 그러나, 선행기술에서는 Ta 박막이나 W 박막으로 형성된 교차지 트랜스듀서를 구비한 러브파 장치에 대해서는 개시되어 있지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래예에 따른 러브파 여진 IDT 재료와는 상이한 재료, 즉, Ta 이나 W으로 형성된 IDT를 포함하는, 러브파를 여진시킬 수 있는 러브파 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 첫번째 구현예는 X-전파용 Y-커트의 LiNbO3기판 위에 러브파를 여진시키기 위한 Ta 박막으로 형성된 IDT를 구비한 러브파 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 X-전파용 Y-커트의 LiNbO3기판 위에 러브파를 여진시키기 위한 W 박막을 형성된 IDT를 구비한 러브파 장치를 제공한다.
본 발명에서, X-전파용 Y-커트 LiNbO3기판 위에, Ta 박막이나 W 박막으로 IDT 를 형성한다. 본 발명에 의하면, Ta 박막이나 W 박막의 광범위한 막 두께에서 큰 전기기계 결합계수 k가 얻어질 수 있으며, 러브파를 여진시킬 수 잇다. 또한, 본 발명의 구현예들에 따른 러브파 장치에서는 종래 장치에서 요구되던 Cr과 같은 베이스가 필요없으며, 종래 장치에서 사용된 Au 보다 저렴한 Ta이나 W을 사용하기 때문에, 본 발명의 장치는, 종래의 장치에 비해 제조하기가 쉽고, 비싸지도 않다.
본 발명의 다른 목적들 및 장점들은 하기의 설명에서 명백해질 것이다.
본 발명의 첫번째 구현예는 Ta 박막이 러브파를 여진시킬 수 있음을 입증해준다. IDT는 Ta 박막으로 구성된다. 제1도는 이 Ta 박막으로 형성된 IDT를 사용한 러브파 장치를 조립한 것이다.
제1도는 러브파 분석용 러브파 장치의 구조를 보여준다. 이 구조는 X-전파용 Y-커트의 LiNbO3기판 1위에 균일한 Ta 박막 2a를 형성시킨 러브파 장치의 구조이다. Ta 박막 2a의 두께 HTa는 표면파의 파장 λ에 의해 규격화되고, 그 결과가 규격화된 막두께(normalized film thickness) HTa/λ를 얻는다.
제2도에서, 규격화된 막 두께 HTa/λ는 가로축에, 표면파 속도 V는 세로축에 나타내었다. 제2도에서와 같이, 표면파 속도가 4079m/s인 위치에 그려진 파선은 LiNbO3기판의 X-방향으로 전파되는 느린 횡파 속도를 나타낸 것이다. 표면파 속도가 횡파 속도보다 큰 범위에서의 파는 의사 표면파(pseudo SAW)이고, 횡파 속도보다 작은 범위에서는 파는 러브파(love wave)이다.
본 발명은 의사 표면파와 러브파의 소장(消長; extinction)과 출현(advent)과는 직접 관련이 없기 때문에, 이들 파들에 대해서는 더 이상 설명하지 않겠다.
개방 상태(open state)에서의 러브파의 출현과 관련하여, 러브파의 여진은 규격화된 막 두께 HTa/λ=0.03에서 시작됨을 볼 수 있다. 제1도에서 나타낸 구조에서, Ta 박막 2a의 막 두께가 증가함에 따라 표면파 속도 V는 감소한다. 한편, 단락 상태(shorted state)에서의 러브파는 규격화된 막 두께 HTa/λ=0에서 여진되기 시작한다.
또한, 제2도는 레일리파의 표면파 속도도 나타내었다.
개방 상태에서의 레일리파의 위상속도(phase velocity)는 단락 상태에서의 위상속도와 대체로 일치한다. 개방 상태와 단락 상태의 레일리파 사이의 위상속도 차이를 나타내는 전기기계 결합계수 k는 거의 0(zero)이다. 이것은 교차지 전극(interdigital electrodes)은 레일리파를 거의 여진시키지 않는다는 것을 의미한다.
나아가, 러브파의 표면파 속도는 레일리파의 표면파 속도와는 매우 다르며, 러브파를 사용한 경우, 레일리파는 의사(疑似) 신호(spurious signals)를 거의 발생하기 않는다.
이하 상기한 개방 상태와 단락 상태에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
압전기(piezoelectricity)에 대한 기본식은 다음과 같다.
따라서, 개방 상태에서는, 상기한 기본식에서 Em≠0이고, 단락 상태에서는, Em=0이다.
제3도에서, 제1도에 나타낸 구조의 규격화된 막 두께 HTa/λ는 가로축에, 전기기계 결합계수 k는 세로축에 나타내었다 .
제3도의 그래프에서 보는 바와 같이 전기기계 결합계수 k, 그의 규격화된 막 두께 HTa/λ가 0.04일때, 최대값 0.54를 나타낸다. HTa/λ가 0.03∼0.15인 넓은 범위에서는, k＞0.4(40%)이다.
Ta 박막 2a의 광범위한 막 두께에서는, 예를들어 VCO(voltage-controlled oscillator ; 전압제어 발진기)를 구성하는 경우에는, 가역 주파수 범위를 광대역화할 수 있다.
제4도에 나타낸 바와 같이, Ta 박막을 포함한 IDT 4는 Y-커트 X-전파의 LiNbO3기판 3 위에 형성된다. 구현예에서, 기판 3은 LiNbO3로 만들어지며, 길이 2.0mm, 폭 1.8mm, 두께 0.5mm를 갖는다. IDT 4의 전극 쌍의 수 N는 25이고, 교차지 전극들 사이의 간격은 9.9㎛이며, 인접한 교차지 전극은 서로 495㎛정도 겹쳐지며, 교차지 전극4의 두께는 0.7㎛이다.
이런 크기를 갖는 러브파 장치의 임피던스 특성은 제5도에 나타내었다.
본 발명의 두번째 구현예는 W 박막이 러브파를 여진시킬 수 있음을 입증해 준다.
W 박막은 IDT를 형성하며, IDT는 러브파 장치를 형성한다. 첫번째 구현예에서 사용된 제1도에서의, Ta 박막 2a 대신 W 박막 2b를 사용하였다. W 박막 2b의 두께 Hw는 표면파의 파장 λ에 의해 규격화되어, 규격화된 막 두께 HW/λ를 얻는다. 제6도에서, 규격화된 막 두께 HW/λ는 가로축에, 표면파 속도 V는 세로축에 도시하였다. 제6도의 그래프는 첫번째 구현예의 제2도의 그래프와 서로 대응한다. 따라서, 제2도의 설명에 사용되었던 원리가 제6도의 그래프에서도 동일하게 적용되기 때문에, 제6도의 그래프에 대해서 설명을 생략한다. 제6도는 규격화된 막 두께 HW/λ가 0.028보다 큰 범위에서, 러브파가 여진될 수 있음을 보여준다.
제7도에서 규격화된 막 두께 HW/λ는 가로축에, 전기기계 결합계수 k는 세로축에 나타내었다. 제7도에서 보는 바와 같이, 규격화된 막 두께 HW/λ가 0.04일때 전기기계 결합계수 k는 0.52로 최대값을 나타낸다. 또한, HW/λ가 0.028∼0.15인 넓은 범위에서는, k＞0.4(40%)인 관계를 유지한다. W 박막의 광범위한 막 두께에서, 공진 주파수와 반공진 주파수사이의 주파수 차이를 광대역화할 수 있다.
본 발명에서, IDT는 Y-커트 X-전파의 LiNbO3기판 위에, Ta 박막 또는 W 박막으로 형성된다. 따라서, 비교적 간단한 구조를 가지고, Ta 박막이나 W 박막의 광범위한 막 두께에서 큰 전기기계 결합계수 k를 얻을 수 있다. 또한, Ta이나 W은, Au와 비교하여 저렴하기 때문에, 비용 절감의 효과도 얻을 수 있다.

Claims (2)

  1. X-전파용 Y-커트 LiNbO3기판; 및 상기 Y-커트 LiNbO3기판 상에 형성되며 러브파(Love-wave)를 상기 Y-커트 LiNbO3기판상에서 여진시키기 위한 교차지 트랜스듀서를 포함하는 러브파 장치로서, 상기 교차지 트랜스듀서는 Ta 박막을 포함하며, 상기 Ta 박막은 규격화된 막 두께 HTa/λ가 0.03∼0.15의 범위이며, 여기서 HTa는 상기 Ta 박막의 막 두께를 나타내며 λ는 상기 러브파의 파장을 나타내는 것을 특징으로 하는 러브파 장치.
  2. X-전파용 Y-커트 LiNbO3기판; 및 상기 Y-커트 LiNbO3기판 상에 형성되며, 러브파(Love-wave)를 상기 Y-커트 LiNbO3기판상에서 여진시키기 위한 교차지 트랜스듀서를 포함하는 러브파 장치로서, 상기 교차지 트랜스듀서는 W 박막을 포함하며, 상기 W 박막은 규격화된 막 두께 HW/λ가 0.028∼0.15의 범위이며, 여기서 Hw는 상기 W 박막의 막 두께를 나타내며 λ는 상기 러브파의 파장을 나타내는 것을 특징으로 하는 러브파 장치.
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