KR100277027B1 - 표면 탄성파 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 벌크파(Bulk wave)의 전파를 최소화하도록함과 아울러 벌크파로 인한 신호왜곡을 최소화하도록 한 표면 탄성파 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 표면 탄성파 소자는 임의의 압전체 기판과, 압전체 기판에 패터닝 되어 전기적 신호를 표면 탄성파로 변환시키는 입력측 전극패턴과, 입력측 전극패턴으로부터 발생되는 표면 탄성파를 전기적 신호로 변환하는 출력측 전극수단과, 입력측 전극패턴으로붜 발생되어 압전체 기판을 통하여 전파되는 벌크파를 제거하도록 압전체 기판 표면으로부터 일정 깊이에 형성되는 비결정층을 구비한다.

본 발명에 따른 표면 탄성파 소자 및 그 제조방법은 전극바들에서 생성되는 벌크파를 산란 또는 서로 상쇄 간섭을 유도하여 벌크파를 제거하고 더 나아가, 벌크파에 의한 표면 탄성파의 신호왜곡을 최소화 할 수 있다.

Description

표면 탄성파 소자

본 발명은 표면 탄성파 소자에 관한 것으로, 특히 벌크파(Bulk wave)의 전파를 죄소화하도록함과 아울러 벌크파로 인한 신호왜곡을 최소화하도록 한 표면 탄성파 소자에 관한 것이다.

표면 탄성파를 이용한 응용분야가 점차 확대 되고 있다. 이들 응용분야 중, 표면 탄성파를 이용한 필터는 평판의 한 끝에 마련된 전극에 신호전압을 인가하게 되면 이 신호전압은 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave ; SAW)로 변환되어 다른 끝의 전극에서 특정 주파수 대역을 갖는 신호의 기전력으로 유도되는 것을 이용하게 된다. 실제로, 종래 표면 탄성파를 이용한 필터 (이하 “표면 탄성파 소자”라 함)는 제1도와 같이, 기판(2)의 한쪽 끝에 형성된 입력측 전극부(16)와, 입력측 전극부(16)의 길이 방향으로 나란히 형성된 표면 탄성파 액티브영역(18) 및 출력측 전극부(20)를 구비한다.

입력측 전극부(16)는 신호전압 Vs가 자신에게 인가되면 전기적 신호를 표면 탄성파로 변환하는 역할을 하게 된다. 이를 위하여, 입력측 전극부(16)는 기판(2)에 평행하게 형성된 제1신호전극 패드(4) 및 제1 기저전극패드(6)와, 제1 신호전극 패드(4) 및 제1 기저전극 패드(6)의 직교방향으로 형성되어 제1 신호전극 패드(4) 및 제 1 기저전극 패드(6)의 어느 한 쪽에 접속된 다수 개의 전극바들(8)을 구비 한다.

임의의 레벨 값을 갖는 신호전압 Vs는 제 1 신호전극 패드(4)에 공급된다. 기저 전압원(GND)은 제 1 기저전극 패드(8)에 공급된다. 그러면 제1 신호전극 패드(4)와 제1 기저전극 패드(6)에 각각 접속된 전극바들(8)은 인접한 전극바들(8)과의 상호 극성차에 따라 표면 탄성파를 발생시키게 된다. 전극바들(8)의 배열 즉, 제1 신호전극 패드(4) 또는 제1 기저전극 패드(6)에 접속된 전극바들(8)의 밀도를 변화시키게 되면 원하는 주파수 신호에 해당하는 표면 탄성파를 얻어낼 수 있다. 이 표면 탄성파는 표면 탄성파 액티브영역(18)의 표면을 따라 전파되어 출력측 전극부(20)에 공급된다. 출력측 전극부(20)는 자신에게 공급되는 표면 탄성파를 전기 적인 신호로 변환하여 특정 주파수 대역의 신호를 검출하게 된다.

이를 위하여, 출력측 전극부(20)는 표면 탄성파가 공급되는 전극바들(14)과 , 전극바들(14)에 접속된 제2 신호전극 패드(10) 및 제2 기저전극 패드(12)를 구비한다.

그리고 종래의 표면 탄성파 소자는 입력측 전극부(16)와 및 출력측 전극부(20)의 길이방향에서 기판의 양끝단에 형성된 흡음제(22)를 구비한다. 이 흠음제(22)는 입력측 전극부(16)와 출력측 전극부(20)의 길이방향으로 누설되는 표면 탄성파를 흡수하는 역할을 하게 된다.

입력측 전극바들(8) 또는 출력측 전극바들(14)에서 표면 탄성파를 여기시킬때 우리가 원하는 표면 탄성파 뿐만 아니라 제2도와 같이 기판(2) 전체로 전파되는 벌크파(bulk wave)가 함께 생성된다. 이 벌크파의 대부분 즉, 메인 러브(main lobe)는 제2도에서 점선으로 나타낸 바와 같이, 입력측 전극바들(8)에서 경사지게 아래쪽으로 전파되어 다시 입력측 전극바들(8) 쪽으로 돌아오게 된다. 이 벌크파는 표면 탄성파 소자의 특성에 악영향을 끼칠 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 제3도와 같이 종래의 표면 탄성파 소자는 기판(2)의 저면에 산과 마루가 교번적으로 형성되도록 요철부(2a)를 구비하게 된다. 이에 따라, 벌크파는 기판(2)의 저면에 형성된 요철부(2a)에서 난반사되어 서로 상쇄 간섭이 일어나고 마침내는 소실된다. 그러나 이 방법은 고정도의 가공기술을 필요로 하기 때문에예 기판(2) 저면의 가공이 어렵고 저면을 거칠게 가공하게 되면서 표면 탄성파 소자가 물리적으로 손실되는 일이 잦게 되어 전제 수율을 저감시키는 문제점을 야기시키게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 전극바들에서 생성되는 벌크파를 산란 또는 서로 상쇄 간섭을 유도하여 벌크파를 제거하고 더 나아가, 벌크파에 의한 신호왜곡을 최소화하도록 한 표면 탄성파 소자를 제공하는데 있다.

제1도는 종래의 표면 탄성파를 이용한 필터를 나타내는 사시도.

제2도는 제1도에서 선 “A-A′”을 따라 절취한 종래의 표면 탄성파를 이용한 필터의 종단면도.

제3도는 종래 표면 탄성파를 이용한 필터에서 벌크파를 줄이도록 저면에 요철부를 형성시킨 기판의 종단면도.

제4도는 본 발명의 일실시예에 따른 표면 탄성파 소자를 개략적으로 나타내는 종단면도.

제5도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 탄성파 소자를 개략적으로 나타내는 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2,32 : 기판 4,10 : 신호전극 패드

6,12 : 기저전극 패드 8,14,34,36 : 전극바

16 : 입력측 전극부 18 : 표면 탄성과 액티브영역

20 : 출력측 전극부 22 : 흠음제

40,42 : 비결정층

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 표면 탄성파 소자는 임의의 압전 기판과, 압전제 기판에 패터닝되어 전기적 신호를 표면 탄성파로 변환시키는 입력측 전극패턴과, 입력측 전극패턴으로부터 발생되는 표면 탄성파를 전기적 신호로 변환하는 출력측 전극수단과, 입력측 전극패턴으로부터 발생되어 압전체 기판을 통하여 전파되는 벌크파를 제거하도록 압전체 기판 표면으로부터 일정 깊이에 형성되는 비결정층을 구비한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 제4도 및 제5도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

제4도는 본 발명의 실시예에 따른 표면 탄성파 소자의 종단면도를 도시한 것이다.

제4도의 구성에서, 본 발명의 표면 탄성파 소자는 표면으로부터 일정 깊이 아래 쪽에 비결정층(40)이 형성된 기판(32)과, 기판(32)의 표면에 패터닝된 다수 개의 입력측 전극바들(34) 및 출력측 전극바들(36)을 구비한다.

비결정층(40)은 이온 주입법에 의해 기판(32) 표면으로부터 일정 깊이에 분포되는 영역으로서 입력측 전극바들(34)에서 생성된 벌크파를 산란시켜서 서로 상쇄간섭이 일어나도록하여 벌크파를 소멸시키는 역할을 하게 된다. 이 비결정층(40)은 이상적으로 특정영역에 분포되지 않고 정상분포(normal distribution) 형태 또는 에러함수(error function) 형태의 분포특성을 가지게 된다. 이 경우, 이온 주입시에 이온 종류, 주사 에너지 및 주사 이온량을 적절하게 조절함으로써 비결정층(40)의 폭 및 기판(32) 표면으로부터의 깊이를 조절할 수 있게 된다. 또한, 어느 정도 이상의 에너지에 의해 이온을 주입하게 되면 기판(32) 표면 상에는 거의 비결정층(40)에 의한 영향을 배제할 수 있으므로 표면 탄성파의 전파에는 거의 영향을 끼치지 않게 된다. 비결정층(40)의 제조방법을 일반적인 반도체 공정과 비교하여 설명하면, 반도체 공정에서의 이온 주입방법은 실리콘 기판의 특정 영역에 액티브(active) 영역을 형성하기 위하여 이온을 주입하고 결정의 결함(defect) 및 이온의 활성화(activation)를 위해 어닐링(annealing)함으로써 주입영역을 n-type 또는 p-type으로 정의하는데 사용하고 있다. 여기서, 어닐링(annealing)하는 과정을 생략하게 되면 이 주입 이온들은 활성화되지 않고, 또한 결정상의 결함도 그대로 존재하게 되어 비결정화 된다. 이러한 방법으로 형성되는 결함영역은 기판이나 이온의 종류에 따라 다소 차이가 있지만 400℃ 이상의 온도에서도 열적으로 안정한 특성을 가지게 되어 갈륨 아세나이드(GaAs) 공정 등에서는 액티브 소자의 격리 영역을 정의하기 위하여 사용하기도 한다. 본 발명에서는 비결정층(40)을 이온의 종류, 주사 에너지, 주사 이온량을 적절히 선택하여 주입하고 어닐링과정을 생략하여 형성하게 된다.

제5도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 탄성파 소자를 나타내는 종단면도를 도시한 것이다.

제5도의 구성에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 탄성파 소자는 표면으로부터 일정 깊이 아래 쪽에 복수 개의 비결정층(42)이 형성된 기판(32)과, 기판(32)의 표면에 패터닝된 다수 개의 입력측 전극바들(34) 및 출력측 전극바들(36)을 구비한다.

표면 탄성파 소자에서 이용하는 일반적인 기판(32)은 표면 탄성파가 입력측 전극바들(34)로부터 출력측 전극바들(36)로 전파될 때 분산(dispersion)을 줄일 수 있는 방향으로 커팅(cutting)되어 있다. 이런 구조의 기판(32)에 대하여 입력 및 출력측의 전극바들(34,36)로부터 생성되는 벌크파는 표면에 대해 특정한 각도를 갖는 벌크파의 메인 러브(maln lobe), 사이드 러브(side lobe) 패턴으로 전파된다. 이런 전파특성 및 벌크파의 파장을 정확히 분석하게 되면 비결정층들(42)의 간격을 적절히 조정함으로써 각 비결정층(42)에서 반사되는 벌크파의 파장이 서로 반파장만큼 되게하여 서로 상쇄 간섭을 일으키도륵 함으로써 벌크파를 효과적으로 줄일 수 있게 된다.

본 발명에서, 비결정층(40,42)을 형성하기 위하여 주입되는 이온은 아르곤(Ar), 실리콘(Si), 보론(B), 수소(H), 비소(As) 및 인(P) 등을 사용할 수 있지만 아르곤(Ar) 이온의 주입이 불규칙한 표면을 갖는 비결정층(40,42)의 형성에 가장 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 표면 탄성파 소자 및 그 제조방법은 전극바들에서 생성되는 벌크파를 산란 또는 서로 상쇄 간섭을 유도하여 벌크파를 제거하고 더 나아가, 벌크파에 의한 표면 탄성파의 신호왜곡을 최소화할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (3)

1. 임의의 압전체 기판과, 상기 압전체 기판에 패터닝되어 전기적 신호를 표면 탄성파로 변환시키는 입력측 전극패턴과, 상기 입력측 전극패턴으로부터 발생되는 표면 탄성파를 전기적 신호로 변환하는 출력측 전극패턴과, 상기 입력측 전극패턴으로부터 발생되어 상기 압전체 기판을 통하여 전파되는 벌크파를 제거하도록 상기 압전체 기판 표면으로부터 일정 깊이에 형성되는 비결정층을 구비한 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 비결정층의 하부에 일정한 깊이를 두고 형성되어진 적어도 하나 이상의 제2 비결정층을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 비결정층은 아르곤(Ar), 실리콘(Si), 보론(B), 수소(H), 비소(As), 인(P)으로부터 선택된 어느 하나의 원소를 이온 주입하여 형성됨을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.

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