KR100438285B1 - SAW filter using Tetrahedral Amorphous Carbon and method for manufacturing SAW filter using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 테트라헤드랄 비정질 카본(ta-C)을 이용한 표면 탄성파 필터는, 압전기판, 표면파 탄성 매체, 인터디지탈 변환기를 구비하는 표면 탄성파 필터에 있어서, 표면 탄성파를 전달하는 표면파 탄성 매체로서 ta-C을 이용한다.The surface acoustic wave filter using tetrahedral amorphous carbon (ta-C) according to the present invention is a surface acoustic wave filter including a piezoelectric plate, a surface wave elastic medium, and an interdigital transducer. Use -C.
또한, 본 발명에 따른 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용한 표면 탄성파 필터는, 기판과; 기판 위에 형성되며, 테트라헤드랄 비정질 카본으로 형성되어 표면 탄성파를 전달하는 표면파 탄성 매체와; 압전 특성을 가지며, 표면파 탄성 매체와 밀착되어 구성되는 압전체; 및 입력되는 전기 신호를 압전체에 전달하여 표면 탄성파를 발생시키고, 압전체로부터 표면 탄성파를 전달받아 전기 신호를 출력시키는 인터디지탈 변환기(IDT)를 포함한다.Moreover, the surface acoustic wave filter using the tetrahedral amorphous carbon which concerns on this invention is a substrate; A surface wave elastic medium formed on the substrate and formed of tetrahedral amorphous carbon to transmit surface acoustic waves; A piezoelectric material having a piezoelectric characteristic and configured to be in close contact with a surface wave elastic medium; And an interdigital transducer (IDT) which transmits an input electrical signal to the piezoelectric body to generate a surface acoustic wave, and receives the surface acoustic wave from the piezoelectric body and outputs an electrical signal.
여기서, 기판 위에 형성되는 테트라헤드랄 비정질 카본의 표면파 탄성 매체는, 흑연 타켓에 대한 아크방전을 이용하여 증착되며, 그 표면파 탄성 매체의 두께는 1㎛ 이하로 증착된다.Here, the surface wave elastic medium of tetrahedral amorphous carbon formed on the substrate is deposited using arc discharge to the graphite target, and the thickness of the surface wave elastic medium is deposited to 1 µm or less.
이와 같은 본 발명에 의하면, 표면 탄성파 필터의 탄성파 전달 매체로 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용함으로써, 표면 연마공정이 필요 없어 제조 공정이 간단하며, 공정 시간이 짧아 제조 단가가 싸며, 대면적을 형성하기 용이하고, 전송 손실과 노이즈가 작은 표면 탄성파 필터를 제조할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, by using tetrahedral amorphous carbon as the acoustic wave transmission medium of the surface acoustic wave filter, the surface polishing process is unnecessary, the manufacturing process is simple, the manufacturing time is short, the manufacturing cost is low, and the large area is formed. There is an advantage that the surface acoustic wave filter can be manufactured easily and the transmission loss and the noise are small.
Description
본 발명은 표면 탄성파(SAW:Surface Acoustic Wave) 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 표면 탄성파 필터의 탄성파 전달 매체로 테트라헤드랄 비정질 카본( Tetrahedral Amorphous Carbon:ta-C)을 이용함으로써, 표면 연마공정이 필요 없어 제조 공정이 간단하며, 공정 시간이 짧아 제조 단가가 싸며, 대면적을 형성하기 용이하고, 전송 손실과 노이즈가 작은 표면 탄성파 필터를 제조할 수 있는 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용한 표면 탄성파 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface acoustic wave (SAW) filter and a method of manufacturing the same. Particularly, surface polishing is performed by using tetrahedral amorphous carbon (ta-C) as an acoustic wave transmission medium of the surface acoustic wave filter. The surface acoustic wave using tetrahedral amorphous carbon which can manufacture a surface acoustic wave filter that is simple because the manufacturing process is simple because the process is not necessary, the manufacturing time is short, the manufacturing cost is low, the large area is easily formed, and the transmission loss and noise are small. A filter and a method of manufacturing the same.
일반적으로, 표면 탄성파(SAW) 필터는 압전(piezoelectric)의 전기-기계적 상호 변환 특성을 이용하여 특정의 주파수(중심 주파수) 대역 만을 선택하여 통과시켜 잡음과 혼신을 제거하는 소자로 TV, VCR, 이동통신 등의 핵심적인 부품으로서, 주로 대역통과필터(Bandpass filter)로 이용되고 있다.In general, surface acoustic wave (SAW) filters use piezoelectric electro-mechanical interconversion characteristics to select and pass only a specific frequency (center frequency) band to remove noise and interference. As a core component such as communication, it is mainly used as a bandpass filter.
한편, 도 1은 일반적인 표면 탄성파 필터를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a general surface acoustic wave filter.
표면 탄성파 필터란 도 1에 나타낸 바와 같이, 압전 기판 위에 2개의 인터디지탈 변환기(IDT:Inter-Digital Transducer)(101)(102)를 설치하여 기판의 전왜효과(역압전효과)를 이용하여 전기적 신호를 압전 기판(103) 표면을 따라 전파하는 탄성파로 변환하고, 발생된 탄성 표면파를 압전 효과를 이용하여 출력측 변환기에서 전기적 신호로 검출하는 소자이다.A surface acoustic wave filter, as shown in FIG. 1, is provided with two inter-digital transducers (IDTs) 101 and 102 on a piezoelectric substrate to utilize electrical signal distortion (reverse piezoelectric effect) of the substrate. Is converted into an acoustic wave propagating along the surface of the piezoelectric substrate 103, and the generated surface acoustic wave is detected as an electrical signal by an output side transducer using the piezoelectric effect.
여기서, IDT는 송신 IDT(101)와 수신 IDT(102)로 구성되어 있는데, 상기 송신 IDT(101)는 신호발생기에 연결되어 입력된 전기 신호를 표면 탄성파(SAW)로 변환시킨다. 그리고, 변환된 표면 탄성파는 상기 압전 기판(103)의 표면을 따라 진행하여 상기 수신 IDT(102)에 전달된다.Here, the IDT is composed of a transmission IDT 101 and a reception IDT 102. The transmission IDT 101 is connected to a signal generator to convert an input electrical signal into a surface acoustic wave (SAW). The converted surface acoustic wave travels along the surface of the piezoelectric substrate 103 and is transmitted to the receiving IDT 102.
이에 따라, 상기 수신 IDT(102)는 전달된 표면 탄성파 신호를 다시 압전 효과를 이용하여 전기적 신호로 변환시킨다. 이때, 상기 수신 IDT(102)는 여파작용 (wave filtering)을 하게 되는데, IDT 전극의 기하학적인 구조에 의하여 주파수 특성이 결정된다.Accordingly, the receiving IDT 102 converts the transmitted surface acoustic wave signal back into an electrical signal using a piezoelectric effect. At this time, the receiving IDT 102 is subjected to wave filtering, and the frequency characteristic is determined by the geometry of the IDT electrode.
한편, 도 2는 일반적인 표면 탄성파 필터의 주파수 통과 특성을 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating frequency pass characteristics of a general surface acoustic wave filter.
도 2에 나타낸 바와 같이, 표면 탄성파 필터는 특정 주파수의 전송된 신호만을 통과시키도록 설정되고, 설정된 진폭 및 위상 특성을 갖는 대역 통과 필터로 이용된다.As shown in Fig. 2, the surface acoustic wave filter is set to pass only a transmitted signal of a specific frequency, and is used as a band pass filter having a set amplitude and phase characteristic.
또한, 표면 탄성파 필터의 기판 재료로 가장 널리 쓰이고 있는 재료가 단결정 재료인 LiTaO3(LTO)와 LiNbO3(LNO)이다. 그런데, 이러한 단결정 재료를 이용한 표면 탄성파 필터는 GHz 이상의 고주파에 대해서는 사용될 수 없으므로, 새로운 재료들이 많이 개발되고 있는 실정이다.In addition, the most widely used materials for the surface acoustic wave filter substrate are LiTaO 3 (LTO) and LiNbO 3 (LNO), which are single crystal materials. However, since the surface acoustic wave filter using the single crystal material cannot be used for the high frequency of more than GHz, many new materials are being developed.
한편, 표면 탄성파 필터의 중심 주파수는 전달 매질에서의 탄성파의 속도에 비례하여 IDT 전극의 간격에 반비례한다. 그러므로, 중심 주파수 대역을 높이기 위해서는 탄성율이 큰 재료를 사용하거나 IDT 전극 간격을 좁혀야 한다.On the other hand, the center frequency of the surface acoustic wave filter is inversely proportional to the spacing of the IDT electrodes in proportion to the velocity of the acoustic wave in the transmission medium. Therefore, in order to increase the center frequency band, it is necessary to use a material with high elastic modulus or to narrow the IDT electrode spacing.
그런데, 리소그라피(lithography) 기술의 한계로 인한 IDT 전극의 패터닝 기술의 한계와 안정성 확보, 높은 압력 파워에 대한 내구성 등의 문제로 IDT의 간격을 줄이는 데는 한계가 있다. 이에 따라, 턴성율이 높은 매질을 도입하는 방법으로 많은 연구들이 진행되고 있다.However, there are limitations in reducing IDT spacing due to limitations of IDT electrode patterning technology and securing stability and durability against high pressure power due to the limitation of lithography technology. Accordingly, many studies are being conducted as a method of introducing a medium having a high turnability.
또한, 기본적인 표면 탄성파 필터는 압전체가 압전효과와 전왜효과(역압전효과)를 담당하면서, 동시에 표면 탄성파의 전달 매질이었다. 그러나, 현재까지 개발된 압전체의 기계적인 탄성 특성상 높은 탄성율을 가지는 압전체가 없으므로, 표면 탄성파를 전달하기 위한 새로운 매질 들이 도입되고 있다.In addition, the basic surface acoustic wave filter was a transfer medium for surface acoustic waves while the piezoelectric body was in charge of the piezoelectric effect and the electric distortion effect (reverse piezoelectric effect). However, since no piezoelectric material has a high elastic modulus in view of the mechanical elasticity of the piezoelectric material developed to date, new media for transmitting surface acoustic waves have been introduced.
그러한 대표적인 예가, '압전체(주로 ZnO)/다이아몬드 박막' 구조나 '압전체 (주로 ZnO)/사파이어' 구조, 'LiNbO3/다이아몬드' 구조이며 각각 탄성율이 높은 다이아몬드나 사파이어를 표면파 탄성 매체로 도입한 예이다.Such representative examples include 'piezoelectric (mainly ZnO) / diamond thin film' structure, 'piezoelectric (mainly ZnO) / sapphire' structure, and 'LiNbO 3 / diamond' structure, and diamond or sapphire having high elastic modulus are introduced as surface wave elastic media, respectively. to be.
이와 같은 도입으로 기존의 Quartz(3,158 m/sec), LNO(3,488 m/sec) 등에 비해 현저히 높은 표면 탄성파 전달 속도(사파이어의 경우 5,200~5,700 m/sec, 다이아몬드의 경우 9,000~11,900 m/sec)를 가지게 되었으며, 이로 인해 보다 높은 주파수 대역에서 필터로 사용하는 것이 가능하게 되었다.With this introduction, the surface acoustic wave transmission speed is significantly higher than that of conventional quartz (3,158 m / sec) and LNO (3,488 m / sec) (5,200 to 5,700 m / sec for sapphire and 9,000 to 11,900 m / sec for diamond). This makes it possible to use it as a filter in the higher frequency band.
그런데, 표면파 탄성 매체로 다이아몬드를 도입하는 경우에는, 표면 탄성파 필터를 높은 주파수 대역에서 사용할 수 있는 장점이 있으나, 다음과 같은 단점들이 존재한다.By the way, when the diamond is introduced into the surface acoustic wave medium, there is an advantage that the surface acoustic wave filter can be used in a high frequency band, there are the following disadvantages.
먼저, 다이아몬드를 합성하기 위한 높은 온도의 공정이 필요하며, 다이아몬드의 응력으로 인한 기판의 휘어짐 때문에 대면적, 예컨대 4인치 이상의 면적을 구현하기가 어렵다.First, a high temperature process for synthesizing diamond is required, and it is difficult to realize a large area, such as an area of 4 inches or more, due to the bending of the substrate due to the stress of the diamond.
또한, 다이아몬드의 경우 다결정 다이아몬드이기 때문에 그래인 경계(grain boundary)가 존재하여 신호의 전파 손실이 커지게 된다. 그리고, 표면 탄성파 매질로 사용하기 위해서는 매끄롭지 못한 표면을 연마해야 하는데, 다이아몬드의 경도 때문에 연마 공정이 어려우며, 시간도 많이 소요되는 단점이 있으며, 비용이 많이 발생된다.In addition, since diamond is a polycrystalline diamond, grain boundaries exist to increase signal propagation loss. In addition, in order to use as a surface acoustic wave medium, it is necessary to polish a non-smooth surface. The polishing process is difficult due to the hardness of the diamond, and it takes a long time, and the cost is high.
본 발명은 상기와 같은 여건을 감안하여 창출된 것으로서, 표면 탄성파 필터의 탄성파 전달 매체로 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용함으로써, 표면 연마공정이 필요 없어 제조 공정이 간단하며, 공정 시간이 짧아 제조 단가가 싸며, 대면적을 형성하기 용이하고, 전송 손실과 노이즈가 작은 표면 탄성파 필터를 제조할 수 있는 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용한 표면 탄성파 필터 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was created in view of the above conditions, and by using tetrahedral amorphous carbon as the acoustic wave transmission medium of the surface acoustic wave filter, the surface polishing process is unnecessary, the manufacturing process is simple, and the manufacturing time is short due to the short process time. It is an object of the present invention to provide a surface acoustic wave filter using tetrahedral amorphous carbon and a method for manufacturing the surface acoustic wave filter which are cheap, easy to form a large area, and which have low transmission loss and low noise.
도 1은 일반적인 표면 탄성파 필터를 개략적으로 나타낸 도면.1 is a schematic view showing a typical surface acoustic wave filter.
도 2는 일반적인 표면 탄성파 필터의 주파수 통과 특성을 나타낸 도면.2 is a view showing the frequency pass characteristics of a typical surface acoustic wave filter.
도 3은 본 발명에 따른 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용한 표면 탄성파 필터의 제조 공정을 나타낸 도면.3 is a view showing a manufacturing process of a surface acoustic wave filter using tetrahedral amorphous carbon according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용한 표면 탄성파 필터의 다양한 구조의 예를 개략적으로 나타낸 도면.4 is a view schematically showing examples of various structures of a surface acoustic wave filter using tetrahedral amorphous carbon according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용한 표면 탄성파 필터를 제조함에 있어, 테트라헤드랄 비정질 카본을 증착시키는 증착 장비를 개략적으로 나타낸 도면.5 is a schematic view showing a deposition apparatus for depositing tetrahedral amorphous carbon in preparing a surface acoustic wave filter using tetrahedral amorphous carbon according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
101... 송신 인터디지탈 변환기101 ... Transmit Interdigital Converter
102... 수신 인터디지탈 변환기102 ... Receive Interdigital Converter
103... 압전 기판103 ... Piezoelectric Substrate
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용한 표면 탄성파 필터는,기판 상에 테트라헤드랄 비정질 카본(ta-C: Tetrahedral Amorphous Carbon)이 증착된 표면 탄성 매체;상기 표면 탄성 매체에 전압을 인가하거나, 상기 표면 탄성 매체를 매질로 진행하는 표면탄성파를 전기적 신호로 전환하는 인터디지탈 변환기(IDT);를 포함하는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용한 표면 탄성파 필터 제조방법은,기판을 제공하는 단계;상기 기판 상에 고경도와 고탄성률을 갖는 테트라헤드랄 비정질 카본을 1㎛이하의 두께로 증착하는 단계;상기 증착된 테트라헤드락 비정질 카본막 상에 인터디지탈 변환기(IDT)를 실장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.여기서, 상기 기판 상에 형성되는 테트라헤드랄 비정질 카본의 표면파 탄성 매체는, 흑연 타켓에 대한 아크방전을 이용하여 증착하고, 상기 기판 상에 형성되는 테트라헤드랄 비정질 카본의 표면파 탄성 매체의 두께는 0.1㎛~1㎛이며, 상기 기판 성에 형성하는 테트라헤드랄 비정질 카본의 표면파 탄성 매체는, 흑연 타켓을 이용한 레이저 어블레이션 방법으로 증착하는 것을 특징으로 한다.이와 같은 본 발명에 의하면, 표면 탄성파 필터의 탄성파 전달 매체로 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용함으로써, 표면 연마공정이 필요 없어 제조 공정이 간단하며, 공정 시간이 짧아 제조 단가가 싸며, 대면적을 형성하기 용이하고, 전송 손실과 노이즈가 작은 표면 탄성파 필터를 제조할 수 있는 장점이 있다.In order to achieve the above object, a surface acoustic wave filter using tetrahedral amorphous carbon according to the present invention comprises: a surface elastic medium on which tetrahedral amorphous carbon (ta-C) is deposited on a substrate; And an interdigital transducer (IDT) for applying a voltage to the medium or converting the surface acoustic wave propagating through the surface elastic medium into a medium into an electrical signal. A method for manufacturing a surface acoustic wave filter using amorphous carbon, the method comprising: providing a substrate; depositing tetrahedral amorphous carbon having high hardness and high modulus on the substrate to a thickness of 1 μm or less; the deposited tetrahead lock And mounting an interdigital transducer (IDT) on the amorphous carbon film. The surface wave elastic medium of the tetrahedral amorphous carbon formed is deposited using arc discharge to the graphite target, and the thickness of the surface wave elastic medium of the tetrahedral amorphous carbon formed on the substrate is 0.1 μm to 1 μm, The surface acoustic wave elastic medium of tetrahedral amorphous carbon formed in the substrate property is deposited by a laser ablation method using a graphite target. According to the present invention, tetrahedral as the acoustic wave transmission medium of the surface acoustic wave filter The use of amorphous carbon eliminates the need for a surface polishing process, which simplifies the manufacturing process, reduces the manufacturing time due to the short process time, facilitates the formation of a large area, and enables the production of surface acoustic wave filters with low transmission loss and low noise. There is this.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용한 표면 탄성파 필터의 제조 공정을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a manufacturing process of a surface acoustic wave filter using tetrahedral amorphous carbon according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용한 표면 탄성파 필터는 먼저 도 3(a)와 같이, 실리콘 기판 위에 직류아크방전법에 의해 테트라헤드랄 비정질 카본(ta-C)을 예컨대 0.1~1㎛ 두께로 증착한다.Referring to FIG. 3, a surface acoustic wave filter using tetrahedral amorphous carbon according to the present invention first uses tetrahedral amorphous carbon (ta-C) by direct current arc discharge on a silicon substrate as shown in FIG. 3 (a). For example, it is deposited to a thickness of 0.1 ~ 1㎛.
그리고 도 3(b)와 같이, IDT 전극을 형성하기 위하여 알루미늄(Al)을 이베퍼레이션(evaporation) 또는 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 ta-C 박막 위에 형성시킨다. 또한, 리소그라피 기법을 이용하여 도 3(c)와 같이 적정 형태를 갖는 IDT 전극을 형성한다.3 (b), aluminum (Al) is formed on the ta-C thin film using an evaporation or sputtering method to form an IDT electrode. In addition, an IDT electrode having a proper shape is formed as shown in FIG. 3 (c) by using lithography.
그리고 도 3(d)와 같이, 압전체인 ZnO 박막을 예컨대 0.3~2.5㎛ 정도 형성시킴으로써, 탄성파 전달 매체로 테트라헤드랄 비정질 카본을 사용하는 표면 탄성파 필터를 제조할 수 있다.As shown in FIG. 3 (d), by forming a ZnO thin film, which is a piezoelectric material, for example, about 0.3 to 2.5 μm, a surface acoustic wave filter using tetrahedral amorphous carbon as an acoustic wave transmission medium can be manufactured.
한편, 본 발명의 실시 예에 설명된 표면 탄성파 필터의 구조는 도 4에 나타낸 바와 같이, 여러 형태의 구조로 변형될 수 있다. 도 4는 본 발명에 따른 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용한 표면 탄성파 필터의 다양한 구조의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.On the other hand, the structure of the surface acoustic wave filter described in the embodiment of the present invention can be modified in various forms, as shown in FIG. 4 is a view schematically showing examples of various structures of a surface acoustic wave filter using tetrahedral amorphous carbon according to the present invention.
이때 변형된 실시 예에서는, 필요에 따라 IDT 전극을 차폐(shielding)하기도 하였으며, 최상층의 ZnO 막의 표면을 경면 연마하기도 하였다. 또한, ta-C를 탄성파 전달 매체로 이용한 형태는 도 4에 예를 들지 않은 공지된 많은 구조의 표면 탄성파 필터에 응용될 수 있음은 자명하다.In this modified embodiment, the IDT electrode was shielded as needed, and the surface of the uppermost ZnO film was mirror-polished. In addition, it is apparent that the form using ta-C as the acoustic wave transmission medium can be applied to surface acoustic wave filters of many known structures, which are not illustrated in FIG. 4.
본 발명에서 탄성파 전달 매체로 사용한 ta-C는 diamond-like carbon(DLC)의일종이나 경도나 탄성율은 다이아몬드 단결정의 85%에 달하는 신물질이다. 이는 재료내의 탄소 결합의 85% 이상이 SP3결합으로 이루어져 있기 때문에 가능한 것이다.Ta-C used as the acoustic wave transmission medium in the present invention is a kind of diamond-like carbon (DLC), but the hardness and modulus of elasticity are new materials reaching 85% of diamond single crystal. This is possible because at least 85% of the carbon bonds in the material consist of SP 3 bonds.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용한 표면 탄성파 필터를 제조함에 있어, 테트라헤드랄 비정질 카본을 증착시키는 증착 장비를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도 5를 참조하여 ta-C을 기판에 증착하는 공정을 간단히 설명해 보기로 한다.Meanwhile, FIG. 5 is a schematic view illustrating a deposition apparatus for depositing tetrahedral amorphous carbon in manufacturing a surface acoustic wave filter using tetrahedral amorphous carbon according to the present invention. Referring to FIG. The process of depositing on a substrate will be briefly described.
본 발명의 실시 예에서는 카본 소스(source)로 흑연 타켓을 사용하였으며, 아크 방전시 기판 바이어스 직류와 HF, RF 등을 사용하였다. 이때, 직류의 경우 탄소 이온의 운동에너지를 100-125eV 정도로 조절하기 위하여 -100V의 전압을 가하였으며, HF나 RF의 경우 셀프 바이어스(self-bias) 값이 이 범위를 가지도록 조절하였다.In the embodiment of the present invention, a graphite target was used as a carbon source, and substrate bias DC, HF, RF, and the like were used during arc discharge. At this time, in the case of direct current, a voltage of -100 V was applied to adjust the kinetic energy of carbon ions to about 100-125 eV, and in the case of HF or RF, the self-bias value was adjusted to have this range.
또한, ta-C 코팅의 전 단계로 알곤(Ar) 이온을 이용한 클리닝을 30초~5분 하였으며, 기판은 수냉하였고 균일한 코팅을 위하여 회전시켰다. 또, 대면적의 균일한 코팅을 위하여 수평과 수직 방향으로 아크 빔을 주사(raster)시켰으며, 그 주사 주파수는 수평 방향을 50~60Hz로 하였고, 수직 방향을 2~16Hz로 하였다.In addition, the cleaning using argon (Ar) ions was performed for 30 seconds to 5 minutes as a previous step of the ta-C coating, and the substrate was water-cooled and rotated for uniform coating. In addition, an arc beam was scanned in the horizontal and vertical directions for uniform coating of a large area, and the scanning frequency was 50 to 60 Hz in the horizontal direction, and 2 to 16 Hz in the vertical direction.
그리고, 아크 증착 전의 진공도는 10-7torr로 하였으며, 아크 증착 중의 진공도는 10-3에서 10-4torr로 하였다.In addition, the vacuum degree before arc vapor deposition was 10 -7 torr, and the vacuum degree during arc vapor deposition was 10 -3 to 10 -4 torr.
이러한 아크방전을 이용한 방법 외에, 레이저 어블레이션을 이용하여 증착하는 방법이 있으나, 아크방전을 이용한 경우가 훨씬 대면적에서 간단하게 제조할 수있었다.In addition to the method using the arc discharge, there is a method of depositing using laser ablation, but the case of using the arc discharge could be easily manufactured in a much larger area.
한편, ta-C를 표면파 탄성 매체로 사용한 표면 탄성파 필터는 다음과 같은 다양한 장점을 갖는다.On the other hand, the surface acoustic wave filter using ta-C as the surface acoustic elastic medium has various advantages as follows.
먼저, ta-C를 사용하여 표면 탄성파 필터를 제조하는 경우에는, 다이아몬드 합성 공정과 같은 높은 온도에서의 공정을 필요로 하지 않는다. 또한, LNO나 LTO 단결정 성장 공정처럼 장시간을 요하지도 않은 공정상의 간편한 장점이 있다.First, in the case of producing a surface acoustic wave filter using ta-C, a high temperature process such as a diamond synthesis process is not required. In addition, there is an advantage in the process that does not require a long time, such as LNO or LTO single crystal growth process.
그리고, 다이아몬드 합성 공정에서는 다이아몬드의 응력으로 인한 기판의 휘어짐 때문에 4 인치 이상의 대면적을 구현하기 어렵고, 단결정의 경우에도 4 인치는 연구 개발이 완료된 단계이나 실제 양산은 3인치로 하고 있다. 그러나, ta-C 코팅을 이용하면 쉽게 9 인치까지 제조가 가능하며 아크(Arc) 건의 설계를 통하여 30cm * 30cm 까지 균일한 코팅이 가능하다. 또한, 그 이상의 대면적을 제조하는 것도 가능하다.In the diamond synthesis process, it is difficult to realize a large area of 4 inches or more due to the bending of the substrate due to the stress of the diamond. Even in the case of single crystal, 4 inches is a stage of research and development completed but actual production is 3 inches. However, the ta-C coating can be easily manufactured up to 9 inches and uniform coating of up to 30 cm * 30 cm through the design of the arc gun. It is also possible to manufacture more large areas.
또한, 진공아크 증착장비에 스퍼터링 장치만 붙이면, 바로 압전체나 알루미늄 전극의 스퍼터링이 가능하므로 공정을 간단하게 할 수 있는 장점이 있다. 그리고, 다이아몬드의 경우에는 다결정 다이아몬드라 후속 연마 공정이 필요하지만, ta-C 코팅의 경우에는 자체적으로 RMS(Root Mean Square) 표면 조도 5 옹스트롬(Å) 정도의 원자적으로 매우 매끈한 표면을 가지므로 후속 연마 공정이 필요없다.In addition, if only a sputtering device is attached to the vacuum arc deposition equipment, the sputtering of the piezoelectric body or the aluminum electrode is possible immediately, there is an advantage that the process can be simplified. In the case of diamond, polycrystalline diamond is required for the subsequent polishing process, but in the case of ta-C coating, since it has an atomically smooth surface having a root mean square (RMS) surface roughness of about 5 angstroms, No polishing process is required.
또한, ta-C는 화학적으로 매우 안정하며 기판과의 접합(adhesion)이 매우 뛰어난 장점이 있다.In addition, ta-C is very chemically stable and has an advantage of excellent adhesion with the substrate.
한편, 현재 대부분의 표면 탄성파 필터가 3.5 와트(W) 정도까지만 견딜 수있는데 이는 IDT 전극간 거리 때문이다. 본 발명의 실시 예에서는 기존의 매질에 비하여 탄성율이 높은 재료를 사용하였기 때문에 탄성파의 전달 속도가 빠르므로 원하는 중심 주파수 대역이 같을 경우, IDT 전극 간의 간격을 보다 넓게 할 수 있다. 예컨대, 다른 모든 조건이 같은 경우에 LNO나 LTO 단결정에 비해 두 배 이상의 넓은 간격으로 IDT 전극을 만들어 주어도 되므로 보다 높은 입력 파워에 대해 견딜 수 있다.On the other hand, most surface acoustic wave filters can only withstand up to 3.5 watts (W) because of the distance between IDT electrodes. In the embodiment of the present invention, since a material having a higher elastic modulus than the conventional medium is used, the transmission speed of the elastic waves is high, so that the interval between IDT electrodes can be wider when the desired center frequency band is the same. For example, when all other conditions are the same, IDT electrodes can be made at twice as wide intervals as LNO or LTO single crystals, so they can withstand higher input power.
이에 따라, 상기에 설명된 바와 같이 공정의 간편성과 200℃ 이하 온도의 공정으로 인하여 제조 단가가 많이 인하되는 장점이 있다.Accordingly, as described above, due to the simplicity of the process and the process at a temperature below 200 ° C., there is an advantage that the manufacturing cost is greatly reduced.
이와 같은 방식으로 제조된 ta-C 표면 탄성파 필터는 파장이 4㎛일 때, 즉 IDT 전극 간격이 2㎛이고, IDT finger width가 0.9㎛일 때, 약 2.3㎓의 중심 주파수를 가졌으며, 10㏈ 정도의 낮은 인서션 로스(insertion loss)를 가졌고, 8,500 ~ 9,000m/sec의 탄성파 전달 속도를 보였으며, 1.4% 정도의 큰 전기기계 결합 계수를 보였다. 그리고, 600 정도의 Q 값을 보였으며, -40℃ 에서 85℃ 사이의 영역에서 1,000ppm 정도의 작은 주파수 편차(deviation)를 보였다.The ta-C surface acoustic wave filter manufactured in this manner had a center frequency of about 2.3 Hz when the wavelength was 4 µm, that is, when the IDT electrode spacing was 2 µm, and the IDT finger width was 0.9 µm. It had a low insertion loss, showed an acoustic wave transmission speed of 8,500 to 9,000 m / sec, and a large electromechanical coupling factor of 1.4%. In addition, it showed a Q value of about 600 and showed a small frequency deviation of about 1,000 ppm in the region between -40 ° C and 85 ° C.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용한 표면 탄성파 필터는, 표면 탄성파 필터의 탄성파 전달 매체로 테트라헤드랄 비정질 카본을 이용함으로써, 표면 연마공정이 필요 없어 제조 공정이 간단하며, 공정 시간이 짧아 제조 단가가 싸며, 대면적을 형성하기 용이하고, 전송 손실과 노이즈가 작은 표면 탄성파 필터를 제조할 수 있는 장점이 있다.As described above, the surface acoustic wave filter using the tetrahedral amorphous carbon according to the present invention uses a tetrahedral amorphous carbon as the acoustic wave transmission medium of the surface acoustic wave filter, thus eliminating the need for a surface polishing process and simplifying the manufacturing process. Due to the short process time, the manufacturing cost is low, it is easy to form a large area, and there is an advantage that a surface acoustic wave filter having a small transmission loss and noise can be manufactured.
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