KR100790749B1 - Saw device with composite electrode structures - Google Patents

Saw device with composite electrode structures Download PDF

Info

Publication number
KR100790749B1
KR100790749B1 KR1020060119972A KR20060119972A KR100790749B1 KR 100790749 B1 KR100790749 B1 KR 100790749B1 KR 1020060119972 A KR1020060119972 A KR 1020060119972A KR 20060119972 A KR20060119972 A KR 20060119972A KR 100790749 B1 KR100790749 B1 KR 100790749B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
base layer
electrode
metal electrode
saw
Prior art date
Application number
KR1020060119972A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
홍성수
하정도
플레스키 빅터
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020060119972A priority Critical patent/KR100790749B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100790749B1 publication Critical patent/KR100790749B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/25Constructional features of resonators using surface acoustic waves
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/08Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves
    • H03H3/10Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves for obtaining desired frequency or temperature coefficient
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02842Means for compensation or elimination of undesirable effects of reflections
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

A SAW(Surface Acoustic Wave) device with composite electrode structures is provided to reduce acoustic loss by separating a metal electrode from a piezoelectric substrate by a bottom layer. A SAW(Surface Acoustic Wave) device(100) includes a substrate(101) and a plurality of composite electrode structures. The substrate has a polished surface for SAW propagation, and a piezoelectric characteristic. The plurality of composite electrode structures are arranged on the substrate, and are composed of at least two layers. Each composite electrode structure has a metal electrode(102) arranged on the substrate, and a bottom layer(103) arranged between the substrate and the metal electrode. The bottom layer separates the metal electrode from the substrate, and has lower acoustic loss than the metal electrode.

Description

복합 전극 구조를 구비한 표면 탄성파 소자{SAW Device With Composite Electrode Structures}Surface acoustic wave device with composite electrode structure {SAW Device With Composite Electrode Structures}

도 1은 종래의 표면 탄성파 소자의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional surface acoustic wave device.

도 2는 종래의 표면 탄성파 소자의 전극 단면에서의 응력 분포를 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing a stress distribution in an electrode cross section of a conventional surface acoustic wave element.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 표면 탄성파 소자의 개략적인 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of a surface acoustic wave device according to one embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 표면 탄성파 소자의 개략적인 단면도이다.4 is a schematic cross-sectional view of a surface acoustic wave device according to another embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 표면 탄성파 소자의 개략적인 단면도이다.5 is a schematic cross-sectional view of a surface acoustic wave device according to still another embodiment of the present invention.

도 6은 도 5의 표면 탄성파 소자의 변형례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.6 is a cross-sectional view schematically illustrating a modification of the surface acoustic wave device of FIG. 5.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100, 200, 300, 300': SAW 소자 101: 압전 기판100, 200, 300, 300 ': SAW element 101: piezoelectric substrate

102, 112, 122: 금속 전극 103, 113, 123: 기부층102, 112 and 122: metal electrodes 103, 113 and 123: base layer

104: 유전체 플레이트(덮개) 105: 스페이서104: dielectric plate (cover) 105: spacer

106: 캐비티106: cavity

본 발명은 표면 탄성파(surface acoustic wave: 이하, SAW라고도 함) 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특히 GHz 주파수 범위에서 개선된 통과대역 성능을 갖는 저손실 표면 탄성파 소자에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to surface acoustic wave (hereinafter also referred to as SAW) devices, and more particularly to low loss surface acoustic wave devices with improved passband performance in the GHz frequency range.

SAW 소자는 다양한 통신 응용으로 사용될 뿐만 아니라, 이동통신 휴대폰, 기지국용의 중요한 부품으로 사용되고 있다. 가장 흔히 사용되는 SAW 소자 형태는 통과대역(passband) 필터 및 공진기(resonator)이다. 낮은 가격뿐만 아니라 작은 사이즈와 우수한 기술적 파라미터(저손실, 선택성 등등)로 인해, SAW 소자는 다른 물리적 원리에 기반한 소자에 비하여 실질적으로 더 높은 경쟁력을 점유하고 있다. SAW devices are not only used in various communication applications, but also as important components for mobile phones and base stations. The most commonly used SAW device types are passband filters and resonators. In addition to low cost, small size and excellent technical parameters (low loss, selectivity, etc.) make SAW devices substantially more competitive than devices based on other physical principles.

도 1은 전형적인 SAW 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, SAW 소자(10)는 단결정 압전 기판(11)과, 그 위에 배치된 인터디지탈 트랜스듀서(interdigital transducer: IDT) 전극(12)을 포함한다. 서로 다른 극성의 전극(12)이 서로 교대로 배치됨으로써 IDT 트랜스듀서(15)를 형성한다. 이 트랜스 듀서 전극(12)의 역할은, SAW에 대한 안테나 역할과 같다. 트랜스듀서 전극(12)은, 시간 및 공간적으로 전기장을 교류시키는데, 이 전기장은 압전 기판(11)으로 통과하고 압전 효과로 인해 기계적 응력(mechanical stress)를 발생시킨다. 이러한 방식으로 트랜스듀서 전극(12)은 기판 표면 상에서 전파하는 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다. 이러한 표면 탄성파의 전파는, 다른 방식으로 영향받을 수 있으며(예컨대, 표면 탄성파는 반사(reflected), 편향(delfected), 흡수(absorbed), 도광(waveguided)될 수 있음), 일 IDT에 의해 발생된 표면 탄성파는 타 IDT에 의해 수신될 수 있다. 표면 탄성파의 발생은 트랜스듀서의 임피던스를 변화시킨다. 이러한 SAW와 관련된 현상은 현재 잘 이해되고 있으며 다양한 형태의 SAW 필터의 설계 및 제조에 통상적으로 이용되고 있다.1 is a schematic cross-sectional view of a typical SAW device. Referring to FIG. 1, the SAW element 10 includes a single crystal piezoelectric substrate 11 and an interdigital transducer (IDT) electrode 12 disposed thereon. The electrodes 12 of different polarities are alternately arranged to form the IDT transducer 15. The role of this transducer electrode 12 is the same as that of an antenna for SAW. The transducer electrode 12 exchanges the electric field in time and space, which passes through the piezoelectric substrate 11 and generates mechanical stress due to the piezoelectric effect. In this manner, the transducer electrode 12 can generate surface acoustic waves that propagate on the substrate surface. Such propagation of surface acoustic waves can be effected in other ways (eg surface acoustic waves can be reflected, deflected, absorbed, waveguided), and generated by one IDT. Surface acoustic waves may be received by other IDTs. The generation of surface acoustic waves changes the impedance of the transducer. These phenomena associated with SAW are now well understood and commonly used in the design and manufacture of various types of SAW filters.

특히 최근에 요구되는 SAW 응용분야는 휴대폰인데, 휴대폰 응용에서는 낮은 삽입 손실(insertion loss)과 함께 높은 필터링 성능이 요구된다. 많은 휴대폰 표준을 위한 전형적인 상대 주파수 통과대역(relative frequency passband)은 약 1 내지 5% 정도이며, 이는 필터 기판 재료로 리튬 니오베이트(Lithium Niobate) 또는 리튬 탄탈레이트(Lithium Tantalate) 등의 강한 커플링(strong coupling) 재료의 사용을 요구한다. 이러한 기준을 만족하기 위해, LiNbO3(64LN, 41LN) 및 LiTaO3(36LT, 42LT)의 소위 "누설파" 컷("leaky wave" cut)이 자주 사용된다. 이러한 누설파 컷은 높은 커플링과 상대적으로 높은 SAW 속도를 제공한다. 소위 누설 종파(Leaky Longitudinal wave)는 지배적인 종파 성분을 가지며, 다소 두껍고(h전극/ λ=8%, h전극은 전극 두께, λ는 파장) 정확히 제어된 알루미늄 전극을 요한다.In particular, recently required SAW applications are mobile phones, which require high filtering performance with low insertion loss. Typical relative frequency passbands for many cell phone standards are around 1-5%, which is a filter substrate material with strong couplings such as Lithium Niobate or Lithium Tantalate. strong coupling) requires the use of a material. To satisfy this criterion, so-called "leaky wave" cuts of LiNbO3 (64LN, 41LN) and LiTaO3 (36LT, 42LT) are often used. These leaky wave cuts provide high coupling and relatively high SAW rates. The so-called leaky longitudinal wave has a dominant longitudinal component and requires a rather thick (h electrode / lambda = 8%, h electrode electrode thickness, lambda wavelength) and precisely controlled aluminum electrodes.

그러나, 현재 SAW 기술은 어떤 한계에 봉착한 것으로 보이며, 이 한계를 넘어 질적으로 개선된 성능을 구현할 수 있는 추가저인 발전이 요구되고 있다. 특히, 2 GHz 범위에서 SAW 소자내의 최소 손실은 전형적으로 여전히 2 dB정도인데, 이 정도의 손실은 몇몇 응용에서는 장애물로 작용한다. SAW 소자의 파워 핸들링(power handling)은 주파수 증가에 따라 감소되어, 휴대폰 내의 듀플렉서 등의 응용에서 문제로 남아있다. 이에 더하여, 밀봉 패키징는 SAW 소자의 제조비용을 실질적으로 증가시킨다. However, the current SAW technology appears to be facing some limitations, and further developments are needed to overcome these limitations and achieve qualitatively improved performance. In particular, in the 2 GHz range, the minimum loss in the SAW device is typically still around 2 dB, which is an obstacle for some applications. Power handling of SAW devices is reduced with increasing frequency, which remains a problem in applications such as duplexers in mobile phones. In addition, sealing packaging substantially increases the manufacturing cost of SAW devices.

통신 시스템의 급속한 발전으로 인해, 동작 주파수가 더 증가될 것이 요구된다. LAN, "블루투스(Bluetooth)" 등의 새로운 응용분야에서는, 2.5GHz 주파수 범위가 사용된다. 새로운 통신 시스템(예컨대, HLAN)에서는 3GHz - 6GHz 주파수가 사용될 것이다. 어떤 응용에서는 5% 내지 6% 정도의 상대 대역(relative band)이 요구되는데, 이 또한 통상적으로 사용되는 기판에 기반한 소자에 대해서 문제가 된다.Due to the rapid development of communication systems, the operating frequency is required to be further increased. In new applications such as LAN, "Bluetooth", the 2.5 GHz frequency range is used. In new communication systems (e.g., HLAN), the frequencies of 3 GHz to 6 GHz will be used. In some applications a relative band of 5% to 6% is required, which is also a problem for devices based on commonly used substrates.

이러한 모든 시스템에서, 주파수의 필터링은 신뢰할 수 있는 작동과 할당된 주파수의 이용가능한 자원의 효율적인 사용에 가장 중요한 기능이 될 것이다. 삽입 손실은 이동통신 응용에 가장 중요한 파라미터들 중 하나이다.In all these systems, filtering of frequencies will be the most important function for reliable operation and efficient use of the available resources of the allocated frequencies. Insertion loss is one of the most important parameters for mobile communication applications.

SAW 소자 내에서는 아래와 같이 다수의 중요한 손실 메카니즘이 존재한다. Within the SAW device there are a number of important loss mechanisms as follows.

1. 탄성파와 열적 포논(thermal phonon) 간의 상호작용은 모든 고체 내에 존재하는 고유 손실 메카니즘이고, 온도뿐만 아니라 재료의 결정 특성 및 결정 품질에 의존한다(LiNb은 이러한 의미에서 가장 좋은 압전 재료들 중 하나이다).1. The interaction between an acoustic wave and a thermal phonon is an inherent loss mechanism present in all solids and depends not only on temperature but also on the crystal properties and crystal quality of the material (LiNb is one of the best piezoelectric materials in this sense). ).

2. 금속 전극에서의 탄성 손실(acoustic loss)는 전체 손실 중 상당 부분을 차지한다. 금속은 항상 유전체보다 더 손실이 많은(lossy) 재료이다. 알루미늄은, 금 또는 구리 등의 다른 금속에 비하여 상대적으로 낮은 탄성 감쇠(acoustic attenuation)를 나타내는 재료로 알려져 있다. 그러나 Al에서도 탄성 손실은 LiNb에서의 탄성 손실보다 훨씬 높다.2. The acoustic loss at the metal electrode accounts for a large part of the total loss. Metals are always more lossy materials than dielectrics. Aluminum is known as a material that exhibits relatively low acoustic attenuation compared to other metals such as gold or copper. However, even in Al, the elastic loss is much higher than that of LiNb.

3. 도전체에서의 저항(오믹; Ohmic) 손실은, 전극 두께가 작기 때문에 높은 주파수에서 더 중요해지고 있다. 3. Ohmic losses in conductors are becoming more important at higher frequencies because of the smaller electrode thickness.

4. SAW가 압전 기판 표면을 따라 전파될 때 압전 기판 근방의 전기장에 의해 금속 전극 내에 생성된 RF 전류로 인한 탄성-전기 상호작용(acousto-electric interaction).4. Acoustic-electric interaction due to RF current generated in the metal electrode by the electric field near the piezoelectric substrate as the SAW propagates along the piezoelectric substrate surface.

5. 동작 표면에 있는 기체(공기)와의 상호작용은 탄성 에너지의 손실을 가져온다.5. Interaction with the gas (air) on the working surface results in a loss of elastic energy.

6. 표면 상의 결함, 오염, 잔류물은, 특히 기술적 처리 후에 SAW 에너지의 산란 및 흡수를 초래한다.6. Defects, contamination, residues on the surface cause scattering and absorption of SAW energy, especially after technical treatment.

7. 전통적인 누설 SAW(classic leaky SAW) 및 종파 누설 SAW(longitudinal leaky SAW)에 있어서, 필터 구조로부터 벗어나는 탄성 에너지로 인한 손실, 예컨대 "누설" 벌크파 성분("leaky" bulk wave component)에 의한 손실.7. In classical leaky SAW and longitudinal leaky SAW, losses due to elastic energy deviating from the filter structure, such as losses due to "leaky" bulk wave components. .

상기한 손실 메카니즘들 중에서 금속 전극의 존재와 관련된 것들(상기 리스트 중 "2" 및 "3"번)은 전체 손실중 아주 큰 부분의 원인이 된다(1 GHz 소자에 대해서 2/3 정도로 평가됨). 탄성파의 감쇠는 유전체에서보다 금속에서 더 높게 나타난다. 전도도 또는 산화 등의 다른 특성이 금(gold) 전극에서 더 유리하게 작용함에도 불구하고, 알루미늄(Al)은 상대적으로 낮은 감쇠를 나타냄으로 인하여 전극 재료로 알루미늄이 가장 흔하게 사용된다. Al의 비저항은 금 또는 은의 비저항보다 두드러지게 높지만, 금에서의 탄성 손실은 허용할 수 없을 정도로 높다. SAW 소자에 사용되는 전극의 두께는 특성 파장(characteristic wavelength)의 약 10%로 제한된다. 이는, 더 두꺼운 전극은 기판 표면을 더 강하게 로딩(loading)하고 더 손실을 증가시키면서 커플링을 감소시키기 때문이다. 두꺼운 전극의 높은 반사도(reflectivity)는 몇몇 설계 방법에서 문제가 될 수 있으나, 공진기 소자에서는 외측으로의 SAW 에너지 손실을 제한하기 위하여 효율적으로 이용될 수 있다.Among the loss mechanisms described above, those related to the presence of metal electrodes (numbered "2" and "3" in the above list) are responsible for a very large portion of the total loss (evaluated as about 2/3 for 1 GHz devices). Attenuation of the seismic wave is higher in the metal than in the dielectric. Although other properties, such as conductivity or oxidation, work more advantageously on gold electrodes, aluminum is most commonly used as electrode material because aluminum (Al) exhibits relatively low attenuation. The specific resistance of Al is significantly higher than that of gold or silver, but the elastic losses in gold are unacceptably high. The thickness of the electrodes used in SAW devices is limited to about 10% of the characteristic wavelength. This is because thicker electrodes reduce the coupling while loading the substrate surface more strongly and increasing losses more. High reflectivity of thick electrodes can be problematic in some design methods, but can be used efficiently in resonator elements to limit outward SAW energy loss.

상기한 모든 메카니즘은 필터 손실을 초래할 수 있는데, 이 필터 손실은 900 MHz 범위 주파수용의 휴대폰 응용을 위한 소자 통과대역에서 전형적으로 1.0 dB 내지 2 dB에 이를 수 있으며, 2 GHz 주파수에 대해서 약 3 dB에까지도 이를 수 있다. 이동통신이 더 발전하기 위해서는, 이러한 손실이 현저히 감소되어야 한다. 필터에서 소실되는 에너지는 결국 열로 변환되고 작동중인 필터의 온도를 증가시킨다. 예 컨대, 듀플렉스, 전단 TX 필터(front-end TX filter) 등의 응용분야에서는, 인가 전력이 2 내지 3 W에 이를 수 있으며, 온도 증가가 40℃ 또는 그 이상까지 이른다. 증가된 온도는 필터 성능의 감소, 노화(aging) 촉진, 파워 핸들링 능력의 감소 등을 초래한다. All of the above mechanisms can lead to filter losses, which typically can range from 1.0 dB to 2 dB in the device passband for mobile phone applications for the 900 MHz range frequency, about 3 dB for the 2 GHz frequency. It can even reach. In order for mobile communications to evolve further, these losses must be significantly reduced. The energy lost in the filter is eventually converted to heat and increases the temperature of the working filter. For example, in applications such as duplex, front-end TX filters, the applied power can reach 2-3 W and the temperature increase can reach 40 ° C. or higher. The increased temperature results in reduced filter performance, aging promotion, reduced power handling capabilities, and the like.

SAW 소자에 통상적으로 사용되는 Al 전극은 소자의 2가지 다른 알려진 결점 - 제한된 파워 핸들링 및 노화 - 의 원인이 된다. 전극에 집중된 탄성 에너지(acoustic energy)의 높은 밀도는 알루미늄의 탄성 유도 마이그레이션(acoustically induced migration of Aluminum)을 초래한다. 전극은 그 형태가 변형되고, 결국 소자가 단락됨으로써 허용할 수 없는 성능 열화가 초래되고 소자 고장까지 발생할 수 있다.Al electrodes commonly used in SAW devices cause two other known drawbacks of the device-limited power handling and aging. The high density of acoustic energy concentrated in the electrode results in an acoustically induced migration of aluminum. The electrodes are deformed and eventually short-circuited, resulting in unacceptable performance degradation and even device failure.

알루미늄의 산화 및 수분 존재에서의 알루미늄 부식은 중요한 노화 메카니즘이며, 이러한 결과를 감소시키기 위해 밀봉 패키징이 요구된다. 또한 전극에 의한 매스 로딩(mass-loading)에 대한 SAW 특성의 의존성은 전극 치수의 기술적인 편차 때문에 낮은 수율을 초래하게 된다. The oxidation of aluminum and the corrosion of aluminum in the presence of moisture are important aging mechanisms and sealing packaging is required to reduce these results. The dependence of SAW properties on mass-loading by the electrodes also results in low yields due to technical variations in electrode dimensions.

국제출원 공개번호 WO 03/010888은 높은 탄성 임피던스를 갖는 경질의(hard) 유전체층을 사용하는 것을 개시하고 있다. 이 문헌에서 상기 유전체층은 압전 누설파 기판으로부터 IDT 전극을 분리한다. 그러나 상기 유전체층은 균일하게 형성되며 기판 표면 전체를 덮는다. 상기 공개된 국제출원에 설명된 바와 같이, 이러한 유전체층은 상기 기판에서의 "누설" 방사("leaky" radiation)을 감소시킬 수 있으나, 금속 전극에서의 탄성 에너지의 흡수를 감소시키지는 못한다. 또한 상기 유전체층은 전극의 반사도를 감소시킨다. International Application Publication No. WO 03/010888 discloses the use of hard dielectric layers with high elastic impedance. In this document the dielectric layer separates the IDT electrode from the piezoelectric leakage wave substrate. However, the dielectric layer is formed uniformly and covers the entire surface of the substrate. As described in the published international application, this dielectric layer can reduce "leaky" radiation in the substrate, but does not reduce the absorption of elastic energy at the metal electrode. The dielectric layer also reduces the reflectivity of the electrode.

다른 국제출원 공개번호 WO 03/075458에서는, 압전 기판으로부터 금속 전극을 분리시키는 유전체층을 포함하는, 전극 구조가 개시되어 있으나, 유전체층 재료의 선택은 이 특허문헌에서 해결하는 문제점에 의해 정해지는 바, 즉 IDT 핑거(IDT finger) 사이의 커패시턴스을 감소시키는 유전체 재료로 선택된다. 따라서 낮은 유전율(dielectric permittivity)을 갖는 유전체 재료를 사용하고 유전체층의 두께는 금속 전극에 비하여 얇다. 이러한 구성은 금속 전극에 흡수되는 에너지에 중요한 영향을 미치지 않으며, 커패시턴스의 감소에 따라 압전 커플링을 열화시키게 된다.In another International Application Publication No. WO 03/075458, an electrode structure is disclosed comprising a dielectric layer separating a metal electrode from a piezoelectric substrate, but the choice of dielectric layer material is determined by the problem addressed in this patent document, i.e. The dielectric material is selected to reduce the capacitance between the IDT fingers. Therefore, a dielectric material having a low dielectric permittivity is used and the thickness of the dielectric layer is thin compared to the metal electrode. This configuration does not have a significant effect on the energy absorbed by the metal electrode, and deteriorates the piezoelectric coupling with a decrease in capacitance.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 금속 전극에서의 높은 탄성 감쇠로 인한 감쇠 손실이 현저히 감소되고, 저항 손실이 감소되며, 파워 핸들링 능력이 증가되고, 노화 특성이 개선된 SAW 소자를 제공하는 데에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to significantly reduce attenuation loss due to high elastic damping in a metal electrode, to reduce resistance loss, to increase power handling capability, and to improve aging characteristics. It is to provide an element.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 표면 탄성파(SAW) 소자는, In order to achieve the above technical problem, the surface acoustic wave (SAW) device according to the present invention,

SAW 전파용의 연마된 표면을 갖고 압전 특성을 구비한 기판과; A substrate having a polished surface for SAW propagation and having piezoelectric properties;

상기 기판 상에 배열되어 각각 적어도 2개층으로 이루어진 복수의 복합 전극 구조를 포함하되,A plurality of composite electrode structures arranged on the substrate, each comprising at least two layers,

상기 각각의 복합 전극 구조는, Each composite electrode structure,

상기 기판 상에 배치된 금속 전극과; A metal electrode disposed on the substrate;

상기 기판과 금속 전극 사이에 배치되어 상기 금속 전극을 상기 기판으로부터 분리시키고, 상기 금속 전극에서의 탄성 손실보다 더 낮은 탄성 손실을 갖는 기부층을 포함하고, 상기 기부층의 두께(h)는 아래의 관계식을 만족한다.A base layer disposed between the substrate and the metal electrode to separate the metal electrode from the substrate, the base layer having a lower elastic loss than the elastic loss at the metal electrode, wherein the thickness h of the base layer is Satisfy the relation.

(h/λ)ㆍε<1(h / λ) · ε <1

상기 관계식에서 λ는 소자의 중심 주파수(center frequency)에서의 상기 압전 기판의 SAW 파장이고, ε는 기부층의 유전율에 대한 기판의 유전율의 비(ε=ε기판기부층)이다. 상기 복합 전극 구조에 따르면, 상기 금속 전극들 사이의 기판 영역은 상기 기부층에 의해 노출되어 있다.Is the SAW wavelength of the piezoelectric substrate at the center frequency of the device, and ε is the ratio of the dielectric constant of the substrate to the dielectric constant of the base layer (ε = ε substrate / ε base layer ). According to the composite electrode structure, the substrate region between the metal electrodes is exposed by the base layer.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 기부층은 상기 기판과 동일한 압전 재료로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 기부층은, 상기 금속 전극 사이의 영역에 그루브를 형성하도록 상기 기판 재료를 에칭함으로써 형성되는 리지(ridge)부일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the base layer may be made of the same piezoelectric material as the substrate. In particular, the base layer may be a ridge portion formed by etching the substrate material to form a groove in a region between the metal electrodes.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 기부층은 상기 기판의 탄성 임피던스보다 더 높은 탄성 임피던스를 갖는 기계적으로 경질인(mechanically hard) 재료로 이루어지고, 상기 기판의 유전율보다 더 높은 유전율을 가질 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the base layer may be made of a mechanically hard material having a higher elastic impedance than the elastic impedance of the substrate, and may have a dielectric constant higher than that of the substrate. .

본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기 기부층은 상기 기판의 탄성 임피던스보다 더 낮은 탄성 임피던스를 갖는 기계적으로 연질인(mechanically soft) 재료로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 기부층은, 고유전율을 갖는 작은 입자들의 파우더로 이루어질 수 있다. 또한 상기 기부층은, 기체 또는 진공일 수도 있다. 상기 기부층은 상기 기판의 탄성 임피던스보다 다 낮은 탄성 임피던스를 갖는 기계적으로 연질인 고체 재료로 이루어질 수도 있다. According to another embodiment of the present invention, the base layer may be made of a mechanically soft material having a lower elastic impedance than the elastic impedance of the substrate. In particular, the base layer may be made of a powder of small particles having a high dielectric constant. In addition, the base layer may be a gas or a vacuum. The base layer may be made of a mechanically soft solid material having an elastic impedance lower than that of the substrate.

상기 기부층이 파우더, 기체 또는 진공으로 이루어진 경우, 상기 금속 전극을 지지하는 데에 사용되는 유전체 플레이트를 부가적으로 설치할 수 있다. 상기 유전체 플레이트는, 상기 전극 및 기부층의 전체 두께와 동일한 거리만큼 상기 기판 표면으로부터 위로 이격 배치되고, 상기 금속 전극은 상기 유전체 플레이트에 기계적으로 부착된다. When the base layer is made of powder, gas or vacuum, a dielectric plate used to support the metal electrode may be additionally installed. The dielectric plate is spaced apart from the substrate surface up a distance equal to the total thickness of the electrode and base layer, and the metal electrode is mechanically attached to the dielectric plate.

상기 기판과 유전체 플레이트 간의 거리는 상기 복합 전극 구조들의 외측에 형성된 스페이서에 의해 제어될 수 있다. 특히, 상기 유전체 플레이트는 제어된 깊이의 캐비티를 가지며, 그 캐비티 주위에 상기 스페이서의 역할을 하는 돌출부가 형성될 수 있다.The distance between the substrate and the dielectric plate may be controlled by a spacer formed outside the composite electrode structures. In particular, the dielectric plate has a cavity of controlled depth, and protrusions can be formed around the cavity to serve as the spacer.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 기부층은, 상기 금속 전극에서의 탄성 흡수보다 더 낮은 탄성 흡수를 갖는 반도체 또는 다른 금속으로 이루어질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the base layer may be made of a semiconductor or other metal having a lower elastic absorption than the elastic absorption at the metal electrode.

상기 금속 전극은, 상기 소자의 중심 주파수에서 상기 기판 상의 상기 소자에서 여기되는 SAW의 파장의 0.01 내지 0.25배 범위의 두께를 가질 수 있다. The metal electrode may have a thickness in the range of 0.01 to 0.25 times the wavelength of the SAW excited in the device on the substrate at the center frequency of the device.

상기 기판 상에는 SAW 전파를 제어하기 위한 알려진 여러가지 수단들, 예컨대 반사기, 트랜스듀서, 스크린, 흡수기(absorber) 등이 설치될 수 있다. Various known means for controlling SAW propagation may be installed on the substrate, such as reflectors, transducers, screens, absorbers, and the like.

종래의 SAW 소자의 손실 메카니즘에 대한 자세한 분석은 금속 전극에서의 에너지 흡수가 전극 단면을 가로질러 균일하지 않고, 기계적 응력이 더 강한 곳, 즉 기판 표면에 부착되는 전극의 바닥부에 집중되어 있다는 것을 보여준다. 도 2는 전극 단면에서의 이러한 응력 분포를 나타낸다. Al에서의 전단파(shear wave) 파장으로 환산할 때 SAW 파장(λ)의 8 내지 10%인 전극 두께는 Al에서의 파장의 4분의 1(λAl/4)에 근접하여, 응력 분포는 전극 두께를 가로질러 본질적으로 비균일하다. 누설 SAW(leaky SAW)에 대해서는, 전단 분극(shear ploarization)이 우세하여, 전극 내에서의 응력은 대략 코사인 법칙(cosine law)을 따르면서, 고정되지 않은 전 극 상면에서 0으로 가고 전극과 기판간의 계면 근방에서 최대가 된다. 금속에서의 응력 감소는 탄성 에너지의 흡수를 감소시키고, 결국 SAW의 감쇠를 저감시켜 결과적으로 SAW 소자의 손실을 감소시킨다.A detailed analysis of the loss mechanism of a conventional SAW device shows that the energy absorption at the metal electrode is not uniform across the electrode cross-section and is concentrated at a higher mechanical stress, ie at the bottom of the electrode attached to the substrate surface. Shows. 2 shows this stress distribution in the electrode cross section. In terms of shear wave wavelength at Al, an electrode thickness of 8 to 10% of the SAW wavelength λ is close to one quarter of the wavelength at AlAl / 4), so that the stress distribution is It is essentially nonuniform across the thickness. For leaky SAWs, shear ploarization prevails, and the stresses in the electrodes go to zero on the unfixed electrode top, roughly following the cosine law, and the interface between the electrodes and the substrate. Maximum in the vicinity. Reducing stress in the metal reduces the absorption of elastic energy, which in turn reduces the attenuation of the SAW and consequently the loss of the SAW device.

본 발명의 상술한 목적은 IDT와 반사기(reflector)에 있어서 SAW가 표면 상에서 여기(excited)되고 전파되는 기판으로부터 금속 전극의 부분적 탄성 분리(partial acoustic isolation)에 의해 달성된다. 부분적 탄성 분리는, 감소된 탄성 흡수를 갖는 기부층(bottom layer)에 의해 상부의 금속 전극을 기판으로부터 분리시킴으로써 실현된다. 특정 두께(h)를 갖는 상기 기부층은, The above object of the invention is achieved by partial acoustic isolation of the metal electrode from the substrate in which the SAW in the IDT and reflector is excited and propagated on the surface. Partial elastic separation is realized by separating the upper metal electrode from the substrate by a bottom layer with reduced elastic absorption. The base layer having a specific thickness h,

1. 기판과 동일한 결정 재료로 만들어지거나,1. made of the same crystalline material as the substrate, or

2. 연질의 고체(soft solid), 작은 고체 입자의 파우더, 기체 또는 진공 등의 낮은 탄성 임피던스를 갖는 유전체 재료로 만들어지거나,2. made of a dielectric material with low elastic impedance, such as soft solid, small solid powder, gas or vacuum;

3. 경질의 고체 재료로 된, 높은 탄성 임피던스를 갖는 유전체로 만들어지거나,3. made of a dielectric with high elastic impedance, of a hard solid material, or

4. 상부의 금속층(금속 전극)에서의 탄성 흡수보다 상당히 낮은 탄성 흡수를 갖는 반도체 또는 다른 금속으로 만들어질 수 있다.4. It can be made of a semiconductor or other metal with a significantly lower elastic absorption than the elastic absorption in the upper metal layer (metal electrode).

실질적으로, 이것은 적어도 2가지 재료를 포함하는 복합 전극 구조를 요구하는 바, 높은 전도도를 갖는 상부의 금속층(금속 전극)과, 상기 금속층을 기판으로부터 분리하고 낮은 탄성 흡수를 갖는 상기 기부층이 상기 2가지 재료에 해당한다.Substantially, this requires a composite electrode structure comprising at least two materials, the upper metal layer (metal electrode) having high conductivity and the base layer separating the metal layer from the substrate and having low elastic absorption, wherein the 2 Corresponds to the branch material.

전기-기계적 커플링(electro-mechanical coupling)의 감소를 피하기 위해, 금속 전극상의 전하에 의해 발생된 전기장을 기판 내부에 집중시킬 필요가 있다. 이러한 이유때문에, 전극과 압전 기판을 분리하는 기부층의 두께(h)는 아래의 관계식을 만족한다.To avoid a reduction in electro-mechanical coupling, it is necessary to concentrate the electric field generated by the charge on the metal electrode inside the substrate. For this reason, the thickness h of the base layer separating the electrode and the piezoelectric substrate satisfies the following expression.

(h/λ)ㆍε<1(h / λ) · ε <1

상기 관계식에서 λ는 소자의 중심 주파수(center frequency)에서의 상기 압전 기판의 SAW 파장이고, ε는 기부층의 유전율(dielectric permittivity)에 대한 기판의 유전율의 비(ε=ε기판기부층)이고, 기판 표면과 기부층 표면은 서로 평행하다. Is the SAW wavelength of the piezoelectric substrate at the center frequency of the device, and ε is the ratio of the dielectric constant of the substrate to the dielectric permittivity of the base layer (ε = ε substrate / ε base layer ). The substrate surface and the base layer surface are parallel to each other.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.

도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 SAW 소자의 개략적인 단면도이다. 도 3을 참조하면, SAW 소자(100)는 압전 기판(101)과, 그 위에 배치된 복수의 금속 전 극(102)을 포함한다. 압전 기판(101)은 SAW 전파용의 연마된 상면을 가지며, 상기 금속 전극은 IDT, 공진기, 반사기 등 SAW 전파를 제어하는 여러가지 알려진 수단들을 제공해준다. 금속 전극(102)과 압전 기판(101) 사이에는 기부층(103)이 배치되어 있다. 기부층(103)은 금속 전극(102)을 상기 기판으로부터 분리시키고 금속 전극에서의 탄성 흡수 또는 탄성 손실보다 더 낮은 탄성 손실을 갖는다. 이러한 기부층(103)에 의해 금속 전극(102)은 압전 기판(102)으로부터 부분적으로 탄성 분리된다. 이러한 금속 전극(102)과 그 아래 배치된 기부층(103)은, 감소된 탄성 에너지 손실을 제공하는 복합 전극 구조를 이룬다. 3 is a schematic cross-sectional view of a SAW device according to an embodiment of the invention. Referring to FIG. 3, the SAW element 100 includes a piezoelectric substrate 101 and a plurality of metal electrodes 102 disposed thereon. The piezoelectric substrate 101 has a polished top surface for SAW propagation, and the metal electrode provides various known means for controlling SAW propagation, such as IDTs, resonators, and reflectors. The base layer 103 is disposed between the metal electrode 102 and the piezoelectric substrate 101. Base layer 103 separates metal electrode 102 from the substrate and has a lower elastic loss than the elastic absorption or elastic loss at the metal electrode. By the base layer 103, the metal electrode 102 is partially elastically separated from the piezoelectric substrate 102. This metal electrode 102 and underlying base layer 103 form a composite electrode structure that provides reduced elastic energy loss.

전극에 의해 발생된 전기장을 압전 기판 내부로 집중하도록 하기 위해, 상기 기부층(103)의 두께(h)는 특히 아래의 관계식을 만족한다.In order to concentrate the electric field generated by the electrode into the piezoelectric substrate, the thickness h of the base layer 103 particularly satisfies the following expression.

(h/λ)ㆍε<1(h / λ) · ε <1

상기 관계식에서 λ는 소자의 중심 주파수(center frequency)에서의 상기 압전 기판의 SAW 파장이고, ε는 기부층의 유전율에 대한 기판의 유전율의 비(ε=ε기판기부층)이다. 상기 복합 전극 구조에 따르면, 상기 금속 전극들 사이의 기판 영역은 상기 기부층에 의해 노출되어 있다.Is the SAW wavelength of the piezoelectric substrate at the center frequency of the device, and ε is the ratio of the dielectric constant of the substrate to the dielectric constant of the base layer (ε = ε substrate / ε base layer ). According to the composite electrode structure, the substrate region between the metal electrodes is exposed by the base layer.

감소된 탄성 흡수를 제공하기 위해, 상기 기부층(103)은 압전 기판(101)의 탄성 임피던스보다 상당히 더 큰 임피던스를 갖는 경질의(hard) 유전체 재료로 형 성될 수 있다. 경질 재료(hard material) 내에서는 변형이 감소되기 때문에, 높은 탄성 임피던스를 갖는 유전체 기부층 또한 금속 전극을 기판으로부터 부분적으로 분리한다. 그러나, LiNb 또는 LiTa 기판 상의 압전 커플링의 상당한 손실을 제공하지 않도록 하기 위해, 상기 유전체 기부층 재료는 50보다 큰 고유전율(ε 유전체 ≫50 )을 갖는 것이 바람직하다. TiO2 또는 Nb2O5과 같은 산화물을 이러한 유전체 재료로 선택할 수 있다. 경질의 기부층을 사용하는 것은 LiNb 및 LiTa 기판에 대한 "누설" 손실을 최소화한다는 측면에서 유리할 수 있다.To provide reduced elastic absorption, the base layer 103 may be formed of a hard dielectric material having an impedance that is significantly greater than the elastic impedance of the piezoelectric substrate 101. Since deformation is reduced in hard material, the dielectric base layer with high elastic impedance also partially separates the metal electrode from the substrate. However, in order not to provide a significant loss of piezoelectric coupling on a LiNb or LiTa substrate, it is preferred that the dielectric base layer material has a high dielectric constant ( ε dielectric ≫50) greater than 50. Oxides such as TiO 2 or Nb 2 O 5 can be selected as such dielectric material. Using a hard base layer can be advantageous in terms of minimizing "leakage" losses for LiNb and LiTa substrates.

또한 상기 기부층(103) 재료로서, Si 등의 반도체 또는 Mo 등의 다른 금속(금속 전극 재료와 다른 금속)이 사용될 수도 있다. 이 경우, 압전 기판 내부에 전기장이 집중되어야 한다는 조건이 자동적으로 만족된다. 이러한 반도체 또는 다른 금속의 기부층(103)이 상부의 금속 전극(102)보다 더 낮은 탄성 흡수 또는 탄성 손실을 갖는다면, 손실의 감소가 제공된다. 이 경우, 기부층(103)의 전도도는 좋지 않을 수 있으며, 복합 전극 구조의 낮은 저항은 상부의 금속 전극(102)에 의해 제공된다.As the base layer 103 material, a semiconductor such as Si or another metal such as Mo (a metal different from the metal electrode material) may be used. In this case, the condition that the electric field should be concentrated inside the piezoelectric substrate is automatically satisfied. If such base layer 103 of semiconductor or other metal has a lower elastic absorption or elastic loss than the upper metal electrode 102, a reduction in loss is provided. In this case, the conductivity of the base layer 103 may not be good, and the low resistance of the composite electrode structure is provided by the upper metal electrode 102.

또한 다른 방안으로서, 상기 기부층(103)은 상기 압전 기판의 탄성 임피던스보다 상당히 낮은 탄성 임피던스를 갖는 연질(soft)의 고체 유전체로 이루어질 수도 있다. 기부층(103)이 낮은 탄성 임피던스를 갖는다면, 이 기부층은 기판(101)으 로부터 금속 전극(102)의 탄성 분리를 제공할 수 있다.Alternatively, the base layer 103 may be made of a soft solid dielectric having an elastic impedance considerably lower than that of the piezoelectric substrate. If base layer 103 has a low elastic impedance, this base layer can provide elastic separation of metal electrode 102 from substrate 101.

도 3의 실시형태에 따른 SAW 소자(100)를 제조하기 위해, 먼저 압전 기판(101) 상에 유전체층(또는 반도체층이나 다른 금속층)을 증착한다. 그 후, 이 유전체층(또는 반도체층이나 다른 금속층) 상에 금속 전극들 또는 전극 패턴(102)을 형성하고, 이 금속 전극들(102) 사이에서 유전체층(또는 반도체층이나 다른 금속층)을 에칭한다. 이에 따라, 금속 전극들(102) 아래에만 유전체(또는 반도체나 다른 금속)으로 된 기부층(103)이 형성되고, 금속 전극들(102) 사이의 영역에서는 압전 기판(101)이 노출된다. In order to manufacture the SAW device 100 according to the embodiment of FIG. 3, a dielectric layer (or a semiconductor layer or another metal layer) is first deposited on the piezoelectric substrate 101. Thereafter, metal electrodes or electrode patterns 102 are formed on the dielectric layer (or semiconductor layer or other metal layer), and the dielectric layer (or semiconductor layer or other metal layer) is etched between the metal electrodes 102. Accordingly, the base layer 103 made of a dielectric (or semiconductor or other metal) is formed only under the metal electrodes 102, and the piezoelectric substrate 101 is exposed in the region between the metal electrodes 102.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 SAW 소자(200)의 단면도이다. 본 실시형태에서, 기부층은 압전 기판과 동일한 재료로 되어 있으며, 특히 압전 기판 재료의 그루브 에칭에 의해 형성된 것이다. 4 is a cross-sectional view of a SAW device 200 according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the base layer is made of the same material as the piezoelectric substrate, and is formed in particular by groove etching of the piezoelectric substrate material.

본 실시형태에 따르면, 복합 전극 구조의 유전체 부분(즉, 기부층: 113)이 기판(101)과 동일한 압전 재료로 되어 있다. 전기장이 자동적으로 압전 재료에 집중되고 커플링의 감소는 없다. 기부층(113)과 압전 기판(101)의 유전율은 동일하여 ε=1이 되고, 상기 관계식, 즉 (h/λ)ㆍε<1은 기부층(113) 두께가 SAW 파장에 비하여 작을 것을 요한다. According to the present embodiment, the dielectric portion (ie, base layer 113) of the composite electrode structure is made of the same piezoelectric material as the substrate 101. The electric field is automatically concentrated on the piezoelectric material and there is no reduction in coupling. The dielectric constants of the base layer 113 and the piezoelectric substrate 101 are the same, so that ε = 1, and the above equation, i.e., (h / λ) · ε <1 requires that the thickness of the base layer 113 is smaller than the SAW wavelength. .

더욱이, 압전 기판(101)의 리지부(즉, 기부층(113))와 리지부 상면에 형성된 금속 전극(112)을 갖는 소자 구조는 전기-기계적 커플링의 증가를 가져온다. 또한 본 실시형태는 복합 전극 구조의 높은 반사도를 제공한다는 점에서 유리하다.Moreover, the device structure having the ridge portion (ie, the base layer 113) of the piezoelectric substrate 101 and the metal electrode 112 formed on the ridge portion upper surface leads to an increase in the electro-mechanical coupling. This embodiment is also advantageous in that it provides high reflectivity of the composite electrode structure.

상기 소자(200) 구조에서, 기부층(113)의 두께가 금속 전극(112)의 두께에 상당하면, 기계적 응력의 본질적 부분이 상기 기부층(113)에 집중된다. 반면, 금속 전극(112)은 전체 블록(정수개의 금속 전극)으로서 다소 움직이며, 내부 변형(internal deformation)은 현저하게 감소된다. 이에 따라 탄성 에너지 손실이 현저하게 감소하게 된다. In the device 200 structure, if the thickness of the base layer 113 corresponds to the thickness of the metal electrode 112, an essential part of the mechanical stress is concentrated in the base layer 113. On the other hand, the metal electrode 112 moves somewhat as an entire block (an integer number of metal electrodes), and the internal deformation is significantly reduced. As a result, the elastic energy loss is significantly reduced.

일부 기판(예컨대, 41-LiNb 기판)에서의 누설파에 대해서, 종래의 SAW 소자에서는 Al 전극 두께의 증가는 누설파의 누설 특성으로 인해 더 강한 감쇠를 초래한다. 두껍고 "느린" Al층의 존재는 저속 전단 체적파(Slow Shear bulk wave)의 방사가 증가하는 방식으로 경계 조건(boundary condition)을 방해한다. 본 실시형태에서는 이러한 효과가 나타나지 않는데, 이는 압전 기판 재료와 동일한 압전체(예컨대, LiNb)로 된 기부층(113)이 매스 로딩 효과를 갖지 않기 때문이다.For leaky waves on some substrates (eg, 41-LiNb substrates), the increase in Al electrode thickness in conventional SAW devices results in stronger attenuation due to the leakage characteristics of the leaky waves. The presence of a thick and "slow" Al layer obstructs the boundary conditions in such a way that the radiation of the slow shear bulk wave increases. This effect does not appear in the present embodiment, because the base layer 113 made of the same piezoelectric material (eg, LiNb) as the piezoelectric substrate material does not have a mass loading effect.

바람직하게는, 상기 압전 기판(101)은, 높은 압전 커플링을 갖는 36-LiTaO3, 64-LiNbO3, 41-LiNbO3 (또는 누설 종파 기반의 SAW 소자에 대해서 YZ-LiNb) 등의, 압전 특성을 갖는 기판 재료로 형성된다. 금속 전극(112)은 Al, Au, Mo, Cu 또는 다른 적절한 높은 전도도의 금속으로 이루어지고, 버스바(bus bar) 등에 연결될 수 있다. Preferably, the piezoelectric substrate 101 is a piezoelectric material, such as 36-LiTaO 3 , 64-LiNbO 3 , 41-LiNbO 3 (or YZ-LiNb for leakage longitudinal wave-based SAW devices) having a high piezoelectric coupling. It is formed of a substrate material having properties. The metal electrode 112 is made of Al, Au, Mo, Cu or other suitable high conductivity metal and may be connected to a bus bar or the like.

금속 전극(112)의 극성, 파장(λ)당 전극수, 금속화 계수(metallization coefficient), 두께 등등은 특정 소자에 사용되는 SAW의 형태, 원하는 압전 커플링 값, 커패시턴스, 전극 반사도 및 그 밖에 다른 설계 파라미터에 의해 결정된다. 전극(112)은 유전체 기부층(113)에 의해 압전 기판으로부터 분리된다. 본 실시형태에서, 압전 기부층(113)은 기판(101)과 같은 방향성을 갖는 동일한 압전 재료로 이루어지며, 금속 전극들(112) 사이에서 일정 깊이의 그루브(A)로 에칭함으로 형성될 수 있다.The polarity of the metal electrode 112, the number of electrodes per wavelength [lambda], the metallization coefficient, the thickness, etc., can be used to determine the type of SAW used for a particular device, desired piezoelectric coupling value, capacitance, electrode reflectivity and other designs. Determined by the parameter. The electrode 112 is separated from the piezoelectric substrate by the dielectric base layer 113. In this embodiment, the piezoelectric base layer 113 is made of the same piezoelectric material having the same directionality as the substrate 101, and may be formed by etching with a groove A of a predetermined depth between the metal electrodes 112. .

FEM/BEM 시뮬레이션 소프트웨어에 의한 시뮬레이션은, 누설 종파에 대해서, 이러한 소자(200) 형태가 복합 전극 구조의 매우 높은 반사도를 유지하면서, 전기기계적 커플링을 증가시킬 수 있다는 사실을 보여준다.Simulation with FEM / BEM simulation software shows that, for leakage longitudinals, this device 200 configuration can increase electromechanical coupling while maintaining very high reflectivity of the composite electrode structure.

전극의 전체 높이는 사용된 SAW의 특성에 따라 최적화되어야 한다. 64LN 또는 41LN 상의 누설 SAW에 대해서, Al 전극 두께의 증가는 체적 누설 성분의 방사로 인한 허용할 수 없는 SAW 감쇠의 증가를 초래한다. 이러한 전극의 반사도는 광대역(wide-band) 공진기 필터(CRF/DMS 등)에 충분하지 않기 때문에, 이는 소자 설계 에 강한 제한을 가한다. 제한된 Al 두께(<3% 내지 4%)와 압전 기판과 같은 재료로 된 바닥 리지부(ridges)가 이러한 문제를 해결해주어, 체적 성분의 방사를 낮은 수준으로 유지시키면서 복합 전극 구조의 반사도는 강하게 증가될 수 있다.The overall height of the electrode should be optimized according to the characteristics of the SAW used. For leakage SAWs on 64LN or 41LN, an increase in Al electrode thickness results in an unacceptable increase in SAW attenuation due to radiation of the volume leakage component. Since the reflectivity of these electrodes is not sufficient for wide-band resonator filters (CRF / DMS, etc.), this places a strong limitation on device design. Limited Al thicknesses (<3% to 4%) and bottom ridges made of materials such as piezoelectric substrates solve this problem, resulting in a strong increase in reflectivity of the composite electrode structure while keeping volume component radiation at a low level. Can be.

누설 종파에 대해, 상부의 Al층(금속 전극)과 압전 기판과 같은 YZ-LiNb로 된 기부층을 갖는 복합 전극 구조의 전체 두께는, h전체/λ로 약 6% 내지 7%에서 최적치를 갖는다는 사실을 상기 시뮬레이션이 보여준다.For the leakage longitudinal, the overall thickness of the composite electrode structure having a top Al layer (metal electrode) and a base layer of YZ-LiNb such as a piezoelectric substrate has an optimal value at about 6% to 7% in h total / λ. The simulation shows the fact.

본 실시형태에서, 금속 전극(112)은 압전 기판(113) 상에 견고하게 탑재되며 금속 전극(112)의 기계적 지지를 위한 상부 덮개 등은 필요하지 않다.In this embodiment, the metal electrode 112 is firmly mounted on the piezoelectric substrate 113, and no top cover or the like for mechanical support of the metal electrode 112 is necessary.

실질적으로, 상술한 복합 전극 구조(금속 전극(112) 및 압전체 기부층(113))는, 보통의 리소그래피 공정을 이용하여 금속 전극들 사이에 그루브(groove: A)를 형성하도록 에칭함으로써 용이하게 제조될 수 있다. 그루브(A) 사이에 형성된 (그리고 기판과 동일한 결정 재료로 된) 받침부(pedestal) 또는 리지부(ridge)는 기부층(113)을 이룬다. 이 리지부(즉 기부층(113))와 그 상면에 형성된 금속 전극(112)은 복합 핑거(복합 전극 구조)를 형성하게 된다.Substantially, the above-described composite electrode structure (metal electrode 112 and piezoelectric base layer 113) is easily manufactured by etching to form grooves A between the metal electrodes using a conventional lithography process. Can be. A pedestal or ridge formed between the grooves A (and of the same crystalline material as the substrate) forms the base layer 113. The ridge portion (that is, the base layer 113) and the metal electrode 112 formed on the upper surface form a composite finger (composite electrode structure).

도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 SAW 소자(300)의 단면도이다. 본 실시형태에서는, 기부층(123)은 압전 기판(101)보다 상당히 낮은 임피던스를 가지며, 특히 기체, 진공 또는 파우더로 이루어져 있다. 5 is a cross-sectional view of a SAW device 300 in accordance with another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the base layer 123 has a significantly lower impedance than the piezoelectric substrate 101, and is made especially of gas, vacuum or powder.

기부층(123)이 기체 또는 진공층(gas or vacuum layer)으로 된 극단적인 경우 상기 탄성 분리는 거의 완벽하게 이루어진다. 이 경우 어떠한 기계적 움직임도 압전 기판(101)으로부터 금속 전극(122)으로 전달되지 않는다. 또한 기부층(123) 자체에서의 손실은 극소량에 불과하다. 탄성 임피던스의 차이때문에, SAW 탄성 에너지의 아주 작은 부분만이 상기한 기체 또는 진공층(즉, 기부층(123))을 통과한다. 이것은 SAW 에너지 흡수를 감소시킨다는 목적에 이상적이다. 이러한 기체/진공층을 구현하기 위해서는 2가지 주요한 사항을 만족시켜야 한다. 즉 금속 전극(122)을 기계적으로 지지하여야 하고, 금속 전극(122)과 압전 기판(101) 사이에 매우 얇은 갭(gap)을 제공하여야 한다. 기체 또는 진공으로 된 기부층(123)은 금속 전극(122)을 기계적으로 지지할 수 없으며, 금속 전극(122)은 어떤 지점에서 동일한 압전 기판에 부착되거나 추가적인 유전체 플레이트에 의해 다른 상측으로부터 지지되어야 한다(도 5 참조).In the extreme case where the base layer 123 is a gas or vacuum layer, the elastic separation is almost complete. In this case no mechanical movement is transmitted from the piezoelectric substrate 101 to the metal electrode 122. In addition, the loss in the base layer 123 itself is only a very small amount. Because of the difference in elastic impedance, only a small fraction of the SAW elastic energy passes through the gas or vacuum layer (ie, base layer 123) described above. This is ideal for the purpose of reducing SAW energy absorption. In order to realize such a gas / vacuum layer, two main things must be satisfied. That is, the metal electrode 122 must be mechanically supported, and a very thin gap must be provided between the metal electrode 122 and the piezoelectric substrate 101. The base layer 123 of gas or vacuum cannot mechanically support the metal electrode 122, and the metal electrode 122 must be attached to the same piezoelectric substrate at some point or supported from the other side by an additional dielectric plate. (See Figure 5).

이러한 기체/진공으로 된 기부층(113)을 구현하는 방법은, 금속 전극을 지지하는 역할을 하는 유전체 플레이트(덮개(lid)) (104) 상에 금속 전극(122)을 형성하는 것이다. 이 유전체 플레이트(104)는 복합 전극 구조의 상기 금속 전극(122) 및 기체/진공 기부층(123)의 전체 두께와 동일한 거리(D)로 간격을 두고 압전 기 판(101) 표면에 근접하게 배치된다. 압전 기판(101)과 상기 플레이트(또는 덮개) (104) 간의 거리는, 스페이서(105)에 의해 제어될 수 있다. 이 스페이서(105)는 복합 전극 구조들(122, 123) 외측에 배치되어 유전체 플레이트(104)를 기판(101) 표면으로부터 일정 거리(D)만큼 이격시킨다.A method of implementing such a gas / vacuum base layer 113 is to form a metal electrode 122 on a dielectric plate (lid) 104 that serves to support the metal electrode. The dielectric plate 104 is disposed close to the surface of the piezoelectric substrate 101 at a distance D equal to the total thickness of the metal electrode 122 and the gas / vacuum base layer 123 of the composite electrode structure. do. The distance between the piezoelectric substrate 101 and the plate (or cover) 104 may be controlled by the spacer 105. The spacer 105 is disposed outside the composite electrode structures 122 and 123 to separate the dielectric plate 104 from the surface of the substrate 101 by a distance D.

상기 유전체 플레이트(104)는 유리, 석영유리(fused quartz) 등의 비압전 재료로 만들어지거나 석영 등의 약한 압전 재료로 만들어질 수 있다. 유전체 플레이트(104)에 의해 지지되는 전극 시스템은 SAW 소자에 통상적으로 사용되는 인터디지탈 트랜스듀서, 반사기, 버스바 및 그 밖에 다른 전극 요소를 형성할 수 있다.The dielectric plate 104 may be made of a non-piezoelectric material such as glass, fused quartz, or a weak piezoelectric material such as quartz. The electrode system supported by the dielectric plate 104 may form interdigital transducers, reflectors, busbars, and other electrode elements commonly used in SAW devices.

스페이서(105)용으로 다양한 재료가 사용될 수 있다. 스페이서(105)는 컨택 바와 같은 금속으로 만들어질 수 있고 컨택 패드와 부분적으로 일치할 수도 있다. 다른 방안으로서, 상기 2개의 판(압전 기판(101)과 유전체 플레이트(104))을 접합하기 위해 사용되는 재료로 만들어질 수도 있다. 또한 스페이서(105)는 AlN 등의 유전체막으로 형성될 수도 있다. 탄성 채널(acoustic channel)로부터 양측에 배치됨으로써, 스페이서(105)는 상기 2개의 판(101, 104) 사이의 거리를 정의할 뿐만 아니라 탄성 채널 내측의 SAW의 도파(waveguiding)을 개선하는 역할을 한다. LiTa 또는 LiNb 압전 기판 상의 AlN 스페이서막은 이러한 역할로 매우 적합하다. Various materials can be used for the spacer 105. Spacer 105 may be made of a metal such as a contact bar and may partially coincide with the contact pad. Alternatively, it may be made of a material used to join the two plates (piezoelectric substrate 101 and dielectric plate 104). The spacer 105 may also be formed of a dielectric film such as AlN. By being placed on both sides from the elastic channel, the spacer 105 not only defines the distance between the two plates 101 and 104, but also serves to improve the waveguiding of the SAW inside the elastic channel. . AlN spacer films on LiTa or LiNb piezoelectric substrates are well suited for this role.

상기 압전 기판(101)과 플레이트(104) 사이의 캐비티는 진공으로 되거나 공 기로 채워질 수 있다. 이와 달리, 질소 또는 비활성 기체가 채워질 수도 있다. 상기 압전 기판(101)과 플레이트(104)가 서로 접촉하는 것을 방지하기 위해, 상기 캐비티 내의 기체 압력을 증가시킬 수 있다. The cavity between the piezoelectric substrate 101 and the plate 104 may be vacuumed or filled with air. Alternatively, nitrogen or an inert gas may be filled. In order to prevent the piezoelectric substrate 101 and the plate 104 from contacting each other, the gas pressure in the cavity may be increased.

도 5에서는 스페이서(105)가 플레이트(104)와는 구별되는 별개의 구성요소로서 프레이트(104)에 결합되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 스페이서(105)는 플레이트(104)와 동일한 재료로 형성될 수도 있다. In FIG. 5, the spacer 105 is coupled to the plate 104 as a separate component distinct from the plate 104, but the present invention is not limited thereto. In addition, the spacer 105 may be formed of the same material as the plate 104.

도 6은 도 5의 SAW 소자의 변형례를 나타내는 단면도이다. 도 6의 SAW 소자(300')을 참조하면, 유전체 플레이트(104')는 에칭 등에 의해 형성된 제어된 깊이(D)의 캐비티(cavity)(106)를 가지며, 이 캐비티(106) 주위에서는 스페이서 역할을 하는 돌출부(105')가 형성되어 있다. 금속 전극(122)은 상기 캐비티(106)에 배치되어 있다. 6 is a cross-sectional view illustrating a modification of the SAW device of FIG. 5. Referring to the SAW element 300 'of FIG. 6, the dielectric plate 104' has a cavity 106 of controlled depth D formed by etching or the like, and acts as a spacer around the cavity 106. Protruding portion 105 'is formed. The metal electrode 122 is disposed in the cavity 106.

유전체 플레이트(104')에 캐비티(106)를 형성하고 전극을 캐비티 바닥에 배치한 후, 압전 기판(101)을 캐비티(106) 주위의 돌출부(105')에 부착한다. 따라서, 본 실시형태에 따르면, 별도의 스페이서를 만들 필요 없이, 압전 기판(101)이 유전체 플레이트(104)에 직접 부착된다. 이 경우, 상기 돌출부(105')가 일종의 스페이서가 된다.After forming the cavity 106 in the dielectric plate 104 'and placing the electrode at the bottom of the cavity, the piezoelectric substrate 101 is attached to the protrusion 105' around the cavity 106. Therefore, according to this embodiment, the piezoelectric substrate 101 is directly attached to the dielectric plate 104 without having to make a separate spacer. In this case, the protrusion 105 'becomes a kind of spacer.

다른 방안으로서, 고유전율을 갖는 나노 입자 파우더(nano-particle powder)같은 재료가 사용될 수 있다. 나노 사이즈의 입자들은 전극 아래에(높은 전기장이 있는 지점에서) 자동적으로 집중되고 압전체 내부에서 전기장의 집중이 매우 증가된다. Alternatively, a material such as nano-particle powder having a high dielectric constant may be used. Nano-sized particles are automatically concentrated below the electrode (at the point of high electric field) and the concentration of the electric field within the piezoelectric body is greatly increased.

실제, IDT 전극의 주요 역할은 압전 기판에 전기장을 발생시키는 것이다. 이 목적을 위해 트랜스듀서 전극이 압전 표면 상으로 직접 배치되는가 아니면 얇은 유전체 기부층에 의해 압전 표면으로부터 분리되어 있는가는, 압전 표면까지의 거리가 충분히 작은 한, 중요하지 않다. 보다 상세하게는, 금속 전극에 의해 발생된 전기장은 주로 상기 압전체 내부로 집중되어야 하는데, 이는 수학적으로 관계식: (h/λ)ㆍε≪1 으로 귀착된다. 유전체 기부층(123)이 기체나 진공갭의 형태로 되어 있는 경우, 상기 갭이 충분히 좁고 상기 조건이 만족되는 한, 갭의 정확한 제어는 요구되지 않는다. 유전체 플레이트(104, 104') 자체는 유리 등의 비압전체 기판으로 만들어질 수 있다. 그러나 LiNb 또는 LiTa 압전 기판을 사용하는 경우에는, 그 유전율(ε 기판 )이 약 50 정도로서 기체 또는 진공으로 채워진 매우 얇은 갭(갭의 유전율ε 은 약 1 정도임)이 요구된다.In fact, the main role of the IDT electrode is to generate an electric field in the piezoelectric substrate. Whether the transducer electrode is disposed directly on the piezoelectric surface or separated from the piezoelectric surface by a thin dielectric base layer for this purpose is not critical as long as the distance to the piezoelectric surface is small enough. More specifically, the electric field generated by the metal electrode should be mainly concentrated inside the piezoelectric body, which mathematically results in the relation: (h / λ). When the dielectric base layer 123 is in the form of a gas or vacuum gap, precise control of the gap is not required as long as the gap is sufficiently narrow and the condition is satisfied. The dielectric plates 104, 104 'itself may be made of a non-piezoelectric substrate such as glass. However, in the case of using a LiNb or LiTa piezoelectric substrate, a very thin gap filled with gas or vacuum with a dielectric constant ( ε substrate ) of about 50 is required (the dielectric constant ε gap of the gap is about 1).

기체/진공의 기부층(123)을 갖는 SAW 소자(300, 300')를 제조하기 위해서, 금속 전극(122)을 지지하는 수단이 제공되어야 한다. 분명히, 이러한 기체/진공 기 부층(123)을 구비한 소자 제조에 있어서 가장 중요한 단계는 압전 기판(101)의 동작 표면과 전극(122) 사이의 갭 - 이 갭은 전술한 바와 같이 최소가 되어야 함 - 의 한정이다. 예컨대 약 4㎛ 파장을 갖는 1 GHz 소자에 대해, 커플링의 감소를 피하기 위해서는 갭은 0.1 ㎛(1000 Å)보다 작아야 한다. 이러한 갭은, 탄성 채널(acoustic channel) 외측에 위치하는 적절한 두께를 갖는 지지층(즉, 스페이서층(105))을 형성함으로써 한정될 수 있다. 예컨대, 전극 두께에 따라 컨택 패드(contact pad)의 두께를 증가시킴으로써 스페이서의 역할을 하도록 상기 컨택 패드를 사용할 수 있다. In order to fabricate the SAW elements 300, 300 ′ with the base layer 123 of gas / vacuum, means for supporting the metal electrode 122 must be provided. Clearly, the most important step in fabricating a device with such a gas / vacuum base layer 123 is the gap between the operating surface of the piezoelectric substrate 101 and the electrode 122-this gap should be minimized as described above. -Is a limitation. For example, for a 1 GHz device with a wavelength of about 4 μm, the gap should be smaller than 0.1 μm (1000 μs) to avoid a reduction in coupling. This gap can be defined by forming a support layer (ie, spacer layer 105) having an appropriate thickness located outside the elastic channel. For example, the contact pad may be used to act as a spacer by increasing the thickness of the contact pad according to the electrode thickness.

SAW 내에서의 탄성 변위의 진폭은 약 1 Å이며, 소자에 관련된 다른 모든 거리보다 비교할 수 없을 정도로 여전히 작다. "광학" 품질("optical" quality)로 연마된 표면이라도 여전히 약 0.1 ㎛ 정도의 거칠기를 갖는다. 반면에, 2개 표면 간의 기계적 접촉이 반드시 중요한 "탄성 접촉(acoustic contact)"을 형성하는 것은 아니다. 즉, 2개의 표면이 어떤 지점에서 접촉하고 있더라도, 이러한 기계적 접촉이 한 표면에서 다른 표면으로의 탄성 에너지의 충분한 전달에 충분한 것은 아니다. 탄성 접촉을 제공하기 위해서는, 접착(gluing), 분자 결합(molecular bonding), 층간 액체(liquid inter-layer) 등의 밀접한 물리 화학적인 결합이 필요하다. 따라서, 실질적으로, 기체 또는 진공의 기부층(123)에 의해 압전 기판(101)으로부터 분리된 금속 전극(122)은 서로 이격된 일부 지점들에서 압전 기판(101)과 접촉할 수도 있는 것이다. The amplitude of the elastic displacement within the SAW is about 1 Hz and is still incomparably smaller than all other distances associated with the device. Even surfaces polished to “optical” quality still have roughness on the order of about 0.1 μm. On the other hand, mechanical contact between two surfaces does not necessarily form an important "acoustic contact". That is, no matter what point the two surfaces are in contact with, this mechanical contact is not sufficient for sufficient transfer of elastic energy from one surface to the other. In order to provide elastic contact, close physicochemical bonding such as gluing, molecular bonding, liquid inter-layer, etc. is required. Thus, substantially, the metal electrode 122 separated from the piezoelectric substrate 101 by the base layer 123 of gas or vacuum may be in contact with the piezoelectric substrate 101 at some points spaced from each other.

또한, 압전 기판의 유전율보다 더 높은 고유전율을 갖는 나노 사이즈 입자들의 파우더형 재료는, 현저히 저감된 탄성 접촉을 제공하면서 전극 아래에 전기장을 집중시킴으로써, 상기한 문제를 해결할 수 있다.In addition, powder-like materials of nano-sized particles having a higher dielectric constant than those of piezoelectric substrates can solve the above problem by concentrating an electric field under the electrode while providing significantly reduced elastic contact.

도 5 및 6의 실시형태에 따르면, 전극은 탄성 에너지에 부분적으로만 노출되고 저감된 기계적 응력을 받기때문에, 파워 핸들링 능력이 증가된다. 낮은 열팽창 계수를 갖는 유전체 플레이트를 선택함으로써, SAW 소자의 TCD 또한 개선될 수 있다.According to the embodiment of FIGS. 5 and 6, the power handling capability is increased because the electrode is only partially exposed to elastic energy and subjected to reduced mechanical stress. By selecting a dielectric plate having a low coefficient of thermal expansion, the TCD of the SAW device can also be improved.

도 5 및 도 6의 실시형태에서, 전극(122) 표면과 압전 기판(101) 사이의 갭의 두께(h)는 최소화되어야 한다. 이러한 갭은, 전극이 표면 상으로 직접 배치된 경우에 대한 전극들 사이의 표준 커패시턴스와 직렬 연결된 커패시터로 취급될 수 있다. 이러한 갭 커패시터에 걸친 전압 강하는 압전 커플링에 따라 감소한다. 이 커패시터의 커패시턴스(C)는 아래와 같이 쉽게 계산할 수 있다.5 and 6, the thickness h of the gap between the electrode 122 surface and the piezoelectric substrate 101 should be minimized. This gap can be treated as a capacitor connected in series with the standard capacitance between the electrodes for the case where the electrodes are placed directly on the surface. The voltage drop across this gap capacitor decreases with piezoelectric coupling. The capacitance (C gap ) of this capacitor can be easily calculated as follows.

C = εoㆍεㆍ(aㆍL)/h = 8.86ㆍ10-6ㆍa/h pF/1㎛C gap = ε o ㆍ ε · (a · L) / h = 8.86 · 10 -6 ㆍ a / h pF / 1 μm

여기서, a는 전극의 폭이고, h는 갭의 두께이고, L은 전극의 길이이고, εo는 진공 유전율이고, ε은 금속 전극을 압전 기판으로부터 분리시키는 기부층(본 실시형태에서는 갭)의 비유전율(relative dielectric permittivity)이다. Where a is the width of the electrode, h is the thickness of the gap, L is the length of the electrode, ε o is the vacuum permittivity, and ε is the base layer (gap in this embodiment) that separates the metal electrode from the piezoelectric substrate. Relative dielectric permittivity.

상기 값은 아래와 같은 IDT에서의 전극의 커패시턴스(Co)와 비교된다. The value is compared with the capacitance (C o) of the IDT electrode in the following.

CO = 23ㆍ10-5 pF/1㎛C O = 23 · 10 -5 pF / 1 μm

만약 C ≫ CO 라면, 즉 h/a ≪ 0.04 라면, 갭의 영향은 무시해도 좋다는 것을 알 수 있다. 900 MHz 필터(a ~ 1㎛)에 대해서, 이는 전극이 압전 기판에 실질적으로 거의 접촉할 정도로 갭이 얇아야 한다는 것을 의미한다. If the gap C »C O, that is, if h / a« 0.04, the influence of the gap it can be seen that good negligible. For 900 MHz filters (a to 1 μm), this means that the gap should be thin enough that the electrode is substantially in contact with the piezoelectric substrate.

상대적으로 낮은 탄성 어드미턴스(acoustic admittance)(SiO2)와 높은 유전율을 갖는 고체 유전체 또한 유전체 기부층으로서 적합하다. 고체층에서의 문제점은 전형적으로 연질(soft)의 재료는 다소 높은 감쇠를 갖는다는 점이다(예컨대, Al 등). 그러나, 연질층의 존재는 대개, 일부 응용에서 문제가 될 수 있는 전극의 반사도를 감소시킨다. Solid dielectrics with relatively low elastic admittance (SiO 2 ) and high permittivity are also suitable as dielectric base layers. The problem with solid layers is that typically soft materials have rather high damping (eg Al, etc.). However, the presence of the soft layer usually reduces the reflectivity of the electrode, which can be a problem in some applications.

상부의 금속 전극을 탄성파로부터 탄성 분리시키는 것은 아래와 같은 많은 장점을 제공해준다.Elastic separation of the upper metal electrode from the acoustic wave provides a number of advantages:

* 감쇠(attenuation)의 주요 메카니즘들중 하나인, 금속 전극에서의 탄성 감쇠가 부분적으로 제거된다. 특히 Al 전극에서의 탄성 에너지 축적이 감소된다.Elastic damping at the metal electrode, one of the main mechanisms of attenuation, is partially removed. In particular, the accumulation of elastic energy at the Al electrode is reduced.

낮은 임피던스를 갖는 기체, 진공, 파우더 등의 기부층을 사용한 실시형태에서: In embodiments using base layers of gas, vacuum, powder, etc. having low impedance:

* 기계적인 로딩이 없기 때문에, LiTa 및 LiNb의 "누설파" 컷은 체적파의 "누설"에 의한 최소의 손실로써 최적 상태가 된다.Since there is no mechanical loading, the "leak wave" cut of LiTa and LiNb is optimal with minimal loss due to "leak" of the volume wave.

* 전극은, 낮은 저항을 갖고(따라서 저항 손실이 작고) 산화로 인한 노화를 차단하는 금(Au)으로 만들어질 수 있다.The electrode can be made of gold (Au), which has a low resistance (and therefore a low resistance loss) and blocks aging due to oxidation.

* 전극은, 전극 두께/λ = 25%까지, 다소 두껍게 만들어질 수 있어, 매스 로딩의 도입 없이 저항을 더욱 감소시킬 수 있다. 전극 두께는 λ(전형적인 SAW 파장)의 0.01 내지 0.25배에 이를 수 있다.The electrode can be made somewhat thick, up to electrode thickness / λ = 25%, further reducing the resistance without the introduction of mass loading. The electrode thickness can range from 0.01 to 0.25 times λ (typical SAW wavelength).

* 소자 성능은 전극 두께 및 금속화 비율에 거의 영향을 받지 않아서, 소자 설계가 단순화되고 생산 수율이 증대된다.Device performance is virtually unaffected by electrode thickness and metallization rate, simplifying device design and increasing production yield.

* Au 전극의 경우, 소자는 패키징을 요구하지 않거나, 밀봉하지 않은(non-hermetic) 단순한 패키징 기술으로도 충분할 수 있다.For Au electrodes, the device does not require packaging, or a simple, non-hermetic packaging technique may be sufficient.

* 전극을 지지하는 추가적인 덮개(유전체 플레이트)의 경우, 6 인치 웨이퍼를 갖는, 유리 등의 값싼 재료 상에서 포토리소그래피가 수행될 수 있고, 동시에 초전기(ptroelectricity)의 문제점을 제거할 수 있다. In the case of an additional lid (dielectric plate) supporting the electrode, photolithography can be performed on cheap materials such as glass, having a 6 inch wafer, and at the same time can eliminate the problem of ptoelectricity.

전극 내에서의 탄성파의 감소된 세기(또는 부존재)는 전극내에 유도되는 기계적 응력을 철저하게 감소시키고, 이에 따라 탄성 유도 마이그레이션의 효과를 제거한다. 또한 수개의 금속 및 합금으로 된 복잡한 "샌드위치"형 전극의 사용 없이, 파워 핸들링 능력이 향상될 수 있다. 순수한 알루미늄 또는 순수한 금이 사용될 수 있다.The reduced intensity (or absence) of the acoustic waves in the electrodes thoroughly reduces the mechanical stresses induced in the electrodes, thus eliminating the effects of elastic induction migration. In addition, power handling capability can be improved without the use of complex “sandwich” type electrodes of several metals and alloys. Pure aluminum or pure gold can be used.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 또한, 본 발명은 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.It is intended that the invention not be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but rather by the claims appended hereto. In addition, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be substituted, modified, and changed in various forms without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims.

상술한 바람직한 실시형태에서는, 전극이 기판 상의 고체 기부층에 견고하게 부착된 경우에는 전극을 기계적으로 지지하기 위한 추가적인 덮개(유전체 플레이트)를 사용하지 않았다. 그러나, 그러한 경우에도 기부층이 금속 전극의 탄성 임피던스와 상당히 다른 탄성 임피던스를 갖는다면 덮개의 사용이 정당화될 수 있다. 금속 전극이 고체 기부층 및 덮개(유전체 플레이트) 양쪽 모두에 부착된 경우, 덮개로의 탄성 에너지의 방사를 방지하기 위해 덮개에서의 SAW의 속도는 기판의 속도보다 더 높아야 한다.In the above-mentioned preferred embodiment, when the electrode is firmly attached to the solid base layer on the substrate, no additional cover (dielectric plate) for mechanically supporting the electrode is used. However, even in such a case, the use of the cover can be justified if the base layer has an elastic impedance significantly different from that of the metal electrode. If a metal electrode is attached to both the solid base layer and the lid (dielectric plate), the speed of the SAW in the lid should be higher than the speed of the substrate to prevent radiation of elastic energy into the lid.

상기 압전 기판은, 열적 안정성을 증가시키거나 "누설 SAW" 기판에서의 "누설" 손실을 감소시키는 데에 기여하는 다층 구조를 포함할 수 있다. SAW 소자에 사용되는 알려진 모든 압전 재료가 압전 기판으로 사용될 수 있다.The piezoelectric substrate may include a multilayer structure that contributes to increasing thermal stability or reducing "leakage" losses in the "leakage SAW" substrate. All known piezoelectric materials used in SAW devices can be used as the piezoelectric substrate.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 상기한 기부층에 의해 금속 전극을 압전 기판으로부터 분리시킴으로써 탄성 손실이 현저히 감소된다. 또한 저항 손 실이 감소되며, 파워 핸들링 능력이 증가되고, 노화 특성이 개선될 수 있다. As described above, according to the present invention, the elastic loss is significantly reduced by separating the metal electrode from the piezoelectric substrate by the base layer. In addition, resistance loss can be reduced, power handling capability can be increased, and aging characteristics can be improved.

Claims (13)

SAW 전파용의 연마된 표면을 갖고 압전 특성을 구비한 기판; 및A substrate having a polished surface for SAW propagation and having piezoelectric properties; And 상기 기판 상에 배열되어 각각 적어도 2개층으로 이루어진 복수의 복합 전극 구조를 포함하되,A plurality of composite electrode structures arranged on the substrate, each comprising at least two layers, 상기 각각의 복합 전극 구조는, Each composite electrode structure, 상기 기판 상에 배치된 금속 전극과; A metal electrode disposed on the substrate; 상기 기판과 금속 전극 사이에 배치되어 상기 금속 전극을 상기 기판으로부터 분리시키고, 상기 금속 전극에서의 탄성 손실보다 더 낮은 탄성 손실을 갖는 기부층을 포함하고, 상기 기부층의 두께(h)는 아래의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.A base layer disposed between the substrate and the metal electrode to separate the metal electrode from the substrate, the base layer having a lower elastic loss than the elastic loss at the metal electrode, wherein the thickness h of the base layer is A surface acoustic wave device characterized by satisfying a relational expression. (h/λ)ㆍε<1(h / λ) · ε <1 상기 관계식에서 λ는 소자의 중심 주파수에서의 상기 압전 기판의 SAW 파장이고, ε는 상기 기부층의 유전율에 대한 상기 기판의 유전율의 비(ε=ε기판기부층)임.Is the SAW wavelength of the piezoelectric substrate at the center frequency of the device, and ε is the ratio of the dielectric constant of the substrate to the dielectric constant of the base layer (ε = ε substrate / ε base layer ). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기부층은 상기 기판과 동일한 압전 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.And said base layer is made of the same piezoelectric material as said substrate. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 기부층은, 상기 금속 전극 사이의 영역에 그루브를 형성하도록 상기 기판 재료를 에칭함으로써 형성되는 리지부인 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.And the base layer is a ridge portion formed by etching the substrate material to form a groove in a region between the metal electrodes. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기부층은 상기 기판의 탄성 임피던스보다 더 높은 탄성 임피던스를 갖는 기계적으로 경질인 재료로 이루어지고, 상기 기판의 유전율보다 더 높은 유전율을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.And the base layer is made of a mechanical hard material having a higher elastic impedance than the elastic impedance of the substrate, and has a dielectric constant higher than that of the substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기부층은 상기 기판의 탄성 임피던스보다 더 낮은 탄성 임피던스를 갖는 기계적으로 연질인 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.And the base layer is made of a mechanical soft material having a lower elastic impedance than the elastic impedance of the substrate. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 기부층은, 고유전율을 갖는 작은 입자들의 파우더로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.The base layer is a surface acoustic wave device, characterized in that made of a powder of small particles having a high dielectric constant. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 기부층은 기체 또는 진공인 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.The base layer is a surface acoustic wave device, characterized in that the gas or vacuum. 제6항 또는 제7항에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 금속 전극을 지지하는 유전체 플레이트를 더 포함하되, Further comprising a dielectric plate for supporting the metal electrode, 상기 유전체 플레이트는, 상기 전극 및 기부층의 전체 두께와 동일한 거리만큼 상기 기판 표면으로부터 위로 이격 배치되고, 상기 금속 전극은 상기 유전체 플레이트에 기계적으로 부착된 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.And the dielectric plate is spaced apart from the substrate surface by a distance equal to the total thickness of the electrode and base layer, and the metal electrode is mechanically attached to the dielectric plate. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 기판과 유전체 플레이트 간의 거리는 상기 복합 전극 구조들의 외측에 형성된 스페이서에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.And the distance between the substrate and the dielectric plate is controlled by a spacer formed outside the composite electrode structures. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 유전체 플레이트는 제어된 깊이의 캐비티를 가지며, 그 캐비티 주위에 상기 스페이서의 역할을 하는 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.The dielectric plate has a cavity having a controlled depth, and a protrusion is formed around the cavity to serve as the spacer. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 기부층은 상기 기판의 탄성 임피던스보다 다 낮은 탄성 임피던스를 갖는 기계적으로 연질인 고체 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.And the base layer is made of a mechanical soft solid material having an elastic impedance lower than that of the substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기부층은, 상기 금속 전극에서의 탄성 흡수보다 더 낮은 탄성 흡수를 갖는 반도체 또는 다른 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자.The base layer is a surface acoustic wave device, characterized in that made of a semiconductor or other metal having a lower elastic absorption than the elastic absorption in the metal electrode. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 전극은, 상기 소자의 중심 주파수에서 상기 기판 상의 상기 소자에서 여기되는 SAW의 파장의 0.01 내지 0.25배 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 소자. And said metal electrode has a thickness in the range of 0.01 to 0.25 times the wavelength of SAW excited in said device on said substrate at the center frequency of said device.
KR1020060119972A 2006-11-30 2006-11-30 Saw device with composite electrode structures KR100790749B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060119972A KR100790749B1 (en) 2006-11-30 2006-11-30 Saw device with composite electrode structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060119972A KR100790749B1 (en) 2006-11-30 2006-11-30 Saw device with composite electrode structures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100790749B1 true KR100790749B1 (en) 2008-01-02

Family

ID=39216360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060119972A KR100790749B1 (en) 2006-11-30 2006-11-30 Saw device with composite electrode structures

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100790749B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105726059A (en) * 2014-12-26 2016-07-06 三星麦迪森株式会社 Probe and manufacturing method thereof
WO2023213412A1 (en) * 2022-05-06 2023-11-09 Huawei Technologies Co., Ltd. An acoustic resonator device exploiting al lamb mode
WO2023237219A1 (en) * 2022-06-07 2023-12-14 Huawei Technologies Co., Ltd. Acoustic resonator device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR900016503A (en) * 1988-04-21 1990-11-13 미쯔보시 벨트 가부시끼가이샤 Elastomer Composite Electrode
KR930017227A (en) * 1992-01-31 1993-08-30 황선두 Sound absorption coating method of elastic surface wave
KR930018770A (en) * 1992-02-27 1993-09-22 황선두 Electrode Construction Method of Surface Wave Resonator
KR19980041653A (en) * 1995-12-13 1998-08-17 세끼자와다다시 Surface acoustic wave device and its manufacturing method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR900016503A (en) * 1988-04-21 1990-11-13 미쯔보시 벨트 가부시끼가이샤 Elastomer Composite Electrode
KR930017227A (en) * 1992-01-31 1993-08-30 황선두 Sound absorption coating method of elastic surface wave
KR930018770A (en) * 1992-02-27 1993-09-22 황선두 Electrode Construction Method of Surface Wave Resonator
KR19980041653A (en) * 1995-12-13 1998-08-17 세끼자와다다시 Surface acoustic wave device and its manufacturing method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105726059A (en) * 2014-12-26 2016-07-06 三星麦迪森株式会社 Probe and manufacturing method thereof
CN105726059B (en) * 2014-12-26 2021-05-04 三星麦迪森株式会社 Probe and method of manufacturing the same
WO2023213412A1 (en) * 2022-05-06 2023-11-09 Huawei Technologies Co., Ltd. An acoustic resonator device exploiting al lamb mode
WO2023237219A1 (en) * 2022-06-07 2023-12-14 Huawei Technologies Co., Ltd. Acoustic resonator device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11146241B2 (en) Low loss acoustic device
CN111162748B (en) Bulk acoustic wave resonator having electrode with void layer, filter, and electronic device
CN111245394B (en) Bulk acoustic wave resonator with electrode having void layer and temperature compensation layer, filter, and electronic device
US7453184B2 (en) Boundary acoustic wave device
US7067956B2 (en) Surface acoustic wave device, filter device and method of producing the surface acoustic wave device
US7564174B2 (en) Acoustic wave device and filter
US7459991B2 (en) SAW component having an improved temperature coefficient
US20060220494A1 (en) Elastic boundary wave device, resonator, and ladder-type filter
US20220149813A1 (en) High quality factor transducers for surface acoustic wave devices
US7982365B2 (en) Elastic wave device and filter and electronic equipment using the device
CN110572137A (en) Acoustic wave device and filtering device
CN107404302B (en) Composite Surface Acoustic Wave (SAW) device having an absorption layer for suppressing spurious signal response
KR101087438B1 (en) Elastic wave device, communication module, and communication apparatus
CN112953436B (en) SAW-BAW hybrid resonator
JP2006339742A (en) Surface acoustic wave device
JP5025963B2 (en) Electronic component, method for manufacturing the same, and electronic device using the electronic component
KR100790749B1 (en) Saw device with composite electrode structures
CN210405246U (en) Acoustic wave device and filtering device
JP2022547182A (en) A loaded series resonator for tuning the frequency response of an acoustic resonator
Matsuda et al. High-frequency SAW duplexer with low-loss and steep cut-off characteristics
CN215871344U (en) Acoustic wave device and filtering device
CN112821878B (en) Pseudo-mode suppression type radio frequency resonator structure
CN114070257A (en) Acoustic wave device, filter and multiplexer
US20190372553A1 (en) Surface acoustic wave device
CN215871345U (en) Acoustic wave device and filtering device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20101217

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131213

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141211

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151130

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161116

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171123

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191029

Year of fee payment: 13