KR100900128B1 - 압전 박막 공진기 및 필터 - Google Patents

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Abstract

공진부로부터의 진동 에너지의 산일을 억제하는 것이 가능한 압전 박막 공진기 및 필터를 제공하는 것이다. 본 발명은, 기판(41)의 공극(46) 상에 설치된 하부 전극(43)과, 하부 전극(43) 상에 형성된 압전막(44)과, 압전막(44)을 사이에 두고 하부 전극(43)과 대향하는 공진부(47)를 갖도록 압전막(44) 상에 설치된 상부 전극(45)을 구비하고, 하부 전극(43) 및 상부 전극(45) 중 적어도 한쪽은, 공극(46) 상에 공진부(47)로부터 신호를 빼내기 위한 배선부(48)를 갖고, 하부 전극(43) 및 상부 전극(45) 중 적어도 한쪽은, 배선부(48)에서의 압전막(44)에 접하는 단위 면적당의 질량이 공진부(47)에서의 단위 면적당의 질량보다 작은 압전 박막 공진기 및 필터이다.
기판, 공극, 하부 전극, 상부 전극, 공진부, 압전막

Description

압전 박막 공진기 및 필터{PIEZOELECTRIC THIN-FILM RESONATOR AND FILTER USING THE SAME}
본 발명은, 압전 박막 공진기 및 필터에 관한 것으로, 특히 압전막을 사이에 두고 상부 전극과 하부 전극이 대향하는 공진 부하에 공극을 갖는 압전 박막 공진기 및 필터에 관한 것이다.
휴대 전화로 대표되는 무선 기기의 급속한 보급에 의해, 소형이면서 경량인 공진기 및 이를 조합하여 구성한 필터의 수요가 증대되고 있다. 지금까지는 주로 하여 유전체와 표면 탄성파(SAW) 필터가 사용되어 왔지만, 최근에는 특히 고주파에서의 특성이 양호하고, 또한 소형화와 모노리식화가 가능한 소자인 압전 박막 공진기 및 이를 이용하여 구성된 필터가 주목받고 있다.
이와 같은 압전 박막 공진기의 하나로서, FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator) 타입의 공진기가 알려져 있다. FBAR은, 기판 상에 상부 전극과 압전막과 하부 전극과의 적층 구조체(복합막)를 갖고, 상부 전극과 하부 전극이 대향하는 부분의 하부 전극 아래에는 진동 에너지의 기판에의 산일을 방지하기 위해 비어 홀 혹은 캐비티(공극)를 갖고 있다. 또한, 하부 전극 아래에 유전체막을 경유하여 공 극이 형성되는 경우도 있다. 비어 홀은 소자 기판으로서 이용되는 예를 들면 Si 기판을 이면으로부터 에칭함으로써 형성되고, 캐비티는 기판 표면의 희생층 패턴 상에 복합막 등의 공진자를 형성하고, 마지막으로 희생층을 제거함으로써 형성된다. 공극으로서 비어 홀 및 캐비티를 갖는 압전 박막 공진기를 이하에서는 각각 비어 홀 타입 및 캐비티 타입이라 부른다.
상부 전극과 하부 전극 사이에 고주파의 전기 신호를 인가하면, 상부 전극과 하부 전극 사이에 끼워진 압전막 내부에, 역압전 효과에 의해 여진되는 탄성파나 압전 효과에 기인하는 왜곡에 의해 생기는 탄성파가 발생한다. 그리고, 이들 탄성파가 전기 신호로 변환된다. 이와 같은 탄성파는, 상부 전극 및 하부 전극이 각각 공기에 접하고 있는 면에서 전반사되기 때문에, 두께 방향으로 주변위를 갖는 두께 세로 진동파로 된다. 이 소자 구조에서는, 공극 상에 형성된 상부 전극, 압전막 및 하부 전극으로 이루어지 적층 구조체의 합계 막 두께 H가, 탄성파의 1/2 파장의 정수배(n배)로 되는 주파수에서 공진이 일어난다. 탄성파의 전반 속도 V는 재료에 의해 정해지고, 공진 주파수 F는 F=nV/2H로 주어진다. 이와 같은 공진 현상을 이용하면 막 두께를 파라미터로 하여 공진 주파수를 제어하는 것이 가능하여, 원하는 주파수 특성을 갖는 공진기나 필터를 제작할 수 있다.
상부 전극 및 하부 전극으로서는, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 티탄(Ti) 등의 금속 재료 혹은 이들 금속을 조합한 적층 재료를 이용할 수 있다. 또한, 압전막으로서는 질화 알루미늄(AlN), 산화 아연(ZnO), 티탄산 지르콘산 납(PZT), 티탄산 납(PbTiO33) 등을 이용할 수 있다. 특히, 성막 시에 (002) 방향으로 배향축을 갖는 질화 알루미늄(AlN) 및 산화 아연(ZnO)은 압전막에 바람직하다. 기판으로서는 실리콘(Si), 글래스, 비화 갈륨(GaAs) 등을 이용할 수 있다.
도 1은, 비특허 문헌 1에 개시되어 있는 비어 홀 타입의 압전 박막 공진기를 설명하기 위한 단면도이다. 도 1을 참조로, 열산화막(SiO2)(12)을 갖는 (100) Si 기판(11) 상에, 하부 전극(13)으로서 Au-Cr막, 압전막(14)으로서 ZnO막 및 상부 전극(15)으로서 Al막이 적층 구조체를 형성하고 있다. 그리고, 적층 구조체의 하방에는 공극(비어 홀)(16)이 형성되어 있다. 공극(16)은 (100) Si 기판(11)의 이면측으로부터, KOH 수용액 혹은 EDP 수용액(에틸렌디아민과 피로카테콜과 물의 혼합액)을 이용한 이방성 에칭을 이용하여 형성되어 있다.
도 2는, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 캐비티 타입의 압전 박막 공진기를 설명하기 위한 단면도이다. 도 2를 참조로, 열산화막(SiO2)(22)을 갖는 기판(21) 상에, 하부 전극(23), 압전막(24) 및 상부 전극(25)이 형성되는 적층 구조체가 설치되어 있다. 적층 구조체의 하방에는 공극(캐비티)(26)이 형성되어 있다. 공극(26)은 기판(21) 상에, 미리 아일랜드(섬) 형상의 ZnO의 희생층 패턴을 형성해 두고, 희생층 패턴 상에 적층 구조체를 형성하고, 적층 구조체의 하방에 있는 희생층을 예를 들면 산 등의 에칭액에 의해 제거함으로써 형성된다.
이들 압전 박막 공진기에서, 압전막(14, 24)을 사이에 두고 하부 전극(13, 23)과 상부 전극(15, 25)이 대향하는 영역이 공진부이다. 진동 에너지를 공진부 내에 가둠으로써, 높은 퀄리티 팩터 Q가 실현된다. 예를 들면 특허 문헌 2에는, 도 3(a) 내지 도 3(c)를 참조로, 공극(36)을 갖는 기판(31) 상에 형성된 공진부(37) 주변의 진동 매체(하부 전극(33), 압전막(34) 및 상부 전극(35))를 제거함으로써 높은 퀄리티 팩터 Q를 얻는 기술이 개시되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 소60-189307호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2006-128993호 공보
[비특허 문헌 1] Electron. Lett., 1981년，17권, 507-509 페이지
특허 문헌 2에 따른 공진기에서도, 공진부(37)의 상부 전극(35a)으로부터 신호를 빼내기 위한 배선부(38)의 상부 전극(35b) 및 상부 전극(35b) 아래의 압전막(34)을 전하여 진동 에너지가 주변부에 산일되게 된다. 이에 의해 퀄리티 팩터 Q가 저하되게 된다. 배선부(38)의 압전막(34)을 제거함으로써, 공진부(37)의 진동 에너지의 산일을 억제할 수 있다. 그러나, 배선부(38)의 압전막(34)을 제거하는 경우, 압전 박막 공진기의 제조 공정이 복잡한 것으로 되게 된다.
본 발명은, 이와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 간단한 제조 공정을 이용하여, 공진부로부터의 진동 에너지의 산일을 억제하는 것이 가능한 압전 박막 공진기 및 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 기판의 공극 상 또는 기판과의 사이에 공극이 형성되도록 설치된 하부 전극과, 그 하부 전극 상에 형성된 압전막과, 상기 압전막을 사이에 두고 상기 하부 전극과 대향하는 공진부를 갖도록 상기 압전막 상에 설치된 상부 전극을 구비하고, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 적어도 한쪽은, 상기 공극 상에 상기 공진부로부터 신호를 빼내기 위한 배선부를 갖고, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 적어도 한쪽은, 상기 배선부에서의 상기 압전막에 접하는 단위 면적당의 질량이 상기 공진부에서의 단위 면적당의 질량보다 작은 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진기이다. 본 발명에 따르면, 간단한 제조 공정을 이용하여, 공진부에서의 진동 에너지의 산일을 억제할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 적어도 한쪽의 상기 배선부의 적어도 일부의 영역의 막 두께는 상기 공진부의 막 두께보다 작은 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 구성에서, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 적어도 한쪽의 상기 배선부의 적어도 일부의 영역의 밀도는 상기 공진부의 밀도보다 작은 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 구성에서, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 적어도 한쪽은, 상기 배선부에 개구부를 갖는 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 구성에서, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 적어도 한쪽은, 상기 배선부의 적어도 일부의 영역에서 상기 압전막과 공간을 두고 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 압전막은 (002) 방향을 주축으로 하는 배향성을 갖는 AlN 또는 ZnO인 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 양호한 공진 특성을 갖는 압전 박막 공진기를 제공할 수 있다.
본 발명은 상기 구성의 압전 박막 공진기를 갖는 필터이다. 본 발명에 따르면, 간단한 제조 공정을 이용하여, 공진부에서의 진동 에너지의 산일을 억제할 수 있다. 따라서, 고성능인 필터를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 간단한 제조 공정을 이용하여, 공진부에서의 진동 에너지의 산일을 억제하는 것이 가능한 압전 박막 공진기 및 필터를 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 실시예에 대해 설명한다.
<실시예 1>
도 4(a)는 실시예 1에 따른 압전 박막 공진기의 평면도, 도 4(b)는 도 4(a)의 단면도이다. 도 4(a) 및 도 4(b)를 참조로, 공극(46)을 갖는 실리콘 기판(41) 상에 Ru로 이루어지는 하부 전극(43), 하부 전극(43) 상에 AlN으로 이루어지는 압전막(44), 압전막(44) 상에 Ru로 이루어지는 상부 전극(45)이 각각 설치되어 있다. 압전막(44)을 사이에 두고 하부 전극(43)과 상부 전극(45)이 대향하는 영역이 공진부(47)이다. 하부 전극(43) 및 상부 전극(45)은, 공극(46) 상에 공진부(47)로부터 신호를 빼내기 위한 배선부(48)를 갖고 있다. 배선부(48)의 상부 전극(45b)의 막 두께 t2는 공진부(47)의 상부 전극(45a)의 막 두께 t1보다 얇다. 하부 전극(43)의 두께는 약 250㎚, 압전막(44)의 두께는 약 1㎛, 공진부(47)의 상부 전극(45a)의 두께는 약 250㎚, 배선부(48)의 상부 전극(45b)의 두께는 약 75㎚이다. 공진부(47)의 크기는 예를 들면 50∼200㎛, 배선부(48)는 예를 들면 1∼20㎛로 할 수 있다.
다음으로, 실시예 1의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 5(a) 내지 도 7(b)은, 단면의 모식도이다. 도 5(a)를 참조로, (100) 컷트의 Si로 이루어지는 기판(41)을 준비한다. 도 5(b)를 참조로, 기판(41) 상에 Ru로 이루어지고 막 두께가 약 250㎚인 하부 전극(43)을 0.6∼1.2㎩의 Ar 가스 분위기 속의 스퍼터링으로 형성한다. 도 5(c)를 참조로, 노광 기술과 에칭 기술을 이용하여, 하부 전극(43)을 소정의 형상으로 한다. 도 5(d)를 참조로, 하부 전극(43) 및 기판(41) 상에, (002) 방향을 주축으로 하는 AlN막으로 이루어지고 막 두께가 약 1㎛인 압전막(44)을, 약 0.3㎩의 압력의 Ar/N2 혼합 가스 분위기 속의 스퍼터링으로 형성한다.
도 6(e)를 참조로, 압전막(44) 상에 Ru로 이루어지고 막 두께가 약 250㎚인 상부 전극(43)을 0.6∼1.2㎩의 Ar 가스 분위기 속의 스퍼터링으로 형성한다. 도 6(f)를 참조로, 노광 기술과 에칭 기술을 이용하여, 상부 전극(45)을 소정의 형상으로 한다. 압전막(44)을 사이에 두고 하부 전극(43)과 상부 전극(45)이 겹치는 영역이 공진부(47)이다. 도 6(g)를 참조로, 공진부(47) 이외의 상부 전극(45)을 에칭하고, 두께를 약 75㎚로 한다.
도 7(h)를 참조로, 노광 기술과 에칭 기술을 이용하여 압전막(44)을 소정의 형상으로 한다. 도 7(i)를 참조로, 기판(41)을 배면으로부터 드라이 에칭하여, 공진부(47)를 포함하도록 기판(41)에 공극(46)을 형성한다. 이에 의해, 공진부(47)의 주변의 공극(46) 상의 하부 전극(43) 및 상부 전극(45)이, 공진부(47)로부터 신호를 빼내기 위한 배선부(48)로 된다.
도 5(a)에서, 기판(41)은, 실시예 1에서 이용한 Si 기판 이외에도 예를 들면 석영 기판, 글래스 기판, GaAs 기판 등을 이용할 수 있다. 도 5(b) 및 도 6(e)에서, 하부 전극(43) 및 상부 전극(45)으로서는, 실시예 1에서 이용한 Ru 이외에도 배경 기술에서 예시한 금속을 이용할 수 있다.
도 8에 실시예 1과 측정을 비교한 비교예 1의 단면을 모식적으로 도시한다. 도 8을 참조로, 비교예 1에 따른 압전 박막 공진기는 상부 전극(45)의 막 두께가 공진부(47) 및 배선부(48) 모두 약 250㎚이며, 동일하다. 그 밖의 구성은 실시예 1과 동일하다.
비교예 1 및 실시예 1에 따른 압전 박막 공진기에 대해 임피던스를 측정하였다. 또한, 측정한 압전 박막 공진기의 공진부(47)의 크기는 약 62㎛×87㎛, 배선부(48)의 길이는 약 2㎛이다. 도 9(a) 및 도 9(b)는 비교예 1에 따른 압전 박막 공진기의 주파수에 대한 임피던스의 각각 크기 ｜Z｜ 및 각도 ∠Z를 나타내고 있다. 도 10(a) 및 도 10(b)는 실시예 1에 따른 압전 박막 공진기의 주파수에 대한 임피던스의 각각 크기 및 각도를 나타내고 있다. 도 9(a)를 참조로, 비교예 1에서는 공진 주파수의 퀄리티 팩터 Qr은 824에 대해 반공진 주파수의 퀄리티 팩터 Qa는 153으로 작다. 한편, 도 10(a)를 참조로, 실시예 1에서는 공진 주파수의 Qr은 826, 반공진 주파수의 Qa는 762이다. 이와 같이, 실시예 1은 비교예 1에 대해, ｜Z｜의 Qa가 개선되어 있다. 이에 수반하여, 도 9(b) 및 도 10(b)를 참조로, 비교예 1에 대해 실시예 1의 반공진 주파수의 ∠Z의 변화가 급준하게 되어 있다. 이상과 같이, 실시예 1에 따르면, 반공진 주파수의 퀄리티 팩터 Qa를 개선할 수 있었 다.
실시예 1에서, 반공진 주파수의 퀄리티 팩터 Qa가 개선된 이유를 이하에 설명한다. 비교예 1 및 실시예 1에 대해, 탄성파의 진동 모드의 분산 특성을 계산하였다. 도 11(a) 및 도 11(b)는 비교예 1의 각각 공진부(47) 및 배선부(48)에서의 탄성파의 진동 모드의 분산 특성을 도시하는 모식도이다. 종축은 여진 주파수, 횡축은 각 진동 모드의 가로 방향에의 진동의 전반 상수를 파수(k)로 나타내고 있다. 횡축은 2개의 상한을 나타내고 있고, 우측이 실수 영역, 좌측이 허수 영역을 나타내고 있다. 진동 모드의 전반 상수가 실수 영역에 있는 주파수의 탄성파는 전반 또는 산일하는 것을 나타내고, 허수 영역에 있는 주파수의 탄성파는 반사하여 전반 또는 산일하지 않는 것을 나타내고 있다.
도 11(a)를 참조로, 공진부(47)에서, 전반 상수가 실수 영역과 허수 영역 사이의 0으로 되는 점 A의 주파수가 공진 주파수이다. 한편, 반공진 주파수는 점 A'이다. 도 11(b)를 참조로, 배선부(48)에서는 하부 전극(43)이 설치되어 있지 않기 때문에 분산 특성이 공진부(47)와 약간 다르며, 공진부(47)의 공진 주파수 근방의 탄성파의 전반 상수는 실수 영역의 C에 있다. 따라서, 공진부(47)에서 공진한 탄성파의 진동 에너지는 배선부(48)를 통해 주변에 산일하게 된다. 이 때문에, 퀄리티 팩터 Q는 저하한다.
도 12(a) 및 도 12(b)는 실시예 1의 각각 공진부(47) 및 배선부(48)에서의 탄성파의 진동 모드를 도시하는 모식도이다. 도 12(a)를 참조로, 공진부(47)의 분산 특성은 비교예 1의 도 11(a)와 동일하다. 도 12(b)를 참조로, 배선부(48)에서 는 상부 전극(45)의 막 두께가 공진부(47)에 비해 얇다. 이 때문에, 하측의 진동 모드의 분산 특성이 고주파측에까지 미친다. 즉, 실시예 1은 비교예 1에 비해 차단 주파수 B점이 고주파측으로 된다. 차단 주파수 B가 공진 주파수 A보다 고주파측으로 되면, 공진부(47)의 공진 주파수 근방의 탄성파의 전반 상수는 허수 영역 D로 된다. 따라서, 공진부(47)에서 공진한 탄성파의 진동 에너지는 배선부(48)에서 반사되어 주변에 산일하지 않는다. 이 때문에, 퀄리티 팩터 Q의 저하를 억제할 수 있다.
도 11(a) 및 도 12(a)의 공진 주파수 A점에서는, 각주파수ωA는 수학식 1의 관계가 있다.
Figure 112007076102388-pat00001
한편, 도 11(b) 및 도 12(b)의 차단 주파수 B점에서, 각주파수ωB는 수학식 2의 관계가 있다.
Figure 112007076102388-pat00002
수학식 1, 수학식 2에서，h는 압전막(44)의 두께, ρ는 압전막(44)의 밀도, c33, c44는 압전막(44)의 스티프니스, e33은 압전막(44)의 압전 계수, ε33은 압전막(44)의 유전률이다. 또한，M', M''는 각각 공진부(47) 및 배선부(48)에서, 압전막(44)에 부하되는 단위 면적당의 하부 전극(43) 및 상부 전극(45)의 질량이다. 상부 전극(45)이 단층인 경우, 상부 전극(45)의 밀도를 ρ'로 하고, 공진부(47)에서의 상부 전극(45a)의 막 두께를 t1, 배선부(48)에서의 상부 전극(45b)의 막 두께를 t2로 한다. 이 때 M'=ρ't1, M''=ρ't2로 된다.
전술한 바와 같이, 퀄리티 팩터 Q의 저하를 억제하기 위해서는 공진 주파수 A점으로부터 차단 주파수 B점이 고주파측에 있는 것, 즉 ωA<ωB가 조건으로 된다. 배선부(48)의 상부 전극(45b)의 막 두께 t2가 공진부(47)의 상부 전극(45a)의 막 두께 t1보다 작은 것은, 수학식 1 및 수학식 2에서는 M'<M''인 것에 상당한다.
이상과 같이, 실시예 1에서 배선부(48)의 상부 전극(45a)의 막 두께 t2가 공진부(47)의 상부 전극(45b)의 막 두께 t1보다 작은 경우에 Q가 개선된 이유는, 상부 전극(45)의 배선부(48)에서의 압전막(44)에 접하는 단위 면적당의 질량 M''가 상부 전극(45)의 공진부(47)에서의 단위 면적당의 질량 M'보다 작은 것에 의한다. 이와 같은 구성으로부터, 간단한 제조 공정을 이용하여 공진부(47)의 진동 에너지의 산일을 억제할 수 있어, 퀄리티 팩터 Q의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 배선부(48)의 적어도 일부의 영역에서의 상부 전극(45a)의 압전막(44)에 접하는 단위 면적당의 질량이 공진부(47)에서의 단위 면적당의 질량보다 작으면, 상기 효과를 발휘한다.
<실시예 2>
도 13을 참조로, 실시예 2에 따른 압전 박막 공진기에서는, 실시예 1과 같이 기판(41)에는 공극은 형성되어 있지 않고, 공진부(47)의 하부 전극(43)은 기판(41)과의 사이에 공극(46a)이 형성되도록 설치되어 있다. 공극(46a)은 돔 형상으로 형성되어 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1의 도 4(b)와 동일하여 설명을 생략한다. 실시예 2에서도, 상부 전극(45)의 배선부(48)에서의 압전막(44)에 접하는 단위 면적당의 질량 M''가 공진부(47)에서의 단위 면적당의 질량 M'보다 작기 때문에, 공진부(47)의 진동 에너지의 산일을 억제할 수 있다.
<실시예 3>
도 14를 참조로, 실시예 3에 따른 압전 박막 공진기는, 상부 전극(45)의 막 두께는 공진부(47)와 배선부(48)에서 동일하고, 배선부(48)에서의 하부 전극(43b)이 공진부(47)에서의 하부 전극(43a)보다 얇다. 그 밖의 구성은 실시예 1의 도 4(b)와 동일하다. 실시예 1 및 실시예 3과 같이, 하부 전극(43) 및 상부 전극(45) 중 적어도 한쪽의 배선부(48)에서의 압전막(44)에 접하는 단위 면적당의 질량 M''가 공진부(47)에서의 단위 면적당의 질량 M'보다 작으면, 공진부(47)의 진동 에너지의 산일을 억제할 수 있다.
<실시예 4>
도 15를 참조로, 실시예 4에 따른 압전 박막 공진기는, 배선부(48)의 하부 전극(43b)은 공진부(47)에 비해 밀도가 낮은 재료(53)를 포함하고 있다. 마찬가지 로, 배선부(48)의 상부 전극(45b)은 밀도가 낮은 재료(55)를 포함하고 있다. 재료(53과 55)로서는 예를 들면 Al(알루미늄)을 이용할 수 있다. 이와 같이, 하부 전극(43) 및 상부 전극(45) 중 적어도 한쪽의 배선부(48)의 적어도 일부의 영역의 밀도가 공진부(47)의 밀도보다 작음으로써, 하부 전극(43)과 상부 전극(45) 중 적어도 한쪽의 배선부(48)에서의 압전막(44)에 접하는 단위 면적당의 질량 M''를 공진부(47)에서의 단위 면적당의 질량 M'보다 작게 할 수 있다. 따라서, 공진부(47)의 진동 에너지의 산일을 억제할 수 있다.
<실시예 5>
도 16(a) 및 도 16(b)를 참조로, 실시예 5에 따른 압전 박막 공진기에서는, 상부 전극(45b)은 배선부(48)에 개구부(50)를 갖는다. 이와 같이, 하부 전극(43) 및 상부 전극(45) 중 적어도 한쪽이 배선부(48)에 개구부(50)를 가짐으로써, 하부 전극(43) 및 상부 전극(45) 중 적어도 한쪽의 배선부(48)에서의 압전막(44)에 접하는 단위 면적당의 질량 M''를 공진부(47)에서의 단위 면적당의 질량 M'보다 작게 할 수 있다. 따라서, 공진부(47)의 진동 에너지의 산일을 억제할 수 있다. 또한, 개구부(50)의 크기가 탄성파의 파장보다 작은 경우, 개구부가 기계 진동을 방해하는 효과가 작아진다. 따라서, 개구부(50)의 크기 d는 탄성파의 파장 이상인 것이 바람직하다.
<실시예 6>
도 17을 참조로, 실시예 5에 따른 압전 박막 공진기에서는, 배선부(48)의 상부 전극(45b)이 압전막(44)에 접하지 않고 있다. 이에 의해, 압전막(44)과 상부 전극(45) 사이에 공간(58)이 형성되어 있다. 이와 같이, 하부 전극(43) 및 상부 전극(45) 중 적어도 한쪽은, 배선부(48)의 적어도 일부의 영역에서 압전막(44)과 공간(58)을 두고 형성되어 있다. 이에 의해, 하부 전극(43) 및 상부 전극(45) 중 적어도 한쪽의 배선부(48)에서의 압전막(44)에 접하는 단위 면적당의 질량 M''를 공진부(47)에서의 단위 면적당의 질량 M'보다 작게 할 수 있다. 따라서, 공진부(47)의 진동 에너지의 산일을 억제할 수 있다.
실시예 1 내지 실시예 6은, 하부 전극(43) 및 상부 전극(45) 모두 공진부(47)로부터 신호를 인출하는 영역이 공극(46) 상에 형성되어 배선부(48)를 형성하고 있다. 공극(46) 상에 형성되는 배선부(48)는 하부 전극(43) 및 상부 전극(45) 중 적어도 한쪽에 갖고 있으면 된다. 만약, 공진부와 공극(46)이 일치하고 있는 경우, 제조 시의 하부 전극(43), 상부 전극(45) 및 공극(46)을 형성하는 정밀도를 고려하면, 공진부(47)의 일부가 기판의 바로 위에 접하게 되는 가능성이 있다. 그렇게 하면, 공진부(47)의 진동이 억제되기 때문에, 특성이 열화되게 된다. 따라서, 공극(46)은 공진부를 포함하도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 하부 전극(43) 및 상부 전극(45) 모두 공극(46) 상에 배선부(48)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 하부 전극(43) 상의 배선부(48)에는 압전막(44)을 형성하지 않는 것도 생각된다. 그러나, 이 경우 공극(46) 상에 하부 전극(43)만이 설치되는 영역이 존재하게 된다. 그렇게 하면, 기계적 강도가 저하된다. 따라서 공극(46) 상에는 압전막(44)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
실시예 1 내지 실시예 6에서, 압전막(44)으로서 (002) 방향을 주축으로 하는 배향성을 나타내는 질화 알루미늄, 또는 산화 아연을 이용함으로써, 양호한 공진 특성을 갖는 압전 박막 공진기를 제공할 수 있다.
<실시예 7>
실시예 7은, 실시예 2에 따른 압전 박막 공진기가 복수 조합하여 구성된 필터의 예이다. 도 18(a)는 실시예 7에 따른 필터의 상면도, 도 18(b)는 도 18(a)의 A'-A' 단면도이다. 기본적인 구성은 실시예 2의 도 13과 마찬가지이며, 실시예 2와 동일한 부재는 동일 부호를 붙여 설명을 생략한다. 도 18(a)를 참조로, 실시예 7의 필터는 래더형 필터이며, 직렬 아암 공진기 S1 내지 S4가 입출력 패드(52a, 52b) 사이에 직렬로 접속되고, 병렬 아암 공진기 P1 내지 P3이 그라운드 패드(52c)와의 사이에 접속된다. 도 18(b)를 참조로, 각 공진기 모두, 공진부(47)의 주변의 배선부(48)의 상부 전극(45b)의 막 두께가 공진부(47)의 상부 전극(45a)의 막 두께보다 작다.
실시예 7에 따르면, 압전 박막 공진기의 퀄리티 팩터 Q의 저하가 억제된다. 따라서, 고성능의 필터를 제공할 수 있다. 실시예 7은 실시예 2에 따른 압전 박막 공진기를 갖는 필터의 예이었지만, 실시예 1, 실시예 3 내지 실시예 6 중 어느 하나에 따른 압전 박막 공진기를 이용할 수도 있다. 또한, 필터의 적어도 하나의 공진기에 실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 하나의 압전 박막 공진기를 이용함으로써 상기 효과를 발휘하지만, 모든 공진기를 실시예 1 내지 실시예 7 중 어느 하나의 압전 박막 공진기로 하는 것이 바람직하다. 또한, 래더형 필터 이외의 필터에 실 시예 1 내지 실시예 6에 따른 압전 박막 공진기를 이용하는 것도 가능한다.
이상, 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에서, 여러 가지의 변형ㆍ변경이 가능하다.
도 1은 종래예 1에 따른 압전 박막 공진기의 단면도.
도 2는 종래예 2에 따른 압전 박막 공진기의 단면도.
도 3(a)는 종래예 3에 따른 압전 박막 공진기의 평면도, 도 3(b)는 도 3(a)의 A-A 단면도, 도 3(c)는 도 3(a)의 B-B 단면도.
도 4(a)는 실시예 1에 따른 압전 박막 공진기의 평면도, 도 4(b)는 도 4(a)의 단면도.
도 5(a) 내지 도 5(d)는 실시예 1에 따른 압전 박막 공진기의 제조 공정을 도시하는 단면의 모식도(그 1).
도 6(e) 내지 도 6(g)는 실시예 1에 따른 압전 박막 공진기의 제조 공정을 도시하는 단면의 모식도(그 2).
도 7(h) 및 도 7(i)는 실시예 1에 따른 압전 박막 공진기의 제조 공정을 도시하는 단면의 모식도(그 3).
도 8은 비교예 1에 따른 압전 박막 공진기의 단면도.
도 9(a) 및 도 9(b)는 비교예 1의 주파수에 대한 임피던스를 도시한 도면.
도 10(a) 및 도 10(b)는 실시예 1의 주파수에 대한 임피던스를 도시한 도면.
도 11(a) 및 도 11(b)는 비교예 1의 탄성파의 분산 특성을 도시하는 모식도.
도 12(a) 및 도 12(b)는 실시예 1의 탄성파의 분산 특성을 도시하는 모식도.
도 13은 실시예 2에 따른 압전 박막 공진기의 단면도.
도 14는 실시예 3에 따른 압전 박막 공진기의 단면도.
도 15는 실시예 4에 따른 압전 박막 공진기의 단면도.
도 16(a)는 실시예 5에 따른 압전 박막 공진기의 평면도, 도 16(b)는 단면도.
도 17은 실시예 6에 따른 압전 박막 공진기의 단면도.
도 18(a)는 실시예 7에 따른 필터의 평면도, 도 18(b)는 A'-A' 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11, 21, 31, 41 : 기판
13, 23, 33, 43 : 하부 전극
14, 24, 34, 44 : 압전 박막
15, 25, 35, 45 : 상부 전극
16, 26, 36, 46 : 공극
47 : 공진부
48 : 배선부
50 : 개구부
58 : 공간

Claims (7)

  1. 기판의 공극 상 또는 기판과의 사이에 공극이 형성되도록 설치된 하부 전극과,
    상기 하부 전극 상에 설치된 압전막과,
    상기 압전막을 사이에 두고 상기 하부 전극과 대향하는 공진부를 갖도록 상기 압전막 상에 설치된 상부 전극
    을 구비하고,
    상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 적어도 한쪽은, 상기 공극 상에 상기 공진부로부터 신호를 빼내기 위한 배선부를 갖고,
    상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 적어도 한쪽은, 상기 배선부에서의 상기 압전막에 접하는 단위 면적당의 질량이 상기 공진부에서의 단위 면적당의 질량보다 작고,
    상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 적어도 한쪽의 상기 배선부의 적어도 일부의 영역의 밀도는 상기 공진부의 밀도보다 작은 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진기.
  2. 삭제
  3. 기판의 공극 상 또는 기판과의 사이에 공극이 형성되도록 설치된 하부 전극과,
    상기 하부 전극 상에 설치된 압전막과,
    상기 압전막을 사이에 두고 상기 하부 전극과 대향하는 공진부를 갖도록 상기 압전막 상에 설치된 상부 전극
    을 구비하고,
    상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 적어도 한쪽은, 상기 공극 상에 상기 공진부로부터 신호를 빼내기 위한 배선부를 갖고,
    상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 적어도 한쪽은, 상기 배선부에서의 상기 압전막에 접하는 단위 면적당의 질량이 상기 공진부에서의 단위 면적당의 질량보다 작고,
    상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 중 적어도 한쪽은, 상기 배선부의 적어도 일부의 영역에서 상기 압전막과 공간을 두고 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진기.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 압전막은 (002) 방향을 주축으로 하는 배향성을 갖는 AlN 또는 ZnO인 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진기.
  5. 제1항 또는 제3항의 압전 박막 공진기를 갖는 필터.
  6. 삭제
  7. 삭제
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