KR100902802B1

KR100902802B1 - 탄탈산리튬으로 이루어지는 인터페이스 음파 장치

Info

Publication number: KR100902802B1
Application number: KR1020047014759A
Authority: KR
Inventors: 솔랄마르끄; 깔리스띠세르쥐; 로드빈센트; 발랑드라쉴뱅; 까무세르쥐; 빠스뛰로토마스
Original assignee: 탈레스
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2009-06-12
Also published as: US7126251B2; AU2003246759A1; CN1757160A; AU2003246759A8; EP1500191A2; DE60301794D1; FR2837636A1; JP2005528031A; US20050162048A1; CN100490317C; FR2837636B1; DE60301794T2; EP1500191B1; WO2003098800A2; WO2003098800A3; KR20040111423A

Abstract

본 발명은 탄탈산리튬으로 이루어지는 인터페이스 음파 컴포넌트에 관한 것이다. 필터를 구성하는 2 개의 기판이 동일한 절단과 동일한 결정 배향을 구비하는 경우에, 본 발명은 특히 제조되는 컴포넌트의 최후의 성능 특성을 결정하는 전기기계적 결합 계수를 최적화하는 최상의 절단각을 제공한다.

절단각과 전파 방향의 함수로서 결합 계수의 변화와 감쇠의 변화를 나타내는 곡선이 제공된다. 이러한 최적의 절단각에 대한 컴포넌트의 주요한 음향 특성의 값 또한 제공된다.

이러한 종류의 장치의 애플리케이션은 한편, 측정 체인이나 위상 코드에 의한 장치의 인식 원리에 따라 동작하는 장치 어레이에서, 공진기 또는 필터 또는 지연 라인과 같은 수동 컴포넌트로서 사용하거나, 또는 집적 장치로서 사용된다.

인터페이스 음파 장치, 결정 기판, 탄탈산리튬, 전기 음향 트랜스듀서, 절단각.

Description

탄탈산리튬으로 이루어지는 인터페이스 음파 장치{DEVICE WITH INTERFACE SOUND WAVES MADE OF LITHIUM TANTALATE}

본 발명의 기술분야는 인터페이스 음파 장치에 관한 것으로 특히 2 개의 탄탈산리튬 기판 사이의 인터페이스에서 제조되는 필터에 관한 것이다.

압전 기판의 표면 상에서 파동의 전파를 이용하는 표면 음파 장치를 제조하는 것이 알려져 있다. 소위 레일리 파(Rayleigh waves)로 불리는 경우, 이 파동은 전위차가 그 사이에 부과되는 인터레이스된 (interlaced) 전극으로 구성되는 교대배치형 콤 트랜스듀서 (interdigited comb transducer)에 의해 발생되고 수신된다. 이러한 장치는 2 개의 주요한 단점이 있다.

첫째, 표면파가 기판의 표면상에 정확하게 전파하기 위해서, 이러한 표면은 프리 (free) 상태로 유지되어야 한다. 이러한 조건은 캐비티 (cavity) 를 얻기 위한 캡슐화(encapsulation) 기술에 의해 획득된다.

둘째, 교대배치형 콤을 구성하는 전극의 피치(pitch)는 수백 나노미터 정도로 종종 작다. 또한, 패키지 내부에 존재하는 매우 작은 크기의 도전성 입자는 트랜스듀서를 단락시킬 수 있으며, 장치의 정상적인 동작을 방해할 수 있다. 이러한 단점을 완화하기 위해서, 컴포넌트에 대한 패키지를 밀폐시키거나, 트랜스듀서상에 절연 유전 물질의 얇은 층을 증착 (deposit) 하는 것이 필요하다. 패시베이션(passivation)이라고 불리는 이러한 공정으로 도전성 입자에 대한 민감성을 제거하는 것이 가능하다. 그러나, 실행하는데 비용이 많이 드는 공정인 캡슐화 공정을 생략하도록 하지는 못한다.

인터페이스 음파 장치의 이용은 캡슐화와 관련된 여러가지 문제점이 해결될 수 있도록 한다. 이 경우에는, 기판의 표면상으로의 음파의 전파에 대한 이용은 더 이상 이루어지지 않지만, 대신에 2 개의 기판 사이의 인터페이스에는 음파의 전파가 이루어질 수 있다. 물론, 이러한 장치는 공동이 제조될 것을 더이상 요구하지 않는 패시베이티드 컴포넌트를 얻는 것을 가능하게 한다. 게다가, 패키지는 완전히 제거될 수 있다.

1924년에, Stoneley는 2 개의 물질 사이의 인터페이스에서 음파를 유도할 가능성을 입증했다 [Proc. Roy. Soc. London A016, 416]. 이러한 파동은 새기털면(sagittal plane)에 편파되는 것으로 간주되었다.

1971년에, Maerfeld와 Tournois는 2 개의 물질 사이의 표면에서 전파하는 수평 전단파(shear wave)의 존재를 입증했다. 압전기 케이스가 고려되었다 [C. Maerfeld and P. Tournois, Appl. Phys. Lett. 19, 117, 1971]. 음향 컴포넌트에 대한 이러한 종류의 파동의 첫번째 이용은 특허 FR 2 145 750에 개시되어 있다. 기술되어 있는 발명은 적어도 하나가 압전물질인 2 개의 물질 사이의 인터페이스에서 순수한 전단파의 전파를 이용한다. 2 개의 물질이 동일한 경우가 고려된다. 그러나, 상기 특허는 2 개의 물질 사이의 인터페이스에 위치된 트랜스듀서를 언급하는 것은 아니다.

1983년에, 압전 물질과 등방성 물질 사이의 인터페이스에서 파동의 전파는, 패키지리스 SAW (packageless surface acoustic wave) 장치를 제조할 목적으로 설명되어 있으며, 트랜스듀서가 인터페이스에 위치되는 것을 함축적으로 가정한다. 또한 그 결합 계수 (coupling coefficient) 는 [Shimitzu et al., "Stoneley waves propagating along an interface between piezoelectric material and isotropic material", 1983 IEEE US Proc. pp 373 - 375] 에 연구되어 있다.

더 최근에는, 1998년에, 물질의 상이한 조합 (combination)이 필터링을 목적으로 조사되었다 [M. Yamaguchi, T. Yamashita, K. Hashimoto and T. Omori, "Highly piezoelectric waves in Si/SiO₂/LiNbO₃ and Si/SiO₂/LiNbO₃Structures" (미출판)].

마지막으로, 1999년에, 특허 FR 2 799 906은 2 개의 동일한 압전 물질 사이의 인터페이스에서 트랜스듀서를 사용하는 필터를 설명한다.

일반적으로, 인터페이스 음파 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나가 압전물질인 S₁과 S₂로 표시되는 2 개의 기판과, 이들 2 개의 기판 사이에 놓여 있는 인터페이스 영역 (I) 으로 구성된다. 일반적인 경우에, 인터페이스 영역 (I) 는 적어도 전기 음향적 트랜스듀서 (E) 를 구비하는 구성이다. 상기 장치에 결합되는 전기적인 상호접속부 (interconnections) 는 신호가 방출되고 전송될 수 있게 허용한다.

인터페이스 파동은 수동 컴포넌트를 제조하는데 이용될 수 있다. 일반적으로, 결정 표면 상에 전파하는 파동을 이용하여 획득되는 장치의 유형은 인터페이스 파동을 사용하여 제조될 수 있다. 특히, 인터페이스에 위치되는 반-파장과 동일한 주기를 갖는 금속 전극의 어레이를 이용하여 인터페이스 파동을 반사할 수 있다. 따라서, 우선 2 개의 반사기 어레이 사이에 교대배치형 트랜스듀서를 배치함으로써 공진기가 제조되고, 둘째로 전기적 수단 또는 음향 수단을 통하여 공진기를 함께 커플링함으로써 필터가 제조된다. 트랜스듀서의 지향성(directivity)은 트랜스듀서 내에 반사기를 분산 배치시킴으로써 개선될 수 있다. 표면 파동 컴포넌트의 모든 애플리케이션은 따라서 특히 지연 라인, 밴드 필터, 공진기 및 분산 필터(dispersive filter)로 이용되기 쉽다. 또한 이러한 컴포넌트의 애플리케이션은 측정 센서로서도 가능하다.

위상 코드 소자는 전극의 분포에 의해 특징지워지는 특정한 트랜스듀서를 구비하여 하나의 개별적인 코드를 소정의 위상 코드 컴포넌트와 연합하는 방법으로 알려져 있다. 전파(radio wave)를 이용하는 원격 문의형(remotely interrogable) 장치는 이러한 원리를 채용한다. 동작은 다음과 같다: 위상 코드는 파동의 이미션(emission) 에서 이용되며, 파동은 위상-코드 컴포넌트의 입력에 접속된 안테나에 의해서 포착된다; 종래에, 트랜스듀서는 신호를 기계적인 파동으로 변환한다. 상기 파동은 그 후 전기적 신호로 재변환되어 재방출되는 출력 트랜스듀서까지 전파한다. 수신 신호는 해석되며, 따라서 신호를 수신하여 전환하는 컴포넌트가 특정된다.

인터페이스 파동 장치는 원격 문의형 장치로 사용될 수 있으며, 특히 압력, 온도 또는 가속의 측정에 대한 것과 같은 측정 애플리케이션에 대해 사용될 수 있다.

인터페이스 파동 컴포넌트에 대한 구성의 선택은 매우 대단히 다양하게 할 수 있다. 특히, 다음의 조합이 언급될 수도 있다.

●기판 S₁은 압전물질이고 S₂는 아니다. 이 경우, S₂는 컴포넌트를 제조하기가 더 쉬워지도록 그 기계적인 성질에 따라 선택된다. 예를 들어, S₁가 리튬 니오베이트 (lithium niobate) 또는 탄탈산리튬 (lithium tantalate) 으로 만들어지면, S₂는 융해된 실리카 (silica) 또는 단일-결정 실리콘으로 만들어지는 것이 바람직할 것이다.

●2 개의 기판이 둘 다 압전물질이지만, 특질(nature)이 다르다. 예를 들어, 다음의 조합이 언급될 수 있다.

석영/리튬 니오베이트(quartz/lithium niobate)

석영/탄탈산리튬(quartz/lithium tantalate)

탄탈산리튬/리튬 니오베이트(lithium tantalate/lithium niobate).

●2 개의 기판은 동일한 특질이 있지만 결정 절단 (cut) 이 상이하다. 도 2는 Z는 결정의 광학축에 평행하며, X는 결정의 압전성에 의해 정의되며, Y는 (X, Z)에 대해 직각을 이루는, 초기의 정규직교(orthonormal) 좌표계 (X, Y, Z)에서의 IEEE 1949 규격을 사용하며, 절단면의 기하학적인 표현은 2 개의 연속적인 회전각인 φ와 θ에 의해 정의되는 것을 도시한다. 여기서, φ는 Z축 둘레의 제 1 회전에 대응하며, 이렇게 얻어지는 좌표계는 Z 와 일치하는 Z' 를 갖는 (X', Y', Z')로 표시되며, θ는 X'축 둘레의 제 2회전에 대응하며, 이렇게 얻어지는 좌표계는 X' 와 일치하는 X'' 를 갖는 (X", Y", Z")로 표시된다. 이 마지막 좌표계에서, 음파의 전파 방향은 그 후 Y" 축 둘레의 회전을 나타내는 제 3각 Ψ에 의해 정의된다. 예를 들어, 이러한 관행으로, ST 석영에 대한 표면파에서 정상적으로 이용되는 절단에 대한 각의 값은 다음

● φ=0°; θ=42.75°; Ψ=0°과 같다. 그리고 마지막으로

●2 개의 기판은 동일한 특질과 동일한 절단일 수 있다. 예를 들어, 석영 및 리튬 니오베이트 또는 탄탈산리튬을 이용할 수 있다. 이러한 경우에, 일반적인 규칙으로서 조립 동작은 2 개의 기판의 동일한 결정 배향으로 수행될 것이다.

후자의 경우는 기판 S₁과 S₂ 사이의 호환성(compatibility)의 문제, 특히 열적 팽창 및 조립 문제까지 개별적으로 관심이 있으며, 함축적으로 해결된다. 이 경우에, 결정 면(face)의 배향은 동일한 방향의 분극(polarization)을 획득하도록 선택된다.

네 개의 주요한 특징은 압전 물질의 음파 전파 성질을 정의한다.

이것들은 다음과 같다.

●인터페이스 음파의 전파의 속도 V. 이 파라미터는 소정의 동작 주파수 F에 관한 한 중요하며, V/F에 비례하는 전극 콤(comb)의 이(teeth)의 어레이의 피치 P를 결정한다. 하나가 통상 몇 GHz 정도의 높은 주파수에서 작동할 때, 높은 속도를 달성하는 것은 현재의 에칭 기술과 호환가능한 충분히 넓은 피치를 유지할 수 있게 한다.

●일반적으로 장치의 삽입 손실을 저감하기 위해 감소시키는 것이 바람직한 파라미터인 음파 파장 당 ㏈로 표현되는, 감쇠 A 또는 삽입 손실(insertion loss).

●ppm. C^-1로 표현되는, 주위의 온도에 가까운 온도의 함수로서 주파수에서의 변화의 1차(first-order) 계수 CFT. 그 장치의 구성은 열적 변화에 덜 민감할수록 이 계수를 더 낮출 것이다.

●장치로 획득될 수 있는 최대 상대적 주파수 대역을 나타내며, 프리 기판상의 표면파의 속도와 금속 기판상의 표면파의 속도 사이에서 상대적인 반-차이 (half-difference) 로서 계산되는 전기기계적 결합계수 k2. 일반적으로 이 계수는 최대화하는 것이 바람직한 파라미터이며, k2 는 퍼센트로서 표현되는 차원이 없는 (dimensionless) 파라미터이다.

이러한 다양한 파라미터와, 특히 결합 계수 k2는 압전 결정의 절단각과 전파 방향에 강하게 의존한다. 따라서, 탄탈산리튬의 경우에 절단각에 의존하여 획득할 수 있으며, 도 3a 와 도 3b 에서 표시된 바와 같이, k2 값은 0 과 7 사이에서 변화한다. 도 3a 는 제로 (zero) 인 θ에서 (Φ, Ψ)의 함수로서 k의 변화를 도시하며, 도 3b 는 제로인 φ 에서 (θ, Ψ)의 함수로서 k2 의 변화를 도시한다. 이러한 도면에서, 불연속 부분은 이 영역 내에서 전파 모드가 존재하는 것이 가능하지 않다는 것을 도시한다. 따라서, 절단각의 선택은 중요하다. 그러나, 이러한 각 함수로서의 음향 특징에서의 변화는 단순히, 예를 들어 결정 구조에 관해 고려하여 결정될 수 없다. 또한 그것들은 표면 음파에 대해 사용되는 프리 물질의 경우에 획득되는 것과 매우 상이하다.

인터페이스 음파 필터의 제조에 관한 특허 2 799 906(Pierre Tournois)는 예시의 방식으로 언급되는 일반적인 권고를 제공하며 최적 절단각이 선택되도록 허용한다. Y 결정 축에 따라 절단될 수 있는 탄탈산리튬의 이용의 경우를 언급한다(여기서 Y는 특정한 각 예를 들어 175°을 통하여 회전된다).

본 발명은 자체로 최적의 절단각 범위를 선택하는 것을 제안한다. 사실상 절단각에 대한 허용차(tolerance)를 정확히 제공하며, 최적의 절단각의 세트는 탄탈산리튬의 경우에, 최상의 특징, 특히 파라미터 k2의 최고치와 최종적으로 기대되는 성능 특징을 달성하기 위한 주요한 특징의 값을 얻는 것을 가능하게 한다.

또한 컴포넌트를 제조하는데 여러가지 단계를 설명한다.

이에 관련하여, 본 발명의 주제는 인터페이스 음파 장치이며,

탄탈산리튬 (LiTaO₃) 으로 이루어지는 제 1 결정 기판;

또한 탄탈산리튬으로 이루어지는 제 2 결정 기판;

상기 기판들을 서로 접합시키며, 음파의 전파를 위해 기능하고 적어도 전기음향 트랜스듀서를 포함하는, 평면 인터페이스 영역 (I);

상기 트랜스듀서를 전기적으로 접속하기 위한 상호접속 수단을 구비하는 인터페이스 음파 장치로서,

삭제

상기 기판들은 초기의 정규직교 좌표계 (X, Y, Z) 를 기준으로 하며, 동일한 절단면과 공통적인 결정 배향을 가지고, Z 는 광학축에 평행하고, X 는 결정의 압전기에 의해 정의되며, Y 는 (X, Z)에 대해 직각을 이루고,

상기 절단면은 2 개의 연속적인 회전각인 φ와 θ에 의해 특정되며,

φ는 Z 축 둘레의 제 1 회전에 대응하고, 이렇게 얻어지는 좌표계는 Z 와 일치하는 Z' 를 갖는 (X'. Y', Z')로 표시되고,

θ는 X' 축 둘레의 제 2 회전을 나타내며, 이렇게 얻어지는 좌표계는 X' 와 일치하는 X" 를 갖는 (X", Y", Z")로 표시되고,

상기 음파의 전파 방향은 상기 좌표계 (X", Y", Z")에서 취한 Y"축 둘레의 회전을 나타내는 제 3 각 ψ 에 의해 정의되는, 상기 인터페이스 음파 장치에 있어서,

임의의 전파 방향 ψ에 대해서:

각(φ, θ)이 (0, 0, 0)_a 절단과 (60, 0, 0)_a절단으로 불리는 다음의 2 개의 각도 범위, 즉

(0, 0, 0)_a 절단 : -5° ≤Φ≤ +5°

-20° ≤θ≤ +30°

(60, 0, 0)_a절단 : +55° ≤Φ≤ +65°

-30° ≤θ≤ +20°

중 하나의 범위 내에 놓여 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 결합 계수의 최대치를 획득하고 삽입 손실을 저감하도록, 제한된 각도 범위내에서 작동하는 것이 바람직하다. 이 경우에, (X", Y", Z") 좌표계에서 표현되는 각도 (φ,θ,ψ) 가 (0, 0, 0)_b 절단과 (60, 0, 0)_b절단으로 불리는 다음의 2 개의 각도 범위, 즉

(0, 0, 0)_b 절단 : -5° ≤Φ≤ +5°

-10°≤θ≤ +10°

-5°≤ψ≤ +5°

(60, 0, 0)_b절단 : +55° ≤Φ≤ +65°

-10° ≤θ≤ +10°

-5°≤ψ≤ +5°

중 하나의 범위 내에 놓인다.

바람직하게는, 상기 2 개의 기판의 두께는 동작 음파 파장 (λ) 에 비하여 두껍다. 이러한 조건 하에서, 음파는 2 개의 기판 내부에 한정되어 남아있게 됨으로써, 외부로부터의 가능한 어떤 섭동(perturbation)을 방지한다. 반대로, 인터페이스 영역의 두께는 동작 음파 파장에 비하여 얇아서, 상기 영역의 내재적인 기계적 성질에 의해 도입되는 섭동을 무시할 수 있다.

바람직하게는, 인터페이스 영역은 전기음향 트랜스듀서와 1 이상의 유전 물질층을 적어도 구비하는 적층 구조의 형태이다. 이러한 층의 주요한 이점은 층들이 파동의 전파 또는 인터페이스 영역으로의 제 2 기판의 부착을 촉진한다는 점이다.

바람직하게는, 인터페이스 영역은 전기음향 트랜스듀서만을 구비하며, 상기 트랜스듀서는 서로 접촉하는 기판들의 두 개의 표면 중 하나의 표면상에 에칭되며, 그 후 상기 인터페이스 영역이 인터페이스 평면으로 축소된다. 이러한 조건하에서, 2 개의 기판의 결합과 한 번 조립된 인터페이스 영역의 조합은 트랜스듀서가 내부에서 발견되는 단일 기판과 동등하다.

바람직하게는, 그 장치는 표면 음파 장치에 이용할 수 있는 모든 애플리케이션, 특히 공진기 또는 필터 또는 지연 라인 또는 위상 코드 소자와 같은 수동 컴포넌트에 이용될 수 있다.

마지막으로, 원격 문의형 장치와 같은, 코드화된 장치의 원리에 따라서 동작하는 장치의 어레이 또는 측정 체인에서 이용할 수 있다.

본 발명은 다음의 설명을 읽으면서 첨부된 도면을 참조하면 본 발명은 더 명확하게 이해될 것이고 다른 이점들이 명확해질 것이며, 실시예에 한정되지 않는다.

- 도 1은 개략적인 방식으로 도시된 인터페이스 파동 장치의 일반적인 구성을 도시한다.

- 도 2는 각 φ와 θ에 의해 정의되는 절단각의 기하학적 표현과 절단각의 좌표계에서 전파 방향의 표현을 도시한다.

- 도 3a와 도 3b는 다음의 두 구성: 제로인 θ와 제로인 Φ 에서 탄탈산리튬에 대한 절단각과 전파 방향의 함수로서 k2의 변화를 도시한다.

- 도 4a와 도 4b는 제로인 ψ 에서 (0, 0, 0)_a 절단에 대한 θ 와 φ 에서 변화의 함수로서 결합 계수 k2의 변화 지도와 삽입 손실의 변화 지도를 도시한다.

- 도 5a와 도 5b는 제로인 ψ에서 (60, 0, 0)_a절단에 대한 θ 와 φ 의 변화의 함수로서 결합 계수 k2의 변화 지도와 삽입 손실의 변화 지도를 도시한다.

- 도 6a, 도 6b 및 도 6c는 세 각 θ, Φ, Ψ중 하나는 변화하고 다른 두 각은 일정하게 선택되는 함수로서 (0, 0, 0)_a 절단 근처의 결합 계수 k2의 변화와 삽입 손실의 변화를 도시한다.

- 도 7a, 도 7b 및 도 7c는 세 각 θ, Φ, Ψ중 하나가 변화하며 다른 두 각은 일정하게 선택되는 함수로서 (60, 0, 0)_a 절단 근처의 결합 계수 k2의 변화와 삽입 손실의 변화를 도시한다.

통상적으로 3% 보다 더 큰 양호한 결합 계수 k2와 인터페이스 평면에서 파동의 모든 전파 방향에 대한 낮은 감쇠를 획득하기 위하여, 절단각(Φ, θ)은 (0, 0, 0)_a 절단과 (60, 0, 0)_a 절단으로 불리는 다음의 각도 범위 내에 들어 간다(도 4a, 4b, 5a, 5c).

(0, 0, 0)_a 절단 : -5° ≤Φ≤ +5°

-20° ≤θ≤ +30°;

(60, 0, 0)_a절단 : +55° ≤Φ≤ +65°

-30° ≤θ≤ +20°.

통상적으로 6% 보다 더 큰 최적의 결합 계수 k2와, 통상적으로 2×10^-3미만의 낮은 감쇠를 획득하기 위해서, 절단각(Φ, θ)과 전파 방향 ψ는 (0, 0, 0)_b 절단과 (60, 0, 0)_b 절단으로 불리는 다음의 각도 범위, 즉

(0, 0, 0)_b 절단 : -5° ≤Φ≤ +5°

-10°≤θ≤ +10°

-5°≤ψ≤ +5°;

(60, 0, 0)_b절단 : +55° ≤Φ≤ +65°

-10° ≤θ≤ +10°

-5°≤ψ≤ +5°

내에 들어 간다 (도 4a, 4b, 5a 및 5c).

아래의 표는 각각의 범위에 대해 결합 계수 k2가 획득되도록 허용하는, 좌표 (Φ, θ, ψ)에서의 절단각을 제공한다. 4 개의 주요 파라미터의 값이 이 각으로 제공된다.

	배향 (Φ, θ, ψ)	k2의 최대치 %	속도 ms^-1	감쇠 ㏈λ^-1	CFT ppmC^-1
범위 1	(0, 0, 0)	6.8	4073	-3×10^-6	-22
범위 2	(60, 0, 0)	6.7	4073	-3×10^-6	-41

이들 최대값에 대한 k2의 변화는 도 6a 내지 도 7c에서 설명된다.

탄탈산리튬으로 이루어지는 인터페이스 파동 컴포넌트의 제조는,

●2 개의 기판 중 하나 상에 인터페이스 영역의 제조로서 전극 콤을 제조하는 하부 단계를 필수적으로 포함하는 제조;

●2 개의 기판의 조립 및 절단; 및

●전기적 상호접속부의 제조

같은 단계를 포함한다.

전극 콤은 소위 매립-전극 공정 또는 소위 증착-전극(deposited-electrode) 공정에 의해 제조된다.

제 1 경우에서, 공정의 주요한 단계는 다음과 같다:

●채용된 절단각으로 제 1 탄탈산리튬 기판의 절단면의 제조;

●전극들의 위치를 에칭;

●순수 알루미늄 또는 구리-티타늄과 같은 열적 이동의 한도를 정하는 알루미늄 합금(alloy)으로 이루어질 수 있는, 전극을 제조하도록 의도된 물질의 증착; 및 마지막으로

●그 에칭의 위치에서만 물질을 남기기 위한 평탄화(planarization).

제 2 경우에서, 공정의 주요한 단계는 다음과 같다:

●전극을 제조하도록 의도된 물질의 평면 기판상으로의 증착;

●그 후 전극만을 남기기 위하여 이 물질을 절단;

●전극들 사이에 삽입 층 C의 증착; 및

●전극의 두께를 가지는 평면 층을 획득하도록 층 C를 표면처리(surfacing).

다른 실시형태에서, 공정은 층 C를 증착하여 시작할 수 있고, 이 층에서 전극들의 위치에 개구부(openings)를 생성하며, 이 층 상부에 전극의 물질을 증착하고, 마지막으로 이전의 결과를 획득하도록 평탄화(leveling-off)할 수 있다. 층의 두께가 음파 파장에 비하여 충분히 작으면, 조립체의 전기음향 특성만은 거의 수정되지 않는다.

유전 물질의 부가적인 층이 그 후 인터페이스 영역을 완성하기 위하여 기술적 또는 음향적 이유로 추가될 수 있다. 이러한 층들은 특히 2 개의 기판 사이에 접착력(bonding)을 강화할 수 있다. 그러나, 기판의 절단각으로 인한 특성을 보존하는 것이 바람직하다면, I의 최종 두께는 동작 음파 파장에 비하여 작게 남아있어야 한다.

또한 제 1 기판과 동일한 절단각으로 탄탈산리튬에서 절단되는 제 2 기판은 그 후 전극 제조 공정의 마지막에 상기 기판에 부착된다. 이 조립은 분자간 접착 또는 애노딕(anodic) 접착으로 수행될 수 있다. 기하학적으로, 제 2 기판은 제 1 기판과 동일한 결정 배향을 갖는다.

다음으로, 전기적 상호접속부가 형성된다. 여러가지 가능한 실시예(implantation)가 있다. 비한정적인 예로서,

●인터페이스 영역의 평면에 상호접속부를 형성

●2 개의 기판 중 하나를 관통하여 상호접속부를 형성

을 들 수 있다.

Claims

탄탈산리튬 (LiTaO₃) 으로 이루어지는 제 1 결정 기판(S₁);

또한 탄탈산리튬으로 이루어지는 제 2 결정 기판(S₂);

상기 기판들을 서로 접합시키며, 음파의 전파를 위해 기능하고 적어도 전기음향 트랜스듀서를 포함하는, 평면 인터페이스 영역 (I);

상기 전기음향 트랜스듀서를 전기적으로 접속하기 위한 상호접속 수단을 구비하는 인터페이스 음파 장치로서,

상기 기판들은 동일한 절단면과 공통적인 결정 배향을 가지는, 초기 정규직교 좌표계 (X, Y, Z) 를 기준으로 하며, Z 는 광학축에 평행하고, X 는 결정의 압전기에 의해 정의되며, Y 는 (X, Z) 에 대해 직각을 이루고,

상기 절단면은 2 개의 연속적인 회전각인 φ 와 θ 에 의해 특정되며,

φ 는 Z축 둘레의 제 1 회전에 대응하고, 이렇게 얻어지는 좌표계는 Z 와 일치하는 Z' 를 갖는 (X', Y', Z') 로 표시되고,

θ 는 X' 축 둘레의 제 2 회전을 나타내며, 이렇게 얻어지는 좌표계는 X' 와 일치하는 X" 를 갖는 (X", Y", Z") 로 표시되고,

상기 음파의 전파 방향은 상기 좌표계 (X", Y", Z") 에서 취한 Y" 축 둘레의 회전을 나타내는 제 3 각 ψ 에 의해 정의되며,

임의의 전파 방향 ψ 에 대해서,

절단각 (φ, θ) 이 (0, 0, 0)_a 절단과 (60, 0, 0)_a 절단으로 지칭되는 다음의 2 개의 각도 범위, 즉

- (0, 0, 0)_a 절단 : -5° ≤Φ≤ +5°

-20° ≤θ≤ +30°

- (60, 0, 0)_a절단 : +55° ≤Φ≤ +65°

-30° ≤θ≤ +20°

중 하나의 범위 내에 놓이는 것을 특징으로 하는 인터페이스 음파 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 (X", Y", Z") 좌표계에서 취한 상기 각도들 (φ,θ,ψ) 이, (0, 0, 0)_b 절단과 (60, 0, 0)_b절단으로 지칭되는 다음의 2 개의 각도 범위, 즉

- (0, 0, 0)_b 절단 : -5° ≤Φ≤ +5°

-10°≤θ≤ +10°

-5°≤ψ≤ +5°

- (60, 0, 0)_b절단 : +55° ≤Φ≤ +65°

-10° ≤θ≤ +10°

-5°≤ψ≤ +5°

중 하나의 범위 내에 놓이는 것을 특징으로 하는 인터페이스 음파 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 결정 기판 및 상기 제 2 결정 기판의 두께는 동작 음파 파장 (λ) 에 비하여 크고, 상기 평면 인터페이스 영역의 두께는 상기 동작 음파 파장 (λ) 에 비하여 작은 것을 특징으로 하는 인터페이스 음파 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 평면 인터페이스 영역은, 적어도 상기 전기음향 트랜스듀서 및 하나 이상의 유전 물질층을 구비하는 적층 구조의 형태인 것을 특징으로 하는 인터페이스 음파 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 평면 인터페이스 영역은 상기 전기음향 트랜스듀서만을 구비하며, 상기 전기 음향 트랜스듀서는 서로 접촉하는 상기 기판들의 두 개의 표면 중 하나의 표면상에 에칭되어, 상기 평면 인터페이스 영역이 인터페이스 평면으로 축소되는 것을 특징으로 하는 인터페이스 음파 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 인터페이스 음파 장치는, 공진기 또는 필터 또는 지연 라인 또는 위상 코드 소자와 같은 수동 컴포넌트인 것을 특징으로 하는 인터페이스 음파 장치.
소자들의 체인으로 구성된 측정 센서로서,

상기 체인은 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 인터페이스 음파 장치를 적어도 하나 구비하는 것을 특징으로 하는 측정 센서.
위상 코드 원리에 따라 동작하고 소자들의 체인으로 구성되는 장치로서,

상기 체인은 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 인터페이스 음파 장치를 적어도 하나 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.