KR101069444B1 - 온도 계수가 개선된 ｓａｗ 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전 기판(S) 상에 구성된 SAW-소자에 관한 것이다. 손실을 줄이기 위해, 표면파의 전파 속도가 신속한 전단파의 전파 속도 아래에 머무를 때까지 매쓰 부하는 금속화층(M)에 의해서 증가된다. 온도 계수의 증가를 제한하기 위해, Al보다 훨씬 더 높은 규정 밀도를 갖는 금속화층이 사용된다. 그와 동시에, 상기 소자의 온도 계수는 실제로 전체 표면에 걸쳐서 제공되는 보상층(K)에 의해서 감소되고, 상기 보상층은 탄성 계수의 온도 의존성을 갖는 재료로부터 선택되며, 상기 탄성 계수는 기판-금속화층의 조합의 탄성 계수에 반작용한다.

Description

온도 계수가 개선된 ＳＡＷ 소자 {SAW COMPONENT HAVING AN IMPROVED TEMPERATURE COEFFICIENT}
본 발명은 압전 기판 상에 구성된 SAW(Surface Acoustic Wave)-소자에 관한 것으로, 상기 기판 상에는 확산 속도(VSAW)를 갖는 SAW를 형성하기 위한 적어도 하나의 인터디지털 변환기를 포함하는 소자 구조물이 형성되어 있으며, 이 경우 상기 압전 기판 내에서는 추가로 확산 속도(VSSW)를 갖는 느린 전단파(shear wave)가 발생될 수 있다.
SAW-소자는 압전 기판 상에 구성되어 있으며, 이 경우 단결정 웨이퍼는 자체의 우수한 압전 특성 때문에 바람직하다. 상기 압전 특성 그리고 예를 들어 웨이퍼 상에서의 음파의 확산 속도와 같은 일련의 다른 특성들은 압전 단결정의 결정축에 대해서 상대적인 웨이퍼 표면의 방위(orientation)에 의존한다. 결정 단면을 적합하게 선택함으로써, SAW-소자의 원하는 성능을 지지하는 단면 의존적 특성을 갖는 웨이퍼가 상기 방식으로 제공될 수 있다.
SAW-소자를 위해서는, 통상적으로 표면에 가까운 음파의 효과적인 발생 및 손실 없는 확산을 지지하는 단면각을 갖는 웨이퍼가 선택된다. 그 예로서는 ST-단면을 갖는 석영 웨이퍼, 약 40-65°의 로트(rot) YX-단면을 갖는 리튬 니오브산염 웨이퍼 및 36 내지 46°의 rot YX 단면각을 갖는 리튬 탄탈산염이 있다. 상기와 같은 단면각을 갖는 기판 상에 있는 대부분의 소자의 경우, 표준적인 경우에는 SAW 이외에 기판 내부로 전파하는 또 하나의 파(wave)도 발생된다. 이와 같은 파의 음향 에너지가 소자 내에서는 이용될 수 없기 때문에, 이것은 전송 손실을 야기한다. 그렇기 때문에, 이와 같은 손실을 최소로 하기 위한 조치들이 필요하다. 그러나, 누설파(leakage wave) 손실의 완전한 억제는 지금까지 불가능했다.
SAW-소자에 적합한 기판에서의 다른 문제점은 상대적으로 높은 온도 계수이다. 상기 온도 계수는 예를 들어 표면파의 확산 속도와 같은 기판 특성들의 온도 의존성을 나타낸다. 이것은 결국에 소자의 중심 주파수의 온도 의존성에도 영향을 미친다. 누설파 기판은 석영에 비해서 약 40 ppm/K의 상대적으로 높은 온도 계수(TCF; temperature coefficient of frequency)를 보인다. 상기 온도 계수를 픽업(pickup)하기 위해서는, 소자 및 특히 SAW-필터가 요구되는 사양을 충족시킬 수 있도록 하기 위하여, 상기 온도 계수를 토대로 제조된 SAW-소자의 대역폭이 상응하게 폭넓게 증가하여야 한다.
소자에 대해서 높은 요구 조건을 제기하는 사양을 갖는 필터-적용예는 US-PCS-이동 무선 통신 시스템을 위해 필요한 듀플렉서이다. 상기 듀플렉서의 사양은 전술한 높은 온도 계수를 갖는 기판 재료 내지 SAW-소자에 의해서는 준수될 수 없다. 이 목적을 위해서는, 온도 계수를 줄일 필요가 있을 것이다.
온도 계수를 줄이기 위해서 이미 다양한 방법들이 제안되었으나, 각각의 개 별 방법들은 재차 심각한 다른 단점과 결부된다.
K. 나카무라(Nakamura) 및 A. 투얼록(Tourlog)의 논문, 'Effect of a ferroelectric inversion layer on the temperature characteristics of SH-type surface acoustic waves on 36Y-X LiTaO3 substrates', IEEE Trans. Ferroel. Freq. Ctrl. Vol.41, No.6, Nov. 1994, pp.872-875에는, 압전 기판의 초전도성 축을 웨이퍼의 표면에서 회전시킴으로써 온도 계수를 줄이는 것이 예로 공지되어 있다. 그러나 이 경우의 문제는 상기 조치와 연관된 커플링의 감소, 제조상의 어려움 그리고 TCF가 약 15 ppm/K까지 다만 제한적으로만 감소한다는 것이다.
K. 에다(Eda) 등의 논문, 'Direct Bonding of piezoelectric materials and its applications', IEEE Ultrason. Symp. Proc. 200, pp.299-309에는, 온도 팽창이 적은 웨이퍼 상에 얇은 리튬 탄탈산염 막을 형성하는 것이 공지되어 있다. 상기 웨이퍼 상에 구성된 소자는 웨이퍼와의 열적 비틀림으로 인해 감소된 온도 계수를 갖는다. 그러나 이 경우에 단점으로 언급될 수 있는 것은, 처리 과정의 복잡성 및 그와 더불어 높은 비용을 발생시키는, 상기 기판 재료를 제조하기 위한 복잡한 기술이 필요하다는 것이다.
K. 아사이(Asai) 등의 논문, 'Experimental and theoretical investigation for temperature characteristics and propagation losses of SAWs on SiO2/Al/LiTaO3', IEEE Ultrason. Symp. 2002, (공개 예정)에는, 전체 표면에 걸쳐 기판 및 금속화층 위에 제공된 SiO2-막에 의해서 SAW-소자의 온도 계수를 줄이는 것이 공지되어 있다. 이 경우에는 물론, 금속화층의 높이가 종래의 SAW-소자에 비해 심하게 감소할 수밖에 없다고 밝혀졌다. 이와 같은 사실에 의해서는 결과적으로 감쇠의 증가가 야기되는데, 그 이유는 층의 두께가 감소함에 따라 변환기 내부에서의 핑거 저항이 계속해서 증가하기 때문이다. 더 나아가, 온도 계수를 줄이기 위한 이와 같은 처리 방법은 (그 내부에서 확산될 수 있는 SAW의 파장에 대해서) 약 20% h/λ의 SiO2-막의 매우 높은 층두께를 필요로 한다. 따라서, 상기 SiO2-층의 품질은 달성된 온도 계수의 감소량 및 감수해야 할 삽입 감쇠의 양을 위해서 중요하다.
그러나 상기 논문에서 제안된 어떤 처리 방법으로도 US-PCS-듀플렉서를 SAW 소자로서 구현하는 것이 아무 문제없이 가능하지가 않다.
본 발명의 목적은, 누설파 기판 상에 구성되고 손실이 낮은 동시에 낮은 온도 계수를 갖는 SAW 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징을 갖는 SAW-소자에 의해서 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 추가 청구항에서 기술된다.
본 발명은, 누설파 손실의 형성을 성공적으로 저지하고, 시너지 작용하는 추가의 조치에 의해서 온도 계수를 감소시킬 수 있는 가능성을 발견하였다. 표면파 내지 SAW의 속도가 느린 전단파의 확산 속도 아래에 놓일 정도까지 폭 넓게 상기 표면파 내지 SAW의 속도가 감소될 수 있다면, 누설파 손실의 형성이 저지될 수 있다고 나타났다. 이와 같은 내용은, 매쓰 부하(mass load)가 금속화층에 의해서 충분히 상승됨으로써 성취된다. 그에 의해서만 온도 계수가 증가할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라서는 전체 표면에 걸쳐 웨이퍼 및 상기 웨이퍼 상에 제공된 금속화층 위에 추가로 보상층이 제공되며, 상기 보상층은 탄성 계수의 온도 의존성이 낮은 재료로부터 선택된다. 다시 말해서, 보다 높은 매쓰 부하에 의해서는 동시에 SAW도 기판 표면 근처에 고정될 수 있다고 드러났다. 이와 같은 사실은 본 발명에서, SAW가 충분한 부분으로 보상층 내부에서 확산되는 동시에 상기 보상층의 재료 특성으로 인해 보상층의 확산 특성 면에서 다만 적은 온도 의존성만을 갖도록 한다.
특히 바람직한 것은, 표준-금속화층에 비해 충분히 상승된 매쓰 부하를 위해서뿐만 아니라 보상층을 위해서도 다만 상대적으로 얇은 층두께만이 필요하다는 것이다. 얇은 층두께의 장점은, 이와 같은 층두께가 기술적으로 보다 용이하게 조절될 수 있다는 것, 상기 층두께가 저렴하게 제조될 수 있다는 것, 그리고 상기 층두께가 2개 층(매쓰 부하가 높은 금속화층 및 보상층)의 조합에서 소자 특성에 대해 부정적인 작용을 나타내지 않는다는 것이다. 그 결과, 보다 낮은 삽입 감쇠에도 불구하고 예를 들어 15 ppm/K 미만의 충분히 낮은 온도 계수를 갖는 SAW-소자가 얻어진다. 필터로서 형성된 상기 SAW-소자는 예를 들어 US-PCS-이동 무선 통신 시스템용 듀플렉서로서도 적합하다.
매쓰 부하를 높이기 위해, 소자 구조물 및 특히 변환기 전극(예컨대 인터디지털 변환기)을 위해서는, 통상적으로 사용되는 알루미늄에 비해 높은 비중을 갖는 금속화층이 사용된다. 바람직한 것은, (금속화층의 샌드위치 구조에서 모든 층들에 걸쳐 평균이 산출된) 평균 밀도가 알루미늄의 평균 밀도보다 적어도 50% 위에 있는 금속화층을 사용하는 것이다.
구리, 몰리브덴 및 텅스텐이 바람직한 전극 재료로 증명되었다. 따라서, 본 발명에 따른 바람직한 금속화층은 특히 상기 금속들, 주로 상기 금속들 중에서 하나 또는 다수의 금속으로 이루어진 합금, 또는 주로 전술한 금속들 중에서 하나 또는 다수의 금속으로 이루어진 층들을 포함하는 재료층 조합으로 이루어진다. 거의 독점적으로 구리로 이루어진 금속화층의 베이스 상에서는, 다만 약 10% h/λ(구조물의 파장에 대해 상대적으로 확산 가능한 음향 파장)에 상응하는 층두께에 의해서 이미 전술한 목적이 달성되었다. 상기 파장은 재료에 의존할 뿐만 아니라, 구조물의 모든 재료 및 상기 구조물의 치수에도 의존한다. 다시 말해, 압전 재료, 금속화층 및 상기 금속화층 위에 제공된 보상층에 의존한다. 10% h/λ Cu로 이루어진 금속화층은 통상적으로 사용되는 10% h/λ 알루미늄에 비해, 높은 도전성으로 인해 소자 내에서의 오옴 손실이 줄어들 수 있다는 추가의 장점을 갖는다. 그 밖에, Cu가 음향 이동(독; Akustomigration)에 대한 높은 강도를 제공함으로써, 높은 출력 호환성을 갖게 된다. 적합한 처리 방법에 의해서는 Cu가 준 단결정 층으로서도 형성될 수 있으며, 상기 층은 전도성 및 출력 호환성에 대해서 재차 개선된다.
상기와 같은 조치에 의해서 달성된 매쓰 부하가 중금속인 Mo 및 W로 전환되면, 이미 훨씬 더 낮은 층두께를 갖는 상기 금속들에 의해서 전술한 목적은 성취된다.
놀랍게도, 보상층을 위해서는 SiO2가 특히 우수하게 적합한 재료이고, 상기 재료의 탄성 계수의 상응하게 반대인 온도 의존성에 의해서는 이미 약 6% h/λ의 SiO2에 의해서 거의 0 ppm/K의 TCF가 구현될 수 있다고 나타났다. 이 경우 SiO2로 이루어진 보상층은, 상기 보상층이 간단히 구성될 수 있고, 소자뿐만 아니라 상기 소자의 제조 단계들과도 모순되지 않는다는 장점을 갖는다. SiO2-보상층은 약 4 내지 8% h/λ의 층두께에서 이미 적합한 온도 계수 보상을 위해 충분하다고 나타났다. 상기 층두께는 명백하게 전술한 아사이 등의 논문에서 제안된 20% h/λ의 층두께 아래에 있으며, 상기 층두께에 의해서는 다만 온도 계수만이 보상되어야 한다. 따라서, 보상층의 두께는 금속화층의 두께보다도 얇다. 상기와 같은 보다 얇은 층두께는 본 발명에 따른 소자에서만 가능한데, 그 이유는 SAW가 보다 높은 매쓰 부하에 의해서 기판 표면으로 보다 가까이 이동될 수 있음으로써, 이미 보다 얇은 보상층이 온도 계수의 충분한 감소를 보증해주기 때문이다.
본 발명에 따른 소자는 바람직하게 회전된 단면을 갖는 리튬 탄탈산염 기판 상에 구성되며, 이 경우 바람직한 단면각은 30 내지 46°rot YX이다. 상기와 같은 방식으로 선택된 단면을 갖는 기판 상의 소자들은 특히 우수한 특성들을 나타낸다. 더 나아가, 본 발명은 상기와 같은 기판 상에 구성된 소자 자체에서 특히 바람직한 작용을 미친다.
바람직하게 주로 구리로 이루어진 금속화층은 지금까지 한편으로는 상대적으로 높은 층두께에서 상기 금속화층과 연관된 높은 온도 계수 때문에, 그리고 다른 한편으로는 SAW-소자에서의 높은 부식 민감성 때문에 사용되지 않았다. 본 발명에 따른 보상층에 의해서는, 부식 민감성이라는 후자의 문제가 성공적으로 해결되고, 구리 표면도 조기 부식에 대해서 보호된다.
주로 구리로 이루어진 금속화층의 접착 강도는 기판과 금속화층 사이에 제공된 추가 접착층에 의해서 개선될 수 있다. 이 목적을 위해서는 예를 들어 알루미늄, 몰리브덴, 니켈, 티탄, 텅스텐 또는 크롬으로 이루어진 얇은 금속층이 적합하다. 다층의 접착층 또는 상기 금속들 중에서 하나 또는 다수의 금속으로 이루어진 합금도 적합하며, 이 경우 접착층의 전체 층 두께는 약 1 내지 7 nm로 충분하다. 일반적으로는 5 nm 두께의 접착층이 충분하다.
금속화층으로서 구리를 사용하는 것은, 본 발명에 따라 트리밍(trimming) 방법에 의해서 줄어들 수 있는 상승된 제조상의 방해들과 연결될 수 있다. 따라서, 그와 동시에 공진 주파수의 설정은 성공적으로 이루어진다. 이 목적을 위해, 보상층은 제공시에 곧바로 전체 표면에 걸쳐서 또는 부분 표면에 걸쳐서 층두께가 변동될 수 있거나, 또는 제공 후에 상응하게 에칭 제거될 수 있다. 보상층으로서 기능하는 SiO2-층에 의해서는, 바람직하게 건식 에칭 방법이 사용된다.
상기 SiO2-층의 품질은 본 발명에 따른 SAW-소자의 특성에 추가로 영향을 미친다. 상기 품질은 주로 제공 방법 그리고 상기 방법에 의해서 달성되고 상기 SiO2-층의 산소 함량과 관련된 화학량론(stoichiometry)에 의해서 결정된다. 예를 들어 1.9 ≤ x ≤ 2.1인 SiOx의 조성을 갖는 층이 특히 적합하다. 1.43 내지 1.49의 굴절율을 특징으로 하는 SiO2-층도 또한 매우 적합하다. 상기 층들은 예를 들어 스퍼터링, CVD-방법 또는 PVD-방법에 의해서 에지를 커버하면서 그리고 공동 없이 형성될 수 있다. 이것은 방법 조절의 관점 및 파라미터 산출의 관점에서도 장점이 된다. 바람직한 것은, 보상층 및 특히 SiO2-층을 저온에서 증착하는 것이다. 그럼으로써, 실온에서는 다만 낮은 고유 응력만이 주도하는 보상층이 형성될 수 있다.
예를 들어 10% h/λ 두께의 구리 금속화층 및 그 위에 제공된 SiO2-층을 갖는 본 발명에 따른 소자는, 전술한 변형 및 예를 들어 6% h/λ의 층 두께에서 15 ppm/K 미만의 온도 계수에 도달한다.
금속화층의 부식에 대한 강성을 더욱 높이기 위하여, 추가의 얇은 패시베이션층, 예를 들어 얇은 알루미늄 산화물층이 상기 금속화층 위에 제공될 수 있다. 상기 층은 예를 들어 직접 스퍼터링에 의해서 제공될 수 있거나, 또는 대안적으로는 얇은 알루미늄층을 제공한 다음에 산화에 의해 상응하는 알루미늄 산화물로 전환함으로써 형성될 수 있다.
구리 위에 있는 얇은 골드 층도 마찬가지로 부식에 대한 강성의 요구 조건들을 충족시키고, 더 나아가서는 전기 접속을 위한 시작점을 외부로 형성한다. 이 경우에는, Au가 특히 후속하는 범핑을 위한 기본 재료로서 매우 적합하다고 공지되었다.
특별히, 소자(칩)가 플립-칩 방법에 의해 하우징 내부에 장착되거나 또는 모듈 상에 고정되면, 본 발명에서는, TCF를 줄이기 위한 조치가 구조상으로 전혀 차이를 야기하지 않음으로써 표준 방법이 사용될 수 있다는 장점이 얻어진다. 새로운 래커 코팅- 내지 리소그래피 공정이 전혀 필요치 않고, 그와 마찬가지로 새로운 증착 방법, 웨이퍼 제조 방법 또는 패키지-기술도 필요치 않다. 본 발명은 소자-디자인 내지 이 목적으로 사용된 기술과 무관하다.
본 발명에 따른 소자는, 이미 처음부터 낮은 삽입 감쇠를 특징으로 하는 특히 DMS-필터로서 형성될 수 있다. 본 발명은 바람직하게 SPUDT(Single Phase Uni Directional Transducer)-필터의 제조시에 그리고 리액턴스- 및 MPR(Multi-Port-Resonator)-필터에도 사용될 수 있다. 그에 상응하게 본 발명은, 전술한 필터 타입에 상응하는 부분 필터를 갖는 다이플렉서 및 듀플렉서에도 적합하다. 본 발명은 소위 2-인-1-필터(2-in-1-filter)에도 적합하다. 본 발명에 따른 필터로 구성된 듀플렉서는 우선 US-PCS-이동 무선 통신 시스템에 대한 높은 요구 조건을 충족시킬 수 있으며, 이와 같은 내용은 지금까지 SAW-필터에 의해서는 불가능한 것이었다.
본 발명은 실시예 및 해당 도면을 참조하여 아래에서 자세히 설명된다. 도면들은 이해를 돕기 위하여 이용되기 때문에 다만 개략적으로만 그리고 척도에 맞지 않게 도시되었다.
도 1은 금속화층 구조물에 대한 예로서의 인터디지털 변환기의 평면도이고,
도 2는 금속화층의 개략적인 횡단면을 참조하여 본 발명을 보여주며,
도 3은 추가의 접착층을 갖는 금속화층을 보여주고,
도 4는 추가의 패시베이션층을 갖는 금속화층을 보여주며,
도 5는 다층의 금속화층을 보여주고,
도 6은 금속화층의 상대적인 층두께에 의존하는, Al 및 Cu로 이루어진 금속화층의 온도 계수의 파형을 보여주며,
도 7은 보상층으로서 기능하는 SiO2-층의 층두께에 의존하는 10% Cu-금속화층의 온도 계수의 파형을 보여준다.
도 1은 본 발명에 따른 SAW-소자의 변환기 전극의 금속화 층에 대한 예로서, 공지된 인터디지털 변환기(IDT)를 평면도로 보여준다. 상기 인터디지털 변환기는 SAW-소자의 중요한 구성 소자이고, 예를 들어 단자(T1, T2)에 인가된 고주파 전기 신호를 표면파로 전기 음향적으로 변환하기 위해서 또는 상기 표면파를 상응하게 전기 신호로 역변환시키기 위해서 이용된다. 상기 인터디지털 변환기(IDT)는 서로 거의 평행하게 진행하는 전극 핑거(EF)를 갖는 적어도 2개의 전극을 포함하며, 이 경우 상기 전극의 핑거들은 인터디지털 방식으로 서로의 내부로 삽입되어 있다. 2개의 전극은 각각 하나의 전기 단자(T1, T2)를 구비하고, 상기 전극에는 전기 신호가 결합 또는 결합해제되거나, 또는 상기 전극이 접지와 접속될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 소자를 도 1에 도시된 절단선(2)을 따라 절단한 개략적인 횡단면을 참조하여 보여준다. 압전 기판, 예컨대 rot YX 39°단면을 갖는 리튬 탄탈산염 웨이퍼 상에는 금속화층(M), 예컨대 전술한 인터디지털 변환기(IDT)가 제공된다. 상기 금속화층은 순수한 구리 또는 구리 함량이 높은 합금으로 이루어 진다. 상기 금속화층의 높이(hM)는 SAW-소자의 중심 주파수에 따라, 구조물 내에서 전파될 수 있는 음향파의 파장의 약 10 %에 해당하는 값으로 설정된다.
금속화층은 예를 들어 전체 표면에 걸쳐 증발, 스퍼터링에 의해서 또는 CVD에 의해서 또는 다른 방법에 의해서 증착되고, 제거 기술을 이용하여 구조화된다. 하지만, 상기 금속화층(M)을 우선 전체 표면에 걸쳐 제공한 다음에 에칭 마스크를 이용하여 구조화하는 것도 가능하다.
금속화층(M)이 기판(S) 상에 제공된 후에는, 예를 들어 도 1에 따른 구조물 내에서는, 후속적으로 전체 표면에 걸쳐서 바람직하게는 에지를 커버하도록 그리고 균일한 층두께로 보상층(K)이 제공된다. 층두께(hK)로서는 예를 들어 상기 구조물 내에서 확산될 수 있는 음향파의 파장에 대해서 6 %의 값이 설정된다. 이미 언급된 바와 같이, 추후에도 에칭 백에 의해서 조정될 수 있다.
도 1에 도시된 인터디지털 변환기 이외에, 본 발명에 따른 SAW-소자는 바람직하게 모두 동일한 재료로 이루어진 추가의 금속화층 구조물을 포함할 수 있다. 상기 보상층(K)도 또한 바람직하게는 콘택팅을 위해 제공된 전기 접속면(T1, T2)을 제외하고 기판의 전체 표면을 커버한다. 상기 전기 접속면, 연결 도체 및 전극 핑거(EF)를 연결하는 도체 레일에서는 상기 금속화층이 추가로 확대될 수 있다. 상기와 같은 확대는 예를 들어 갈바닉(galvanic) 방법으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 확대되지 않을 금속화층 구조물은 바람직하게 커버된다. 이 때 커버를 위해서는 전술한 보상층이 이용되고, 상기 보상층은 갈바닉 단계 전에 상응하게 구조화 된다. 상기 소자와 외부 콘택의 전기 접속은 나중에 범프 연결부를 통해서 또는 예를 들어 와이어 본딩과 같은 기타의 납땜 결합에 의해서 이루어질 수 있다.
도 3은, 금속화층(M) 아래에 예를 들어 5 nm 두께의 얇은 접착층(H)이 제공된 본 발명의 추가 실시예를 보여준다. 상기 접착층(H)은 금속화층(M)과 마찬가지로 전체 표면에 걸쳐 제공될 수 있고, 금속화층과 함께 구조화될 수 있다. 도전성 접착층(H)은 상기 금속화층(M)의 부분일 수도 있다.
도 4는, 금속화층(M)을 제조한 후에 제일 먼저 얇은 패시베이션층이 전체 표면에 걸쳐 상기 금속화층(M) 및 그 사이에 배치된 기판(S)의 표면 위에 제공되는 본 발명의 추가 실시예를 보여준다. 상기와 같은 패시베이션층(P)은 임의의 전기 절연 재료, 특히 조밀한 산화물, 질화물 또는 탄화물로 이루어질 수 있다. DLC(Diamond Like Carbon)-층도 매우 적합하다. 상기 패시베이션층(P)에 의해서는 부식, 예컨대 공기 중 산소로 인한 조절되지 않은 산화 작용에 대한 금속화층(M)의 매우 우수한 보호 작용이 억제된다. 상기와 같은 패시베이션층(P)에 의해 덜 조밀한 보상층(K)이 형성될 수 있는데, 그 이유는 전극의 패시베이팅 작용이 상기 보상층(K)에 의해서 이루어질 필요가 없기 때문이다.
패시베이션층(P)의 층 두께로서는 수 나노미터, 예컨대 5 내지 10 nm의 두께가 충분하다.
도 5는 다층으로 구성된 금속화층(M)이 사용되는 본 발명의 추가 실시예를 보여준다. 도면에는 예를 들어 4개의 부분 층들(M1, M2, M3 및 M4)로 구성된 금속화층의 구조가 도시되어 있다. 본 발명에 따라 금속화층의 매쓰 부하를 높이기 위해, 상기 부분 층들 중에서 적어도 하나의 층은 높은 고유(specific) 밀도를 갖는 재료로부터 형성되며, 이 경우 나머지 층들 중에서 적어도 하나의 층은 종래의 전극 재료, 다시 말해 알루미늄 또는 알루미늄을 함유하는 합금으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 적어도 2개의 층으로 구성된 대안적인 층 구조가 선택되며, 상기 2개 층들 중에서 적어도 하나의 층은 금속 Mo, Cu 또는 W로 이루어진다. 상기 금속화층들의 층 두께는 동일하게 또는 상이하게 선택될 수 있으며, 이 경우 상이한 층 두께들의 조합에 의해서는 전기 전도성 및 그와 더불어 저항뿐만 아니라 매쓰 부하도 조절될 수 있다. 이 때 한 가지 고려해야 할 것은, 상응하게 보다 낮은 매쓰 부하의 경우에는 금속화층의 층 두께(hM)가 상응하게 보다 높게 유지되어야 한다는 것이다. 금속화층(M) 위의 보상층(K)으로서는, 모든 실시예에서와 마찬가지로 SiO2-층이 약 4 내지 10% h/λ의 층 두께로 이용된다.
도 6은 공진 주파수의 템퍼링 과정(TCF)에 미치는 상이한 금속화층(보상층 없음)의 효과를 시뮬레이션 계산을 참조하여 보여준다. 상기 다이아그램은, 알루미늄과 관련된 금속화층 높이(hM /Al)로서 x-축에 도시된 매쓰 부하에 의존하는 TCF의 시뮬레이팅 파형을 보여준다. 상이한 금속 Al 및 Cu에 대한 다양한 곡선들이 본 경우에는 보상층 없이 산출되었다. 상기 금속화층의 높이는 알루미늄과 관련이 있고, 매쓰 부하가 보다 높은 경우에는 중금속에 의해서 비중에 거의 비례적으로 감소된다. 도면에서의 수직 분할은 매쓰 부하에 대한 한계도 보여주며, 상기 한계로부터 VSAW < VSSW가 적용된다. 이와 같은 내용이 알루미늄으로 이루어진 공지된 금속 화층에 의해서는 성취될 수 없다는 것은 명백하다.
도 7은 SiO2-층을 10% h/λ의 구조화된 Cu-구조물 상에 제공함으로써 달성될 수 있는 온도 계수의 감소를 시뮬레이션 계산을 참조하여 보여준다. 이 경우 제 1 값(x-축 상의 0점에서)은, 도 6에서 (Cu-금속화층을 위해) 최고의 매쓰 부하를 갖는 최종으로 기술된 값에 상응하는 구조를 위해서 산출되었다. 보상층을 이용하면 높은 매쓰 부하에 의해 상대적으로 높은 TCF를 0까지 줄일 수 있다고 나타났으며, 이것은 계산의 근거가 되고 6% h/λ의 SiO2-층을 갖는 10% h/λ의 Cu-구조물에 대해서는 성공적이다. 0의 TCF는 종래의 Al-금속화층에 의해서는 매쓰 부하가 최소인 경우에도 달성될 수 없다.
본 발명이 다만 몇 가지 실시예를 참조하여서만 기술될 수는 있겠지만, 상기 실시예에 한정되지는 않는다. 본 발명의 범위 안에는 또한, 각각의 도면에 도시된 특징들을 상호 조합하는 것도 있다. 추가의 변형 가능성들은 재료의 선택, 층 두께, 금속화층의 구조 및 본 발명이 사용될 수 있는 소자 타입에서도 나타난다.

Claims (24)

  1. 압전 기판(S), 및
    상기 압전 기판(S) 상에 제공되고, 하나 또는 다수의 금속으로부터 조성된 금속화층(M)을 갖는 적어도 하나의 변환기 전극을 포함하며,
    상기 금속들의 평균 고유 밀도(specific density)는 Al의 밀도보다 적어도 50% 위에 있으며,
    온도 계수를 줄이기 위해 전체 표면 또는 부분 표면에 걸쳐 상기 금속화층 위에는, 탄성 계수의 온도 의존성을 갖는 재료로 이루어진 보상층(K)이 제공되며, 상기 보상층은 기판의 온도 계수에 반작용하고, 상기 압전 기판, 상기 금속화층 및 상기 보상층으로 이루어진 구조물 내에서 전파될 수 있는 파장보다 15% 얇은,
    SAW 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속화층의 탄성 계수가 알루미늄의 온도 의존성보다 적은 온도 의존성을 갖는,
    SAW 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속화층(M)은 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 금, 은 및 백금 중 하나 이상을 포함하는,
    SAW 소자.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보상층(K)이 SiO2를 포함하는,
    SAW 소자.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속화층(M)이 구리 또는 구리 합금으로부터 선택되고, 6 내지 14% h/λ의 상대적인 금속화층 높이를 갖는,
    SAW 소자.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보상층(K)이 SiO2로부터 형성되고, 4 내지 10% h/λ의 높이를 갖는,
    SAW 소자.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판(S)이 회전된 단면을 갖는 리튬 탄탈산염인,
    SAW 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판(S)이 회전된 단면 및 30 내지 48°의 단면각을 갖는 리튬 탄탈산염인,
    SAW 소자.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판이 리튬 니오브산염으로 이루어지는,
    SAW 소자.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판이 석영으로 이루어지는,
    SAW 소자.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속화층(M) 아래에 접착층(H)이 배치된,
    SAW 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 접착층(H)이 Al, Mo, Ti, W, Cr, Ni 또는 상기 금속들의 합금으로부터 선택되는,
    SAW 소자.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 접착층(H)이 1 내지 7nm의 두께를 갖는,
    SAW 소자.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보상층(K)이 1.43 내지 1.49의 굴절율을 갖는 SiO2로부터 형성된,
    SAW 소자.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 계수(TK)가 < 20 ppm/K인,
    SAW 소자.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보상층(K) 아래에 상기 보상층에 비해 얇은 패시베이션층(P)이 제공된,
    SAW 소자.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 SAW 소자는 MRP-필터로서 형성된,
    SAW 소자.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 SAW 소자는 리액턴스-필터로서 형성된,
    SAW 소자.
  19. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 SAW 소자는 DMS-필터로서 형성된,
    SAW 소자.
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 SAW 소자는 SPUDT-필터로서 형성된,
    SAW 소자.
  21. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 SAW 소자는 듀플렉서로서 형성된,
    SAW 소자.
  22. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 SAW 소자는 다이플렉서로서 형성된,
    SAW 소자.
  23. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 SAW 소자는 2-인-1-필터로서 형성된,
    SAW 소자.
  24. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 SAW 소자는 필터용으로 사용하거나 또는 US-PCS 이동 무선 통신-시스템을 위한 듀플렉서용으로 사용하는,
    SAW 소자.
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