KR101918031B1 - 스퓨리어스 공진을 감소시키는 공진기 및 공진기 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
스퓨리어스 공진(spurious resonance)을 감소시키는 공진기 및 방법이 개시된다. 공진기는 기판의 상부에 형성되는 제1 전극; 제1 전극의 상부에 형성되어 제1 전극으로부터 입력된 전기 에너지를 탄성파로 변환하는 압전층; 상기 압전층의 상부에 형성되는 제2 전극; 및 상기 제2 전극의 상부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하여 상기 탄성파를 제어하는 제어층을 포함할 수 있다.
Description
이하의 일실시예들은 공진기 및 공진기 제작 방법에 관한 것으로 비정형으로 형성된 프레임을 포함하여 스퓨리어스 공진을 감소시키는 공진기 및 공진기 제작 방법에 관한 것이다.
BAW(Bulk Acoustic Wave) 공진기는 수직방향의 탄성파(Acoustic wave)를 이용하여 공진을 발생시켜 전기적으로 이용하는 소자이다. 이때 공진기는 수직방향의 탄성파 손실을 최소화하기 위해 공진기 하부에 다양한 형태의 리플렉터(reflector)를 사용한다. 그러나, 리플렉터의 성능이 아무리 뛰어나더라도 BAW 공진기를 이루는 막의 특성상 수직방향의 탄성파뿐만 아니라 수평방향의 탄성파가 발생되고 이로 인해 손실이 발생되어 Q-factor가 감소 될 수 있다.
따라서, 공진기의 Q-factor를 높이기 위해서는 수평 방향 탄성파를 제어할 수 있는 방법이 필요하다.
일실시예에 따른 공진기는 기판의 상부에 형성되는 제1 전극; 제1 전극의 상부에 형성되어 제1 전극으로부터 입력된 전기 에너지를 탄성파로 변환하는 압전층; 상기 압전층의 상부에 형성되는 제2 전극; 및 상기 제2 전극의 상부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하여 상기 탄성파를 제어하는 제어층을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 공진기의 프레임은 폐곡면의 형상으로 형성되며, 상기 폐곡면의 내부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 공진기의 프레임은 원이나 다각형의 형상으로 형성되며, 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 공진기의 제어층은 상기 제2 전극의 상부에 폐곡면으로 형성되며, 상기 폐곡면의 내부면과 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 공진기의 제어층은 곡선 타입의 요철 및 다각형 타입의 요철 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 공진기의 제어층은 탄성파를 제어하는 복수의 프레임들이 수평 방향으로 배열되어 형성될 수 있다.
일실시예에 따른 공진기의 제어층은 탄성파를 제어하는 복수의 프레임들이 수직 방향으로 배열되어 형성될 수 있다.
일실시예에 따른 공진기의 제어층은 적어도 하나의 영역이 열려있는 불연속 폐곡면으로 형성되며, 상기 불연속 폐곡면의 내면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 공진기의 제어층은 제2 전극의 상부 중 외각에 폐곡면으로 형성되며, 상기 폐곡면에서 서로 마주보는 영역들의 두께. 높이 및 넓이 중 적어도 하나가 상이할 수 있다.
일실시예에 따른 공진기는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 인가되는 신호에 따라 상기 탄성파를 반사하는 반사층을 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 공진기의 반사층은 상기 제1 전극의 하부에 형성되는 제1 반사층; 및 상기 제1 반사층의 하부에 형성되며, 상기 제1 반사층보다 높은 음향 임피던스(High acoustic impedance)를 가지는 제 2 반사층을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 공진기는 일부 영역이 기판의 상부에 이격되어 형성되는 제1 전극; 제1 전극의 상부에 형성되어 제1 전극으로부터 입력된 에너지를 탄성파로 변환하는 압전층; 상기 압전층의 상부에 형성되는 제2 전극; 및 상기 영역의 하부에 비정형으로 형성되어 탄성파를 제어하는 제어층을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 공진기는 기판의 상부에 형성되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 인가되는 신호에 따라 상기 압전층이 변환한 탄성파를 반사하는 반사층; 상기 반사층의 상부에 형성되어 인가되는 신호에 따라 상기 압전층에 에너지를 입력하는 제1 전극; 상기 제1 전극의 상부에 형성되어 상기 제1 전극으로부터 입력된 에너지를 탄성파로 변환하는 압전층; 상기 압전층의 상부에 형성되는 제2 전극; 및 상기 제2 전극의 상부에 비정형으로 형성되어 탄성파를 제어하는 제어층을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 공진기 제작 방법은 기판의 상부에 제1 전극을 형성하는 단계; 제1 전극의 상부에 제1 전극으로부터 입력된 전기 에너지를 탄성파로 변환하는 압전층을 형성하는 단계; 상기 압전층의 상부에 상기 압전층에 전기 에너지를 입력하는 제2 전극을 형성하는 단계; 상기 제2 전극의 상부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하여 상기 탄성파를 제어하는 제어층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 공진기 제작 방법은 기반의 상부에 탄성파를 반사하는 반사층을 형성하는 단계; 상기 반사층의 상부에 제1 전극을 형성하는 단계; 제1 전극의 상부에 제1 전극으로부터 입력된 전기 에너지를 탄성파로 변환하는 압전층을 형성하는 단계; 상기 압전층의 상부에 상기 압전층에 전기 에너지를 입력하는 제2 전극을 형성하는 단계; 상기 제2 전극의 상부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하여 상기 탄성파를 제어하는 제어층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공진기의 상면도이다.
도 3은 일실시예에 따른 공진기의 동작을 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
도 5는 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 공진기의 상면도이다.
도 7은 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
도 8은 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
도 9는 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 10은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 11은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 공진기의 상면도이다.
도 13은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 14는 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
도 15는 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
도 16은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 17은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 18은 일실시예에 따른 공진기를 제작하는 제작 방법을 도시한 도면이다.
도 19는 일실시예에 따른 공진기를 제작하는 제작 방법을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 공진기의 상면도이다.
도 3은 일실시예에 따른 공진기의 동작을 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
도 5는 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 공진기의 상면도이다.
도 7은 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
도 8은 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
도 9는 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 10은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 11은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 공진기의 상면도이다.
도 13은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 14는 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
도 15는 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
도 16은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 17은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 18은 일실시예에 따른 공진기를 제작하는 제작 방법을 도시한 도면이다.
도 19는 일실시예에 따른 공진기를 제작하는 제작 방법을 도시한 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
예를 들어 일실시예에 따른 공진기는 특정 주파수에서 공진이 가능한 BAW(Bulk Acoustic Wave) 공진기일 수 있다.
도 1을 참고하면, 공진기는 제1 전극(110), 압전층(120), 제2 전극(130), 및 제어층(140)을 포함할 수 있다.
제1 전극(110)은 압전층(120)의 하부에 결합되는 하부 전극으로 압전층(120)에 전기 에너지를 입력할 수 있다. 이때, 제1 전극(110)에서 공진하는 영역은 도 1에 도시된 바와 같이 공진기가 설치되는 기판에서 일정 거리 이상 이격되어 기판과 제1 전극 사이에 공기 공동(air-gap cavity)이 형성될 수 있다.
제2 전극(130)은 압전층(120)의 상부에 결합되는 상부 전극으로 압전층(120)에 전기 에너지를 입력할 수 있다.
압전층(120)은 제1 전극(110)과 제2 전극(120)으로부터 입력 받은 전기 에너지를 탄성파(Acoustic wave)로 변환할 수 있다. 이때, 압전층(120)은 압전체(Piezoelectric material)로 구성될 수 있다. 또한, 압전층(120)이 변환하는 탄성파는 수평 방향 탄성파와 수직 방향 탄성파를 포함할 수 있다.
제어층(140)은 제2 전극(130)의 상부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하여 압전층(120)이 변환한 탄성파를 제어할 수 있다. 이때, 제어층(140)은 프레임을 이용하여 탄성파 중에서 공진에 이용되지 않는 수평 방향 탄성파를 반사시켜 공진기 내부에 가둘 수 있다.
구체적으로, 공진기에서 프레임이 형성된 장소의 차단 주파수는 낮고, 프레임이 형성되지 않은 장소의 차단 주파수는 높으므로, 수평 방향 탄성파는 프레임에서 반사될 수 있다.
이때, 제어층(140)은 제2 전극(130)의 상부에 프레임을 증착, 패터닝, 에칭하여 형성될 수 있다. 예를 들어 제어층(140)은 제2 전극(130)의 상부에 몰리브덴(Molybdenum: Mo), 루테늄(Ruthenium: Ru), 금(Gold: Au), 산화막(Silicon dioxide: SiO2), 및 질화막(Silicon nitride: SiN) 중 적어도 하나의 물질을 패터닝하고, 에칭하여 형성될 수 있다.
또한, 제어층(140)은 프레임의 상부면, 내부면, 외부면의 거칠기를 제어할 수 있다. 예를 들어 프레임의 거칠기의 실효값이 1nm 내지 300um 이고, 하부면의 거칠기의 실효값이 0.1nm 내지 3um 일 수 있다.
그리고, 프레임은 공진기의 가장 자리에 폐곡면의 형상으로 형성되며, 폐곡면의 내부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다. 이때, 요철은 적어도 하나의 오목한 형태의 곡선과 볼록한 형태의 곡선의 조합으로 구성될 수 있다.
프레임의 형상은 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 프레임의 폐곡면에서 서로 마주보는 영역들의 두께. 높이 및 넓이 중 적어도 하나가 상이할 수 있다.
예를 들어, 제어층(140)의 왼쪽에 오목한 형태의 곡선이 형성되고, 제어층(140)의 오른쪽에 볼록한 형태의 곡선이 형성된 경우, 제어층(140)에서 왼쪽에 위치한 프레임의 영역의 넓이(141)는 도 1에 도시된 바와 같이 오른쪽에 위치한 프레임의 영역의 넓이(142)보다 좁을 수 있다.
일실시예에 따른 공진기는 비정형 프레임을 이용하여 공진기 외부로 향하는 수평방향 탄성파를 공진기 안쪽으로 반사시켜 탄성파의 에너지 손실을 막을 수 있다. 이때, 반사된 수평방향 탄성파는 에너지 손실을 줄이므로, 일실시예에 따른 공진기는 높은 Q-factor, kt2를 확보할 수 있다.
이때, 높은 Q-factor는 필터나 듀플렉서를 구현함에 있어 타 주파수대역의 차단 특성을 높일 수 있으며, 높은 kt2는 대역폭(bandwidth)를 확보하여 송수신시 데이터 전송량과 속도를 증가시킬 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 공진기의 상면도이다.
일실시예에 따른 공진기의 제어층(140)은 도 2에 도시된 바와 같이 제2 전극(130)의 가장 자리에 폐곡면의 형상으로 형성된 프레임을 포함할 수 있다. 이때, 프레임은 폐곡면의 내부면에 적어도 하나의 요철(200)을 포함할 수 있다.
그리고, 요철(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 볼록한 형태의 곡선(210)과 오목한 형태의 곡선(220)의 조합으로 구성될 수 있다. 이때, 볼록한 형태의 곡선(210)은 내부각이 180도 이하인 컨벡스 모양의 요철이고, 오목한 형태의 곡선(220)은 외부각이 180도 이상인 컨케이브 모양의 요철일 수 있다.
또한, 도 1은 선(230)에서의 단면도일 수 있다. 선(230)에서 왼쪽에 위치한 프레임의 영역은 오목한 형태의 곡선이 형성되어 넓이가 좁을 수 있다. 또한, 선(230)에서 오른쪽에 위치한 프레임의 영역은 볼록한 형태의 곡선이 형성되어 넓이가 넓을 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 왼쪽에 위치한 프레임의 영역의 넓이는 오른쪽에 위치한 프레임의 영역의 넓이보다 좁을 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 공진기의 동작을 도시한 도면이다.
도 3에서 케이스 1(case 1)은 종래의 공진기에서 반사되는 수평 방향 탄성파의 일례이고, 케이스 2(case 2)는 일실시예에 따른 공진기에서 반사되는 수평 방향 탄성파의 일례이다.
종래의 공진기는 프레임의 내부 형상이 공진기의 형상에 대응한다. 따라서, 프레임에 반사된 수평 방향 탄성파(300)가 케이스 1(case 1)에 도시된 바와 같이 프레임 내부를 한 바퀴 돈 다음 최초의 위치로 돌아올 가능성이 있었다. 이때, 수평 방향 탄성파(300)는 케이스 1(case 1)에 도시된 경로만을 반복하여 반사되므로 공진 주파수 이외의 스퓨리어스 공진(spurious resonance)이 발생할 가능성이 높았다. 이때, 스퓨리어스 공진은 공진 대역 이외에서 일어나는 잔 공진들일 수 있다.
반면, 일실시예에 따른 공진기는 케이스 2(case 2)에 도시된 바와 같이 프레임의 내부에 요철이 형성되어 비정형으로 형성하고 있다. 이때, 프레임에 반사된 수평 방향 탄성파(300)는 케이스 2(case 2)에 도시된 바와 같이 프레임 내부를 한 바퀴 돈 상태에서는 최초의 위치로 돌아올 가능성이 적을 수 있다. 즉, 수평 방향 탄성파(300)는 요철에 의하여 다양한 각도로 반사될 수 있으므로, 수평 방향 탄성파(300)의 반사 궤도의 길이가 증가하여 수평 방향 탄성파(300)에 대응하는 에너지도 공진기 안에 갇혀 있게 될 수 있다.
이때, 일실시예에 따른 공진기는 요구되는 수평 방향 탄성파(300)의 반사 궤도의 길이에 따라 프레임에 형성되는 요철의 크기와 형상 및 개수 중 적어도 하나가 결정될 수 있다.
즉, 일실시예에 따른 공진기는 비정형성이 높은 프레임을 포함함으로써, 스퓨리어스 공진(spurious resonance)을 감소시켜 필터나 듀플렉서 제작시 주파수 통과 대역의 리플(ripple)을 감소시킬 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
일실시예에 따른 공진기의 제어층(140)은 도 4에 도시된 바와 같이 공진기의 가장 자리에 폐곡면의 형상으로 형성된 프레임을 포함할 수 있다. 이때, 프레임은 도 2에 도시된 바와 같이 폐곡면의 내부면에 볼록한 형태의 삼각형(210)들과 오목한 형태의 삼각형(220)들을 포함하여 비정형 형상을 극대화할 수 있다.
또한, 삼각형(210)과 삼각형(210)은 사각형, 오각형과 같은 다각형으로 변경될 수 있다. 이때, 프레임은 폐곡면의 내부면에 각각 다른 다각형을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 프레임은 볼록한 형태의 삼각형(210)들과 볼록한 형태의 사각형, 볼록한 형태의 오각형, 오목한 형태의 삼각형(220), 오목한 형태의 사각형 및 오목한 형태의 오각형을 모두 포함할 수도 있다.
그리고, 프레임은 도 2에 도시된 바와 같은 볼록한 형태의 곡선(210) 및 오목한 형태의 곡선(220)과 도 4에 도시된 바와 같은 볼록한 형태의 삼각형(410)들과 오목한 형태의 삼각형(420)들을 모두 포함할 수도 있다.
도 5는 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 5는 제2 전극(530)의 상부 중 중앙에 제어층(540)이 형성된 공진기의 일례이다.
도 5를 참고하면, 공진기는 제1 전극(510), 압전층(520), 제2 전극(530), 및 제어층(540)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(510), 압전층(520), 제2 전극(530)의 구성 및 동작은 도 1의 제1 전극(110), 압전층(120) 및 제2 전극(130)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제어층(540)은 제2 전극(530)의 상부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하여 압전층(120)이 변환한 탄성파를 제어할 수 있다. 이때, 프레임은 원이나 다각형의 형상으로 형성되며, 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다. 이때, 요철은 적어도 하나의 오목한 형태의 곡선과 볼록한 형태의 곡선의 조합으로 구성될 수 있다.
프레임의 형상은 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
예를 들어, 프레임은 왼쪽에 볼록한 형태의 곡선이 형성되고, 오른쪽에 오목한 형태의 곡선이 형성될 수 있다. 이때, 프레임은 제2 전극(530)의 상부 중에서 왼쪽 영역에 더 넓게 형성될 수 있다. 따라서, 제2 전극(530)의 왼쪽에서 프레임이 형성되지 않은 영역의 넓이(541)는 제2 전극(530)의 오른쪽에서 프레임이 형성되지 않은 영역의 넓이(542)보다 좁을 수 있다.
일실시예에 따른 공진기는 제2 전극의 상부에 비정형 프레임을 형성함으로써, 수평방향 탄성파의 반사 궤도를 극대화 시킬 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 공진기의 상면도이다.
일실시예에 따른 공진기의 제어층(540)은 도 6에 도시된 바와 같이 제2 전극(530)의 상부 중 중앙에 형성되며, 외부면에 적어도 하나의 요철(600)을 포함할 수 있다.
그리고, 요철(600)은 도 6에 도시된 바와 같이 볼록한 형태의 곡선(610)과 오목한 형태의 곡선(620)의 조합으로 구성될 수 있다. 이때, 볼록한 형태의 곡선(210)은 내부각이 180도 이하인 컨벡스 모양의 요철이고, 오목한 형태의 곡선(220)은 외부각이 180도 이상인 컨케이브 모양의 요철일 수 있다.
또한, 도 5는 선(630)에서의 단면도일 수 있다. 선(630)에서 프레임의 왼쪽은 볼록한 형태의 곡선이 형성되어 있으므로, 제2 전극(530)의 왼쪽에서 프레임이 형성되지 않은 영역의 넓이는 프레임이 오목한 형태의 곡선이 형성된 영역보다 좁을 수 있다. 또한, 선(630)에서 프레임의 오른쪽은 오목한 형태의 곡선이 형성되어 있으므로, 제2 전극(530)의 오른쪽에서 프레임이 형성되지 않은 영역의 넓이는 제2 전극(530)의 왼쪽에서 프레임이 형성되지 않은 영역의 넓이보다 넓을 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
일실시예에 따른 공진기의 제어층(540)은 도 7에 도시된 바와 같이 외부면에 볼록한 형태의 삼각형(710)들과 오목한 형태의 삼각형(720)들을 포함하여 비정형 형상을 극대화한 프레임을 포함할 수 있다.
또한, 삼각형(710)과 삼각형(710)은 사각형, 오각형과 같은 다각형으로 변경될 수 있다. 이때, 프레임은 폐곡면의 내부면에 각각 다른 다각형을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 프레임은 볼록한 형태의 삼각형(710)들과 볼록한 형태의 사각형, 볼록한 형태의 오각형, 오목한 형태의 삼각형(720), 오목한 형태의 사각형 및 오목한 형태의 오각형을 모두 포함할 수도 있다.
그리고, 프레임은 도 6에 도시된 바와 같은 볼록한 형태의 곡선(610) 및 오목한 형태의 곡선(620)과 도 4에 도시된 바와 같은 볼록한 형태의 삼각형(710)들과 오목한 형태의 삼각형(720)들을 모두 포함할 수도 있다.
도 8은 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
도 8은 프레임(830)의 외부면과 내부면에 모두 요철을 포함하는 공진기의 일례이다.
일실시예에 따른 공진기의 제어층(140)은 도 4에 도시된 바와 같이 공진기의 가장 자리에 폐곡면의 형상으로 형성된 프레임(830)을 포함할 수 있다. 이때, 프레임(830)은 도 8에 도시된 바와 같이 폐곡면의 외부면에 볼록한 형태의 삼각형(831)과 오목한 형태의 삼각형(832)를 포함하고, 내부면에 볼록한 형태의 삼각형(833)들과 오목한 형태의 삼각형(834)들을 포함하여 비정형 형상을 극대화할 수 있다.
또한, 삼각형(831), 삼각형(832), 삼각형(833) 및 삼각형(834)은 사각형, 오각형과 같은 다각형으로 변경될 수 있다. 이때, 프레임(830)은 폐곡면의 외부면과 내부면에 각각 다른 다각형을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 프레임(830)은 외부면에 볼록한 형태의 삼각형(831)들과 볼록한 형태의 사각형, 볼록한 형태의 오각형, 오목한 형태의 삼각형(832), 오목한 형태의 사각형 및 오목한 형태의 오각형을 모두 포함할 수도 있다. 또한, 프레임(830)은 내부면에 볼록한 형태의 삼각형(833)들과 볼록한 형태의 사각형, 볼록한 형태의 오각형, 오목한 형태의 삼각형(834), 오목한 형태의 사각형 및 오목한 형태의 오각형을 모두 포함할 수도 있다.
그리고, 프레임은 외부면과 내부면에 볼록한 형태의 곡선 및 오목한 형태의 곡선을 포함할 수 있다. 또한, 프레임은 외부면과 내부면에 볼록한 형태의 곡선 및 오목한 형태의 곡선과 볼록한 형태의 다각형들과 오목한 형태의 다각형들을 모두 포함할 수도 있다.
도 9는 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 9는 제1 전극(910)의 하부에 제어층(940)이 형성된 공진기의 일례이다.
도 9를 참고하면, 공진기는 제1 전극(910), 압전층(920), 제2 전극(930), 및 제어층(940)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(910), 압전층(920), 제2 전극(930)의 구성 및 동작은 도 1 의 제1 전극(110), 압전층(120) 및 제2 전극(130)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제어층(940)은 제1 전극(930)의 하부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하여 압전층(920)이 변환한 탄성파를 제어할 수 있다. 이때, 제어층(940)은 프레임을 이용하여 탄성파 중에서 공진에 이용되지 않는 수평 방향 탄성파를 반사시켜 공진기 내부에 가둘 수 있다.
이때, 제어층(940)은 제1 전극(910)의 하부에 프레임을 증착, 패터닝, 에칭하여 형성될 수 있다. 예를 들어 제어층(940)은 제1 전극(910)의 하부에 몰리브덴(Molybdenum: Mo), 루테늄(Ruthenium: Ru), 금(Gold: Au), 산화막(Silicon dioxide: SiO2), 및 질화막(Silicon nitride: SiN) 중 적어도 하나의 물질을 패터닝하고, 에칭하여 형성될 수 있다.
또한, 프레임은 제1 전극(910)의 가장 자리에 폐곡면의 형상으로 형성되며, 폐곡면의 내부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다. 이때, 요철은 적어도 하나의 오목한 형태의 곡선과 볼록한 형태의 곡선의 조합으로 구성될 수 있다. 또한, 프레임의 형상은 도 2, 도 4, 및 도 8에 도시된 프레임 중 하나의 형상일 수 있다.
또한, 프레임의 폐곡면에서 서로 마주보는 영역들의 두께. 높이 및 넓이 중 적어도 하나가 상이할 수 있다.
예를 들어, 제어층(940)의 왼쪽에 오목한 형태의 곡선이 형성되고, 제어층(940)의 오른쪽에 볼록한 형태의 곡선이 형성된 경우, 제어층(940)에서 왼쪽에 위치한 프레임의 영역의 넓이(941)는 도 9에 도시된 바와 같이 오른쪽에 위치한 프레임의 영역의 넓이(942)보다 좁을 수 있다.
일실시예에 따른 공진기는 제1 전극의 하부에 비정형 프레임을 형성함으로써, 수평방향 탄성파의 반사 궤도를 극대화 시킬 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 10은 제1 전극(1010)의 하부 중 중앙에 제어층(540)이 형성된 공진기의 일례이다.
도 10을 참고하면, 공진기는 제1 전극(1010), 압전층(1020), 제2 전극(1030), 및 제어층(1040)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(1010), 압전층(1020), 제2 전극(1030)의 구성 및 동작은 도 1의 제1 전극(110), 압전층(120) 및 제2 전극(130)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제어층(1040)은 제1 전극(1010)의 하부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하여 압전층(120)이 변환한 탄성파를 제어할 수 있다. 이때, 프레임은 원이나 다각형의 형상으로 형성되며, 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다. 이때, 요철은 적어도 하나의 오목한 형태의 곡선과 볼록한 형태의 곡선의 조합으로 구성될 수 있다. 또한, 프레임의 형상은 도 6, 도 7에 도시된 프레임 중 하나의 형상일 수 있다.
예를 들어, 프레임은 왼쪽에 볼록한 형태의 곡선이 형성되고, 오른쪽에 오목한 형태의 곡선이 형성될 수 있다. 이때, 프레임은 제1 전극(1010)의 하부 중에서 왼쪽 영역에 더 넓게 형성될 수 있다. 따라서, 제1 전극(1010)의 왼쪽에서 프레임이 형성되지 않은 영역의 넓이(1041)는 도 10에 도시된 바와 같이 제1 전극(1010)의 오른쪽에서 프레임이 형성되지 않은 영역의 넓이(1042)보다 좁을 수 있다.
일실시예에 따른 공진기는 제1 전극의 하부에 비정형 프레임을 형성함으로써, 수평방향 탄성파의 반사 궤도를 극대화 시킬 수 있다.
도 11은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 11은 제어층(1140)이 수평 방향으로 배열된 복수의 프레임들로 형성된 공진기의 일례이다.
도 11을 참고하면, 공진기는 제1 전극(1110), 압전층(1120), 제2 전극(1130), 및 제어층(1140)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(1110), 압전층(1120), 제2 전극(1130)의 구성 및 동작은 도 1의 제1 전극(110), 압전층(120) 및 제2 전극(130)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제어층(1140)은 제2 전극(1330)의 상부에 비정형으로 형성된 제1 프레임(1141)과 제2 프레임(1142)을 포함하여 압전층(1120)이 변환한 탄성파를 제어할 수 있다. 제1 프레임(1141)과 제2 프레임(1142)의 형상은 이하 도 12를 참조하여 상세히 설명한다.
이때, 제1 프레임(1141)과 제2 프레임(1142)은 제2 전극(1030)의 상부의 가장 자리에 폐곡면의 형상으로 형성되며, 폐곡면의 내부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다. 이때, 요철은 적어도 하나의 오목한 형태의 곡선과 볼록한 형태의 곡선의 조합으로 구성될 수 있다.
또한, 제1 프레임(1141)과 제2 프레임(1142)의 폐곡면에서 서로 마주보는 영역들의 두께. 높이 및 넓이 중 적어도 하나가 상이할 수 있다.
예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이 왼쪽에 위치한 제1 프레임(1141)의 넓이는 오른쪽에 위치한 제1 프레임(1141)의 영역의 넓이보다 좁을 수 있다. 반면, 왼쪽에 위치한 제2 프레임(1142)의 넓이는 오른쪽에 위치한 제2 프레임(1142)의 영역의 넓이보다 넓을 수 있다. 즉, 제어층(1140)의 넓이는 동일하더라고 제어층(1140)에 포함된 제1 프레임(1141)과 제2 프레임(1142)의 넓이를 상이하게 함으로써, 수평방향 탄성파의 반사 궤도를 극대화 시킬 수 있다.
또한, 제어층(1140)는 제1 프레임(1141)과 제2 프레임(1142)이외에 적어도 하나의 프레임을 더 포함할 수도 있다.
도 12는 도 11에 도시된 공진기의 상면도이다.
일실시예에 따른 공진기의 제어층(1140)은 도 12에 도시된 바와 같이 제2 전극(1130)의 가장 자리에 폐곡면의 형상으로 형성된 제1 프레임(1141)과 제2 프레임(1142)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 프레임(1141)과 제2 프레임(1142)은 폐곡면의 내부면에 적어도 하나의 요철(1200)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 프레임(1141)에 포함된 요철의 위치, 개수, 크기는 제2 프레임(1142)에 포함된 요철의 위치, 개수, 크기와 일부 또는 전부가 상이할 수 있다.
그리고, 요철(1200)은 도 12에 도시된 바와 같이 볼록한 형태의 곡선과 오목한 형태의 곡선의 조합으로 구성될 수 있다. 이때, 볼록한 형태의 곡선은 내부각이 180도 이하인 컨벡스 모양의 요철이고, 오목한 형태의 곡선은 외부각이 180도 이상인 컨케이브 모양의 요철일 수 있다.
또한, 도 11은 선(1210)에서의 단면도일 수 있다.
도 13은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 13은 제어층(1140)이 수직 방향으로 배열된 복수의 프레임들로 형성된 공진기의 일례이다.
도 13을 참고하면, 공진기는 제1 전극(1310), 압전층(1320), 제2 전극(1330), 및 제어층(1340)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(1310), 압전층(1320), 제2 전극(1330)의 구성 및 동작은 도 1의 제1 전극(110), 압전층(120) 및 제2 전극(130)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제어층(1340)은 제2 전극(1330)의 상부에 비정형으로 형성된 제1 프레임(1341)과 제1 프레임(1341)의 상부에 비정형으로 형성된 제2 프레임(1342)을 포함하여 압전층(1320)이 변환한 탄성파를 제어할 수 있다.
이때, 제1 프레임(1341)과 제2 프레임(1342)은 제2 전극(1330)의 상부의 가장 자리에 폐곡면의 형상으로 형성되며, 폐곡면의 내부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다. 이때, 요철은 적어도 하나의 오목한 형태의 곡선과 볼록한 형태의 곡선의 조합으로 구성될 수 있다.
또한, 제1 프레임(1341)과 제2 프레임(1342)의 폐곡면에서 서로 마주보는 영역들의 두께. 높이 및 넓이 중 적어도 하나가 상이할 수 있다.
예를 들어, 제어층(1340)의 왼쪽에 오목한 형태의 곡선이 형성되고, 제어층(1340)의 오른쪽에 볼록한 형태의 곡선이 형성된 경우, 왼쪽에 위치한 제1 프레임(1341)과 제2 프레임(1342)의 넓이는 도 11에 도시된 바와 같이 오른쪽에 위치한 제1 프레임(1341)과 제2 프레임(1342)의 영역의 넓이보다 좁을 수 있다.
또한, 제어층(1140)는 제1 프레임(1341)과 제2 프레임(1342)이외에 적어도 하나의 프레임을 더 포함할 수도 있다.
도 14는 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
일실시예에 따른 공진기의 제어층(1430)은 도 14에 도시된 바와 같이 제2 전극(1420)의 가장 자리에 폐곡면의 형상으로 형성된 프레임을 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(1410)은 제2 전극(1420)의 하부에 결합된 압전층의 하부에 결합될 수 있다.
이때, 프레임은 적어도 하나의 영역(1400)이 열려있는 불연속 폐곡면으로 형성되며, 불연속 폐곡면의 내부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다. 또한, 요철은 도 14에 도시된 바와 같이 볼록한 형태의 곡선과 오목한 형태의 곡선의 조합으로 구성될 수 있다. 이때, 볼록한 형태의 곡선은 내부각이 180도 이하인 컨벡스 모양의 요철이고, 오목한 형태의 곡선은 외부각이 180도 이상인 컨케이브 모양의 요철일 수 있다.
도 15는 일실시예에 따른 공진기의 상면도이다.
일실시예에 따른 공진기의 제어층(1530)은 도 15에 도시된 바와 같이 제2 전극(1520)의 가장 자리에 폐곡면의 형상으로 형성된 프레임을 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(1510)은 제2 전극(1520)의 하부에 결합된 압전층의 하부에 결합될 수 있다.
이때, 프레임은 적어도 하나의 요철을 포함하는 제1 영역(1531)과 요철을 포함하지 않는 제2 영역(1532)로 구성될 수 있다. 이때, 요철은 도 15에 도시된 바와 같이 볼록한 형태의 곡선과 오목한 형태의 곡선의 조합으로 구성될 수 있다. 이때, 볼록한 형태의 곡선은 내부각이 180도 이하인 컨벡스 모양의 요철이고, 오목한 형태의 곡선은 외부각이 180도 이상인 컨케이브 모양의 요철일 수 있다.
도 16은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 16은 일실시예에 따른 공진기가 브래그 리플랙터(Bragg reflector) 타입의 BAW 공진기인 경우의 단면도이다.
도 16을 참고하면, 공진기는 제2 반사층(1610), 제1 반사층(1620), 제1 전극(1630), 압전층(1640), 제2 전극(1650), 및 제어층(1660)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(1630), 압전층(1640), 제2 전극(1650)의 구성 및 동작은 도 1의 제1 전극(110), 압전층(120) 및 제2 전극(130)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제1 반사층(1620)과 제2 반사층(1610)은 기판(1600)의 상부에 형성되어 제1 전극(1630)과 제2 전극(1650)에 인가되는 신호에 따라 압전층(1640)이 변환한 탄성파를 반사할 수 있다.
구체적으로, 제2 반사층(1610)은 기판(1600)의 상부에 형성되며, 제1 반사층(1620)보다 상대적으로 높은 음향 임피던스(High acoustic impedance)를 가질 수 있다.
또한, 제1 반사층(1620)은 제2 반사층(1610)의 상부에 형성되며, 제2 반사층(1610)보다 상대적으로 낮은 음향 임피던스(Low acoustic impedance)를 가질 수 있다.
이때, 도 16에는 제1 반사층(1620)과 제2 반사층(1610)만 표시되었으나, 일실시예에 따른 공진기는 제1 반사층(1620)과 제2 반사층(1610) 사이에 적어도 하나의 반사층을 더 포함할 수도 있다.
제어층(1660)은 제2 전극(1650)의 상부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하여 압전층(1650)이 변환한 탄성파를 제어할 수 있다. 이때, 제어층(1660)은 프레임을 이용하여 탄성파 중에서 공진에 이용되지 않는 수평 방향 탄성파를 반사시켜 공진기 내부에 가둘 수 있다.
이때, 제어층(1660)은 제2 전극(1650)의 상부에 프레임을 증착, 패터닝, 에칭하여 형성될 수 있다. 예를 들어 제어층(1660)은 제2 전극(1650)의 상부에 몰리브덴(Molybdenum: Mo), 루테늄(Ruthenium: Ru), 금(Gold: Au), 산화막(Silicon dioxide: SiO2), 및 질화막(Silicon nitride: SiN) 중 적어도 하나의 물질을 패터닝하고, 에칭하여 형성될 수 있다.
또한, 프레임은 제2 전극(1650)의 상부의 가장 자리에 폐곡면의 형상으로 형성되며, 폐곡면의 내부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다. 이때, 요철은 적어도 하나의 오목한 형태의 곡선과 볼록한 형태의 곡선의 조합으로 구성될 수 있다.
그리고, 프레임의 형상은 도 2, 도 4, 및 도 8에 도시된 프레임 중 하나의 형상일 수 있다.
또한, 프레임의 폐곡면에서 서로 마주보는 영역들의 두께. 높이 및 넓이 중 적어도 하나가 상이할 수 있다.
예를 들어, 제어층(1660)의 왼쪽에 오목한 형태의 곡선이 형성되고, 제어층(1660)의 오른쪽에 볼록한 형태의 곡선이 형성된 경우, 제어층(1660)에서 왼쪽에 위치한 프레임의 영역의 넓이(1661)는 도 16에 도시된 바와 같이 오른쪽에 위치한 프레임의 영역의 넓이(1662)보다 좁을 수 있다.
도 17은 일실시예에 따른 공진기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 17은 일실시예에 따른 공진기가 공기 공동(air-gap cavity)을 가지는 브래그 리플랙터(Bragg reflector) 타입의 BAW 공진기인 경우의 단면도이다.
도 17을 참고하면, 공진기는 제2 반사층(1710), 제1 반사층(1720), 제1 전극(1730), 압전층(1740), 제2 전극(1750), 및 제어층(1760)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(1730), 압전층(1740), 제2 전극(1750)의 구성 및 동작은 도 1의 제1 전극(110), 압전층(120) 및 제2 전극(130)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제1 반사층(1720)과 제2 반사층(1710)은 기판(1700)의 상부에 형성되어 제1 전극(1730)과 제2 전극(1750)에 인가되는 신호에 따라 압전층(1740)이 변환한 탄성파를 반사할 수 있다. 이때, 제2 반사층(1710)에서 공진하는 영역은 도 1에 도시된 바와 같이 공진기가 설치되는 기판(1700)에서 일정 거리 이상 이격되어 기판(1700)과 제2 반사층(1710) 사이에 공기 공동(air-gap cavity)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 제2 반사층(1710)은 기판(1700)의 상부에 형성되며, 제1 반사층(1720)보다 상대적으로 높은 음향 임피던스(High acoustic impedance)를 가질 수 있다.
또한, 제1 반사층(1720)은 제2 반사층(1710)의 상부에 형성되며, 제2 반사층(1710)보다 상대적으로 낮은 음향 임피던스(Low acoustic impedance)를 가질 수 있다.
이때, 도 17에는 제1 반사층(1720)과 제2 반사층(1710)만 표시되었으나, 일실시예에 따른 공진기는 제1 반사층(1720)과 제2 반사층(1710) 사이에 적어도 하나의 반사층을 더 포함할 수도 있다.
제어층(1760)은 제2 전극(1750)의 상부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하여 압전층(1750)이 변환한 탄성파를 제어할 수 있다. 이때, 제어층(1760)은 프레임을 이용하여 탄성파 중에서 공진에 이용되지 않는 수평 방향 탄성파를 반사시켜 공진기 내부에 가둘 수 있다.
이때, 제어층(1760)은 제2 전극(1750)의 상부에 프레임을 증착, 패터닝, 에칭하여 형성될 수 있다. 예를 들어 제어층(1760)은 제2 전극(1750)의 상부에 몰리브덴(Molybdenum: Mo), 루테늄(Ruthenium: Ru), 금(Gold: Au), 산화막(Silicon dioxide: SiO2), 및 질화막(Silicon nitride: SiN) 중 적어도 하나의 물질을 패터닝하고, 에칭하여 형성될 수 있다.
또한, 프레임은 제2 전극(1750)의 상부의 가장 자리에 폐곡면의 형상으로 형성되며, 폐곡면의 내부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다. 이때, 요철은 적어도 하나의 오목한 형태의 곡선과 볼록한 형태의 곡선의 조합으로 구성될 수 있다.
그리고, 프레임의 형상은 도 2, 도 4, 및 도 8에 도시된 프레임 중 하나의 형상일 수 있다.
또한, 프레임의 폐곡면에서 서로 마주보는 영역들의 두께. 높이 및 넓이 중 적어도 하나가 상이할 수 있다.
예를 들어, 제어층(1760)의 왼쪽에 오목한 형태의 곡선이 형성되고, 제어층(1760)의 오른쪽에 볼록한 형태의 곡선이 형성된 경우, 제어층(1760)에서 왼쪽에 위치한 프레임의 영역의 넓이(1761)는 도 16에 도시된 바와 같이 오른쪽에 위치한 프레임의 영역의 넓이(1762)보다 좁을 수 있다.
도 18은 일실시예에 따른 공진기를 제작하는 제작 방법을 도시한 도면이다.
단계(1810)에서 공진기 제작 장치는 기판의 상부에 제1 전극을 형성할 수 있다. 이때, 제1 전극에서 공진하는 영역은 도 1에 도시된 바와 같이 공진기가 설치되는 기판에서 일정 거리 이상 이격되어 기판과 제1 전극 사이에 공기 공동(air-gap cavity)이 형성될 수 있다. 또한, 제1 전극은 단계(1820)에서 형성하는 압전층에 전기 에너지를 입력할 수 있다.
단계(1820)에서 공진기 제작 장치는 단계(1810)에서 형성한 제1 전극의 상부에 압전층을 형성할 수 있다. 이때, 압전층은 압전체(Piezoelectric material)로 구성되어, 제1 전극과 제2 전극으로부터 입력 받은 전기 에너지를 탄성파(Acoustic wave)로 변환할 수 있다. 또한, 압전층이 변환하는 탄성파는 수평 방향 탄성파와 수직 방향 탄성파를 포함할 수 있다.
단계(1830)에서 공진기 제작 장치는 단계(1820)에서 형성한 압전층의 상부에 제2 전극을 형성할 수 있다. 이때, 제2 전극은 단계(1820)에서 형성한 압전층에 전기 에너지를 입력할 수 있다.
단계(1840)에서 공진기 제작 장치는 단계(1830)에서 형성한 제2 전극의 상부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하는 제어층을 형성할 수 있다.
이때, 제어층은 내부면, 또는 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 프레임을 이용하여 탄성파 중에서 공진에 이용되지 않는 수평 방향 탄성파를 반사시켜 공진기 내부에 가둘 수 있다. 예를 들어, 프레임은 도 2, 또는 도 4에 도시된 바와 같이 폐곡면의 형상으로 형성되며, 폐곡면의 내부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다. 또한, 프레임은 도 6, 또는 도 7에 도시된 바와 같이 원이나 다각형의 형상으로 형성되며, 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다. 그리고, 프레임은 도 8에 도시된 바와 같이 폐곡면의 형상으로 형성되며, 폐곡면의 내부면과 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수도 있다.
또한, 제어층은 도 11에 도시된 바와 같이 복수의 프레임이 수평 방향으로 배열되어 형성될 수도 있고, 도 12에 도시된 바와 같이 복수의 프레임이 수직 방향으로 배열되어 형성될 수도 있다.
그리고, 프레임은 도 14에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 영역이 열려있는 불연속 폐곡면으로 형성될 수도 있고, 도 15에 도시된 바와 같이 폐곡면의 일부 영역에만 요철을 포함하고, 다른 영역에는 요철을 포함하지 않을 수도 있다.
구체적으로, 공진기 제작 장치는 단계(1830)에서 형성한 제2 전극의 상부에 프레임을 증착, 패터닝, 에칭하여 형성될 수 있다. 예를 들어 제어층은 제2 전극(130)의 상부에 몰리브덴(Molybdenum: Mo), 루테늄(Ruthenium: Ru), 금(Gold: Au), 산화막(Silicon dioxide: SiO2), 및 질화막(Silicon nitride: SiN) 중 적어도 하나의 물질을 패터닝하고, 에칭하여 형성될 수 있다.
또한, 단계(1840)에서 공진기 제작 장치는 도9 또는 도 10에 도시된 바와 같이 단계(1810)에서 형성한 제1 전극의 하부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하는 제어층을 형성할 수 있다. 이때, 제어층은 기판과 제1 전극 사이의 공기 공동(air-gap cavity)에 형성될 수 있다.
도 19는 일실시예에 따른 공진기를 제작하는 제작 방법을 도시한 도면이다.
도 19는 일실시예에 따른 브래그 리플랙터(Bragg reflector) 타입의 BAW 공진기를 제작하는 방법일 수 있다.
단계(1910)에서 공진기 제작 장치는 기판의 상부에 제2 반사층을 형성할 수 있다. 이때, 공진기 제작 장치는 도 16에 도시된 바와 같이 기판의 상부에 바로 제2 반사층을 생성할 수도 있고, 도 17에 도시된 바와 같이 제2 반사층의 일부 영역을 기판에서 일정 거리 이상 이격하여 기판과 제2 반사층 사이에 공기 공동(air-gap cavity)을 형성할 수도 있다.
단계(1920)에서 공진기 제작 장치는 단계(1910)에서 형성한 제2 반사층의 상부에 제1 반사층을 형성할 수 있다. 이때, 제1 반사층은 제2 반사층보다 상대적으로 낮은 음향 임피던스(Low acoustic impedance)를 가질 수 있다.
단계(1930)에서 공진기 제작 장치는 단계(1910)에서 형성한 제1 반사층의 상부에 제1 전극을 형성할 수 있다. 이때, 제1 전극은 단계(1940)에서 형성하는 압전층에 전기 에너지를 입력할 수 있다.
단계(1940)에서 공진기 제작 장치는 단계(1930)에서 형성한 제1 전극의 상부에 압전층을 형성할 수 있다. 이때, 압전층은 압전체(Piezoelectric material)로 구성되어, 제1 전극과 제2 전극으로부터 입력 받은 전기 에너지를 탄성파(Acoustic wave)로 변환할 수 있다. 또한, 압전층이 변환하는 탄성파는 수평 방향 탄성파와 수직 방향 탄성파를 포함할 수 있다.
단계(1950)에서 공진기 제작 장치는 단계(1940)에서 형성한 압전층의 상부에 제2 전극을 형성할 수 있다. 이때, 제2 전극은 단계(1940)에서 형성한 압전층에 전기 에너지를 입력할 수 있다.
단계(1960)에서 공진기 제작 장치는 단계(1950)에서 형성한 제2 전극의 상부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하는 제어층을 형성할 수 있다.
이때, 제어층은 내부면, 또는 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 프레임을 이용하여 탄성파 중에서 공진에 이용되지 않는 수평 방향 탄성파를 반사시켜 공진기 내부에 가둘 수 있다. 예를 들어, 프레임은 도 2, 또는 도 4에 도시된 바와 같이 폐곡면의 형상으로 형성되며, 폐곡면의 내부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다. 또한, 프레임은 도 6, 또는 도 7에 도시된 바와 같이 원이나 다각형의 형상으로 형성되며, 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수 있다. 그리고, 프레임은 도 8에 도시된 바와 같이 폐곡면의 형상으로 형성되며, 폐곡면의 내부면과 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함할 수도 있다.
또한, 제어층은 도 11에 도시된 바와 같이 복수의 프레임이 수평 방향으로 배열되어 형성될 수도 있고, 도 12에 도시된 바와 같이 복수의 프레임이 수직 방향으로 배열되어 형성될 수도 있다.
그리고, 프레임은 도 14에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 영역이 열려있는 불연속 폐곡면으로 형성될 수도 있고, 도 15에 도시된 바와 같이 폐곡면의 일부 영역에만 요철을 포함하고, 다른 영역에는 요철을 포함하지 않을 수도 있다.
구체적으로, 공진기 제작 장치는 단계(1830)에서 형성한 제2 전극의 상부에 프레임을 증착, 패터닝, 에칭하여 형성될 수 있다. 예를 들어 제어층은 제2 전극(130)의 상부에 몰리브덴(Molybdenum: Mo), 루테늄(Ruthenium: Ru), 금(Gold: Au), 산화막(Silicon dioxide: SiO2), 및 질화막(Silicon nitride: SiN) 중 적어도 하나의 물질을 패터닝하고, 에칭하여 형성될 수 있다.
또한, 단계(1910)에서 기판과 제2 반사층 사이에 공기 공동(air-gap cavity)을 형성한 경우, 단계(1960)에서 공진기 제작 장치는 도9 또는 도 10에 도시된 바와 같이 단계(1930)에서 형성한 제1 전극의 하부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하는 제어층을 형성할 수 있다. 이때, 제어층은 기판과 제1 전극 사이의 공기 공동(air-gap cavity)에 형성될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 제1 전극
120: 압전층
130: 제2 전극
140: 제어층
120: 압전층
130: 제2 전극
140: 제어층
Claims (25)
- 기판의 상부에 형성되는 제1 전극;
제1 전극의 상부에 형성되어 제1 전극으로부터 입력된 전기 에너지를 탄성파로 변환하는 압전층;
상기 압전층의 상부에 형성되는 제2 전극; 및
상기 제2 전극의 상부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하여 상기 탄성파를 제어하는 제어층
을 포함하고,
상기 제어층은,
내부면, 또는 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 폐곡면의 형상으로 형성되는 공진기. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 프레임은,
원이나 다각형의 형상으로 형성되며, 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 제어층은,
상기 제2 전극의 상부에 폐곡면으로 형성되며, 상기 폐곡면의 내부면과 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 제어층은,
곡선 타입의 요철 및 다각형 타입의 요철 중 적어도 하나를 포함하는 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 제어층은,
탄성파를 제어하는 복수의 프레임들이 수평 방향으로 배열되어 형성되는 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 제어층은,
탄성파를 제어하는 복수의 프레임들이 수직 방향으로 배열되어 형성되는 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 제어층은,
적어도 하나의 영역이 열려있는 불연속 폐곡면으로 형성되며, 상기 불연속 폐곡면의 내면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 제어층은,
상기 제2 전극의 상부 중 외각에 폐곡면으로 형성되며, 상기 폐곡면에서 서로 마주보는 영역들의 두께. 높이 및 넓이 중 적어도 하나가 상이한 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 인가되는 신호에 따라 상기 탄성파를 반사하는 반사층
을 더 포함하는 공진기. - 제10항에 있어서,
상기 반사층은,
상기 제1 전극의 하부에 형성되는 제1 반사층; 및
상기 제1 반사층의 하부에 형성되며, 상기 제1 반사층보다 높은 음향 임피던스(High acoustic impedance)를 가지는 제 2 반사층
을 포함하는 공진기. - 일부 영역이 기판의 상부에 이격되어 형성되는 제1 전극;
제1 전극의 상부에 형성되어 제1 전극으로부터 입력된 에너지를 탄성파로 변환하는 압전층;
상기 압전층의 상부에 형성되는 제2 전극; 및
상기 영역의 하부에 비정형으로 형성되어 탄성파를 제어하는 제어층
을 포함하는 공진기. - 제12항에 있어서,
상기 제어층은,
폐곡면의 형상으로 형성되며, 상기 폐곡면의 내면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 공진기. - 제12항에 있어서,
상기 제어층은,
원이나 다각형의 형상으로 형성되며, 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 공진기. - 제12항에 있어서,
상기 제어층은,
폐곡면의 형상으로 형성되며, 상기 폐곡면의 내면과 외면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 공진기. - 제2 전극과 제1 전극 및 압전층을 포함하는 공진기에 있어서,
기판의 상부에 형성되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 인가되는 신호에 따라 상기 압전층이 변환한 탄성파를 반사하는 반사층;
상기 반사층의 상부에 형성되어 인가되는 신호에 따라 상기 압전층에 에너지를 입력하는 제1 전극;
상기 제1 전극의 상부에 형성되어 상기 제1 전극으로부터 입력된 에너지를 탄성파로 변환하는 압전층;
상기 압전층의 상부에 형성되는 제2 전극; 및
상기 제2 전극의 상부에 비정형으로 형성되어 탄성파를 제어하는 제어층
을 포함하고,
상기 제어층은,
내부면, 또는 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 폐곡면의 형상으로 형성되는 공진기. - 삭제
- 제16항에 있어서,
상기 제어층은,
원이나 다각형의 형상으로 형성되며, 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 공진기. - 제16항에 있어서,
상기 제어층은,
폐곡면의 형상으로 형성되며, 상기 폐곡면의 내면과 외면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 공진기. - 기판의 상부에 제1 전극을 형성하는 단계;
제1 전극의 상부에 제1 전극으로부터 입력된 전기 에너지를 탄성파로 변환하는 압전층을 형성하는 단계;
상기 압전층의 상부에 상기 압전층에 전기 에너지를 입력하는 제2 전극을 형성하는 단계;
상기 제2 전극의 상부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하여 상기 탄성파를 제어하는 제어층을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 제어층은,
내부면, 또는 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 폐곡면의 형상으로 형성되는 공진기 제작 방법. - 삭제
- 제20항에 있어서,
상기 제어층은,
원이나 다각형의 형상으로 형성되며, 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 공진기 제작 방법. - 제20항에 있어서,
상기 제어층은,
폐곡면의 형상으로 형성되며, 상기 폐곡면의 내면과 외면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 공진기 제작 방법. - 기반의 상부에 탄성파를 반사하는 반사층을 형성하는 단계;
상기 반사층의 상부에 제1 전극을 형성하는 단계;
제1 전극의 상부에 제1 전극으로부터 입력된 전기 에너지를 탄성파로 변환하는 압전층을 형성하는 단계;
상기 압전층의 상부에 상기 압전층에 전기 에너지를 입력하는 제2 전극을 형성하는 단계;
상기 제2 전극의 상부에 비정형으로 형성된 프레임을 포함하여 상기 탄성파를 제어하는 제어층을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 제어층은,
내부면, 또는 외부면에 적어도 하나의 요철을 포함하는 폐곡면의 형상으로 형성되는 공진기 제작 방법. - 제20항, 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 할 수 있는 기록 매체.
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