KR101918282B1 - 체적 음향 공진기를 이용한 ｒｆ 필터 및 ｒｆ 트랜시버 - Google Patents

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Abstract

체적 음향 공진기를 이용한 무선 주파수 영역에서의 필터 및 트랜시버에 관한 것으로서, 체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터는 다른 체적 음향 공진기보다 낮은 주파수 온도계수(Temperature Coefficient of Frequency)를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기 및 상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기보다 높은 퀄리티 팩터(Quality factor)를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기를 포함한다.

Description

체적 음향 공진기를 이용한 ＲＦ 필터 및 ＲＦ 트랜시버{RADIO FREQUENCY FILTER AND RADIO FREQUENCY TRANSCEIVER USING BULK ACOUSTIC WAVE RESONATOR}
기술분야는 체적 음향 공진기를 이용한 무선 주파수 영역에서의 필터 및 트랜시버에 관한 것이다.
체적 음향 공진기는 무선을 이용한 신호전달 시스템에 이용될 수 있다. 예를 들면, 무선 통신 기기, 무선 전력 전송, 무선 센서의 필터, 송신기, 수신기 또는 듀플렉서의 일 구성으로 사용될 수 있다. 또한, 체적 음향 공진기는 무선 데이터의 입출력에 사용될 수도 있다.
그런데 점점 무선 통신 기기의 종류와 용도가 다양해지고, 기존 유선 통신 기기의 무선화도 빠른 속도로 진행되고 있다. 이러한 과정에서 저전력 및 고속 특성을 확보할 수 있는 RF 디바이스에 대한 연구가 필요하다.
일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터는 다른 체적 음향 공진기보다 낮은 주파수 온도계수(Temperature Coefficient of Frequency)를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기 및 상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기보다 높은 퀄리티 팩터(Quality factor)를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기를 포함한다.
상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 기판의 상부에 위치한 공기 공동, 상기 공기 공동의 상부에 위치한 제1 전극, 상기 제1 전극의 상부에 위치한 압전층, 상기 압전층의 상부에 위치한 제2 전극 및 상기 압전층의 상부 또는 하부에 위치하여 상기 제1 전극, 상기 압전층 및 상기 제2 전극의 주파수 온도계수를 보상하는 주파수 온도계수 보상층을 포함할 수 있다.
상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 기판의 상부에 위치한 공기 공동, 상기 공기 공동의 상부에 위치한 제1 전극, 상기 제1 전극의 상부에 위치한 압전층, 상기 압전층의 상부에 위치한 제2 전극 및 상기 압전층의 상부 및 하부에 위치하여 상기 제1 전극, 상기 압전층 및 상기 제2 전극의 주파수 온도계수를 보상하는 주파수 온도계수 보상층을 포함할 수 있다.
상기 주파수 온도계수 보상층은 실리콘 옥사이드(Silicon Oxide)계열의 물질 또는 실리콘 나이트라이드(Silicon Nitride) 계열의 물질로 형성될 수 있다.
상기 주파수 온도계수 보상층은 실리콘 옥사이드(Silicon Oxide) 또는 실리콘 나이트라이드(Silicon Nitride) 에 임퓨리티(impurity) 원소를 도핑(doping)하여 형성될 수 있다.
상기 임퓨리티(impurity) 원소는 비소(As), 안티몬(Sb), 인(P), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si), 알루미늄(Al) 중 적어도 하나 또는 상기 비소, 상기 안티몬, 상기 인, 상기 붕소, 상기 게르마늄, 상기 실리콘 및 상기 알루미늄 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다.
상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 RF 신호의 입력단 및 출력단과 직렬로 연결되고, 상기 높은 퀄리티 팩터를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 상기 RF 신호의 입력단 및 출력단과 병렬로 연결될 수 있다.
상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 RF 신호의 입력단 및 출력단과 병렬로 연결되고, 상기 높은 퀄리티 팩터를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 상기 RF 신호의 입력단 및 출력단과 직렬로 연결될 수 있다.
상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 제1 BAWR(Bulk Acoustic Wave Resonator) 및 제2 BAWR을 포함하고, 상기 높은 퀄리티 팩터를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 제3 BAWR을 포함하는 경우, 상기 제1 BAWR, 상기 제2 BAWR 및 상기 제3 BAWR은 래더(ladder) 구조로 연결될 수 있다.
상기 제1 BAWR의 일단은 제1 포트 및 상기 제3 BAWR의 일단과 연결되고, 상기 제1 BAWR의 타단은 제3 포트와 연결되며, 상기 제2 BAWR의 일단은 제2 포트 및 상기 제3 BAWR의 타단과 연결되고, 상기 제2 BAWR의 타단은 제4 포트와 연결될 수 있다.
상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 제1 BAWR을 포함하고, 상기 높은 퀄리티 팩터를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 제2 BAWR 및 제3 BAWR을 포함하는 경우, 상기 제1 BAWR, 상기 제2 BAWR 및 상기 제3 BAWR은 래더 구조로 연결될 수 있다.
상기 제2 BAWR의 일단은 제3 포트 및 상기 제1 BAWR의 일단과 연결되고, 상기 제2 BAWR의 타단은 제1 포트와 연결되며, 상기 제3 BAWR의 일단은 제4 포트 및 상기 제1 BAWR의 타단과 연결되고, 상기 제3 BAWR의 타단은 제2 포트와 연결될 수 있다.
상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 제1 BAWR(Bulk Acoustic Wave Resonator) 및 제2 BAWR을 포함하고, 상기 높은 퀄리티 팩터를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 제3 BAWR 및 제4 BAWR을 포함하는 경우, 상기 제1 BAWR, 상기 제2 BAWR, 상기 제3 BAWR 및 상기 제4 BAWR은 브릿지(bridge) 구조로 연결될 수 있다.
상기 제1 BAWR의 일단은 제1 포트 및 상기 제3 BAWR의 일단과 연결되고, 상기 제1 BAWR의 타단은 제4 포트 및 상기 제4 BAWR의 타단과 연결되며, 상기 제2 BAWR의 일단은 제2 포트 및 상기 제4 BAWR의 일단과 연결되고, 상기 제2 BAWR의 타단은 제3 포트 및 상기 제3 BAWR의 타단과 연결될 수 있다.
상기 제1 BAWR의 일단은 제1 포트 및 상기 제3 BAWR의 일단과 연결되고, 상기 제1 BAWR의 타단은 제3 포트 및 상기 제4 BAWR의 타단과 연결되며, 상기 제2 BAWR의 일단은 제2 포트 및 상기 제4 BAWR의 일단과 연결되고, 상기 제2 BAWR의 타단은 제4 포트 및 상기 제3 BAWR의 타단과 연결될 수 있다.
일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기를 이용한 RF 트랜시버는 전송신호를 전송 주파수 대역에서 필터링하여 안테나로 전달하는 제1 필터, 상기 안테나를 통해 수신된 신호를 수신 주파수 대역으로 필터링하는 제2 필터 및 상기 제1 필터와 상기 제2 필터 간의 임피던스 매칭을 제어하여 상기 제1 필터에서 필터링 된 신호와 상기 제2 필터에서 필터링 된 신호 간의 간섭을 방지하는 매칭 제어부를 포함하되, 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터는 서로 다른 소정의 공진 주파수에서 동작하고, 다른 체적 음향 공진기보다 낮은 주파수 온도계수(Temperature Coefficient of Frequency)를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기 및 상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기보다 높은 퀄리티 팩터(Quality factor)를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기를 포함한다.
주파수 온도계수 보상층을 이용하여 체적 음향 공진기의 주파수 온도계수를 0에 근접하게 함으로써, 송신 주파수와 수신 주파수 간의 좁은 밴드 갭(Band Gap)을 구현할 수 있다.
또한, 주파수 온도계수가 보상된 체적 음향 공진기와 더불어 높은 퀄리티 팩터(quality factor)를 가지는 체적 음향 공진기를 이용함으로써, 통과 대역(Pass band)내의 삽입 손실(insertion loss)을 감소시킬 수 있다.
또한, 주파수 온도계수가 보상된 체적 음향 공진기와 더불어 높은 퀄리티 팩터(quality factor)를 가지는 체적 음향 공진기를 이용함으로써, 고 감쇄 저 삽입손실 특성을 확보할 수 있다.
도 1은 모바일 통신 단말의 송신 주파수와 수신 주파수 간의 주파수 간격을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터의 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 낮은 주파수 온도계수를 가지는 체적 음향 공진기의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 13은 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터의 구조를 나타낸 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 이용한 RF 트랜시버의 블록도이다.
이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
체적 음향 공진기(Bulk Acoustic Wave Resonator, BAWR)는 압전층의 상하에 위치한 전극을 통해 동작한다. 체적 음향 공진기는 상하 전극에 고주파 전위가 인가되면 압전층이 진동하면서 필터로서 동작한다. 일 실시예에 따른 RF(Radio Frequency) 필터 및 RF 트랜시버의 체적 음향 공진기는 음향파(Acoustic Wave)의 반사 특성을 향상시키기 위해 공기 공동(Air Cavity)통해 기판으로부터 공중 부양될 수 있다.
체적 음향 공진기는 공진 현상을 이용하여 특정 주파수의 파(Wave) 또는 진동을 끌어내기 위한 장치로써, 필터 및 발진기(Oscillator)와 같은 RF 장치의 부품으로 이용될 수 있다.
주파수 자원의 제한으로 인하여, 휴대폰과 같은 모바일 통신 시스템을 운영하는 기업들은 통신에 사용할 주파수를 할당 받기 위해 막대한 비용을 지불하고 있다.
단말의 송신 주파수와 수신 주파수 사이에는 송수신 신호의 간섭을 배제하기 위한 일정량의 주파수 간격(Band Gap)이 필요하다. 기업들은 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위해 송신 주파수와 수신 주파수 사이의 간격을 줄이고자 한다.
RF(Radio Frequency) 통신 시스템에서 주파수 간격(Band Gap)을 줄이기 위해서는 높은 Q 값을 가지는 공진기가 필요하다. 또한, 점점 증가하는 데이터의 전송량과 데이터의 전송속도를 만족하기 위해서는 대역폭이 증가해야 한다.
체적 음향 공진기는 수직 방향의 음향파(acoustic wave)를 이용하여 공진을 야기함으로써, 상기 공진을 전기적으로 이용하는 디바이스이다. 체적 음향 공진기는 수직 방향으로 발생하는 음향파의 손실(Loss)을 최소화하기 위해 공기 공동(air cavity) 구조를 반사면(reflector)로 이용하거나, 여러층의 반사막을 교대로 증착하는 반사면(reflector) 구조를 이용할 수 있다.
도 1은 모바일 통신 단말의 송신 주파수와 수신 주파수 간의 주파수 간격을 나타낸 도면이다.
모바일 통신 디바이스들이 사용할 수 있는 주파수 자원은 제한적이다. 따라서, 각각의 모바일 통신 디바이스들은 할당 받은 주파수 대역을 이용하여 통신을 수행한다. 신호의 송신을 위해 사용하는 송신 주파수 대역과 신호의 수신을 위해 사용하는 수신 주파수 대역 사이에는 송수신 신호의 간섭을 배제하기 위해 주파수 간격(Band Gap)이 필요하다. 송수신하는 데이터의 용량이 증가함에 따라 할당 받은 주파수 대역에서 더 많은 주파수 대역을 확보하기 위해 주파수 간격을 줄이는 방법을 생각해 볼 수 있다. 그런데, 이러한 방법을 적용하기 위해서는 좁아진 주파수 간격에서도 송수신 신호의 간섭 없이 통신을 수행할 수 있는 장치가 필요하다.
도 1을 참조하면, 통신 업체들의 요구에 따라 송신 주파수 대역이 증가(101)하고, 수신 주파수 대역이 증가(103)하고 있다. 송신 주파수 대역이 증가(101) 함에 따라 주파수 간격(Band Gap)(110)이 주파수 간격(120)으로 줄어들게 된다.
송신 신호와 수신 신호를 분리하는 역할을 하는 듀플렉서는 체적 음향 공진기(BAWR)를 이용하여 구현될 수 있다. 이때, 좁아진 주파수 간격(120)에서 송신 신호와 수신 신호를 정확하고 효율적으로 분리하기 위해서는 높은 퀄리티 팩터(Quality factor)와 낮은 주파수 온도계수(Temperature Coefficient of Frequency, 이하 TCF라고 함)를 가지는 체적 음향 공진기가 필요하다. 체적 음향 공진기의 TCF는 체적 음향 공진기가 사용되는 온도 범위에서, 주파수의 변화량을 의미하고, 온도 변화에 대한 주파수 변화량의 비(ratio)가 0에 가까울수록 온도 변화에 따른 주파수의 변화량이 작다는 것을 의미한다.
도 2는 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터의 블록도이다.
도 2를 참조하면, RF 필터는 체적 음향 공진기(210) 및 체적 음향 공진기(220)를 포함한다.
체적 음향 공진기(210)는 체적 음향 공진기(220)보다 낮은 주파수 온도계수를 가진다. 체적 음향 공진기(210)는 상부전극, 하부전극 및 상부전극과 하부전극 사이에 위치한 압전층을 기본 구조로 가진다. 일반적으로 상부전극, 하부전극 및 압전층을 구성하는 물질의 주파수 온도계수(TCF, Temperature Coefficient of Frequency)는 음(-)의 값을 가진다. 양(+)의 값을 가지는 주파수 온도계수 보상층이 추가되면, 체적 음향 공진기(210)의 전체 주파수 온도계수는 0에 가까운 값을 가질 수 있다. 주파수 온도계수가 0에 가까운 값을 가질수록 좁은 밴드 갭(Band Gap)을 구현하는데 용이하다.
체적 음향 공진기(220)는 체적 음향 공진기(210) 보다 높은 퀄리티 팩터(Quality factor)를 가진다. 퀄리티 팩터는 Q 값으로 불리우기도 하며, 소자의 전기적 특성을 나타내는 값이다. 퀄리티 팩터가 높을수록 특정 주파수의 필터링이 정밀해진다.
체적 음향 공진기(220)는 체적 음향 공진기(210)에서 주파수 온도계수 보상층이 생략된 구조로 형성될 수 있다. 체적 음향 공진기(210)를 구성하는 상부전극, 하부전극 및 압전층 외에 주파수 온도계수 보상층이 추가되어 전체 두께가 두꺼워지면, 퀄리티 팩터 값이 떨어진다. 퀄리티 팩터는 체적 음향 공진기(210)의 두께에 반비례하는 경향이 있다. 따라서, 주파수 온도계수 보상층이 생략된 구조의 체적 음향 공진기(220)는 체적 음향 공진기(210) 보다 높은 퀄리티 팩터를 가질 수 있다.
체적 음향 공진기(220)는 상부전극의 에지(edge) 부분의 두께가 변형된 구조로 형성됨으로써, 높은 퀄리티 팩터를 가질 수 있다. 에지 부분의 두께가 변형되면 에지 부분의 임피던스가 변형되어, 압전층에서 발생한 공진 주파수의 음향파가 외부로 손실되지 않을 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 낮은 주파수 온도계수를 가지는 체적 음향 공진기의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 체적 음향 공진기는 기본적으로 제1 전극(340), 압전층(360) 및 제2 전극(370)을 포함한다. 체적 음향 공진기는 공기 공동(air cavity)(320)의 상부에 위치하는데, 공기 공동(320)은 체적 음향 공진기에서 발생하는 수직 방향의 음향파를 반사시킬 수 있다.
공기 공동(320)은 기판(310)의 상부에 위치하는데, 기판(310)의 상부에 희생층을 적층한 후, 희생층을 패터닝하고, 식각함으로써 공기 공동(320)이 형성될 수 있다. 기판(310)은 실리콘 또는 SOI(Silicon On Insulator) 타입으로 형성될 수 있다. 멤브레인(330)은 공기 공동(320)의 상부에 위치하여, 공기 공동(320)의 형상을 유지시킬 수 있다.
제1 전극(340)은 멤브레인(330)의 상부에 위치할 수 있다. 주파수 온도계수 보상층(350)은 제1 전극(340)의 상부에 위치할 수 있다. 압전층(360)은 주파수 온도계수 보상층(350)의 상부에 위치할 수 있다. 제2 전극(370)은 압전층(360)의 상부에 위치할 수 있다.
제1 전극(340) 및 제2 전극(370)은 금, 몰리데늄, 루테늄, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈 등의 물질로 형성될 수 있다. 압전층(360)은 산화 아연(ZnO) 또는 질화 알루미늄(AlN) 등의 물질로 형성될 수 있다. 주파수 온도계수 보상층(350)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열의 물질 중 하나로 구성될 수 있다.
제1 전극(340), 압전층(360) 및 제2 전극(370)을 형성하는 물질들은 (-)의 주파수 온도계수(TCF) 값을 가진다. 따라서, 체적 음향 공진기의 TCF 값을 0에 근접하게 하기 위해서는 (+)의 TCF 값을 가지는 물질로 주파수 온도계수 보상층(350)이 형성되어야 한다.
주파수 온도계수 보상층(350)은 실리콘 옥사이드(Silicon Oxide) 또는 실리콘 나이트라이드(Silicon Nitride)에 임퓨리티(impurity) 원소를 도핑(doping)하여 (+)의 TCF 값을 더 크게 할 수 있다. 이때, 임퓨리티 원소로는 비소(As), 안티몬(Sb), 인(P), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si), 알루미늄(Al)들이 사용될 수 있다.
주파수 온도계수 보상층(350)은 압전층(360)의 상부 또는 하부에 위치할 수도 있고, 압전층(360)의 상부 및 하부에 위치할 수도 있다.
도 2의 체적 음향 공진기(210)는 주파수 온도계수 보상층(350)을 포함하는 구조로 형성될 수 있고, 체적 음향 공진기(220)는 주파수 온도계수 보상층(350)을 생략한 구조로 형성될 수 있다.
또한, 도 2의 체적 음향 공진기(220)는 제1 전극(340), 압전층(360) 및 제2 전극(370)의 소정 영역을 에칭하여 형성된 에어 에지를 포함하는 구조로 형성될 수도 있다. 압전층(360)에서 발생한 공진 주파수 중 수평 방향 성분은 에어 에지에서 반사되고 외부로 손실되지 않게 되어, 체적 음향 공진기(220)의 퀄리티 팩터(Quality factor)가 향상될 수 있다.
또한, 도 2의 체적 음향 공진기(220)는 제1 전극(340)의 하부 또는 제2 전극(370)의 상부 또는 제1 전극(340)의 하부 및 제2 전극(370)의 상부에 위치하는 반사층을 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 압전층(360)에서 발생한 공진 주파수 중 수직 방향 성분은 반사층에서 반사되고 외부로 손실되지 않게 되어, 체적 음향 공진기(220)의 퀄리티 팩터(Quality factor)가 향상될 수 있다.
도 4 내지 도 13은 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 13은 도 2의 체적 음향 공진기(210) 및 체적 음향 공진기(220)를 기본 구성요소로 하여 다양하게 구성될 수 있는 회로구조들이다.
이하의 설명에서, 체적 음향 공진기(210)는 Low TCF BAWR이라고 기재하고, 체적 음향 공진기(220)는 High Q BAWR이라고 기재하기로 한다. RF 필터는 비대칭 특성이 요구된다. 통과대역의 낮은 쪽 주파수 대역에서는 고 감쇄 특성이 요구되고, 높은 쪽 주파수 대역에서는 고 감쇄 특성을 상대적으로 완화시키는 특성이 요구된다. 또는 반대로 통과대역의 높은 쪽 주파수 대역에서 고 감쇄 특성이 요구되고, 낮은 쪽 주파수 대역에서 고 감쇄 특성을 상대적으로 완화시키는 특성이 요구될 수 있다.
고 감쇄 특성이 요구되는 주파수 대역을 위해서는 상대적으로 낮은 주파수 온도계수 특성을 가지는 Low TCF BAWR이 사용될 수 있고, 고 감쇄 특성이 상대적으로 완화되어야 하는 주파수 대역을 위해서는 High Q BAWR이 사용될 수 있다. Low TCF BAWR과 High Q BAWR이 결합됨으로써, 단일 종류의 공진기로 구성된 RF 필터에 비하여 고 감쇄, 저 삽입손실의 특성을 가질 수 있다.
도 4를 참조하면, RF 필터를 구성하는 Low TCF BAWR(410)은 제1 포트(430)과 제2 포트(440)에 직렬로 연결된다. RF 필터를 구성하는 High Q BAWR(420)은 제1 포트(430)과 제2 포트(440)에 병렬로 연결된다. 제1 포트(430) 또는 제2 포트(440)는 RF 신호의 입력단 또는 출력단으로 사용될 수 있다.
도 5를 참조하면, RF 필터를 구성하는 Low TCF BAWR(510)은 제1 포트(530)과 제2 포트(540)에 병렬로 연결된다. RF 필터를 구성하는 High Q BAWR(520)은 제1 포트(530)과 제2 포트(540)에 직렬로 연결된다.
도 6을 참조하면, RF 필터를 구성하는 Low TCF BAWR(610)은 제1 포트(640)과 제2 포트(650)에 직렬로 연결된다. RF 필터를 구성하는 High Q BAWR(620) 및 High Q BAWR(630)은 제1 포트(640)과 제2 포트(650)에 병렬로 연결된다. 이때, High Q BAWR(620)과 High Q BAWR(630) 간은 직렬로 연결된다.
도 7을 참조하면, RF 필터를 구성하는 Low TCF BAWR(710) 및 Low TCF BAWR(720)은 제1 포트(740)과 제2 포트(750)에 병렬로 연결된다. RF 필터를 구성하는 High Q BAWR(730)은 제1 포트(740)과 제2 포트(750)에 직렬로 연결된다. 이때, Low TCF BAWR(710)과 Low TCF BAWR(720) 간은 직렬로 연결된다.
도 8을 참조하면, RF 필터를 구성하는 Low TCF BAWR(810) 및 Low TCF BAWR(820)은 제1 포트(840)과 제2 포트(850)에 직렬로 연결된다. RF 필터를 구성하는 High Q BAWR(830)은 제1 포트(840)과 제2 포트(850)에 병렬로 연결된다. 이때, Low TCF BAWR(810)과 Low TCF BAWR(820) 간은 직렬로 연결된다.
도 9를 참조하면, RF 필터를 구성하는 Low TCF BAWR(910)은 제1 포트(940)과 제2 포트(950)에 병렬로 연결된다. RF 필터를 구성하는 High Q BAWR(920) 및 High Q BAWR(930)은 제1 포트(940)과 제2 포트(950)에 직렬로 연결된다. 이때, High Q BAWR(920)과 High Q BAWR(930) 간은 직렬로 연결된다.
도 10을 참조하면, RF 필터를 구성하는 Low TCF BAWR(1010), Low TCF BAWR(1020) 및 High Q BAWR(1030)은 래더(ladder) 구조로 형성될 수 있다. Low TCF BAWR(1010)의 일단은 제1 포트(1040) 및 High Q BAWR(1030)의 일단과 연결되고, Low TCF BAWR(1010)의 타단은 제3 포트(1060)과 연결된다. Low TCF BAWR(1020)의 일단은 제2 포트(1050) 및 High Q BAWR(1030)의 타단과 연결되고, Low TCF BAWR(1020)의 타단은 제4 포트(1070)와 연결된다. 제1 포트(1040), 제2 포트(1050), 제3 포트(1060) 또는 제4 포트(1070)는 입력단 또는 출력단으로 사용될 수 있다.
도 11을 참조하면, RF 필터를 구성하는 Low TCF BAWR(1110)의 일단은 제3 포트(1160) 및 High Q BAWR(1120)의 타단과 연결된다. High Q BAWR(1120)의 일단은 제1 포트(1140)와 연결된다. Low TCF BAWR(1110)의 타단은 제4 포트(1170) 및 High Q BAWR(1130)의 타단과 연결된다. High Q BAWR(1130)의 일단은 제2 포트(1150)와 연결된다.
도 12를 참조하면, RF 필터를 구성하는 Low TCF BAWR(1210), Low TCF BAWR(1220), High Q BAWR(1230)및 High Q BAWR(1240)은 브릿지(bridge) 구조로 형성될 수 있다. Low TCF BAWR(1210)의 일단은 제1 포트(1250) 및 High Q BAWR(1230)의 일단과 연결되고, Low TCF BAWR(1210)의 타단은 제4 포트(1280) 및 High Q BAWR(1240)의 타단과 연결된다. Low TCF BAWR(1220)의 일단은 제2 포트(1260) 및 High Q BAWR(1240)의 일단과 연결되고, Low TCF BAWR(1220)의 타단은 제3 포트(1270) 및 High Q BAWR(1230)의 타단과 연결된다.
도 13을 참조하면, RF 필터를 구성하는 Low TCF BAWR(1310)의 일단은 제1 포트(1350) 및 High Q BAWR(1330)의 일단과 연결되고, Low TCF BAWR(1310)의 타단은 제3 포트(1370) 및 High Q BAWR(1340)의 타단과 연결된다. Low TCF BAWR(1320)의 일단은 제2 포트(1360) 및 High Q BAWR(1340)의 일단과 연결되고, Low TCF BAWR(1320)의 타단은 제4 포트(1380) 및 High Q BAWR(1330)의 타단과 연결된다.
도 14는 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 이용한 RF 트랜시버의 블록도이다. 도 14를 참조하면, RF 트랜시버는 제1 필터(1410), 매칭 제어부(1420) 및 제2 필터(1430)를 포함한다.
제1 필터(1410)는 송신신호를 송신 주파수 대역에서 필터링할 수 있다. 필터링 된 신호는 안테나로 전달되어, 단말의 외부로 전송될 수 있다.
매칭 제어부(1420)는 제1 필터(1410)와 제2 필터(1420) 간의 임피던스 매칭을 제어하여 제1 필터(1410)에서 필터링 된 신호와 제2 필터(1420)에서 필터링 된 신호 간의 간섭을 방지할 수 있다. 매칭 제어부(1420)는 제1 필터(1410)에서 필터링 된 신호와 제2 필터(1420)에서 필터링 된 신호의 위상을 변화시켜 신호 간의 간섭을 방지할 수 있다.
제2 필터(1430)는 안테나를 통해 수신된 신호를 수신 주파수 대역으로 필터링할 수 있다.
제1 필터(1410) 및 제2 필터(1420)는 서로 다른 소정의 공진 주파수에서 동작한다. 제1 필터(1410) 및 제2 필터(1420)는 다른 체적 음향 공진기보다 낮은 주파수 온도계수(Temperature Coefficient of Frequency)를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기 및 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기보다 높은 퀄리티 팩터(Quality factor)를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기를 포함할 수 있다.
제1 필터(1410) 및 제2 필터(1420)는 도 4 내지 도 13에 도시된 회로 구조로 형성될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (16)

  1. 다른 체적 음향 공진기보다 낮은 주파수 온도계수(Temperature Coefficient of Frequency)를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기; 및
    상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기보다 높은 퀄리티 팩터(Quality factor)를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기
    를 포함하고,
    상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는,
    제1 전극;
    상기 제1 전극의 상부에 위치한 제1 압전층;
    상기 제1 압전층의 상부에 위치한 제2 전극; 및
    상기 제1 전극, 상기 압전층 및 상기 제2 전극의 주파수 온도계수를 보상하는 주파수 온도계수 보상층
    을 포함하고,
    상기 높은 퀄리티 팩터를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는,
    제3 전극;
    상기 제3 전극의 상부에 위치한 제2 압전층; 및
    상기 제2 압전층의 상부에 위치한 제4 전극
    을 포함하고,
    상기 주파수 온도계수 보상층은 상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기에만 포함되는, 체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는
    기판의 상부에 위치한 공기 공동을 더 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 공기 공동의 상부에 위치하고, 상기 주파수 온도계수 보상층은 상기 압전층의 상부 또는 하부에 위치하는, 체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는
    기판의 상부에 위치한 공기 공동을 더 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 공기 공동의 상부에 위치하고, 상기 주파수 온도계수 보상층은 상기 압전층의 상부 및 하부에 위치하는, 체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 주파수 온도계수 보상층은
    실리콘 옥사이드(Silicon Oxide)계열의 물질 또는 실리콘 나이트라이드(Silicon Nitride) 계열의 물질로 형성된
    체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 주파수 온도계수 보상층은
    실리콘 옥사이드(Silicon Oxide) 또는 실리콘 나이트라이드(Silicon Nitride) 에 임퓨리티(impurity) 원소를 도핑(doping)하여 형성된
    체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 임퓨리티(impurity) 원소는
    비소(As), 안티몬(Sb), 인(P), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si), 알루미늄(Al) 중 적어도 하나 또는 상기 비소, 상기 안티몬, 상기 인, 상기 붕소, 상기 게르마늄, 상기 실리콘 및 상기 알루미늄 중 적어도 두 개
    를 포함하는 체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 RF 신호의 입력단 및 출력단과 직렬로 연결되고,
    상기 높은 퀄리티 팩터를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 상기 RF 신호의 입력단 및 출력단과 병렬로 연결된
    체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 RF 신호의 입력단 및 출력단과 병렬로 연결되고,
    상기 높은 퀄리티 팩터를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 상기 RF 신호의 입력단 및 출력단과 직렬로 연결된
    체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 제1 BAWR(Bulk Acoustic Wave Resonator) 및 제2 BAWR을 포함하고,
    상기 높은 퀄리티 팩터를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 제3 BAWR을 포함하는 경우,
    상기 제1 BAWR, 상기 제2 BAWR 및 상기 제3 BAWR은 래더(ladder) 구조로 연결되는
    체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 BAWR의 일단은 제1 포트 및 상기 제3 BAWR의 일단과 연결되고, 상기 제1 BAWR의 타단은 제3 포트와 연결되며, 상기 제2 BAWR의 일단은 제2 포트 및 상기 제3 BAWR의 타단과 연결되고, 상기 제2 BAWR의 타단은 제4 포트와 연결되는
    체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 제1 BAWR을 포함하고,
    상기 높은 퀄리티 팩터를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 제2 BAWR 및 제3 BAWR을 포함하는 경우,
    상기 제1 BAWR, 상기 제2 BAWR 및 상기 제3 BAWR은 래더 구조로 연결되는
    체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 BAWR의 일단은 제3 포트 및 상기 제1 BAWR의 일단과 연결되고, 상기 제2 BAWR의 타단은 제1 포트와 연결되며, 상기 제3 BAWR의 일단은 제4 포트 및 상기 제1 BAWR의 타단과 연결되고, 상기 제3 BAWR의 타단은 제2 포트와 연결되는
    체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 제1 BAWR(Bulk Acoustic Wave Resonator) 및 제2 BAWR을 포함하고,
    상기 높은 퀄리티 팩터를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는 제3 BAWR 및 제4 BAWR을 포함하는 경우,
    상기 제1 BAWR, 상기 제2 BAWR, 상기 제3 BAWR 및 상기 제4 BAWR은 브릿지(bridge) 구조로 연결되는
    체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 BAWR의 일단은 제1 포트 및 상기 제3 BAWR의 일단과 연결되고, 상기 제1 BAWR의 타단은 제4 포트 및 상기 제4 BAWR의 타단과 연결되며, 상기 제2 BAWR의 일단은 제2 포트 및 상기 제4 BAWR의 일단과 연결되고, 상기 제2 BAWR의 타단은 제3 포트 및 상기 제3 BAWR의 타단과 연결되는
    체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 BAWR의 일단은 제1 포트 및 상기 제3 BAWR의 일단과 연결되고, 상기 제1 BAWR의 타단은 제3 포트 및 상기 제4 BAWR의 타단과 연결되며, 상기 제2 BAWR의 일단은 제2 포트 및 상기 제4 BAWR의 일단과 연결되고, 상기 제2 BAWR의 타단은 제4 포트 및 상기 제3 BAWR의 타단과 연결되는
    체적 음향 공진기를 이용한 RF 필터.
  16. 송신신호를 송신 주파수 대역에서 필터링하여 안테나로 전달하는 제1 필터;
    상기 안테나를 통해 수신된 신호를 수신 주파수 대역으로 필터링하는 제2 필터; 및
    상기 제1 필터와 상기 제2 필터 간의 임피던스 매칭을 제어하여 상기 제1 필터에서 필터링 된 신호와 상기 제2 필터에서 필터링 된 신호 간의 간섭을 방지하는 매칭 제어부를 포함하되,
    상기 제1 필터 및 상기 제2 필터는
    서로 다른 소정의 공진 주파수에서 동작하고, 다른 체적 음향 공진기보다 낮은 주파수 온도계수(Temperature Coefficient of Frequency)를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기 및 상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기보다 높은 퀄리티 팩터(Quality factor)를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기를 포함하고,
    상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는,
    제1 전극;
    상기 제1 전극의 상부에 위치한 제1 압전층;
    상기 제1 압전층의 상부에 위치한 제2 전극; 및
    상기 제1 전극, 상기 압전층 및 상기 제2 전극의 주파수 온도계수를 보상하는 주파수 온도계수 보상층
    을 포함하고,
    상기 높은 퀄리티 팩터를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기는,
    제3 전극;
    상기 제3 전극의 상부에 위치한 제2 압전층; 및
    상기 제2 압전층의 상부에 위치한 제4 전극
    을 포함하고,
    상기 주파수 온도계수 보상층은 상기 낮은 주파수 온도계수를 가지는 적어도 하나의 체적 음향 공진기에만 포함되는,
    체적 음향 공진기를 이용한 RF 트랜시버.
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