KR102270389B1 - 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 - Google Patents
탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 Download PDFInfo
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Abstract
러브파를 이용하고 있고, 횡모드 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공한다. 탄성파 장치(1)는 러브파를 이용하고 있고, 더욱이, 압전 기판(2)(압전체)과, 압전 기판(2) 상에 마련된 IDT전극(3)과, 압전 기판(2) 상에 마련되어 있으며, IDT전극(3)을 덮고 있는 제1 유전체막을 포함한다. IDT전극(3)에서는 중앙 영역(B), 제1, 제2 에지 영역(Ca, Cb) 및 제1, 제2 갭 영역(Da, Db)이 이 순서로 배치된다. 제1 에지 영역(Ca) 및 제2 에지 영역(Cb)에서 질량 부가막(7)이 제1 유전체막 중에 마련되어 있고, 제1 유전체막에서 IDT전극(3)과 질량 부가막(7) 사이에 위치하는 부분의 막 두께를 T1로 하며, 제1 유전체막의 압전 기판(2) 측과는 반대 측의 면과 질량 부가막(7) 사이에 위치하는 부분의 막 두께를 T2로 했을 때에, T1/(T1+T2)＜0.5이다.
Description
본 발명은 피스톤 모드를 이용한 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 관한 것이다.
종래, 불요파(不要波)를 억제하기 위해 피스톤 모드를 이용한 탄성파 장치가 제안되고 있다.
예를 들면, 하기 특허문헌 1에는 피스톤 모드를 이용한 탄성파 장치의 일례가 나타나 있다. 이 탄성파 장치에서는 압전 기판 상에 IDT전극이 마련되어 있다. 더욱이, 압전 기판 상에는 유전체층이 마련되어 있고, 유전체층은 IDT전극을 덮고 있다. 그리고 탄성파 전파 방향에서 보았을 때에 IDT전극의 복수개의 제1 전극지(電極指)와 복수개의 제2 전극지가 겹쳐 있는 영역이 교차 영역이다. 특허문헌 1에 기재된 탄성파 장치에서는 교차 영역은 탄성파 전파 방향에 직교하는 방향에서 중앙에 위치하는 중앙 영역과, 중앙 영역의 양(兩) 외측에 위치하는 에지(edge) 영역을 가진다. IDT전극은 교차 영역의 에지 영역의 양 외측에 갭(gap) 영역을 더 가진다.
에지 영역은 중앙 영역에서의 음속보다도 음속이 낮은 저음속 영역이다. 갭 영역은 중앙 영역에서의 음속보다도 음속이 높은 고음속 영역이다. 이와 같이 중앙 영역, 저음속 영역 및 고음속 영역을 이 순서로 배치함으로써, 탄성파 에너지를 가두면서 고차 횡모드에 의한 스퓨리어스(spurious)를 억제하고 있다.
더욱이, 특허문헌 1에서는 에지 영역에서 유전체층 내에 티탄 스트립을 마련함으로써 저음속 영역을 구성하는 것이 개시되어 있다. 티탄 스트립은 유전체층 내에서 IDT전극 표면으로부터 두께 방향으로 떨어져 마련되어 있다. 유전체층에서의 IDT전극 표면과 티탄 스트립 사이 부분의 막 두께는 유전체층에서의 IDT전극 표면과 유전체층 표면 사이 부분의 막 두께의 약 80%이다.
특허문헌 1에서는 압전체로서 128° Y컷 LiNbO3를 사용한 경우, 즉 레일리파를 이용한 실시형태를 나타내고, 상기 조건에서 고차 횡모드에 의한 스퓨리어스를 저감할 수 있다고 되어 있다. 그리고 상기 조건이 러브파 등의 탄성 표면파 전반에 적용될 수 있다고 되어 있다.
그러나 탄성파로서 러브파를 이용하여 상기 조건을 적용한 경우에, 고차 횡모드에 의한 스퓨리어스를 충분히 억제할 수 없다는 문제가 있는 것이 본원 발명자의 실험에 의해 분명해졌다.
본 발명의 목적은 러브파를 이용하고 있고, 횡모드 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있는 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치는 압전체와, 상기 압전체 상에 마련되어 있는 IDT전극과, 상기 압전체 상에 마련되어 있으며, 상기 IDT전극을 덮고 있는 제1 유전체막을 포함하고, 상기 IDT전극이 서로 대향하는 제1 버스바(busbar) 및 제2 버스바와, 상기 제1 버스바에 일단(一端)이 접속된 복수개의 제1 전극지와, 상기 제2 버스바에 일단이 접속되어 있으면서 상기 복수개의 제1 전극지와 서로 맞물려 있는 복수개의 제2 전극지를 가지며, 탄성파 전파 방향을 제1 방향으로 하고, 탄성파 전파 방향에 직교하는 방향을 제2 방향으로 했을 때에, 상기 제1 전극지와 상기 제2 전극지가 상기 제1 방향에서 서로 겹쳐 있는 부분인 교차 영역을 가지며, 상기 교차 영역이 상기 제2 방향에서의 상기 제1 전극지 및 상기 제2 전극지의 중앙에 위치하는 중앙 영역과, 상기 제2 방향에서 상기 중앙 영역의 상기 제1 버스바 측의 외측에 배치되는 제1 에지 영역과, 상기 제2 방향에서 상기 중앙 영역의 상기 제2 버스바 측의 외측에 배치되는 제2 에지 영역을 가지며, 상기 제2 방향에서 상기 제1 에지 영역의 상기 제1 버스바 측의 외측에 배치되는 제1 갭 영역과, 상기 제2 방향에서 상기 제2 에지 영역의 상기 제2 버스바 측의 외측에 배치되는 제2 갭 영역이 마련되어 있고, 탄성파로서 러브파를 이용하고 있으며, 상기 제1 에지 영역 및 상기 제2 에지 영역에서 질량 부가막이 상기 제1 유전체막 중에 마련되어 있고, 상기 제1 유전체막에서 상기 IDT전극과 상기 질량 부가막 사이에 위치하는 부분의 막 두께를 T1로 하며, 상기 제1 유전체막의 상기 압전체 측과는 반대 측의 면과 상기 질량 부가막 사이에 위치하는 부분의 막 두께를 T2로 했을 때에, T1/(T1+T2)＜0.5이다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 어느 특정 국면에서는 상기 제1 에지 영역 및 상기 제2 에지 영역의 음속이 상기 중앙 영역의 음속보다도 저속이고, 상기 제1 갭 영역 및 상기 제2 갭 영역의 음속이 상기 제1 에지 영역 및 상기 제2 에지 영역의 음속보다도 고속이다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 어느 특정 국면에서는 상기 제1 유전체막 상에 마련되어 있는 제2 유전체막이 더 포함되어 있고, 상기 제1 유전체막에서 0.24≤T1/(T1+T2)≤0.49이다. 이 경우에는 주파수 조정을 실시한 경우에도 횡모드 스퓨리어스를 한층 더 효과적이면서 한층 더 확실하게 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 제1 유전체막에서 0.32≤T1/(T1+T2)≤0.44이다. 이 경우에는 횡모드 스퓨리어스를 한층 더 효과적이면서 한층 더 확실하게 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 질량 부가막이 Ti를 주성분으로 한다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 제1 유전체막이 산화규소로 이루어진다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 제2 유전체막이 질화규소로 이루어진다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 제1 유전체막 상에 마련되어 있는 제2 유전체막이 더 포함되어 있고, 상기 IDT전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ로 한 경우에, 상기 제2 유전체막의 두께가 0.005λ 이상, 0.015λ 이하이다. 이 경우에는 내습성이 열화(劣化)되기 어려우면서 주파수 조정을 효율적으로 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로는 본 발명에 따라 구성된 탄성파 장치와 파워 앰프를 포함한다.
본 발명에 따른 통신 장치는 본 발명에 따라 구성된 고주파 프론트 엔드 회로와 RF신호 처리 회로를 포함한다.
본 발명에 의하면, 러브파를 이용하고 있고 횡모드 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있는 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1 중의 I-I선을 따르는 단면도이다.
도 3은 도 1 중의 II-II선을 따르는 단면도이다.
도 4는 도 1 중의 III-III선을 따르는 단면도이다.
도 5는 정규화된 기본 모드의 중첩 적분(overlap integral)값과 음속비 V2/V1의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 제1 유전체막 중에서의 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)와 음속비 V2/V1의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 레일리파를 이용한 경우의 공진 주파수에서의 두께 방향의 변위 분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 러브파를 이용한 경우의 공진 주파수에서의 두께 방향의 변위 분포를 나타내는 도면이다.
도 9는 제2 유전체막의 막 두께와, 제1 유전체막 중에서의 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)과, 음속비 V2/V1의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)이 0.109인 경우에서의 음속비 V2/V1와 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)이 0.473인 경우에서의 음속비 V2/V1와 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 제2 유전체막의 막 두께가 0.005λ 이상, 0.015λ 이하의 범위 내인 경우에서의 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 최소값과, 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시형태의 변형예에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 14(a)~도 14(c)는 제1 실시형태의 탄성파 장치의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한, 도 1 중의 III-III선을 따르는 부분에 상당하는 단면도이다.
도 15(a) 및 도 15(b)는 제1 실시형태의 탄성파 장치의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한, 도 1 중의 III-III선을 따르는 부분에 상당하는 단면도이다.
도 16(a) 및 도 16(b)는 도 15에 나타내는 제조 방법의 변형예를 설명하기 위한, 도 1 중의 III-III선을 따르는 부분에 상당하는 단면도이다.
도 17은 고주파 프론트 엔드 회로를 가지는 통신 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1 중의 I-I선을 따르는 단면도이다.
도 3은 도 1 중의 II-II선을 따르는 단면도이다.
도 4는 도 1 중의 III-III선을 따르는 단면도이다.
도 5는 정규화된 기본 모드의 중첩 적분(overlap integral)값과 음속비 V2/V1의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 제1 유전체막 중에서의 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)와 음속비 V2/V1의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 레일리파를 이용한 경우의 공진 주파수에서의 두께 방향의 변위 분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 러브파를 이용한 경우의 공진 주파수에서의 두께 방향의 변위 분포를 나타내는 도면이다.
도 9는 제2 유전체막의 막 두께와, 제1 유전체막 중에서의 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)과, 음속비 V2/V1의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)이 0.109인 경우에서의 음속비 V2/V1와 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)이 0.473인 경우에서의 음속비 V2/V1와 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 제2 유전체막의 막 두께가 0.005λ 이상, 0.015λ 이하의 범위 내인 경우에서의 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 최소값과, 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시형태의 변형예에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 14(a)~도 14(c)는 제1 실시형태의 탄성파 장치의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한, 도 1 중의 III-III선을 따르는 부분에 상당하는 단면도이다.
도 15(a) 및 도 15(b)는 제1 실시형태의 탄성파 장치의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한, 도 1 중의 III-III선을 따르는 부분에 상당하는 단면도이다.
도 16(a) 및 도 16(b)는 도 15에 나타내는 제조 방법의 변형예를 설명하기 위한, 도 1 중의 III-III선을 따르는 부분에 상당하는 단면도이다.
도 17은 고주파 프론트 엔드 회로를 가지는 통신 장치의 구성도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써, 본 발명을 분명하게 한다.
한편, 본 명세서에 기재된 각 실시형태는 예시적인 것이며, 다른 실시형태 간에 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것을 지적해 둔다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 평면도이다. 한편, 도 1에서는 후술할 제1 유전체막 및 제2 유전체막을 생략하고 있다.
탄성파 장치(1)는 압전체로서의 압전 기판(2)을 가진다. 압전 기판(2) 상에는 IDT전극(3)이 마련되어 있다. IDT전극(3)에 교류 전압을 인가함으로써, 탄성파가 여진(勵振)된다. 탄성파 장치(1)는 탄성파로서 러브파를 이용한다. 본 실시형태에서는 압전 기판(2)은 0° Y-X LiNbO3로 이루어진다. 한편, 압전 기판(2)은 러브파가 강하게 여진되는 압전체이면 되고, 예를 들면, -20°~30° Y-X LiNbO3나 -10°~40° Y-X LiTaO3로 이루어져 있어도 된다. 한편, 상기 커트 각의 예에서는 상한값 및 하한값을 포함한다.
IDT전극(3)의 탄성파 전파 방향 양측에는 반사기(6a) 및 반사기(6b)가 배치된다. 본 실시형태의 탄성파 장치는 1포트형 탄성파 공진자이다. 한편, 본 발명에 따른 탄성파 장치는 1포트형 탄성파 공진자에 한정되지 않는다.
도 1에 나타내는 바와 같이, IDT전극(3)은 서로 대향하는 제1 버스바(4a) 및 제2 버스바(5a)를 가진다. IDT전극(3)은 제1 버스바(4a)에 일단이 접속되어 있는 복수개의 제1 전극지(4b)를 가진다. 더욱이, IDT전극(3)은 제2 버스바(5a)에 일단이 접속되어 있는 복수개의 제2 전극지(5b)를 가진다.
복수개의 제1 전극지(4b)와 복수개의 제2 전극지(5b)는 서로 맞물려 있다. IDT전극(3)은 제1 전극지(4b)와 제2 전극지(5b)가 탄성파 전파 방향에서 서로 겹쳐 있는 부분인 교차 영역(A)을 가진다. 여기서, 탄성파 전파 방향을 제1 방향(x)으로 하고, 탄성파 전파 방향에 직교하는 방향을 제2 방향(y)으로 한다. 이 때, 교차 영역(A)은 제2 방향(y)에서의 제1 전극지(4b) 및 제2 전극지(5b)의 중앙에 위치하는 중앙 영역(B)을 가진다. 교차 영역(A)은 제2 방향(y)에서의 중앙 영역(B)의 외측에 배치된 제1 에지 영역(Ca) 및 제2 에지 영역(Cb)을 가진다. 제1 에지 영역(Ca)은 제1 버스바(4a) 측에 위치하고, 제2 에지 영역(Cb)은 제2 버스바(5a) 측에 위치한다.
그리고 후술하는 바와 같이, 제1 에지 영역(Ca) 및 제2 에지 영역(Cb)은 중앙 영역(B)의 음속보다도 음속이 낮은 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역이다. 한편, 본 명세서에서 음속이란 탄성파의 전파 방향에서의 전파 속도이다.
상기와 같이, 제1 에지 영역(Ca) 및 제2 에지 영역(Cb)은 중앙 영역(B)의 음속보다 음속이 낮은 영역으로서 마련되어 있다. 후술하는 바와 같이, 제1 에지 영역(Ca) 및 제2 에지 영역(Cb)에서는 음속을 낮추기 위해 상방에 질량 부가막(7)이 마련되어 있다. 여기서 에지란, IDT전극(3)의 제1 전극지(4b)의 선단(先端)을 말하는 것으로 한다. 제1 에지 영역(Ca)은 복수개의 제2 전극지(5b)의 선단인 에지로부터 중앙 영역(B) 측을 향해 연장된 영역이다. 물론, 제1 에지 영역(Ca)은 제2 전극지(5b)의 에지를 포함하는데, 제2 전극지(5b)가 마련되어 있는 부분뿐만 아니라, IDT전극(3)에서 탄성파 전파 방향으로 연장되어 있는 음속(V2)의 영역이다. 즉, 제1 에지 영역(Ca)은 제2 전극지(5b)의 에지를 포함하는 선단측 부분뿐만 아니라, 이 선단측 부분을 탄성파 전파 방향으로 연장한 영역 전체를 포함한다.
제2 에지 영역(Cb)은 반대로 제1 전극지(4b)의 선단인 에지를 포함하고, 상기 에지로부터 중앙 영역(B) 측을 향해 연장된 영역이다. 제2 에지 영역(Cb)도 제1 전극지(4b)의 에지를 포함하는 선단측 부분뿐만 아니라, 제2 전극지(5b)의 기단(基端)측 부분 및 제1, 제2 전극지(4b, 5b) 사이의 영역도 포함하고, IDT전극(3) 내에서 탄성파 전파 방향으로 연장되어 있다.
IDT전극(3)은 제1 에지 영역(Ca)의 제2 방향(y)에서의 외측에 위치하는 제1 갭 영역(Da)을 가진다. IDT전극(3)은 제2 에지 영역(Cb)의 제2 방향(y)에서의 외측에 위치하는 제2 갭 영역(Db)을 가진다. 제1 갭 영역(Da)은 제1 에지 영역(Ca)과 제1 버스바(4a) 사이의 영역이다. 제2 갭 영역(Db)은 제2 에지 영역(Cb)과 제2 버스바(5a) 사이의 영역이다. 한편, 제1 갭 영역(Da) 및 제2 갭 영역(Db)에서의 갭이란, 제1, 제2 전극지(4b, 5b)의 선단과, 제2 버스바(5a) 및 제1 버스바(4a) 사이의 각 영역을 말한다. 이 갭을 포함하고 있기 때문에, 상기 제1 갭 영역(Da) 및 제2 갭 영역(Db)이라고 표현하고 있는데, 제1 갭 영역(Da) 및 제2 갭 영역(Db)은 갭뿐만 아니라, 갭을 IDT전극(3) 내에서 탄성파 전파 방향으로 연장한 영역이다.
그리고 후술하는 바와 같이, 제1 갭 영역(Da) 및 제2 갭 영역(Db)은 중앙 영역(B)의 음속보다도 음속이 높은 제1 고음속 영역 및 제2 고음속 영역이다.
이와 같이, 중앙 영역(B), 제1, 제2 저음속 영역, 및 제1, 제2 고음속 영역을 이 순서로 배치함으로써, 탄성파 에너지를 가두면서 고차 횡모드에 의한 스퓨리어스를 억제하고 있다.
한편, 제1 고음속 영역은 제2 방향(y)에서 제1 에지 영역(Ca)의 제1 버스바(4a) 측의 외측에 마련되어 있으면 되고, 제2 고음속 영역은 제2 방향(y)에서 제2 에지 영역(Cb)의 제2 버스바(5a) 측에 마련되어 있으면 된다.
본 실시형태에서는 IDT전극(3)은 Cu로 이루어진다. 한편, IDT전극(3)은 Cu 이외의 금속으로 이루어져 있어도 된다. IDT전극(3)에는 Cu 이외에 예를 들면, Au, Pt, W, Ta 또는 Mo 등, 비교적 밀도가 높은 금속이 알맞게 사용된다. IDT전극(3)은 복수개의 금속막이 적층된 적층 금속막으로 이루어져 있어도 된다. 예를 들면, Al 등의 전기 저항이 비교적 낮은 금속으로 이루어지는 금속막이 상기와 같은 비교적 밀도가 높은 금속으로 이루어지는 금속막에 적층되어 있어도 된다.
도 2는 도 1 중의 I-I선을 따르는 단면도이다. 도 3은 도 1 중의 II-II선을 따르는 단면도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 압전 기판(2) 상에는 제1 유전체막(8)이 마련되어 있다. 제1 유전체막(8)은 IDT전극(3)을 덮고 있다. 본 실시형태에서는 제1 유전체막(8)은 SiO2 등의 산화규소로 이루어진다. 이로써, 주파수 온도 계수의 절대값을 작게 할 수 있고, 주파수 온도 특성을 개선할 수 있다. 또한, IDT전극(3)의 표면을 보호할 수 있어, IDT전극(3)이 파손되기 어렵다. 한편, 제1 유전체막(8)의 재료는 상기에 한정되지 않고, 예를 들면, 산질화규소나 산화텔루륨 등이어도 된다.
제1 유전체막(8) 상에는 제2 유전체막(9)이 마련되어 있다. 본 실시형태에서는 제2 유전체막(9)은 SiN 등의 질화규소로 이루어진다. 제2 유전체막(9)의 막 두께를 조정함으로써 주파수 조정을 용이하게 실시할 수 있다. 한편, 제2 유전체막(9)의 재료는 상기에 한정되지 않고, 예를 들면, 산화알루미늄, 질화알루미늄이나 산질화규소이어도 된다.
한편, 도 2는 중앙 영역에서의 상기 제1 방향을 따르는 탄성파 장치(1)의 절단면을 나타낸다. 도 3은 제1 에지 영역에서의 제1 방향을 따르는 탄성파 장치(1)의 절단면을 나타낸다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 에지 영역에서는 제1 유전체막(8) 중에 질량 부가막(7)이 마련되어 있다.
보다 구체적으로는 제1 유전체막(8)은 제1 층(8a)과, 제1 층(8a) 상에 마련되어 있는 제2 층(8b)을 가진다. 제1 에지 영역에서 제1 층(8a) 상에 질량 부가막(7)이 마련되어 있으면서 질량 부가막(7)은 제2 층(8b)에 의해 덮여 있다.
여기서, 제1 유전체막(8)에서 IDT전극(3)과 질량 부가막(7) 사이에 위치하는 부분의 막 두께를 T1로 하고, 제1 유전체막(8)의 압전 기판(2) 측과는 반대 측의 면과 질량 부가막(7) 사이에 위치하는 부분의 막 두께를 T2로 한다. 이 때, 질량 부가막(7)의 두께 방향의 위치를 T1/(T1+T2)에 의해 나타낼 수 있다. 탄성파 장치(1)에서는 T1/(T1+T2)＜0.5이다. 이와 같이 질량 부가막(7)은 제1 유전체막(8)의 IDT전극(3) 측과는 반대 측의 면보다도, IDT전극(3)에 가까운 위치에 배치된다. 제2 에지 영역에서도 제1 에지 영역과 마찬가지로 질량 부가막(7)이 마련되어 있다.
도 1로 돌아가서, 질량 부가막(7)은 제1 방향(x)으로 연장되는 띠 모양의 형상이다. 평면에서 보았을 때, 질량 부가막(7)은 복수개의 제1 전극지(4b) 및 복수개의 제2 전극지(5b)에 겹쳐 있다. 한편, 질량 부가막(7)은 평면에서 보았을 때, 적어도 하나의 제1 전극지(4b) 또는 적어도 하나의 제2 전극지(5b)에 겹치도록 마련되어 있으면 된다. 본 실시형태에서는 질량 부가막(7)은 Ti를 주성분으로 한다. 한편, 주성분으로 한다는 것은 질량 부가막(7)의 50중량% 이상이 Ti로 이루어지는 것이면 되는 것을 의미하고, 질량 부가막(7)은 Ti만으로 이루어지는 것이어도 된다. 한편, 질량 부가막(7)의 재료는 상기에 한정되지 않는다.
도 4는 도 1 중의 III-III선을 따르는 단면도이다. 도 4에서는 제1 층과 제2 층의 경계를 파선에 의해 나타낸다.
본 실시형태에서는 제1 에지 영역(Ca) 및 제2 에지 영역(Cb)에서 제1 유전체막(8)의 압전 기판(2) 측과는 반대 측의 면에 돌출부(8c)가 마련되어 있다. 돌출부(8c)는 질량 부가막(7)의 형상을 따르는 돌출부이다. 돌출부(8c)의 두께 방향의 치수는 질량 부가막(7)의 막 두께와 실질적으로 동일하다. 한편 실질적으로 동일한 것이란, 탄성파 장치의 필터 특성을 열화시키지 않을 정도로 동일한 것을 말한다. 제2 유전체막(9)에도 제1 유전체막(8)의 돌출부(8c)를 따르는 돌출부가 마련되어 있다.
탄성파 장치(1)에서는 중앙 영역(B)에서의 제1 유전체막(8)의 막 두께(T)는 막 두께(T1)와 막 두께(T2)의 합계이다. 여기서, 본 명세서에서 제1 유전체막(8)의 막 두께란, 제1 유전체막(8)의 IDT전극(3) 상의 부분의 막 두께를 말하는 것으로 한다.
한편, 제1 유전체막(8)의 돌출부(8c) 및 제2 유전체막(9)의 돌출부는 마련되어 있지 않아도 된다. 이 경우에는 막 두께(T)는 막 두께(T1), 막 두께(T2) 및 질량 부가막(7)의 막 두께의 합계이다. 돌출부를 가지지 않는 제1 유전체막(8) 및 제2 유전체막(9)을 얻을 때는 예를 들면, 제조 공정에서 제1 유전체막(8)의 압전 기판(2) 측과는 반대 측의 면을 평탄화하면 된다.
본 실시형태에서는 압전 기판(2)의 재료 그리고 IDT전극(3), 제1 유전체막(8), 제2 유전체막(9) 및 질량 부가막(7)의 재료 및 막 두께는 이하와 같다. 여기서, IDT전극(3)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ로 한다. 상기 각 막 두께를 파장 λ로 규격화된 막 두께로서 나타낸다. 한편, 각 막 두께는 하기 값에 한정되지 않는다.
압전 기판: 재료 0° Y-X LiNbO3
IDT전극: 재료 Cu, 막 두께 0.05λ
제1 유전체막: 재료 SiO2, 막 두께 0.275λ
제2 유전체막: 재료 SiN, 막 두께 0.01λ
질량 부가막: 재료 Ti, 막 두께 0.0566λ
도 1로 돌아가서, 제1 에지 영역(Ca) 및 제2 에지 영역(Cb)에서 질량 부가막(7)이 마련되어 있음으로써, 중앙 영역(B)에서의 음속보다 제1 에지 영역(Ca) 및 제2 에지 영역(Cb)에서의 탄성파의 음속이 낮게 되어 있다. 여기서, 중앙 영역(B)에서의 탄성파의 음속을 V1, 제1 에지 영역(Ca) 및 제2 에지 영역(Cb)에서의 탄성파의 음속을 V2로 한다. 이 때, V1＞V2이다. 이와 같이 제1 에지 영역(Ca)을 제1 저음속 영역으로 하고, 제2 에지 영역(Cb)을 제2 저음속 영역으로 한다.
본 실시형태에서는 질량 부가막(7)은 Ti로 이루어지는데, 질량 부가막(7)의 재료는 제1 유전체막(8)보다 밀도가 높은 재료이면 된다. 질량 부가막(7)의 밀도는 4000㎏/m3 이상, 25000㎏/m3 이하인 것이 바람직하다. 질량 부가막(7)의 밀도가 지나치게 낮으면, 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역과 중앙 영역의 음속 차를 필요한 크기로 하기 위한 막 두께가 과도하게 두꺼워지기 때문에, 질량 부가막(7) 상에 형성한 제1 유전체막(8) 내에 보이드(void)나 크랙(crack)이 생기는 경우가 있다. 질량 부가막(7)의 밀도가 지나치게 높으면, 음속 차를 필요한 크기로 하기 위한 막 두께가 과도하게 작아지기 때문에 막 두께값에 대한 막 두께의 편차가 커지고, 상기 음속 차의 편차가 커진다.
IDT전극(3)에서 제1 갭 영역(Da)에 위치하는 부분은 제1 전극지(4b) 뿐이다. 제2 갭 영역(Db)에 위치하는 부분은 제2 전극지(5b) 뿐이다. 그로써, 중앙 영역(B)에서의 탄성파의 음속보다 제1 갭 영역(Da) 및 제2 갭 영역(Db)에서의 탄성파의 음속이 높게 되어 있다. 여기서, 제1, 제2 갭 영역(Da, Db)에서의 탄성파의 음속을 V3으로 한다. 이 때, V3＞V1이다. 이와 같이 제1 갭 영역(Da) 및 제2 갭 영역(Db)은 중앙 영역(B)보다도 음속이 높은 제1 고음속 영역 및 제2 고음속 영역이다.
제2 방향(y)에서 중앙 영역(B)의 외측에 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역이 배치되고, 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역의 외측에 제1 고음속 영역 및 제2 고음속 영역이 배치된다. 여기서, 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역의 제2 방향(y)을 따르는 치수를 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역의 폭으로 한다. 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역의 폭 및 각 음속(V1~V3)을 조정함으로써, 중앙 영역(B)에서의 제2 방향(y)의 탄성파의 변위 분포를 거의 일정하게 할 수 있다. 이로 인해 피스톤 모드가 성립됨으로써, 고차 횡모드에 의한 스퓨리어스를 억제할 수 있다. 이와 같이, 탄성파 장치(1)는 피스톤 모드를 이용하고 있다. 한편, 이하에서는 고차 횡모드에 의한 스퓨리어스를 횡모드 스퓨리어스라고 기재한다.
상기와 같은 각 음속(V1~V3)의 관계를 도 1에 나타낸다. 한편, 도 1에서의 좌측을 향함에 따라, 음속이 높은 것을 나타낸다.
본 실시형태의 특징은 러브파를 이용하고 있으면서 질량 부가막(7)이 제1 유전체막 중에서 T1/(T1+T2)＜0.5가 되는 위치에 마련되어 있는 것에 있다. 그로써, 횡모드 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있다. 이를 이하에서 설명한다.
우선, 피스톤 모드를 이용한 탄성파 장치에서는 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역과 중앙 영역(B)의 음속비 V2/V1가 0.98 이하가 되는 경우에 횡모드 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있다. 이를 이하에 나타낸다.
피스톤 모드에 의해 횡모드 스퓨리어스를 억제하는 효과의 크기의 지표에는 일본 공표특허공보 특표2013-518455호 중에 기재되어 있는 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값이 이용된다. 상기 적분값이 1에 가까울수록, 횡모드 스퓨리어스가 억제되어 있는 것이다.
음속비 V2/V1와 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 관계를 이하의 조건에서 구했다. 여기서, 교차 영역의 제2 방향(y)을 따르는 치수를 교차 폭으로 한다.
교차 폭: 10λ
제1 고음속 영역 및 제2 고음속 영역과 중앙 영역의 음속비 V3/V1: 1.08
이방성 계수(하기 식[1]의 1+Γ): 1.24
제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역의 폭: 하기 식[1]에 따라 설정
한편, 하기 식[1]은 일본 공표특허공보 특표2013-518455호(대응 국제공개번호는 WO2011/088904) 중의 식 [수학식 5]로 나타내고 있는 식이다.
한편, 상기 이방성 계수의 값은 본 실시형태와 같이, 압전 기판에 0° Y-X LiNbO3을 사용하고 러브파를 이용하는 경우의 값이다.
이 조건에서 음속비 V2/V1를 변화시킨 경우의, 기본 모드의 제2 방향(y)에서의 변위 분포의 변화를 구했다. 이를 이용하여 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값을 구한 것이 하기 도 5에 나타내는 관계이다.
도 5는 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값과 음속비 V2/V1의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 음속비 V2/V1가 0.98 이하인 조건에서는 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값은 약 0.989로 1에 가까운 값이 되고, 거의 일정하다. 그러나 음속비 V2/V1가 0.98보다 커지면, 상기 적분값은 급격하게 작아진다. 따라서, 음속비 V2/V1가 0.98 이하인 조건에서는 횡모드 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있다.
그리고 다음으로, 제1 유전체막 중에서의 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)과 음속비 V2/V1의 관계를 구했다. 한편, 조건은 이하와 같다.
압전 기판: 재료 0° Y-X LiNbO3
IDT전극: 재료 Cu, 막 두께 0.05λ
제1 유전체막: 재료 SiO2, 막 두께 0.275λ
제2 유전체막: 재료 SiN, 막 두께 0.01λ
질량 부가막: 재료 Ti, 막 두께 0.0566λ
사용하는 탄성파: 러브파
도 6은 제1 유전체막 중에서의 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)과 음속비 V2/V1의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 유전체막 중에서의 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)이 0.5 미만인 경우에 음속비 V2/V1가 0.98 이하로 되어 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 질량 부가막이 제1 유전체막 중에서 T1/(T1+T2)＜0.5가 되는 위치에 마련되어 있음으로써, 음속비 V2/V1가 0.98 이하가 되고, 횡모드 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 효과는 러브파를 이용한 경우에서의 특유의 효과이다. 이를 이하에서 설명한다.
러브파를 이용하고 있는 탄성파 장치(1)에서의 도 6에 나타내는 관계는 레일리파를 이용한 경우와는 크게 다르다. 이는 러브파를 이용한 경우와 레일리파를 이용한 경우에서, 두께 방향에서의 변위 분포가 크게 다른 것에 의한 것이다. 레일리파를 이용한 비교예에서의 변위 분포 및 본 실시형태에서의 변위 분포를 하기 도 7 및 도 8에서 나타낸다. 한편, 비교예의 탄성파 장치는 압전 기판이 레일리파가 강하게 여진되는 128° Y-X LiNbO3로 이루어지는 점에서 제1 실시형태와 다르다.
도 7은 레일리파를 이용한 경우의 공진 주파수에서의 두께 방향의 변위 분포를 나타내는 도면이다. 도 8은 러브파를 이용한 경우의 공진 주파수에서의 두께 방향의 변위 분포를 나타내는 도면이다. 한편, 도 7 및 도 8에 나타내는 변위는 질량 부가막이 마련되어 있지 않은 부분에서의 변위이다. 압전 기판에서의 IDT전극이 마련되어 있는 면의 위치를 두께 방향의 위치의 기준으로 한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 레일리파에 의한 변위는 제1 유전체막의 압전 기판 측과는 반대 측의 면 부근에서 최대가 되어 있다. 이에 반해, 도 8에 나타내는 바와 같이, 러브파에 의한 변위는 IDT전극 부근에서 최대가 되어 있다. 변위가 큰 위치에 상기 질량 부가막을 배치함으로써, 음속을 낮게 하는 효과는 커진다. 따라서 레일리파를 이용하는 비교예와는 달리, 러브파를 이용하는 본 실시형태에서는 질량 부가막을 IDT전극에 가까운 위치에 배치할수록 음속비 V2/V1를 작게 할 수 있다.
즉, 러브파를 이용하는 본 실시형태에서는 제1 유전체막 중의 질량 부가막을 제1 유전체막 중에서의 제2 유전체막 측보다도 IDT전극 측에 가까운 위치에 배치함으로써 음속비 V2/V1를 작게 할 수 있고, 횡모드 스퓨리어스를 억제할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 탄성파 장치(1)는 제2 유전체막을 가진다. 탄성파 장치(1)의 제조 시에 제2 유전체막의 막 두께를 조정함으로써 주파수 조정을 실시한다. 여기서, 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역에서는 질량 부가막이 마련되어 있고, 중앙 영역에서는 질량 부가막이 마련되어 있지 않다. 그 때문에, 제2 유전체막의 막 두께 변화에 대한 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역에서의 음속(V2) 변화의 비율과, 중앙 영역에서의 음속(V1) 변화의 비율이 다른 경우가 있다. 따라서, 제2 유전체막의 막 두께 조정에 의해, 음속비 V2/V1가 변화되는 경우가 있다. 제2 유전체막의 막 두께를 다르게 한 것에 의한 음속비 V2/V1의 변화가 작은 것이 바람직하다. 그로써, 한층 더 확실하게 피스톤 모드의 최적 조건으로 할 수 있고, 횡모드 스퓨리어스를 한층 더 확실하게 억제할 수 있다.
주파수 조정 후의 제2 유전체막의 막 두께는 0.005λ 이상, 0.015λ 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 제2 유전체막이 SiN 등으로 이루어지는 경우, 제2 유전체막은 내습 보호막으로서의 기능도 가진다. 주파수 조정 후에 제2 유전체막의 막 두께가 지나치게 얇으면, 내습성이 열화될 우려가 있다. 한편, 제2 유전체막의 막 두께가 지나치게 두꺼우면, 막 두께의 변화량에 대한 주파수의 변화량이 작아져, 주파수 조정을 효율적으로 실시하기 어려워질 우려가 있다.
여기서, 도 6에 나타낸 결과와 함께 제2 유전체막의 막 두께가 0.005λ인 경우 및 0.015λ인 경우에서의 질량 부가막의 위치와 음속비 V2/V1의 관계를 하기 도 9에 나타낸다.
도 9는 제2 유전체막의 막 두께와, 제1 유전체막 중에서의 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)과, 음속비 V2/V1의 관계를 나타내는 도면이다. 도 9에서 실선은 제2 유전체막의 막 두께가 0.01λ일 때의 결과를 나타낸다. 파선은 제2 유전체막의 막 두께가 0.005λ일 때의 결과를 나타낸다. 일점쇄선은 제2 유전체막의 막 두께가 0.015λ일 때의 결과를 나타낸다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)이 0.4인 경우에는 제2 유전체막의 막 두께에 관계 없이 음속비 V2/V1가 거의 일정하게 되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, T1/(T1+T2)=0.4인 것이 바람직하다. 이 경우에는 주파수 조정을 실시한 경우에도 음속비 V2/V1는 거의 변화되지 않는다. 그로써, 탄성파 장치(1)에서 한층 더 확실하게 피스톤 모드의 최적 조건으로 할 수 있다. 따라서, 횡모드 스퓨리어스를 효과적이면서 한층 더 확실하게 억제할 수 있다.
한편, 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)이 0.4 이외인 경우는 제2 유전체막의 막 두께가 다름으로써 음속비 V2/V1가 다르다. 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이, T1/(T1+T2)=0.109인 경우, 제2 유전체막의 막 두께가 0.015λ일 때는 음속비 V2/V1는 0.9773이고, 상기 막 두께가 0.005λ일 때는 음속비 V2/V1는 0.9784로 되어 있다. 따라서, T1/(T1+T2)=0.109인 경우, 제2 유전체막의 막 두께 조정에 의해 음속비 V2/V1는 0.9773 이상, 0.9784 이하의 범위 내에서 변화되게 된다. 제2 유전체막의 막 두께가 다른 것에 의한 음속비 V2/V1의 변화가 작을 수록, 탄성파 장치(1)에서 피스톤 모드의 최적 조건으로부터 벗어나기 어려워진다. 상기 음속비 V2/V1의 변화는 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)이 0.4에 가까울수록 작아져, 한층 더 확실하게 횡모드 스퓨리어스를 억제할 수 있다.
여기서, 질량 부가막의 두께 방향의 위치의 바람직한 범위를 보다 상세하게 검토했다. 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)을 다르게 하여, 음속비 V2/V1와 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 관계를 구했다. 한편, 조건은 이하와 같다.
교차 폭: 10λ
음속비 V3/V1: 1.08
이방성 계수(1+Γ): 1.24
제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역의 폭: 제2 유전체막이 SiN으로 이루어지고, 막 두께가 0.01λ인 경우의 음속비를 이용하여, 상기 식 [수학식 1](일본 공표특허공보 특표2013-518455호의 식 [수학식 5]를 참조)로 구한 값
상기에서 구한 음속비 V2/V1와 정규화된 기본 모드의 중첩 적분 값의 관계를 하기 도 10 및 도 11에 나타낸다. 한편, 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)은 0.109 및 0.473으로 했다.
도 10은 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)이 0.109인 경우에서의 음속비 V2/V1와 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 관계를 나타내는 도면이다. 도 11은 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)이 0.473인 경우에서의 음속비 V2/V1와 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 관계를 나타내는 도면이다. 도 10 중의 각 일점쇄선은 제2 유전체막의 막 두께가 0.005λ, 0.01λ, 0.015λ일 때의 음속비 V2/V1를 각각 나타낸다. 도 11 중에서의 각 일점쇄선도 동일하다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)이 0.109인 경우에는 제2 유전체막의 막 두께가 상기 바람직한 범위 내인 경우, 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 최소값은 0.005λ일 때 0.9869이며, 비교적 큰 값으로 되어 있다.
한편, 도 11에 나타내는 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)이 0.473인 경우에는 제2 유전체막의 막 두께 변화량에 대하여 음속비 V2/V1의 변화량이 작은 것을 알 수 있다. 따라서, 제2 유전체막의 막 두께가 상기 바람직한 범위에서의 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 최소값은 0.015λ일 때 0.9878이고, 상기 범위 내 전체에서 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값을 한층 더 큰 값으로 할 수 있다.
여기서, 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)을 다르게 하여 상기와 동일한 검토를 실시하고, 제2 유전체막의 막 두께를 상기 바람직한 범위 내로 했을 때의 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 최소값을 각각 구했다.
도 12는 제2 유전체막의 막 두께가 0.005λ 이상, 0.015λ 이하의 범위 내인 경우에서의 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 최소값과, 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 질량 부가막의 두께 방향의 위치 T1/(T1+T2)이 0.4에 가까울수록 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값의 최소값을 크게 할 수 있는 것을 알 수 있다. 질량 부가막의 두께 방향의 위치는 0.24≤T1/(T1+T2)≤0.49의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 그로써, 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값을 0.9876 이상으로 할 수 있다. 질량 부가막의 두께 방향의 위치는 0.32≤T1/(T1+T2)≤0.44의 범위 내로 하는 것이 보다 바람직하다. 그로써, 정규화된 기본 모드의 중첩 적분값을 0.9880 이상으로 할 수 있어, 상기 적분값을 한층 더 1에 가깝게 할 수 있다. 따라서, 횡모드 스퓨리어스를 한층 더 효과적이면서 한층 더 확실하게 억제할 수 있다.
도 1에 나타내는 제1 실시형태에서는 제1 고음속 영역 및 제2 고음속 영역은 제1 버스바(4a)와 제1 에지 영역(Ca) 사이 및 제2 버스바(5a)와 제2 에지 영역(Cb) 사이에 마련되어 있다. 한편, 제1 고음속 영역 및 제2 고음속 영역은 제1 버스바(4a) 내 및 제2 버스바(5a) 내에 마련되어 있어도 된다.
한편, 제1 실시형태에서는 압전체는 압전 기판(2)이지만, 도 13에 나타내는 제1 실시형태의 변형예와 같이 압전체는 압전 박막(22)이어도 된다. 예를 들면, 압전 박막(22)의 IDT전극(3)이 마련되어 있는 면과는 반대 측의 면에는 저음속막(23)이 마련되어 있어도 된다. 저음속막(23)의 압전 박막(22) 측과는 반대 측의 면에는 고음속 부재(24)가 마련되어 있어도 된다.
여기서 저음속막(23)이란, 압전 박막(22)을 전파하는 탄성파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 저속인 막이다. 저음속막(23)은 예를 들면, 유리, 산질화규소, 산화탄탈을 주성분으로 하거나, 또는 산화규소에 불소, 탄소, 또는 붕소를 첨가한 화합물을 주성분으로 하는 재료 등으로 이루어진다. 한편, 저음속막(23)의 재료는 상대적으로 저음속인 재료이면 된다.
고음속 부재(24)란, 압전 박막(22)을 전파하는 탄성파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 고속인 부재이다. 고음속 부재(24)는 예를 들면, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 산질화규소, 규소, DLC막 또는 다이아몬드를 주성분으로 하는 재료 등으로 이루어진다. 한편, 고음속 부재(24)의 재료는 상대적으로 고음속인 재료이면 된다.
고음속 부재(24)는 고음속막이어도 되고, 혹은 고음속 기판이어도 된다. 이와 같이 저음속막(23) 및 고음속 부재(24)를 가지는 경우, 탄성파의 에너지를 효과적으로 가둘 수 있다.
이하에서 본 실시형태의 탄성파 장치(1)의 제조 방법의 일례를 설명한다.
도 14(a)~도 14(c)는 제1 실시형태의 탄성파 장치의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한, 도 1 중의 III-III선을 따르는 부분에 상당하는 단면도이다. 도 15(a) 및 도 15(b)는 제1 실시형태의 탄성파 장치의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한, 도 1 중의 III-III선을 따르는 부분에 상당하는 단면도이다. 한편, 도 15(a) 및 도 15(b)에서는 제1 층과 제2 층의 경계를 파선에 의해 나타낸다.
도 14(a)에 나타내는 바와 같이, 압전 기판(2)을 준비한다. 다음으로, 압전 기판(2) 상에 IDT전극(3)을 형성한다. IDT전극(3)은 예를 들면, 스퍼터링(sputtering)법이나 증착법에 의해 형성할 수 있다.
다음으로, 도 14(b)에 나타내는 바와 같이, 압전 기판(2) 상에 IDT전극(3)을 덮도록 제1 층(8a)을 형성한다. 제1 층(8a)은 예를 들면, 스퍼터링법 등에 의해 형성할 수 있다. 이 때, 제1 층(8a)의 압전 기판(2) 측과는 반대 측의 면에는 IDT전극(3)의 형상을 따르는 돌출부가 형성된다. 다음으로, 제1 층(8a)의 상기 면의 평탄화를 실시한다. 이로써, 상기 돌출부를 제거하면서 제1 층(8a)의 막 두께를 조정한다. 한편, 제1 층(8a)의 상기 면의 평탄화는 반드시 실시하지 않아도 된다. 이 경우에는 제1 층(8a) 형성 시에 제1 층(8a)의 막 두께를 조정하면 된다. 제1 층(8a)의 IDT전극(3) 상의 부분의 막 두께가 도 3에 나타낸 막 두께(T1)에 상당한다.
다음으로, 도 14(c)에 나타내는 바와 같이, 제1 층(8a) 상에 질량 부가막(7)을 형성한다. 질량 부가막(7)은 상기 제1 에지 영역 및 상기 제2 에지 영역에 형성한다. 질량 부가막(7) 형성 시에 예를 들면, 제1 층(8a) 상에 질량 부가막(7)용 막을 스퍼터링법이나 증착법 등에 의해 형성한다. 다음으로, 질량 부가막(7)용 막을 포토리소그래피법 및 에칭에 의해 패터닝(patterning)한다. 혹은, 질량 부가막(7)은 리프트 오프(lift off)법에 의해 형성해도 된다.
다음으로, 도 15(a)에 나타내는 바와 같이, 제1 층(8a) 상에 질량 부가막(7)을 덮도록 제2 층(8b)을 형성한다. 제2 층(8b)은 예를 들면, 스퍼터링법 등에 의해 형성할 수 있다. 이로써 제1 유전체막(8)을 형성할 수 있고, 제1 유전체막(8) 중에 질량 부가막(7)을 배치할 수 있다. 이 때, 제1 유전체막(8)의 압전 기판(2) 측과는 반대 측의 면에는 IDT전극(3)의 형상을 따르는 돌출부(8c)가 형성된다.
다음으로, 도 15(b)에 나타내는 바와 같이, 제1 유전체막(8) 상에 제2 유전체막(9)을 적층한다. 한편, 도 16(a) 및 도 16(b)에 나타내는 바와 같이, 도 15(a)에 나타내는 공정 후에 제1 유전체막(8)의 압전 기판(2) 측과는 반대 측의 면을 평탄화해도 되고, 그리고 나서 제1 유전체막(8) 상에 제2 유전체막(9)을 형성해도 된다.
제1 실시형태 및 제1 실시형태의 변형예에서는 탄성파 장치가 1포트형 탄성파 공진자인 예를 나타냈다. 한편, 본 발명은 상기 이외의 탄성파 장치에도 알맞게 적용할 수 있다.
상기 탄성파 장치는 고주파 프론트 엔드 회로의 듀플렉서 등으로 이용할 수 있다. 이 예를 하기에서 설명한다.
도 17은 고주파 프론트 엔드 회로를 가지는 통신 장치의 구성도이다. 한편, 동(同)도면에는 고주파 프론트 엔드 회로(230)와 접속되는 각 구성 요소, 예를 들면, 안테나 소자(202)나 RF신호 처리 회로(RFIC)(203)도 함께 도시되어 있다. 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 RF신호 처리 회로(203)는 통신 장치(240)를 구성하고 있다. 한편, 통신 장치(240)는 전원, CPU나 디스플레이를 포함하고 있어도 된다.
고주파 프론트 엔드 회로(230)는 스위치(225)와 듀플렉서(201A, 201B)와 필터(231, 232)와 로우 노이즈 앰프 회로(214, 224)와 파워 앰프 회로(234a, 234b, 244a, 244b)를 포함한다. 한편, 도 17의 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 통신 장치(240)는 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치의 일례이며, 이 구성에 한정되는 것이 아니다.
듀플렉서(201A)는 필터(211, 212)를 가진다. 듀플렉서(201B)는 필터(221, 222)를 가진다. 듀플렉서(201A, 201B)는 스위치(225)를 통해 안테나 소자(202)에 접속된다. 한편, 상기 탄성파 장치는 듀플렉서(201A, 201B)이어도 되고, 필터(211, 212, 221, 222)이어도 된다. 상기 탄성파 장치는 듀플렉서(201A, 201B)나 필터(211, 212, 221, 222)를 구성하는 탄성파 공진자이어도 된다.
더욱이, 상기 탄성파 장치는 예를 들면, 3개의 필터의 안테나 단자가 서로 공통화된 트리플렉서나, 6개의 필터의 안테나 단자가 서로 공통화된 헥사플렉서 등, 3 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서에 대해서도 적용할 수 있다.
즉, 상기 탄성파 장치는 탄성파 공진자, 필터, 듀플렉서, 3 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서를 포함한다. 그리고 상기 멀티플렉서는 송신 필터 및 수신 필터 쌍방을 포함하는 구성에 한정되지 않고, 송신 필터만 또는 수신 필터만을 포함하는 구성이어도 상관 없다.
스위치(225)는 제어부(도시하지 않음)로부터의 제어 신호에 따라, 안테나 소자(202)와 소정의 밴드에 대응하는 신호 경로를 접속하고, 예를 들면, SPDT(Single Pole Double Throw)형 스위치에 의해 구성된다. 한편, 안테나 소자(202)와 접속되는 신호 경로는 하나에 한정되지 않고, 복수개이어도 된다. 즉, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 캐리어 어그리게이션에 대응하고 있어도 된다.
로우 노이즈 앰프 회로(214)는 안테나 소자(202), 스위치(225) 및 듀플렉서(201A)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF신호 처리 회로(203)에 출력하는 수신 증폭 회로이다. 로우 노이즈 앰프 회로(224)는 안테나 소자(202), 스위치(225) 및 듀플렉서(201B)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF신호 처리 회로(203)에 출력하는 수신 증폭 회로이다.
파워 앰프 회로(234a, 234b)는 RF신호 처리 회로(203)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭시키고, 듀플렉서(201A) 및 스위치(225)를 경유하여 안테나 소자(202)에 출력하는 송신 증폭 회로이다. 파워 앰프 회로(244a, 244b)는 RF신호 처리 회로(203)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭시키고, 듀플렉서(201B) 및 스위치(225)를 경유하여 안테나 소자(202)에 출력하는 송신 증폭 회로이다.
RF신호 처리 회로(203)는 안테나 소자(202)로부터 수신 신호 경로를 통하여 입력된 고주파 수신 신호를 다운 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 수신 신호를 출력한다. 또한, RF신호 처리 회로(203)는 입력된 송신 신호를 업 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 고주파 송신 신호를 로우 노이즈 앰프 회로(224)에 출력한다. RF신호 처리 회로(203)는 예를 들면, RFIC이다. 한편, 통신 장치는 BB(베이스 밴드)IC를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, BBIC는 RFIC로 처리된 수신 신호를 신호 처리한다. 또한, BBIC는 송신 신호를 신호 처리하고, RFIC에 출력한다. BBIC로 처리된 수신 신호나, BBIC가 신호 처리하기 전의 송신 신호는 예를 들면, 화상 신호나 음성 신호 등이다. 한편, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 상술한 각 구성 요소 사이에 다른 회로 소자를 포함하고 있어도 된다.
한편, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 상기 듀플렉서(201A, 201B) 대신에 듀플렉서(201A, 201B)의 변형예에 따른 듀플렉서를 포함하고 있어도 된다.
한편, 통신 장치(240)에서의 필터(231, 232)는 로우 노이즈 앰프 회로(214, 224) 및 파워 앰프 회로(234a, 234b, 244a, 244b)를 통하지 않고, RF신호 처리 회로(203)와 스위치(225) 사이에 접속되어 있다. 필터(231, 232)도 듀플렉서(201A, 201B)와 마찬가지로 스위치(225)를 통하여 안테나 소자(202)에 접속된다.
이상과 같이 구성된 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 통신 장치(240)에 의하면, 본 발명의 탄성파 장치인 탄성파 공진자, 필터, 듀플렉서, 3 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서 등을 포함함으로써, 러브파를 이용한 경우에 횡모드 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해 실시형태 및 그 변형예를 들어 설명했는데, 상기 실시형태 및 변형예에서의 임의의 구성 요소를 조합하여 실현되는 다른 실시형태나, 상기 실시형태에 대하여 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각해내는 각종 변형을 실시하여 얻어지는 변형예나, 본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
본 발명은 탄성파 공진자, 필터, 듀플렉서, 멀티 밴드 시스템에 적용할 수 있는 멀티플렉서, 프론트 엔드 회로 및 통신 장치로서 휴대 전화기 등의 통신기기에 널리 이용할 수 있다.
1: 탄성파 장치 2: 압전 기판
3: IDT전극 4a, 5a: 제1, 제2 버스바
4b, 5b: 제1, 제2 전극지 6a, 6b: 반사기
7: 질량 부가막 8: 제1 유전체막
8a, 8b: 제1, 제2 층 8c: 돌출부
9: 제2 유전체막 16: 개구부
22: 압전 박막 23: 저음속막
24: 고음속 부재 201A, 201B: 듀플렉서
202: 안테나 소자 203: RF신호 처리 회로
211, 212: 필터 214: 로우 노이즈 앰프 회로
221, 222: 필터 224: 로우 노이즈 앰프 회로
225: 스위치 230: 고주파 프론트 엔드 회로
231, 232: 필터 234a, 234b: 파워 앰프 회로
240: 통신 장치 244a, 244b: 파워 앰프 회로
3: IDT전극 4a, 5a: 제1, 제2 버스바
4b, 5b: 제1, 제2 전극지 6a, 6b: 반사기
7: 질량 부가막 8: 제1 유전체막
8a, 8b: 제1, 제2 층 8c: 돌출부
9: 제2 유전체막 16: 개구부
22: 압전 박막 23: 저음속막
24: 고음속 부재 201A, 201B: 듀플렉서
202: 안테나 소자 203: RF신호 처리 회로
211, 212: 필터 214: 로우 노이즈 앰프 회로
221, 222: 필터 224: 로우 노이즈 앰프 회로
225: 스위치 230: 고주파 프론트 엔드 회로
231, 232: 필터 234a, 234b: 파워 앰프 회로
240: 통신 장치 244a, 244b: 파워 앰프 회로
Claims (10)
- 압전체와,
상기 압전체 상에 마련되어 있는 IDT전극과,
상기 압전체 상에 마련되어 있으며, 상기 IDT전극을 덮고 있는 제1 유전체막을 포함하고,
상기 IDT전극이 서로 대향하는 제1 버스바(busbar) 및 제2 버스바와, 상기 제1 버스바에 일단(一端)이 접속된 복수개의 제1 전극지(電極指)와, 상기 제2 버스바에 일단이 접속되어 있으면서 상기 복수개의 제1 전극지와 서로 맞물려 있는 복수개의 제2 전극지를 가지며,
탄성파 전파 방향을 제1 방향으로 하고, 탄성파 전파 방향에 직교하는 방향을 제2 방향으로 했을 때에, 상기 제1 전극지와 상기 제2 전극지가 상기 제1 방향에서 서로 겹쳐 있는 부분인 교차 영역을 가지며,
상기 교차 영역이 상기 제2 방향에서의 상기 제1 전극지 및 상기 제2 전극지의 중앙에 위치하는 중앙 영역과, 상기 제2 방향에서 상기 제1 버스바 측으로 상기 중앙 영역의 외측에 배치되는 제1 에지(edge) 영역과, 상기 제2 방향에서 상기 제2 버스바 측으로 상기 중앙 영역의 외측에 배치되는 제2 에지 영역을 가지며,
상기 제2 방향에서 상기 제1 버스바 측으로 상기 제1 에지 영역의 외측에 배치되는 제1 갭(gap) 영역과, 상기 제2 방향에서 상기 제2 버스바 측으로 상기 제2 에지 영역의 외측에 배치되는 제2 갭 영역이 마련되어 있고,
탄성파로서 러브파를 이용하고 있으며,
상기 제1 에지 영역 및 상기 제2 에지 영역에서 질량 부가막이 상기 제1 유전체막 중에 마련되어 있고,
상기 제1 유전체막에서 상기 IDT전극과 상기 질량 부가막 사이에 위치하는 부분의 막 두께를 T1로 하며, 상기 제1 유전체막의 상기 압전체 측과는 반대 측의 면과 상기 질량 부가막 사이에 위치하는 부분의 막 두께를 T2로 했을 때에, T1/ (T1+T2)＜0.5인, 탄성파 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 에지 영역 및 상기 제2 에지 영역의 음속이 상기 중앙 영역의 음속보다도 저속이고, 상기 제1 갭 영역 및 상기 제2 갭 영역의 음속이 상기 제1 에지 영역 및 상기 제2 에지 영역의 음속보다도 고속인, 탄성파 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 유전체막 상에 마련되어 있는 제2 유전체막을 더 포함하고,
상기 제1 유전체막에서 0.24≤T1/(T1+T2)≤0.49인, 탄성파 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제1 유전체막에서 0.32≤T1/(T1+T2)≤0.44인, 탄성파 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질량 부가막이 Ti를 주성분으로 하는, 탄성파 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 유전체막이 산화규소로 이루어지는, 탄성파 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제2 유전체막이 질화규소로 이루어지는, 탄성파 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 유전체막 상에 마련되어 있는 제2 유전체막을 더 포함하고,
상기 IDT전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ로 한 경우에, 상기 제2 유전체막의 두께가 0.005λ 이상, 0.015λ 이하인, 탄성파 장치. - 제1항 또는 제2항에 기재된 탄성파 장치와,
파워 앰프를 포함하는 고주파 프론트 엔드 회로. - 제9항에 기재된 고주파 프론트 엔드 회로와,
RF신호 처리 회로를 포함하는 통신 장치.
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