KR102574423B1 - 체적 음향 공진기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 체적 음향 공진기는, 기판, 상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층되는 공진부, 및 상기 공진부의 상부면에 배치되는 보호층을 포함하며, 상기 보호층은 다이아몬드 박막으로 형성되며, 상기 다이아몬드 박막의 입자 크기는 50nm 이상으로 형성된다.
Description
본 발명은 체적 음향 공진기에 관한 것이다.
무선 통신 기기의 소형화 추세에 따라 고주파 부품기술의 소형화가 적극적으로 요구되고 있으며, 일례로 반도체 박막 웨이퍼 제조기술을 이용하는 체적 음향 공진기(BAW, Bulk Acoustic Wave) 형태의 필터를 들 수 있다.
체적 음향 공진기(BAW)란 반도체 기판인 실리콘 웨이퍼 상에 압전 유전체 물질을 증착하여 그 압전특성을 이용함으로써 공진을 유발시키는 박막형태의 소자를 필터로 구현한 것이다.
최근 5G 통신에 기술 관심도가 증가하고 있으며, 후보 대역대에서의 구현 가능한 체적 음향 공진기 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
그런데 Sub 6GHz (4~6GHz) 주파수 대역을 이용하는 5G 통신의 경우, 대역폭(band width)이 증가하며 통신 거리는 짧아지므로, 체적 음향 공진기의 신호 세기나 파워(power)가 증가될 수 있다.
체적 음향 공진기의 파워가 증가하는 경우 공진부의 온도도 선형적으로 증가하는 경향이 있다. 따라서 공진부에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시킬 수 있는 체적 음향 공진기가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 공진부에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 체적 음향 공진기를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 체적 음향 공진기는, 기판, 상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층되는 공진부, 및 상기 공진부의 상부면에 배치되는 보호층을 포함하며, 상기 보호층은 다이아몬드 박막으로 형성되는 제1 보호층과, 상기 제1 보호층상에 적층 배치되며 유전체층으로 형성되는 제2 보호층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 체적 음향 공진기는 압전층에서 발생되는 열이 상대적으로 열전도도가 높은 제1 보호층을 통해 제1, 제2 금속층으로 전달되어 방출되므로, 방열 효과를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도.
도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도.
도 3은 도 1의 II-II′에 따른 단면도.
도 4 는 도 1의 III-III′에 따른 단면도.
도 5는 입자 다이아몬드 박막의 입자 크기에 따른 열전도도를 나타내는 그래프로.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도.
도 3은 도 1의 II-II′에 따른 단면도.
도 4 는 도 1의 III-III′에 따른 단면도.
도 5는 입자 다이아몬드 박막의 입자 크기에 따른 열전도도를 나타내는 그래프로.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도이며, 도 3은 도 1의 II-II′에 따른 단면도이고, 도 4 는 도 1의 III-III′에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 체적 음향 공진기(BAW, Bulk Acoustic Wave Resonator) 일 수 있으며, 기판(110), 지지층(140), 공진부(120), 및 삽입층(170)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(110)의 상면에는 절연층(115)이 마련되어 기판(110)과 공진부(120)를 전기적으로 격리시킬 수 있다. 또한 절연층(115)은 음향 공진기 제조 과정에서 캐비티(C)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(110)이 식각되는 것을 방지한다.
이 경우, 절연층(115)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 형성될 수 있다.
지지층(140)은 절연층(115) 상에 형성되며, 지지층(140)의 내부에는 캐비티(C)와 식각 방지부(145)를 둘러싸는 형태로 캐비티(C)와 식각 방지부(145)의 주변에 배치될 수 있다.
캐비티(C)는 빈 공간으로 형성되며, 지지층(140)을 마련하는 과정에서 형성한 희생층의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있으며, 지지층(140)은 희생층의 남겨진 부분으로 형성될 수 있다.
지지층(140)은 식각에 용이한 폴리실리콘 또는 폴리머 등의 재질이 이용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
식각 방지부(145)는 캐비티(C)의 경계를 따라 배치된다. 식각 방지부(145)는 캐비티(C) 형성 과정에서 캐비티 영역 이상으로 식각이 진행되는 것을 방지하기 위해 구비된다.
멤브레인층(150)은 지지층(140) 상에 형성되며 캐비티(C)의 상부면을 형성한다. 따라서 멤브레인층(150)도 캐비티(C)를 형성하는 과정에서 쉽게 제거되지 않는 재질로 형성된다.
예를 들어, 지지층(140)의 일부(예컨대, 캐비티 영역)을 제거하기 위해 불소(F), 염소(Cl) 등의 할라이드계 에칭가스를 이용하는 경우, 멤브레인층(150)은 상기한 에칭가스와 반응성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 멤브레인층(150)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 멤브레인층(150)은 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)으로 이루어지거나, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)을 포함한다. 공진부(120)는 아래에서부터 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)이 순서대로 적층된다. 따라서 공진부(120)에서 압전층(123)은 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 배치된다.
공진부(120)는 멤브레인층(150) 상에 형성되므로, 결국 기판(110)의 상부에는 멤브레인층(150), 제1 전극(121), 압전층(123) 및 제2 전극(125)이 순차적으로 적층되어 공진부(120)를 형성한다.
공진부(120)는 제1 전극(121)과 제2 전극(125)에 인가되는 신호에 따라 압전층(123)을 공진시켜 공진 주파수 및 반공진 주파수를 발생시킬 수 있다.
공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)이 대략 편평하게 적층된 중앙부(S), 그리고 제1 전극(121)과 압전층(123) 사이에 삽입층(170)이 개재되는 확장부(E)로 구분될 수 있다.
중앙부(S)는 공진부(120)의 중심에 배치되는 영역이고 확장부(E)는 중앙부(S)의 둘레를 따라 배치되는 영역이다. 따라서 확장부(E)는 중앙부(S)에서 외측으로 연장되는 영역으로, 중앙부(S)의 둘레를 따라 연속적인 고리 형상으로 형성되는 영역을 의미한다. 그러나 필요에 따라 일부 영역이 단절된 불연속적인 고리 형상으로 구성될 수도 있다.
이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙부(S)를 가로지르도록 공진부(120)를 절단한 단면에서, 중앙부(S)의 양단에는 각각 확장부(E)가 배치된다. 그리고, 중앙부(S)의 양단에 배치되는 확장부(E) 양쪽에 모두 삽입층(170)이 배치된다.
삽입층(170)은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 경사면(L)을 구비한다.
확장부(E)에서 압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170) 상에 배치된다. 따라서 확장부(E)에 위치한 압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170)의 형상을 따라 경사면을 구비한다.
한편, 본 실시예에서는 확장부(E)가 공진부(120)에 포함되는 것으로 정의하고 있으며, 이에 따라 확장부(E)에서도 공진이 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 확장부(E)의 구조에 따라 확장부(E)에서는 공진이 이루어지지 않고 중앙부(S)에서만 공진이 이루어질 수도 있다.
제1 전극(121) 및 제2 전극(125)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
공진부(120)에서 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(121) 상에는 제1 전극(121)의 외곽을 따라 제1 금속층(180)이 배치된다. 따라서 제1 금속층(180)은 제2 전극(125)과 일정 거리 이격 배치되며, 공진부(120)를 둘러 싸는 형태로 배치될 수 있다.
제1 전극(121)은 멤브레인층(150) 상에 배치되므로 전체적으로 편평하게 형성된다. 반면에 제2 전극(125)은 압전층(123) 상에 배치되므로, 압전층(123)의 형상에 대응하여 굴곡이 형성될 수 있다.
제1 전극(121)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
제2 전극(125)은 중앙부(S) 내에 전체적으로 배치되며, 확장부(E)에 부분적으로 배치된다. 이에, 제2 전극(125)은 후술되는 압전층(123)의 압전부(123a) 상에 배치되는 부분과, 압전층(123)의 굴곡부(123b) 상에 배치되는 부분으로 구분될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에서 제2 전극(125)은 압전부(123a) 전체와, 압전층(123)의 경사부(1231) 중 일부분을 덮는 형태로 배치된다. 따라서 확장부(E) 내에 배치되는 제2 전극(도 4의 125a)은, 경사부(1231)의 경사면보다 작은 면적으로 형성되며, 공진부(120) 내에서 제2 전극(125)은 압전층(123)보다 작은 면적으로 형성된다.
이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙부(S)를 가로지르도록 공진부(120)를 절단한 단면에서, 제2 전극(125)의 끝단은 확장부(E) 내에 배치된다. 또한, 확장부(E) 내에 배치되는 제2 전극(125)의 끝단은 적어도 일부가 삽입층(170)과 겹치도록 배치된다. 여기서 겹친다는 의미는 삽입층(170)이 배치된 평면에 제2 전극(125)을 투영했을 때, 상기 평면에 투영된 제2 전극(125)의 형상이 삽입층(170)과 겹치는 것을 의미한다.
제2 전극(125)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(121)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(125)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(121)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(125)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 전극(125)의 끝단이 후술되는 압전층(123)의 경사부(1231) 상에 위치할 경우 공진부(120)의 음향 임피던스(acoustic impedance)은 국부적인 구조가 중앙부(S)로부터 소/밀/소/밀 구조로 형성되므로 수평파를 공진부(120) 안쪽으로 반사시키는 반사 계면이 증가된다. 따라서 대부분의 수평파(lateral wave)가 공진부(120)의 외부로 빠져나가지 못하고 공진부(120) 내부로 반사되어 들어오므로, 음향 공진기의 성능이 향상될 수 있다.
압전층(123)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 제1 전극(121)과 후술되는 삽입층(170) 상에 형성된다.
압전층(123)의 재료로는 산화 아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal), 전이 금속, 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)을 더 포함할 수 있다. 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 및 니오븀(Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 알칼리 토금속은 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다.
압전 특성을 향상시키기 위해 질화 알루미늄(AlN)에 도핑되는 원소들의 함량이 0.1at%보다 적을 경우 질화 알루미늄(AlN) 보다 높은 압전 특성을 구현할 수 없으며, 원소들의 함량이 30at%를 넘을 경우 증착을 위한 제작 및 조성 조절(control)이 어려워 불균일 상이 형성될 수 있다.
따라서 본 실시예에서 질화알루미늄(AlN)에 도핑되는 원소들의 함량은 0.1 ~ 30at%의 범위로 구성될 수 있다.
본 실시예에서 압전층은 질화 알루미늄(AlN)에 스칸듐(Sc)을 도핑하여 이용한다. 이 경우, 압전 상수가 증가되어 음향 공진기의 Kt2를 증가시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 압전층(123)은 중앙부(S)에 배치되는 압전부(123a), 그리고 확장부(E)에 배치되는 굴곡부(123b)를 포함한다.
압전부(123a)는 제1 전극(121)의 상부면에 직접 적층되는 부분이다. 따라서 압전부(123a)는 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 개재되어 제1 전극(121), 제2 전극(125)과 함께 편평한 형태로 형성된다.
굴곡부(123b)는 압전부(123a)에서 외측으로 연장되어 확장부(E) 내에 위치하는 영역으로 정의될 수 있다.
굴곡부(123b)는 후술되는 삽입층(170) 상에 배치되며, 삽입층(170)의 형상을 따라 상부면이 융기되는 형태로 형성된다. 이에 압전층(123)은 압전부(123a)와 굴곡부(123b)의 경계에서 굴곡되며, 굴곡부(123b)는 삽입층(170)의 두께와 형상에 대응하여 융기된다.
굴곡부(123b)는 경사부(1231)와 연장부(1232)로 구분될 수 있다.
경사부(1231)는 후술되는 삽입층(170)의 경사면(L)을 따라 경사지게 형성되는 부분을 의미한다. 그리고 연장부(1232)는 경사부(1231)에서 외측으로 연장되는 부분을 의미한다.
경사부(1231)는 삽입층(170) 경사면(L)과 평행하게 형성되며, 경사부(1231)의 경사각은 삽입층(170) 경사면(L)의 경사각과 동일하게 형성될 수 있다.
삽입층(170)은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121), 그리고 식각 방지부(145)에 의해 형성되는 표면을 따라 배치된다. 따라서 삽입층(170)은 공진부(120) 내에 부분적으로 배치되며, 제1 전극(121)과 압전층(123) 사이에 배치된다.
삽입층(170)은 중앙부(S)의 주변에 배치되어 압전층(123)의 굴곡부(123b)를 지지한다. 따라서 압전층(123)의 굴곡부(123b)는 삽입층(170)의 형상을 따라 경사부(1231)와 연장부(1232)로 구분될 수 있다.
본 실시예에서 삽입층(170)은 중앙부(S)를 제외한 영역에 배치된다. 예를 들어 삽입층(170)은 기판(110) 상에서 중앙부(S)를 제외한 영역 전체에 배치되거나, 일부 영역에 배치될 수 있다.
삽입층(170)은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 형태로 형성된다. 이로 인해 삽입층(170)은 중앙부(S)와 인접하게 배치되는 측면이 일정한 경사각(θ)을 갖는 경사면(L)으로 형성된다.
삽입층(170) 측면의 경사각(θ)이 5°보다 작게 형성되면, 이를 제조하기 위해서는 삽입층(170)의 두께를 매우 얇게 형성하거나 경사면(L)의 면적을 과도하게 크게 형성해야 하므로, 실질적으로 구현이 어렵다.
또한 삽입층(170) 측면의 경사각(θ)이 70°보다 크게 형성되면, 삽입층(170) 상에 적층되는 압전층(123)이나 제2 전극(125)의 경사각도 70°보다 크게 형성된다. 이 경우 경사면(L)에 적층되는 압전층(123)이나 제2 전극(125)이 과도하게 굴곡되므로, 굴곡 부분에서 크랙(crack)이 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서 상기 경사면(L)의 경사각(θ)은 5°이상, 70°이하의 범위로 형성된다.
한편, 본 실시예에서 압전층(123)의 경사부(1231)는 삽입층(170)의 경사면(L)을 따라 형성되며 이에 삽입층(170)의 경사면(L)과 동일한 경사각으로 형성된다. 따라서 경사부(1231)의 경사각도 삽입층(170)의 경사면(L)과 마찬가지로 5°이상, 70°이하의 범위로 형성된다. 이러한 구성은 삽입층(170)의 경사면(L)에 적층되는 제2 전극(125)에도 동일하게 적용됨은 물론이다.
삽입층(170)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(123)과는 다른 재질로 형성될 수 있다.
또한 삽입층(170)은 금속 재료로 구현 가능하다. 본 실시예의 체적 음향 공진기가 5G 통신에 이용되는 경우, 공진부에서 열이 많이 발생하므로 공진부(120)에서 발생되는 열이 원활하게 방출할 필요가 있다. 이를 위해 본 실시예의 삽입층(170)은 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어질 수 있다.
공진부(120)는 빈 공간으로 형성되는 캐비티(C)를 통해 기판(110)과 이격 배치된다.
캐비티(C)는 음향 공진기 제조 과정에서 에칭 가스(또는 에칭 용액)을 유입 홀(도 1의 H)로 공급하여 지지층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다.
이에 캐비티(C)는 멤브레인층(150)에 의해 상부면(천정면)과 측면(벽면)이 구성되고, 기판(110) 또는 절연층(115)에 의해 바닥면이 형성되는 공간으로 구성된다. 한편, 제조 방법의 순서에 따라 멤브레인층(150)은 캐비티(C)의 상부면(천정면)에만 형성될 수도 있다.
보호층(160)은 음향 공진기(100)의 표면을 따라 배치되어 음향 공진기(100)를 외부로부터 보호한다. 보호층(160)은 제2 전극(125), 압전층(123)의 굴곡부(123b)가 형성하는 표면을 따라 배치될 수 있다.
보호층(127)은 다이아몬드 박막으로 형성되는 제1 보호층(127a)과, 유전체층(Dielectric layer)으로 형성되는 제2 보호층(127b)을 포함할 수 있다.
제1 보호층(127a)은 열전도도가 우수한 다이아몬드(diamond) 재질로 형성된다. 다이아몬드는 고온 고압에서 탄소 원소들이 결정화 되면서 만들어지는 재료로, 여러 재료 중에서 가장 열전도도가 매우 높은 재료로 알려져 있다. 다이아몬드 결정의 열전도도는 2000W/m·K 정도로 매우 우수한 열전도도를 가지며, 공지된 재료들 중에서 음속(sound of speed)이 가장 큰 재료이기에 음향파 디바이스(acoustic device)의 재료에 적합하다.
그러나 다이아몬드를 결정이 아닌 박막으로 구현하는 경우, 열전도도가 낮아지는 문제가 있다. 또한 다이아몬드는 입자 크기(grain size)가 증가함에 따라 열전도도도 증가하는 경향을 갖는다.
도 5는 입자 다이아몬드 박막의 입자 크기에 따른 열전도도를 나타내는 그래프로, 이를 참조하면 다이아몬드는 입자 크기(grain size)가 증가함에 따라 열전도도도 증가하는 경향을 보인다.
다이아몬드는 화학증착법(CVD, chemical vapor deposition)을 통해 박막화가 가능하며, 증착 과정에서 다이아몬드의 결정화 정도가 입자 크기를 결정하게 된다.
다이아몬드 박막의 경우, 평균 입자 크기 (grain size)가 50nm 이상일 때 질화알루미늄(AlN) 재료인 압전층(123)이나 몰리브덴(Mo) 재료인 제2 전극(125)보다 높은 열전도도를 갖는 것을 확인하였다. 구체적으로, 다이아몬드 박막의 평균 입자 크기가 50nm 이상인 경우, 열전도도가 300W/mk 이상인 것으로 측정되었으며, 이 경우 압전층(123)이나 제2 전극(125)보다 열전도가 원활하게 이루어지는 것을 확인하였다.
한편, 다이아몬드 박막의 입자 크기가 1㎛ 이상인 경우, 다이아몬드 박막의 표면 거칠기가 증가함에 따라 음파의 산란(scattering)도 증가하게 되므로 체적 음향 공진기에 사용하기에는 부적합할 수 있다.
따라서 본 실시예에서 다이아몬드 박막의 평균 입자 크기는 50nm 이상, 1㎛ 이하로 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이 화학증착법(CVD, chemical vapor deposition)을 통해 다이아몬드 박막을 형성하는 경우, 박막의 두께를 500Å 이상으로 형성해야 다이아몬드 박막의 평균 입자 크기가 50nm 이상으로 형성되는 것을 확인하였다.
이에 본 실시예에서 제1 보호층(127a)은 두께가 500Å 이상으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 다이아몬드 박막이 압전층(123), 제2 전극(125)보다 높은 열전도도를 갖는 경우, 공진부(120)의 활성 영역에서 발생한 열은 다이아몬드 박막으로 형성된 제1 보호층(127a)을 통해서 빠르게 방출될 수 있으므로, 공진부(120)의 최대 온도를 낮출 수 있다.
한편, 다이아몬드 박막은 식각 속도(each late)가 느리기 때문에, 보호층(127) 전체를 다이아몬드 박막으로 형성하는 경우, 보호층(127)을 통해 주파수 트리밍을 수행하기 어렵다.
이에 본 실시예의 보호층(127)은, 다이아몬드 박막으로 형성되는 제1 보호층(127a) 상에 적층 배치되는 제2 보호층(127b)을 포함할 수 있다.
제2 보호층(127b)은 제1 보호층(127a)의 상부면 전체에 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 보호층(127b)은 주파수 트리밍(trimming)에 사용될 수 있으며, 이에 주파수 트리밍에 적합한 재료로 형성될 수 있다.
예컨대, 제2 보호층(127b)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 비정질 실리콘(a-Si), 다결정 실리콘 (p-Si) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 보호층(127b)은 주파수 트리밍 과정에서 적어도 일부가 제거될 수 있다. 예컨대, 제2 보호층(127b)은 제조 과정에서 주파수 트리밍에 의해 두께가 조절될 수 있다.
본 실시예에서 제2 보호층(127b)은 적어도 일부가 제1 보호층(127a)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
한편, 보호층(127)의 두께가 증가할 수록 공진부(120)의 부피나 무게가 증가되므로 체적 음향 공진기의 Kt 2는 감소하게 된다. 이 경우, 압전층(123)의 두께나 전극(121, 125)의 두께를 변경하여 Kt 2를 높이는 것을 고려해 볼 수 있으나 이로 인해 공진부(120)의 크기나 면적이 증가될 수 있다.
따라서 공진부(120)의 크기와 면적을 유지하면서 필요한 수준의 Kt 2를 확보하기 위해서는 보호층(127)의 두께를 한정할 필요가 있다.
실험적으로, 제2 보호층(127b)의 두께가 4000Å을 초과하면, 보호층(127) 전체의 두께가 4500Å을 초과하게 되며, 이 경우 체적 음향 공진기의 Kt 2가 현저하게 감소하는 것을 확인하였다. 따라서 본 실시예에서 제2 보호층(127b)은 두께가 4000Å을 이하로 형성될 수 있다.
이에 본 실시예에서 제1 보호층(127a)의 두께는 500Å 이상, 제2 보호층(127b) 보다 얇은 범위 내에서 형성되고, 제2 보호층(127b)의 두께는 4000Å 이하의 범위 내에서 형성될 수 있다.
한편, 제1 전극(121)과 제2 전극(125)은 공진부(120)의 외측으로 연장될 수 있다. 그리고 연장 형성된 부분의 상부면에는 각각 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)이 배치될 수 있다.
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금, 및 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다. 여기서, 알루미늄 합금은 알루미늄-게르마늄(Al-Ge) 합금 또는 알루미늄-스칸듐(Al-Sc) 합금일 수 있다.
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 기판(110) 상에서 본 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 전극(121, 125)과, 인접하게 배치된 다른 음향 공진기의 전극을 전기적으로 연결하는 연결 배선으로 기능할 수 있다.
제1 금속층(180)은 적어도 일부가 보호층(127)과 접촉하며 제1 전극(121)에 접합될 수 있다.
또한 공진부(120)에서 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(121)의 둘레 부분에는 제1 금속층(180)이 형성된다.
따라서, 제1 금속층(180)은 공진부(120)의 둘레를 따라 배치되며, 이에 제2 전극(125)을 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 열전도도가 높은 금속 재료로 형성되며 부피가 크므로 열방출 효과가 크다. 따라서 압전층(123)에서 발생된 열이 제1 보호층(127a)을 경유하여 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)으로 신속하게 전달될 수 있도록, 제1 보호층(127a)은 제1 금속층(180), 제2 금속층(190)과 연결될 수 있다.
본 실시예에서 제1 보호층(127a)은 적어도 일부가 제1 금속층(180) 및 제2 금속층(190)의 하부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 보호층(127a)은 제1 금속층(180)과 압전층(123) 사이, 그리고 제2 금속층(190)과 제2 전극(125), 압전층(123) 사이에 각각 삽입 배치될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)는, 제1 보호층(127a)이 다이아몬드 박막으로 구성되며, 다이아몬드 박막의 적어도 일부가 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)에 직접 접촉하도록 구성된다.
체적 음향 공진기(100)는 도 1에 도시된 평면도를 기준으로, 공진부(120) 중심 영역의 온도가 가장 높고, 공진부(120) 중심 영역에서 외곽 측으로 갈수록 온도가 낮아지는 온도 분포를 보인다.
종래의 경우, 보호층(127)이 하나의 재료로 구성되며, 보호층(127)의 재료로는 SiO2, Si3N4가 주로 사용되고 있다. 상기 재질들은 열전도도가 매우 낮으며, 이로 인해 공진부(120)에서 열방출이 원활하게 이루어지지 않는다. 예컨대, 보호층(127)을 Si3N4로 형성한 경우, 공진부(120) 중심 영역에서의 최대 온도는 179℃로 측정되었다.
반면에 보호층(127)을 다이아몬드 박막으로 형성한 경우, 공진부(120)에 동일한 파워를 인가하였을 때 공진부(120) 중심 영역에서의 최대 온도는 74℃로 현저하게 낮아지는 것으로 측정되었다. 따라서 보호층(127)을 통해서 온도가 빠르게 방출되는 것을 확인할 수 있다.
이처럼 본 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)는 압전층(123)에서 발생되는 열이 상대적으로 열전도도가 높은 제1 보호층(127a)을 통해 제1, 제2 금속층(180, 190)으로 전달되어 방출되므로, 방열 효과를 높일 수 있으며, 공진부(120)에 높은 파워가 인가되더라도 동작 신뢰성을 확보할 수 있다. 따라서 5G 통신에 적합한 체적 음향 공진기로 활용될 수 있다.
또한 제1 보호층(127a) 상에 유전체 재질의 제2 보호층(127b)이 배치되므로, 보호층(127)을 통해 방열 효과를 높일 수 있으며, 동시에 보호층(127)을 통해 주파수 트리밍이 가능하다.
한편 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 변형이 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 보호층(127)이 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)으로 구분된다.
본 실시예에서 제1 영역(A1)은 제1 금속층(180)의 하부 또는 제2 금속층(190)의 하부에 배치되며, 제2 영역(A2)에 비해 두께가 두껍게 형성되는 영역으로 정의되고, 제2 영역(A2)은 상기한 제1 영역(A1)을 제외한 부분으로, 공진부(120) 내에 배치되며 제1 영역(A1)에 비해 두께가 얇게 형성되는 영역으로 정의될 수 있다.
이와 같은 구성은 보호층(127) 전체를 제1 영역(A1)의 두께로 형성한 후, 제2 영역(A2)에 배치된 제2 보호층(127b)을 부분적으로 제거함으로써 구현할 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서 제2 보호층(127b)은 적어도 일부가 제1 보호층(127a)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 보호층(127b)은 제1 영역(A1)에서 제1 보호층(127a)보다 두껍게 형성되고, 제2 영역(A2)에서 제1 보호층(127a)보다 얇게 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 제2 영역(A2)에서도 제2 보호층(127b)의 일부 또는 전체가 제1 보호층(127a)보다 두껍게 형성될 수 있다.
다이아몬드 박막으로 형성되는 제1 보호층(127a)은 두께가 두꺼울수록 입자 성장(grain growth)이 더 많이 발생하므로, 입자 크기(grain size)의 증대 효과를 얻을 수 있다. 따라서 두께를 두껍게 유지하는 것이 제1 보호층(127a)의 열전도도를 향상시키는 데에 유리하다.
본 실시예의 제1 보호층(127a)은 제2 영역(A2)이 제1 영역(A1)보다 두께가 얇게 구성되더라도 제1 보호층(127a)은 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)에서 모두 동일한 두께로 형성될 수 있으므로 전체적으로 높은 열전도도를 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 제2 전극(125)은 적어도 하나의 개구(125P)를 구비한다. 본 실시예에서 개구(125P)는 제2 전극(125)의 중심부에 배치되며, 제2 전극(125) 상에 배치되는 제1 보호층(127a)은 상기 개구(125P) 내에 배치되어 압전층(123)과 직접 접촉한다.
체적 음향 공진기는 동작 시 공진부(120)의 중심부 온도가 가장 높다. 따라서 공진부(120) 중심부에서 발생되는 열을 신속하게 방출할 수 있다면 공진부(120)의 전체적인 온도를 낮출 수 있다.
이에 본 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 공진부(120)의 중심부에서 발열체인 압전층(123)이 제1 보호층(127a)과 직접 접촉하도록 구성한다. 이 경우 압전층(123)에서 발생된 열은 직접 열전도도가 높은 제1 보호층(127a)으로 직접 전달되므로, 보다 효과적으로 공진부(120)의 외부로 열을 방출할 수 있으며, 이에 공진부(120) 전제적으로 열방출 효과를 높일 수 있다.
한편, 개구부(125P)의 면적이 공진부(120) 면적의 10% 이상을 점유하는 경우, 공진부(120)의 구동 영역이 감소하므로, Kt 2 감소 및 삽입 손실(Insertion Loss) 특성의 열화를 가져올 수 있다. 따라서 본 실시예에서 개구부(125P)의 크기는 공진부(120) 면적의 10% 이하로 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 제2 전극(125)은 중심부에 개구(125P)가 형성된다. 그리고 압전층(123)이 상기 개구(125P) 내에 배치되어 제1 보호층(127a)과 직접 접촉한다.
이를 위해, 압전층(123)의 하부 중 개구(125P)의 영역과 대응하는 영역에 지지부(175)가 배치될 수 있다. 여기서 개구(125P)의 영역과 대응하는 영역이란, 개구(125P)를 삽입층(170)이 배치된 평면 투영하였을 때 투영된 개구(125P)의 영역과 겹쳐지는 영역을 의미한다.
지지부(175)는 압전층(123)의 하부에 배치되어 압전층(123)을 부분적으로 융기시키며 상기 개구(125P)의 내부에 압전층(123)을 배치한다.
압전층(123)은 지지부(175)의 형상을 따라 융기되어 개구(125P) 내에 배치되는 융기부(123P)를 포함한다
융기부(123P)의 측면은 경사면으로 형성될 수 있으며, 제2 전극(125)의 개구(125P)는 융기부(123P)의 경사면을 따라 배치된다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이 개구(125P)를 형성하는 제2 전극(125)의 단부는 융기부(123P)의 경사면 상에 배치될 수 있다.
이에 따라 융기부(123P)의 상부면은 전체가 제1 보호층(127a)과 접촉하도록 구성된다. 또한 융기부(123P)의 측면인 경사면 중 일부는 제1 보호층(127a)과 접촉하도록 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
지지부(175)는 전술한 삽입층(170)의 일부로 구성될 수 있다. 예컨대 삽입층(170)을 형성하는 과정에서 삽입층(170)과 동일한 재료로 지지부(175)를 형성할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 삽입층(170)과 별도로 지지부(175)를 형성하는 것도 가능하다. 이 경우 지지부(175)는 삽입층(170)과 다른 재료로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 실시예에서 지지부(175)는 제1 전극(121)과 압전층(123) 사이에 배치되는 경우를 예로 들고 있으나, 필요에 따라 멤브레인층(150)과 제1 전극(121) 사이에 배치하는 것도 가능하다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 실시예에 도시된 체적 음향 공진기는 공진부(120) 내에서 제2 전극(125)이 압전층(123)의 상면 전체에 배치되며, 이에 따라, 제2 전극(125)은 압전층(123)의 경사부(1231)뿐만 아니라 연장부(1232) 상에도 형성된다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기는 중앙부(S)를 가로지르도록 공진부(120)를 절단한 단면에서, 제2 전극(125)의 끝단 부분이 압전층(123)의 압전부(123a) 상면에만 형성되고, 굴곡부(123b) 상에는 형성되지 않는다. 이에 따라 제2 전극(125)의 끝단은 압전부(123a)와 경사부(1231)의 경계를 따라 배치된다.
이처럼 본 발명에 따른 체적 음향 공진기는 필요에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 도 2 및 도 3에 도시된 음향 공진기와 유사하게 형성되며, 캐비티(도 2의 C)를 구비하지 않고, 브래그 반사층(Bragg reflector layer, 117)을 포함한다.
브래그 반사층(117)은 기판(110)의 내부에 배치될 수 있으며, 공진부(120)의 하부에 상대적으로 음향 임피던스(acoustic impedance)가 높은 제1 반사층(B1)과, 제1 반사층(B1)보다 음향 임피던스가 낮은 제2 반사층(B2)이 번갈아 적층되어 형성될 수 있다.
이때 제1 반사층(B1)과 제2 반사층(B2)의 두께는 특정 파장에 맞게 규정되어 수직 방향으로 음향파를 공진부(120) 측으로 반사시켜 음향파가 기판(110) 하부 측로 유출되는 것을 차단할 수 있다.
이를 위해, 제1 반사층(B1)은 제2 반사층(B2)보다 높은 밀도를 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 반사층(B1)의 재질은 W, Mo, Ru, Ir, Ta, Pt, Cu 중 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있다. 또한 제2 반사층(B2)은 제1 반사층(B1)보다 낮은 밀도를 갖는 재료로 이루어지며, 예컨대 SiO2, Si3N4, AlN 중 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 도 2 및 도 3에 도시된 음향 공진기와 유사하게 형성되며, 기판(110)의 상부에 캐비티(C)를 형성하지 않고, 기판(110)을 부분적으로 제거하여 캐비티(C)를 형성한다.
본 실시예의 캐비티(C)는 기판(110)의 상부면을 부분적으로 식각하여 형성할 수 있다. 기판(110)의 식각은 건식 식각이나 습식 식각이 모두 이용될 수 있다.
캐비티(C)의 내부면에는 배리어층(113)이 형성될 수 있다. 배리어층은 공진부(120)를 형성하는 과정에서 이용되는 식각 용액으로부터 기판(110)을 보호할 수 있다.
배리어층(113)은 AlN, SiO2 등의 유전층으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 식각 용액으로부터 기판(110)을 보호할 수만 있다면 다양한 재료가 이용될 수 있다.
이처럼 본 발명에 따른 체적 음향 공진기는 필요에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다.
100: 음향 공진기
110: 기판
120: 공진부
121: 제1 전극
123: 압전층
125: 제2 전극
127: 보호층
127a: 제1 보호층
127b: 제2 보호층
140: 희생층
150: 멤브레인층
170: 삽입층
110: 기판
120: 공진부
121: 제1 전극
123: 압전층
125: 제2 전극
127: 보호층
127a: 제1 보호층
127b: 제2 보호층
140: 희생층
150: 멤브레인층
170: 삽입층
Claims (18)
- 기판;
상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층되는 공진부; 및
상기 공진부의 상부면에 배치되는 보호층;
을 포함하며,
상기 보호층은 다이아몬드 박막으로 형성되는 제1 보호층과, 상기 제1 보호층 상에 적층 배치되며 유전체층으로 형성되는 제2 보호층을 포함하고,
상기 제1 보호층은 평균 입자 크기(grain size)가 50nm 이상, 1㎛ 이하인 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 보호층는,
적어도 일부가 상기 제1 보호층보다 두껍게 형성되는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 보호층의 두께는 500Å 이상으로 형성되고, 상기 제2 보호층의 두께는 4000Å 이하로 형성되는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 공진부의 외측으로 연장되며,
상기 공진부의 외측에서 상기 제1 전극 상에는 제1 금속층이 배치되고, 상기 공진부 외측에서 상기 제2 전극 상에는 제2 금속층이 배치되며,
상기 제1 보호층은 적어도 일부가 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층과 접촉하도록 배치되는 체적 음향 공진기.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 보호층은,
적어도 일부가 상기 제1 금속층의 하부 및 상기 제2 금속층의 하부에 배치되는 체적 음향 공진기.
- 제5항에 있어서, 상기 보호층은,
상기 제1 금속층 하부 및 상기 제2 금속층 하부에 배치되는 영역의 두께가 공진부 내에 배치되는 영역의 두께보다 두껍게 형성되는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 보호층은,
이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 비정질 실리콘(a-Si), 및 다결정 실리콘 (p-Si) 중 어느 하나를 포함하는 체적 음향 공진기.
- 기판;
상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층되는 공진부; 및
상기 공진부의 상부면에 배치되는 보호층;
을 포함하며,
상기 보호층은 다이아몬드 박막으로 형성되는 제1 보호층과, 상기 제1 보호층 상에 적층 배치되며 유전체층으로 형성되는 제2 보호층을 포함하고,
상기 제2 전극은 적어도 하나의 개구를 구비하며,
상기 제1 보호층은 상기 개구 내에 배치되어 상기 압전층에 직접 접촉하는 체적 음향 공진기.
- 기판;
상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층되는 공진부; 및
상기 공진부의 상부면에 배치되는 보호층;
을 포함하며,
상기 보호층은 다이아몬드 박막으로 형성되는 제1 보호층과, 상기 제1 보호층 상에 적층 배치되며 유전체층으로 형성되는 제2 보호층을 포함하고,
상기 제2 전극은 적어도 하나의 개구를 구비하며,
상기 압전층은 상기 개구 내에 배치되어 상기 제2 보호층에 직접 접촉하는 체적 음향 공진기.
- 제9항에 있어서,
상기 압전층 하부에 배치되며, 상기 압전층의 일부가 상기 개구 내에 배치되도록 상기 압전층을 부분적으로 융기시키는 지지부를 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 보호층은,
열전도도가 상기 압전층의 열전도도 및 상기 제2 전극의 열전도도보다 높은 재료로 형성되는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 공진부 내에 부분적으로 배치되고 상기 제1 전극과 상기 압전층 사이에 배치되는 삽입층을 더 포함하며,
상기 압전층은 상기 삽입층에 의해 적어도 일부가 융기되는 체적 음향 공진기.
- 기판;
상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층되는 공진부;
상기 공진부의 상부면에 배치되는 보호층; 및
상기 공진부 내에 부분적으로 배치되고 상기 제1 전극과 상기 압전층 사이에 배치되는 삽입층;
을 포함하며,
상기 보호층은 다이아몬드 박막으로 형성되는 제1 보호층과, 상기 제1 보호층 상에 적층 배치되며 유전체층으로 형성되는 제2 보호층을 포함하고,
상기 압전층은 상기 삽입층에 의해 적어도 일부가 융기되며,
상기 제2 전극은 적어도 하나의 개구를 구비하고,
상기 삽입층은 상기 개구의 영역과 대응하는 영역에 배치되는 지지부를 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제12항에 있어서,
상기 삽입층은 경사면을 구비하고,
상기 압전층은 상기 제1 전극 상에 배치되는 압전부와, 상기 삽입층의 상기 경사면 상에 배치되는 경사부를 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제14항에 있어서,
상기 공진부를 절단한 단면에서, 상기 제2 전극의 끝단은 상기 압전층의 상기 경사부 상에 배치되거나, 상기 압전부와 상기 경사부의 경계를 따라 배치되는 체적 음향 공진기.
- 제14항에 있어서,
상기 압전층은 상기 경사부의 외측에 배치되는 연장부를 포함하고,
상기 제2 전극은 적어도 일부가 상기 압전층의 상기 연장부 상에 배치되는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 기판의 하부에 배치되는 브래그 반사층을 더 포함하며,
상기 브래그 반사층은 제1 반사층과, 제1 반사층보다 음향 임피던스(acoustic impedance)가 낮은 제2 반사층이 번갈아 적층되는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 기판의 상부면에는 홈 형태의 캐비티가 형성되고,
상기 공진부는 상기 캐비티에 의해 상기 기판에서 일정 거리 이격 배치되는 체적 음향 공진기.
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