KR20010105733A - 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기 및 필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자기장의 세기를 조절하여 중심 주파수를 정밀하게 조정할 수 있도록 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기 및 필터(Bulk acoustic wave resonators and filters having a frequency trimming coil)를 기재한다. 본 발명에 따른 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기 및 필터는, 반도체 기판; 반도체 기판 상에 형성된 하부 전극판; 하부 전극판 상에 형성된 압전체 박막; 압전체 박막 상에 형성된 상부 전극판; 및 두 전극판 중 적어도 어느 한 전극판의 가장자리에 압전체 박막에 자기장을 인가하기 위한 자기장 유도 코일;을 구비함으로써, 제조 공정시 형성된 압전체 박막에 두께 차이가 발생하더라도 자기장 유도 코일로서 압전체 박막에 자기장을 인가하여 원하는 주파수의 신호에 공진되거나 원하는 주파수의 신호를 필터링 할 수 있도록 그 사용 주파수를 정밀하게 트리밍하여 사용한다.
Description
본 발명은 벌크 음파(bulk acoustic wave) 공진기 및 필터에 관한 것으로, 상세하게는 자기장의 세기를 조절하여 중심 주파수를 정밀하게 조정할 수 있도록 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기 및 필터(Bulk acoustic wave resonators and filters having a frequency trimming coil)에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 각각 Motorola 특허(US 5,166,646)에 기재된 집적 튜너블공진기(A integrated tunable resonator)의 개략적 구성을 나타내는 수직 단면도이다. 도 1a에 도시된 바와 같이 집적된 튜너블 공진기는 벌크 음파(Bulk acoustic wave) 공진기(106)에 전압 가변 캐패시터(104)를 집적하여 공진기의 중심주파수를 조절하게 된다. 이 집적 튜너블 공진기(A integrated tunable resonator)는 공통 반도체 캐리어(110)을 구비하고, 이 공통 반도체 캐리어(110) 상에 전압 가변 캐패시터(104)가 집적된다. 집적 튜너블 공진기(A integrated tunable resonator)(106)는 공통 반도체 캐리어(110) 상에 형성되어 전압 가변 캐패시터(104)와 결합된다. 도 1b는 도 1a의 집적 튜너블 공진기와 다른 형태의 공진기로서, 표면 음파 공진기(a surface acoustic wave resonator)(522)가 공통 반도체 캐리어(514) 상에 형성되어 공통 반도체 캐리어(514) 상에 함께 형성된 전압 가변 캐패시터(520)과 결합됨으로써 구성된 튜너블 공진기(a tunable resonator)(500)를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 각각 TRW 특허(US 5,446,306)에 기재된 박막 전압-조정 반도체 벌크 음파(Bulk acoustic wave) 공진기를 나타내는 수직 단면도이다. 도시된 바와 같이, 튜너블 공진기(A integrated tunable resonator)의 두 전극(20, 22)들 사이에 가변 전압(26)을 인가하여 공진기의 중심주파수를 조절하게 된다.
도 3a 및 도 3b는 각각 휴렛패커드(HP)사의 특허(US 5,587,620)에 기재된 벌크 음파(Bulk acoustic wave) 공진기의 압전체(11)에 열선(13, 14)을 제작하여 압전체의 온도를 조절하여 공진기의 중심주파수를 조절하게 된다.
본 발명은 상기와 다른 형태의 공진기로서 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크음파 공진기 및 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 Motorola 특허(US 5,166,646)에 기재된 집적 튜너블 공진기(A integrated tunable resonator)의 개략적 구성을 나타내는 수직 단면도,
도 2a 및 도 2b는 각각 TRW 특허(US 5,446,306)에 기재된 박막 전압-조정 반도체 벌크 음파(Bulk acoustic wave) 공진기를 나타내는 수직 단면도,
도 3a 및 도 3b는 각각 휴렛패커드(HP)사의 특허(US 5,587,620)에 기재된 벌크 음파(Bulk acoustic wave) 공진기의 개략적 구성을 나타내는 수직 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기 및 필터의 평면도,
도 5는 도 4의 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기 및 필터의 단면도,
도 6은 도 4의 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기 및 필터에 기판으로 채용된 Brag reflection층을 나타내는 단면도,
도 7은 도 4의 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기 및 필터에 기판으로 채용된 air interface를 나타내는 단면도,
그리고 도 8은 도 4의 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기 및 필터에 기판으로 채용된 air gap을 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1a. 상부 전극판 1b. 하부 전극판
2. 압전체 박막 3. 자기장 유도 코일
4. 반도체 기판 11. 압전체
13, 14. 열선 20, 22. 전극
26. 가변 전압 소스 104. 전압 가변 캐패시터
106. 벌크 음파(Bulk acoustic wave) 공진기
110. 공통 반도체 캐리어
500. 튜너블 공진기(a tunable resonator)
514. 공통 반도체 캐리어 520. 전압 가변 캐패시터
522. 표면 음파 공진기(a surface acoustic wave resonator)
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성된 하부 전극판; 상기 하부 전극판 상에 형성된 압전체 박막; 상기 압전체 박막 상에 형성된 상부 전극판; 및 상기 두 전극판 중 적어도 어느 한 전극판의 가장자리에 상기 압전체 박막에 자기장을 인가하기 위한 자기장 유도 코일;을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 반도체 기판은 브래그 반사층을 이용하거나, 에어 인터페이스를 사용하거나 혹은 에어 갭을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 자기장 유도 코일은 상기 하부 전극판의 둘레에 원형으로 형성되거나, 상기 상부 전극판의 둘레에 원형으로 형성되거나 혹은 단면적으로는 상기 압전체 박막의 가운데이고 평면적으로는 상기 두 전극판의 둘레에 원형으로 형성되기도 하며, 상기 자기장 유도 코일 및 상기 상부 전극과 하부 전극은 각각 Au, Al, Cu 및 Pt 중 어느 한 물질로 형성되며, 상기 압전체 박막은 AlN, ZnO, PZT, LiNbO3, BaMnF4, MgAlO4, Al2O3중 어느 한 압전물질로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 필터는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성된 하부 전극판; 상기 하부 전극판 상에 형성된 압전체 박막; 상기 압전체 박막 상에 형성된 상부 전극판; 및 상기 두 전극판 중 적어도 어느 한 전극판의 가장자리에 상기압전체 박막에 자기장을 인가하기 위한 자기장 유도 코일;을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 반도체 기판은 브래그 반사층을 이용하거나, 에어 인터페이스를 사용하거나 혹은 에어 갭을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 자기장 유도 코일은 상기 하부 전극판의 둘레에 원형으로 형성되거나, 상기 상부 전극판의 둘레에 원형으로 형성되거나 혹은 단면적으로는 상기 압전체 박막의 가운데이고 평면적으로는 상기 두 전극판의 둘레에 원형으로 형성되기도 하며, 상기 자기장 유도 코일 및 상기 상부 전극과 하부 전극은 Au, Al, Cu 및 Pt 중 어느 한 물질로 형성되며, 상기 압전체 박막은 AlN, ZnO, PZT, LiNbO3, BaMnF4, MgAlO4, Al2O3중 어느 한 압전물질로 형성된 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기 및 필터를 상세하게 설명한다.
벌크 음파(Bulk acoustic wave) 공진기 및 필터는 그 중심주파수가 압전체 박막의 두께에 의존한다. 이상적인 벌크 음파(bulk acoustic wave) 공진기 구조를 가정하면, ZnO 압전체 박막은 음파 속도(acoustic wave velocity)가 6000 m/sec이다. 이 때 2 GHz 공진기를 만들려면 1500 nm의 박막 두께를 요구하는데, 1 %의 박막 두께의 오차가 발생할 경우에도 주파수는 20 MHz의 오차가 발생하게 된다. 이러한 중심주파수의 빗나감을 보정해 주기 위한 본 발명에서는 압전체 박막에 자기장을 유도시켜 공진 주파수를 트리밍(trimming)하는 구조를 갖는 것이 특징이다. 이러한 특징은 도 4 및 도 5에 잘 나타나 있다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명에 따른 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기 및 필터의 구조를 보여주는 평면도 및 수직 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기는, 기본적으로 상부 전극판(1a) 및 하부 전극판(1b) 사이에 압전체 박막(2)이 삽입되고, 이 두 전극판 사이의 압전체 박막(2)에 자기장을 형성할 수 있도록 하는 자기장 유도 코일(3)을 배치한 것이 특징이다.
이러한 구조의 일실시예로서의 공진기 구조는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 베이스로서 반도체 기판(4)이 사용된다. 이 반도체 기판(4) 상에 하부 전극판(1b) 및 하부 전극판(1b)의 외곽에 원형의 자기장 유도 코일(3)이 형성된다. 이 하부 전극판(1b) 및 자기장 유도 코일(3) 상에 압전체 박막(2)이 형성되고, 이 압전체 박막(2) 상에 상부 전극판(1a)이 하부 전극판(1b)과 마주보도록 형성된다. 여기서, 자기장 유도 코일(3)은 하부 전극판(1b)의 둘레에 원형으로 형성되기도 하지만, 상부 전극판(1a)의 둘레에 원형으로 형성되어도 무방하며, 더욱이 평면적으로 보아 두 전극판(1a, 1b)의 외곽이면서 단면적으로 보아 압전체 박막(2)의 중간에 형성되어도 무방하다.
또한, 반도체 기판(4)은 도 6에 도시된 바와 같이, 브래그 반사층(Brag reflection)을 이용하거나, 도 7에 도시된 바와 같이, 에어 인터페이스(air interface)를 사용하기도 하며, 도 8에 도시된 바와 같이, 에어 갭(air gap)을 사용할 수도 있다.
에어 갭을 반사층으로 사용했을 경우에는 반사계수가 크기 때문에 에너지가압전체에 집중되나 압전체 박막을 지지하는 층이 없어서 물리적으로 매우 약한 상태, 즉 충격에 약한 상태가 된다. 그러나 이상적인 브래그 반사층을 사용하면 에어갭과 같은 반사계수를 가지며 외부 충격에 강한 안정한 상태가 되기 때문에 선호되는 구조이다.
또한, 상부 및 하부 전극판(1a, 1b)은 압전체 박막(2)에서 음파(acoustic wave)가 발생할 수 있도록 전기적인 신호가 가해지는 전극판으로 압전체 박막의 양단에 Au, Al, Cu 및 Pt 등과 같은 전도도가 높은 물질로 형성된다.
또한, 자기장 유도 코일(3)은 Au, Al, Cu 및 Pt 등과 같은 전도도가 높은 물질로 원형에 가깝게 형성되어 그 내부에 트리밍이 가능할 만큼의 고밀도 자기장이 균일하게 형성될 수 있도록 한다.
그리고, 압전체 박막(2)은 음파(acoustic wave)가 발생할 수 있도록 AlN, ZnO, PZT, LiNbO3, BaMnF4, MgAlO4, Al2O3등과 같은 압전물질로 형성된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기 및 필터는, 반도체 기판; 반도체 기판 상에 형성된 하부 전극판; 하부 전극판 상에 형성된 압전체 박막; 압전체 박막 상에 형성된 상부 전극판; 및 두 전극판 중 적어도 어느 한 전극판의 가장자리에 압전체 박막에 자기장을 인가하기 위한 자기장 유도 코일;을 구비함으로써, 제조 공정시 형성된 압전체 박막에 두께 차이가 발생하더라도 자기장 유도 코일로서 압전체 박막에 자기장을 인가하여 원하는 주파수의 신호에 공진되거나 원하는 주파수의 신호를 필터링 할 수 있도록 그 사용주파수를 정밀하게 트리밍하여 사용할 수 있는 장점이 있다.
Claims (20)
- 반도체 기판;상기 반도체 기판 상에 형성된 하부 전극판;상기 하부 전극판 상에 형성된 압전체 박막;상기 압전체 박막 상에 형성된 상부 전극판; 및상기 두 전극판 중 적어도 어느 한 전극판의 가장자리에 상기 압전체 박막에 자기장을 인가하기 위한 자기장 유도 코일;을구비한 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기.
- 제1항에 있어서,상기 반도체 기판은 브래그 반사층을 이용하는 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기.
- 제1항에 있어서,상기 반도체 기판은 에어 인터페이스를 사용하는 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기.
- 제1항에 있어서,상기 반도체 기판은 에어 갭을 사용하는 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기.
- 제1항에 있어서,상기 자기장 유도 코일은 상기 하부 전극판의 둘레에 원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기.
- 제1항에 있어서,상기 자기장 유도 코일은 상기 상부 전극판의 둘레에 원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기.
- 제1항에 있어서,상기 자기장 유도 코일은 단면적으로는 상기 압전체 박막의 가운데이고 평면적으로는 상기 두 전극판의 둘레에 원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기.
- 제1항에 있어서,상기 자기장 유도 코일은 Au, Al, Cu 및 Pt 중 어느 한 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기.
- 제1항에 있어서,상기 상부 및 하부 전극은 Au, Al, Cu 및 Pt 중 어느 한 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기.
- 제1항에 있어서,상기 압전체 박막은 AlN, ZnO, PZT, LiNbO3, BaMnF4, MgAlO4, Al2O3중 어느 한 압전물질로 형성된 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기.
- 반도체 기판;상기 반도체 기판 상에 형성된 하부 전극판;상기 하부 전극판 상에 형성된 압전체 박막;상기 압전체 박막 상에 형성된 상부 전극판; 및상기 두 전극판 중 적어도 어느 한 전극판의 가장자리에 상기 압전체 박막에 자기장을 인가하기 위한 자기장 유도 코일;을구비한 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 필터.
- 제11항에 있어서,상기 반도체 기판은 브래그 반사층을 이용하는 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 필터.
- 제11항에 있어서,상기 반도체 기판은 에어 인터페이스를 사용하는 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 필터.
- 제11항에 있어서,상기 반도체 기판은 에어 갭을 사용하는 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 필터.
- 제11항에 있어서,상기 자기장 유도 코일은 상기 하부 전극판의 둘레에 원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 필터.
- 제11항에 있어서,상기 자기장 유도 코일은 상기 상부 전극판의 둘레에 원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 필터.
- 제11항에 있어서,상기 자기장 유도 코일은 단면적으로는 상기 압전체 박막의 가운데이고 평면적으로는 상기 두 전극판의 둘레에 원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 필터.
- 제11항에 있어서,상기 자기장 유도 코일은 Au, Al, Cu 및 Pt 중 어느 한 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 공진기.
- 제11항에 있어서,상기 상부 및 하부 전극은 Au, Al, Cu 및 Pt 중 어느 한 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 필터.
- 제11항에 있어서,상기 압전체 박막은 AlN, ZnO, PZT, LiNbO3, BaMnF4, MgAlO4, Al2O3중 어느 한 압전물질로 형성된 것을 특징으로 하는 주파수 트리밍 코일을 갖는 벌크 음파 필터.
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2000
- 2000-05-17 KR KR1020000026472A patent/KR100327495B1/ko not_active IP Right Cessation
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