KR20030083887A - A electrostatically driven voltage controlled thin film bulk accoustic resonator and voltage controlled oscillator using that - Google Patents
A electrostatically driven voltage controlled thin film bulk accoustic resonator and voltage controlled oscillator using that Download PDFInfo
- Publication number
- KR20030083887A KR20030083887A KR1020020022282A KR20020022282A KR20030083887A KR 20030083887 A KR20030083887 A KR 20030083887A KR 1020020022282 A KR1020020022282 A KR 1020020022282A KR 20020022282 A KR20020022282 A KR 20020022282A KR 20030083887 A KR20030083887 A KR 20030083887A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- thin film
- voltage controlled
- film bulk
- bulk acoustic
- tfbar
- Prior art date
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 19
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 17
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 11
- 239000010408 film Substances 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
- H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/24—Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 정전구동 전압제어 박막 벌크 어쿠스틱 공진기 및 이를 이용한 전압제어발진기에 관한 것으로, 특히 정전구동 전압제어 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 구성하는 각 구조물의 응력을 조정할 수 있도록 하고, 그 구조물의 응력 변화를 통해 공진 주파수를 제어할 수 있는 정전구동 전압제어 박막 벌크 어쿠스틱 공진기 및 이를 이용한 전압제어발진기에 관한 것이다.The present invention relates to an electrostatically driven voltage controlled thin film bulk acoustic resonator and a voltage controlled oscillator using the same. In particular, it is possible to adjust the stress of each structure constituting the electrostatically driven voltage controlled thin film bulk acoustic resonator, An electrostatic driving voltage control thin film bulk acoustic resonator capable of controlling a resonance frequency and a voltage controlled oscillator using the same are provided.
최근 이동통신시자이의 비약적인 확장과 더불어, 정보통신 기술의 획기적인 발전이 이루어졌다.In recent years, with the rapid expansion of mobile communication sig, a breakthrough in information and communication technology has been made.
특히, 이동통신단말기의 소형화 추세에 따라 이동통신용 정보통신 부품의 소형화와 고기능화가 요구되고 있다.In particular, according to the trend of miniaturization of mobile communication terminals, miniaturization and high functionality of information communication components for mobile communication are required.
이러한 부품중 전압제어발진기는 고주파신호의 변복조에 사용되는 이동통신 부품의 핵심적인 부품으로 넓은 주파수 미세 조정 영역(TUNING RANGE)과 낮은 위상 잡은(PHASE NOISE) 특성이 요구된다.Among these components, the voltage controlled oscillator is a key component of the mobile communication component used for modulation and demodulation of high frequency signals, and requires a wide frequency tuning range and a low phase noise characteristic.
종래 전압제어발진기를 구성하는 방법은 여러 가지이며, 일반적으로는 가변 커패시터와 인덕터로 구성되는 공진기 부분과, 양성 피드백(POSITIVE FEEDBACK)에 의하여 특정 주파수의 발진을 일으키는 증폭기 부분으로 구성되며, 이와 같은 종래 전압제어발진기를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Conventional voltage controlled oscillators are constructed in various ways, and generally include a resonator portion composed of a variable capacitor and an inductor, and an amplifier portion generating oscillation of a specific frequency by positive feedback. The voltage controlled oscillator will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 종래 전압제어발진기의 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이제어전압(Vctrl)을 각각의 일측단에 인가받는 가변 커패시터(C1, C2)와; 상기 가변 커패시터(C1, C2)와 병렬연결되어 LC공진에 의하여 특정 주파수의 신호를 발진시키는 두 인덕터(L1, L2)와; 상기 LC공진에 의해 발생된 신호를 양성 피드백(POSITIVE FEEDBACK)을 통해 특정 주파수의 신호로 증폭발진시키는 증폭기(AMP1)와; 그 증폭기(AMP1)의 출력을 버퍼링하여 출력하는 출력버퍼(OUTBUF)로 구성된다.1 is a configuration diagram of a conventional voltage controlled oscillator, and as shown therein, variable capacitors C1 and C2 to which a control voltage Vctrl is applied to one end thereof; Two inductors (L1, L2) connected in parallel with the variable capacitors (C1, C2) to oscillate a signal of a specific frequency by LC resonance; An amplifier (AMP1) for amplifying and oscillating the signal generated by the LC resonance into a signal having a specific frequency through a positive feedback; The output buffer OUTBUF buffers and outputs the output of the amplifier AMP1.
이하, 상기와 같은 종래 전압제어발진기의 동작을 설명한다.Hereinafter, the operation of the conventional voltage controlled oscillator will be described.
상기와 같은 구성에서 공진기인 가변 커패시터(C1, C2)와 인덕터(L1, L2)의 Q값에 따라 위상잡음이 결정된다.In the above configuration, phase noise is determined according to the Q values of the variable capacitors C1 and C2 and the inductors L1 and L2 which are resonators.
보다 우수한 위상 잡음 특성을 확보하기 위해서는 Q값이 우수한 가변 커패시터(C1, C2) 및 인덕터(L1, L2)를 사용해야 한다.To obtain better phase noise characteristics, variable capacitors C1 and C2 and inductors L1 and L2 having good Q values should be used.
상기 가변 커패시터(C1, C2)는 핀 다이오드(PIN DIODE)를 이용한 버랙터(VARACTOR)나 마이크로 머시닝 기술을 이용한 커패시터 등을 사용하며, 인덕터(L1, L2)는 칩 인덕터(CHIP INDUCTOR), 와이어드(WIRED) 인덕터 또는 마이크로 머시닝 기술을 이용한 인덕터를 사용한다.The variable capacitors C1 and C2 use a varactor using a pin diode or a capacitor using a micromachining technique, and the inductors L1 and L2 are chip inductors and wireds. WIRED) Inductors or inductors using micromachining technology are used.
상기 열거한 커패시터 및 인덕터 중 Q값이 가장 우수한 것은 마이크로 머시닝 기술을 이용한 커패시터 및 인덕터이며, 그 마이크로 머시닝 기술을 이용한 커패시터의 Q값은 200~300정도이고, 마이크로 머시닝 기술을 이용한 인덕터의 Q값은 100~200정도의 값을 나타낸다.Among the above-listed capacitors and inductors, the best Q values are capacitors and inductors using micromachining technology, and the Q values of capacitors using the micromachining technology are about 200 to 300, and the Q values of inductors using micromachining technology are The value is about 100 ~ 200.
그러나, 상기 마이크로 머시닝 기술을 이용한 커패시터와 인덕터는 단일 기판 상에 집적할 수 없다.However, capacitors and inductors using the micromachining technique cannot be integrated on a single substrate.
따라서, 마이크로 머시닝 기술을 이용한 커패시터를 사용하는 경우 공정의 용이하지 않음에 따라 칩인덕터나 와이어드 인덕터를 사용하고 있다.Therefore, in the case of using a capacitor using a micromachining technology, a chip inductor or a wired inductor is used because the process is not easy.
이와 반대로 마이크로 머시닝 기술을 이용한 인덕터를 사용하는 경우 반도체 기판의 버랙터를 사용하여 상기 LC공진기를 제작한다.On the contrary, when using an inductor using micromachining technology, the LC resonator is manufactured using a varactor of a semiconductor substrate.
이처럼, 마이크로 머시닝 기술을 이용한 커패시터를 사용하고, 칩 인덕터를 사용하는 경우에는 별도의 칩을 사용해야 하는 문제점이 있으며, 그 커패시터와 와이어드 인덕터를 사용하는 경우 그 와이어드 인덕터의 신뢰성이 저하되고, 양산성에도 문제점이 발생하여 현재는 사용하지 않고 있다.As such, when a capacitor using a micromachining technology is used and a chip inductor is used, a separate chip must be used. When the capacitor and the wired inductor are used, the reliability of the wired inductor is deteriorated, A problem has occurred and it is not currently used.
또한, 마이크로 머시닝 기술을 이용한 인덕터와 Q값이 수십에 달하는 버랙터를 사용하는 경우가 가장 활발하게 연구되고 있으나, 그 특성이 제한을 받고 있다.In addition, although the case of using an inductor using a micromachining technique and a varactor having a Q value of several tens is actively studied, its characteristics are limited.
상기와 같이 LC공진에 의한 공진기를 이용한 전압제어발진기 제작 기술이 가장 일반화된 제작방법이지만, 그 제작이 용이하지 않고, 그 특성이 열화되는 등 많은 문제점을 가지고 있다.As described above, a voltage controlled oscillator manufacturing technique using a resonator by LC resonance is the most general manufacturing method, but its manufacturing is not easy and its characteristics are deteriorated.
이를 감안하여 LC공진을 사용하지 않는 발진기가 개발되고 있다. 이는 크리스탈 공진기, SAW 등의 공진기를 이용하는 것이나, 발진 주파수를 바이어스 전압을 통해 조절해야 하는 전압제어발진기에는 적용이 불가능하며, 크리스탈 공진기는 공진주파수가 크리스탈의 절단방향과 두께에 의해 공진주파수가 결정되기 때문에 전압에 의한 제어가 불가능하며, SAW의 경우에는 그 공진 주파수가 기전 물질의 표면에 형성된 전극의 형상에 의해 결정되는 것이므로, 역시 전압에 의한 공진 주파수의 제어가 불가능하다.In view of this, oscillators without LC resonance are being developed. This is not possible to use a resonator such as a crystal resonator or SAW, but it is not applicable to a voltage controlled oscillator that needs to adjust the oscillation frequency through a bias voltage.The crystal resonator has a resonance frequency determined by the cutting direction and thickness of the crystal. Therefore, the control by the voltage is impossible, and in the case of SAW, since the resonance frequency is determined by the shape of the electrode formed on the surface of the material, it is also impossible to control the resonance frequency by the voltage.
상기한 바와 같이 종래 전압제어발진기는 그 위상잡음특성을 향상시키기 위해 Q값이 높은 커패시터와 인덕터를 사용해야 하나, 그 Q값이 가장 우수한 마이크로 머시닝 기술을 이용한 커패시터와 인덕터를 동일 기판상에 제조할 수 없어, 그 구현이 용이하지 않으며, 다른 형태의 소자와 혼용하는 경우 그 특성이 열화되는 문제점이 있었다.As described above, the conventional voltage controlled oscillator should use a capacitor and an inductor having a high Q value in order to improve its phase noise characteristics, but a capacitor and an inductor using the micromachining technique having the highest Q value can be manufactured on the same substrate. There is no problem in that the implementation is not easy, and when used with other types of devices, the characteristics are deteriorated.
이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 단일 칩으로 구성이 가능하며, 전압의 인가에 따라 그 공진주파수를 용이하게 변경할 수 있는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 사용하여 위상잡음 특성을 향상시킬 수 있는 정전구동 전압제어 박막 벌크 어쿠스틱 공진기 및 이를 이용한 전압제어발진기를 제공함에 그 목적이 있다.In view of the above problems, the present invention can be configured as a single chip, and the electrostatic drive voltage control thin film can improve phase noise characteristics by using a thin film bulk acoustic resonator that can easily change its resonant frequency according to voltage application. An object of the present invention is to provide a bulk acoustic resonator and a voltage controlled oscillator using the same.
도1은 종래 전압제어발진기의 일실시 구성도.1 is a configuration diagram of one embodiment of a conventional voltage controlled oscillator.
도2는 본 발명 정전구동 전압제어 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 사시도.Figure 2 is a perspective view of the electrostatic drive voltage controlled thin film bulk acoustic resonator.
도3은 본 발명 정전구동 전압제어 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 평면도.Figure 3 is a plan view of the electrostatic drive voltage controlled thin film bulk acoustic resonator.
도4는 도3에 있어서, A-A'방향의 단면도.Fig. 4 is a sectional view taken along the line AA ′ in Fig. 3.
도5는 본 발명 정전구동 전압제어 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 전압제어발진기의 구성도.5 is a configuration diagram of a voltage controlled oscillator using the electrostatic drive voltage controlled thin film bulk acoustic resonator.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
11:구동부 몸체12:고정부 몸체11: drive body 12: fixed body
13:구동탄성구조물15:액튜에이터13: Driving elastic structure 15: Actuator
16, 17:전극10:TFBAR16, 17: electrode 10: TFBAR
18:접합제19:하부기판18: bonding agent 19: lower substrate
상기와 같은 목적은 인가되는 전압에 따라 공진주파수가 변화되며, Q값이 커패시터 및 인덕터에 비하여 매우 큰 박막 벌크 어쿠스틱공진기를 구현하고, 그 박막 벌크 어쿠스틱공진기를 사용하여 전압제어발진기를 구현함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The above object is achieved by realizing a thin film bulk acoustic resonator whose resonance frequency is changed according to the applied voltage and having a very high Q value compared to capacitors and inductors, and implementing a voltage controlled oscillator using the thin film bulk acoustic resonator. When described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention as follows.
도2는 본 발명 정전구동 전압제어 박막 벌크 어쿠스틱 공진기(이하, EDVC TFBAR이라 약칭함)의 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이 일측면이 다수의 요철형 구조를 가지며, 접합제(18)에 의해 하부기판(19)에 고정되는 고정부 몸체(12)와; 상기 고정부 몸체(12)의 상부측에 위치하는 전극(17)과; 상기 고정부 몸체(12)의 3면에 대하여 소정거리 이격되도록 접합제(18)에 의해 상기 하부기판(19)에 고정되며, 상부일부에 전극(16)을 구비하는 액튜에이터(15)와; 상기 액튜에이터(15)와는 구동탄성구조물(13)에 의해 연결되며, 일면이 상기 고정부 몸체(12)의 요철형 구조면과 맞물리는 요철형구조면을 가져, 상기 전극(17, 16)의 전압차에 의한 응력에 의해 상기 고정부 몸체(12)의 요철면과의 이격거리가 제어되는 구동부 몸체(11)와; 상기 구동부 몸체(11)와 액튜에이터(15)의 사이부분의 상부측에 위치하며, 상기 구동부 몸체(11)의 응력에 따라 그 공진주파수를 달리하는 TFBAR(10)으로 구성된다.FIG. 2 is a perspective view of the present invention electrostatic drive voltage controlled thin film bulk acoustic resonator (hereinafter abbreviated as EDVC TFBAR), as shown therein, with one side having a plurality of uneven structures, A fixing part body 12 fixed to the substrate 19; An electrode 17 located on an upper side of the fixing part body 12; An actuator 15 fixed to the lower substrate 19 by a bonding agent 18 so as to be spaced a predetermined distance from three surfaces of the fixing part body 12 and having an electrode 16 at an upper portion thereof; The actuator 15 is connected with the driving elastic structure 13, and one surface thereof has an uneven structure surface engaged with the uneven structure surface of the fixing part body 12, so that the voltage of the electrodes 17 and 16 is increased. A drive unit body 11 in which a distance from the concave-convex surface of the fixed part body 12 is controlled by a stress caused by a difference; Located on the upper side of the portion between the drive body 11 and the actuator 15, it is composed of a TFBAR (10) that varies the resonant frequency according to the stress of the drive body (11).
또한, 도3은 본 발명 EDVC TFBAR의 평면도이고, 도4는 도3에 있어서, A-A'방향의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 TFBAR(10)은 하부전극(3), 기전물질(1), 상부전극(4)이 적층된 형태이며, 상기 하부전극(3)과 상부전극(4)은 액튜에이터(5)의 상부측으로 연장되어 전압의 인가가 용이하도록 패드형으로 형성된다.3 is a plan view of the EDVC TFBAR of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG. 3, and as shown in the drawing, the TFBAR 10 includes the lower electrode 3 and the electromotive material ( 1), the upper electrode 4 is stacked, and the lower electrode 3 and the upper electrode 4 extend to the upper side of the actuator 5 to be formed in a pad shape to facilitate application of voltage.
또한, 상기 액튜에이터(15)와 고정부 몸체(12)는 실리콘등의 기판에 ONO막 또는 저응력 질화막을 적층한 구조이며, 상기 TFBAR(10)의 하부측은 상기 ONO막 또는 저응력 질화막에 의해 지지되며, 상기 기판은 제거하여 탄성파의 소실을 방지하는 멤브레인(MEMBRANE) 형상을 나타낸다.In addition, the actuator 15 and the fixing part body 12 have a structure in which an ONO film or a low stress nitride film is laminated on a substrate such as silicon, and the lower side of the TFBAR 10 is supported by the ONO film or a low stress nitride film. The substrate has a shape of a membrane (MEMBRANE) to remove and prevent the loss of the acoustic wave.
상기 접합제(18)는 실버페이스트 등 가능한 접합재료를 사용하여, 상기 액튜에이터(15)와 고정부 몸체(12)가 고정되도록 한다.The bonding agent 18 uses a possible bonding material such as silver paste to fix the actuator 15 and the fixing body 12.
또한, 상기 구동탄성구조물(13)은 상기 전극(16, 17)에 인가되는 전압에 의해 각 박막의 잔류응력에 의해 구동될 수 있으며, 원래 상태로의 복귀를 위해 폭이 좁은 절곡형 구조를 가지도록 구성한다.In addition, the driving elastic structure 13 may be driven by the residual stress of each thin film by the voltage applied to the electrodes 16, 17, and has a narrow bent structure to return to the original state. To be configured.
이와 같은 본 발명 EDVC TFBAR의 동작 과정을 보다 상세히 설명한다.The operation of the present invention EDVC TFBAR will be described in more detail.
상기 TFBAR(10)는 일정한 주파수의 공진을 발생시키며, 그 공진의 Q값은 1000~10000의 값으로, 종래 LC공진에 의한 Q값에 비해 매우 크다.The TFBAR 10 generates a resonance of a constant frequency, and the Q value of the resonance is 1000 to 10,000, which is much larger than that of the conventional LC resonance.
상기 공진을 원하는 주파수로 만들기 위하여 상기 액튜에이터(15)의 상부측에 위치하는 전극(16)과 고정부 몸체(12)의 상부측에 위치하는 전극(17)에 전압을 인가한다.In order to make the resonance to a desired frequency, a voltage is applied to the electrode 16 located on the upper side of the actuator 15 and the electrode 17 located on the upper side of the fixing body 12.
상기 전압의 인가에 의해 그 전극(16, 17) 부분은 각각 일정한 전하량이며 극성이 반대(Q, -Q)로 대전된다.By the application of the voltage, the portions of the electrodes 16 and 17 are each a constant amount of charge and are charged with opposite polarities (Q and -Q).
이와 같이 대전된 고정부 몸체(12)와 액튜에이터(15) 및 그 액튜에이터(15)에 연결된 구동부 몸체(11)의 사이에는 인력이 작용하게 되며, 상기 구동부 몸체(11)는 상기 고정부 몸체(12) 측으로 이동하게 된다.The attraction force is applied between the fixed body 12 and the actuator 15 and the drive body 11 connected to the actuator 15 charged in this way, the drive body 11 is the fixed body 12 ) Side.
상기 구동부 몸체(11)가 고정부 몸체(12)측으로 이동하는 힘은 각 구조물에 일정한 비율로 나누어져 작용하게 되며, 이는 도4에 도시한 바와 같이 측면 방향으로의 힘으로 작용한다.The driving force of the driving unit body 11 toward the fixing unit body 12 is divided into a predetermined ratio to each structure and acts as a force in the lateral direction as shown in FIG.
이 힘은 각 구조물의 응력크기를 증가시키게 되어 그 응력의 변화에 따라 상기 TFBAR(10)의 공진주파수는 변경된다.This force increases the stress magnitude of each structure, so that the resonance frequency of the TFBAR 10 is changed according to the change of the stress.
이때 변경되는 공진주파수는 아래의 수학식1로 나타낼 수 있다.In this case, the changed resonant frequency may be represented by Equation 1 below.
상기 δS는 잔류응력의 차이며, f는 공진주파수이고 δf는 공진주파수의 차이다.[Delta] S is a difference of residual stress, f is a resonance frequency and [delta] f is a difference of resonance frequency.
상기와 같이 전극(16, 17)에 인가되는 전압의 차를 조절하여, TFBAR(10)의 공진주파수를 조절 할 수 있게 된다.As described above, the resonance frequency of the TFBAR 10 may be adjusted by adjusting the difference between the voltages applied to the electrodes 16 and 17.
상기와 같은 본 발명 EDVC TFBAR을 제조하는 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.Briefly describing a method for manufacturing the present invention EDVC TFBAR as described above.
먼저 실리콘 기판의 상부와 하부에 저응력 질화막 또는 산화막/질화막/산화막이 적층된 ONO막을 증착하여 지지층을 형성한다.First, a support layer is formed by depositing an ONO film having a low stress nitride film or an oxide film / nitride film / oxide film stacked on top and bottom of a silicon substrate.
그 다음, 그 기판의 상부측에 위치하는 지지층의 상부측에 하부전극(3), 기전재료(1), 상부전극(4)을 적층하여, 상기 도면에서 나타낸 바와 같이 상기 지지층의 상부일부에 위치하는 TFBAR(10)을 형성한다.Then, the lower electrode 3, the electromechanical material 1, and the upper electrode 4 are laminated on the upper side of the support layer located on the upper side of the substrate, and located on the upper part of the support layer as shown in the figure. The TFBAR 10 is formed.
상기 TFBAR(10)의 하부전극(3)과 상부전극(4)은 Au/Ti, Au/Cr, Al, Pt/Ti, Pt/Cr, Pt 중 선택된 하나를 사용하여 형성하며, 상기 기전재료로는 ZnO, AlN, PZT 등을 예로 들 수 있다.The lower electrode 3 and the upper electrode 4 of the TFBAR 10 are formed using one selected from Au / Ti, Au / Cr, Al, Pt / Ti, Pt / Cr, and Pt. Examples thereof include ZnO, AlN, PZT, and the like.
이처럼 TFBAR(10)을 형성한 후에는, 상기 실리콘 기판의 저면에 위치하는 상기 지지층을 모두 제거하고, 그 노출된 기판의 저면을 선택적으로 식각하여 상기 TFBAR(10)을 상기 설명한 멤브레인 형 구조로 만들고, 그 실리콘 기판과 상부에 위치하는 지지층의 일부를 선택적으로 제거함으로써 상기 설명한 고정부 몸체(12), 구동부 몸체(12), 액튜에이터(15) 및 구동탄성구조물(13)을 각각 형성한다.After the formation of the TFBAR 10, all the supporting layers on the bottom surface of the silicon substrate are removed, and the bottom surface of the exposed substrate is selectively etched to make the TFBAR 10 into the membrane-type structure described above. By selectively removing the silicon substrate and a portion of the support layer located thereon, the fixing part body 12, the driving body 12, the actuator 15 and the driving elastic structure 13 are formed, respectively.
그 다음, 상기 고정부 몸체(12)와 액튜에이터(15)를 이루는 실리콘 기판의저면과 온전한 실리콘 기판인 하부기판(19)에 접합제(18)를 사용하여 접합함으로써, 제조공정을 완료한다.Next, the manufacturing process is completed by bonding a bonding agent 18 to the bottom surface of the silicon substrate forming the fixing part body 12 and the actuator 15 and the lower substrate 19 which is an intact silicon substrate.
상기 하부기판은 실리콘 기판 외에 석영기판등 적당한 재료를 사용할 수 있다.The lower substrate may use a suitable material such as a quartz substrate in addition to the silicon substrate.
또한, 상기 고정부 몸체(12)와 구동부 몸체(11)가 대향하는 면을 다수의 요철구조를 가지는 면으로 형성하는 이유는 그 대향하는 면적을 넓혀 전극(16, 17)에 인가되는 전압에 대하여 효율적으로 인력이 작용하도록 하기 위함이다.In addition, the reason why the fixing body 12 and the driving body 11 are formed to face each other with a surface having a plurality of uneven structures is to widen the opposing area to the voltage applied to the electrodes 16 and 17. This is to make the workforce work efficiently.
이는 대향하는 면적이 클수록 생성되는 정전기력이 크기 때문이며, 이와 같이 큰 정전기력에 의한 인력의 작용으로 원하는 주파수의 공진을 얻을 수 있다.This is because the larger the opposing area is, the larger the generated electrostatic force is, and the resonance of a desired frequency can be obtained by the action of the attraction force by such a large electrostatic force.
도5는 상기 설명한 본 발명 EDVC TFBAR을 이용한 전압제어 발진기의 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 전극(16, 17)에 제어전압(Vctrl)이 인가되어 특정한 주파수의 신호를 발생시키는 두 EDVC TFBAR(TFBAR1, TFBAR2)와, 상기 EDVC TFBAR(TFBAR1, TFBAR2)에서 발생하는 공진주파수를 양성 피드백을 사용하여 증폭하는 증폭부(AMP1)와, 상기 증폭부(AMP1)의 출력신호를 버퍼링하여 출력하는 출력버퍼(OUTBUF)로 구성된다.5 is a configuration diagram of a voltage controlled oscillator using the present invention EDVC TFBAR. As shown in FIG. 5, a control voltage Vctrl is applied to the electrodes 16 and 17 to generate two EDVC TFBAR signals. (TFBAR1, TFBAR2), an amplifier (AMP1) for amplifying the resonance frequencies generated by the EDVC TFBAR (TFBAR1, TFBAR2) using positive feedback, and an output for buffering and outputting the output signal of the amplifier (AMP1). It consists of a buffer OUTBUF.
이와 같이 그 Q값이 큰 EDVC TFBAR을 사용하여 위상잡음 특성을 향상시킬 수 있으며, 상기 제어전압(Vctrl)을 변화시켜 그 공진주파수를 변경할 수 있게 되어, 전압제어발진기를 구현할 수 있게 된다.Thus, the phase noise characteristics can be improved by using the EDVC TFBAR having a large Q value, and the resonance frequency can be changed by changing the control voltage Vctrl, thereby realizing a voltage controlled oscillator.
상기한 바와 같이 본 발명은 제어전압에 의해 변화되는 응력에 따라 그 공진주파수가 변경되는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 구현하고, 그 Q값이 큰 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 사용하여 전압제어발진기를 구현함으로써, 전압제어발진기의 위상잡음특성을 향상시키는 효과가 있다.As described above, the present invention implements a thin film bulk acoustic resonator whose resonant frequency is changed according to a stress changed by a control voltage, and implements a voltage controlled oscillator using a thin film bulk acoustic resonator having a large Q value. There is an effect of improving the phase noise characteristics of the control oscillator.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020020022282A KR20030083887A (en) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | A electrostatically driven voltage controlled thin film bulk accoustic resonator and voltage controlled oscillator using that |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020020022282A KR20030083887A (en) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | A electrostatically driven voltage controlled thin film bulk accoustic resonator and voltage controlled oscillator using that |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20030083887A true KR20030083887A (en) | 2003-11-01 |
Family
ID=32380161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020020022282A KR20030083887A (en) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | A electrostatically driven voltage controlled thin film bulk accoustic resonator and voltage controlled oscillator using that |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20030083887A (en) |
-
2002
- 2002-04-23 KR KR1020020022282A patent/KR20030083887A/en not_active Application Discontinuation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7005946B2 (en) | MEMS piezoelectric longitudinal mode resonator | |
| KR100520335B1 (en) | Voltage controlled oscillator | |
| US7888843B2 (en) | Thin-film piezoelectric-on-insulator resonators having perforated resonator bodies therein | |
| US7511870B2 (en) | Highly tunable low-impedance capacitive micromechanical resonators, oscillators, and processes relating thereto | |
| US6909221B2 (en) | Piezoelectric on semiconductor-on-insulator microelectromechanical resonators | |
| US8305154B1 (en) | Parametrically driven quartz UHF oscillator | |
| US6985051B2 (en) | Micromechanical resonator device and method of making a micromechanical device | |
| US7800282B2 (en) | Single-resonator dual-frequency lateral-extension mode piezoelectric oscillators, and operating methods thereof | |
| Abdolvand et al. | Thin-film piezoelectric-on-silicon resonators for high-frequency reference oscillator applications | |
| USRE42009E1 (en) | Piezoelectric resonator having a spurious component control layer, filter using the piezoelectric resonator, and duplexer using the piezoelectric resonator | |
| JP4053504B2 (en) | Tunable filter | |
| US6437484B1 (en) | Piezoelectric resonator | |
| JP2008502240A (en) | Oscillator | |
| US7561010B2 (en) | Piezoelectric thin film resonators | |
| KR20040101214A (en) | Piezoelectric vibrator, filter using same and method for adjusting piezoelectric vibrator | |
| US6605849B1 (en) | MEMS analog frequency divider | |
| US6894586B2 (en) | Radial bulk annular resonator using MEMS technology | |
| US6741147B2 (en) | Method and apparatus for adjusting the resonant frequency of a thin film resonator | |
| JP2005142852A (en) | Mems resonator | |
| US6965274B2 (en) | Thin film bulk acoustic resonator for controlling resonance frequency and voltage controlled oscillator using the same | |
| KR20030083887A (en) | A electrostatically driven voltage controlled thin film bulk accoustic resonator and voltage controlled oscillator using that | |
| JP5081586B2 (en) | Micromechanical resonator | |
| JPH066172A (en) | Surface elastic wave device | |
| US20200357849A1 (en) | Monolithic composite resonator devices with intrinsic mode control | |
| JP2004276200A (en) | Micro structure and method of manufacturing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |