KR20080024451A - 탄성파 디바이스, 공진기 및 필터 - Google Patents

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Abstract

주파수 온도 계수(TCF) 및 손실을 억제하는 것이 가능한 탄성파 디바이스, 공진기 및 필터를 제공하는 것이다. 본 발명은, 압전 재료(10) 상에 형성된 빗형 전극(12)과, 빗형 전극의 전극 핑거(12) 상에 형성된 공극(20a)을 갖고, 전극 핑거(12)를 피복하도록 형성된 제1 유전체막(14)을 구비하는 탄성파 디바이스, 공진기 및 필터이다. 본 발명에 따르면, 빗형 전극의 전극 핑거를 피복하도록 제1 유전체막이 형성됨으로써, TCF를 개선할 수 있다. 또한, 제1 유전체막이 빗형 전극의 전극 핑거 상에 공극을 가짐으로써, 삽입 손실을 개선할 수 있다.
전극 핑거, 압전 재료, 공극, 유전체막, 송신 필터, 수신 필터

Description

탄성파 디바이스, 공진기 및 필터{ACOUSTIC WAVE DEVICE, RESONATOR AND FILTER}
본 발명은 탄성파 디바이스, 공진기 및 필터에 관한 것으로, 특히 빗형 전극을 피복하는 유전체막을 갖는 탄성파 디바이스, 공진기 및 필터에 관한 것이다.
최근, 예를 들면 휴대 전화 단말기 등의 고주파 무선 기기에는, 탄성파를 이용한 필터 등이 이용된다. 탄성파로서는, 종래 탄성 표면파(SAW)가 잘 이용되고 있다. 도 1의 (a)는 SAW 공진기의 평면도, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 A-A' 단면도이다. 또한, 전극(12)(전극 핑거)의 개수는 실제보다 적게 도시하고 있다. 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)를 참조로, LiNbO3 기판이나 LiTaO3 기판 등의 압전 재료(10) 상에, 알루미늄 합금, 동합금, 금 등으로 형성된 전극(12)이 형성되어 있다. 전극(12)은 1쌍의 빗형 전극인 빗형 전극쌍 IDT(IDT : Interdigital Transducer)와 반사기 RO인 그레이팅 전극이다. 빗형 전극쌍 IDTO는 반사기 RO간에 형성되어 있다. 빗형 전극쌍 IDTO의 한쪽의 빗형 전극에 고주파 신호를 인가하면, 압전 재료(10)의 표면에 탄성 표면파가 여진된다. 탄성 표면파는 빗형 전극의 전극 핑거 의 주기 λ와 탄성 표면파의 전반 속도에 의해 정해지는 주파수에서 공진한다. 빗형 전극쌍 IDTO의 다른 쪽의 빗형 전극에 공진 주파수의 고주파 신호가 여기한다. 이에 의해 공진기로서 기능한다.
탄성파 디바이스를 이용하는 경우, 주파수 온도 계수(TCF : Temperature Coefficient of Frequency)의 절대값을 작게 하는 것이 요구된다. TCF라 함은, 환경 온도의 변화에 대한 주파수 특성의 변화율인 것이다. 공진기의 경우, 환경 온도 1 ℃의 변화에 대해 예를 들면 공진 주파수가 어느 만큼 변화되는지를 ppm/℃의 단위로 나타낸다. TCF는 압전 재료를 전반하는 탄성파의 속도의 온도 계수에 의해 거의 결정된다. 탄성 표면파 디바이스의 TCF는, 압전 재료로서 LiNbO3 기판이나 LiTaO3 기판을 이용한 경우, -80∼-140 ppm/℃ 정도로 나빠, TCF의 개선이 요구되고 있다.
탄성파 디바이스의 TCF를 개선하는 기술로서 특허 문헌 1 및 비특허 문헌 1의 기술이 있다. 도 2를 참조로, 전극(12)을 피복하도록 두께 0.2λ∼0.4λ 정도의 산화 실리콘막 등의 제1 유전체막(14)이 형성되어 있다. 도 2의 탄성파 디바이스에서는, 압전 재료(10)와 제1 유전체막(14)의 양방에 변위를 갖는 러브파라고 불리는 탄성파가 여진한다. 도 3을 참조로, 제1 유전체막(14) 상에 산화 알루미늄으로 이루어지는 제3 유전체막(16)이 형성되어 있다. 도 3의 탄성파 디바이스는, 압전 재료(10)와 제1 유전체막(14)의 양방에 변위를 갖는 경계파라고 불리는 탄성파가 여진한다. 도 2 및 도 3의 탄성파 디바이스에서는, 탄성파는 압전 재료(10)뿐 만 아니라, 제1 유전체막(14)도 전반한다. 제1 유전체막(14)에서의 탄성파의 전반 속도의 온도 계수를 압전 재료(10)에서의 탄성파의 전반 속도의 온도 계수와 역부호로 한다. 이에 의해, 제1 유전체막(14)의 두께를 최적으로 설정함으로써, 토탈의 탄성파의 전반 속도를 온도에 상관없이 거의 일정하게 유지할 수 있다. 즉, 제1 유전체막(14)의 두께를 최적으로 설정하면, TCF를 작게 할 수 있다.
[특허 문헌 1] 국제 공개 WO 98/52279호 팜플렛
[비특허 문헌 1] Masatsune Yamaguchi, Takashi Yamashita, Ken-ya Hashimoto, Tatsuya Omori,「Highly Piezoelectric Boundary Waves in Si/SiO2/LiNbO3 Structure」, Proceeding of 1998 IEEE International Frequency Control Symposium, (미국), IEEE, 1998년，p484-488.
그러나, 도 2 및 도 3에서 도시한 탄성파 디바이스에서는, 제1 유전체막(14)의 기계 공진 속도 Qm이 압전 재료(10)의 Qm에 비해 매우 작아져 버린다. 이 때문에, 제1 유전체막(14)을 전반하는 탄성파에 손실이 생긴다. 따라서, 탄성파 디바이스로서의 손실이 커져 버린다. 본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 주파수 온도 계수 및 손실을 억제하는 것이 가능한 탄성파 디바이스, 공진기 및 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 압전 재료 상에 형성된 빗형 전극과, 상기 빗형 전극의 전극 핑거 상에 형성된 공극을 갖고, 상기 전극 핑거를 피복하도록 형성된 제1 유전체막을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스이다. 본 발명에 따르면, 빗형 전극의 전극 핑거를 피복하도록 제1 유전체막이 형성됨으로써, 주파수 온도 계수를 개선할 수 있다. 또한, 제1 유전체막이 빗형 전극의 전극 핑거 상에 공극을 가짐으로써, 삽입 손실을 개선할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 공극은 상기 전극 핑거간에도 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 삽입 손실을 한층 저감할 수 있다.
본 발명은, 압전 재료 상에 형성된 빗형 전극과, 상기 빗형 전극의 전극 핑거간의 적어도 일부에 공극을 갖고, 상기 전극 핑거를 피복하도록 형성된 유전체막을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스이다. 본 발명에 따르면, 빗형 전극의 전극 핑거를 피복하도록 제1 유전체막이 형성됨으로써, 주파수 온도 계수를 개선할 수 있다. 또한, 제1 유전체막이 빗형 전극의 전극 핑거간에 공극을 가짐으로써, 삽입 손실을 개선할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 공극은 상기 전극 핑거간에 연속하여 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 삽입 손실을 한층 저감할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 공극의 적어도 일부는 상기 전극 핑거에 접하여 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 삽입 손실을 한층 저감시킬 수 있다.
상기 구성에서, 상기 공극은 상기 전극 핑거의 상면에 접하고 있는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 삽입 손실을 한층 저감시킬 수 있다.
상기 구성에서, 상기 공극은 상기 전극 핑거의 상면 및 측면에 접하고 있는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 삽입 손실을 한층 저감시킬 수 있다.
상기 구성에서, 상기 압전 재료와 상기 전극 핑거간에 형성된 제2 유전체막을 구비하는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 주파수 온도 계수를 한층 개선할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 제2 유전체막은 상기 제1 유전체막과 동일한 재료로 이루어지는 구성으로 할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 제2 유전체막은 상기 제1 유전체막보다 유전률이 높은 재료로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 제2 유전체막을 형성하지 않은 경우와의 임피던스 차를 최소한으로 억제할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 제2 유전체막은 산화 알루미늄막인 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 제2 유전체막의 드라이 에칭이나 웨트 에칭 등의 에칭 내성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 탄성파 디바이스를 보다 용이하게 제조할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 제1 유전체막은 상기 전극 핑거간에서 상기 압전 재료와 접하고 있는 구성으로 할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 제1 유전체막 상에 형성된 제3 유전체막을 구비하는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 탄성 경계파를 이용한 탄성파 디바이스에 있어서도, 주파수 온도 계수 및 삽입 손실을 개선할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 제3 유전체막에서의 탄성파의 전반 속도는 상기 제1 유전체막의 탄성파의 전반 속도보다 빠른 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 탄성 경계파를 제1 유전체막에 가둘할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 제3 유전체막은 산화 알루미늄막인 구성으로 할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 압전 재료는 니오브산 리튬 또는 탄탈산 리튬을 함유하는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면 기계 전기 결합 계수가 커서, 삽입 손실을 저감할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 빗형 전극은 구리를 함유하는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 빗형 전극의 밀도가 커지기 때문에, 충분한 탄성파의 반사를 얻을 수 있다.
본 발명은, 전술한 탄성파 디바이스를 갖는 공진기이다. 본 발명에 따르면, 주파수 온도 계수 및 손실을 억제하는 것이 가능한 공진기를 제공할 수 있다.
본 발명은, 전술의 탄성파 디바이스를 갖는 필터이다. 본 발명에 따르면, 주파수 온도 계수 및 손실을 억제하는 것이 가능한 필터를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 주파수 온도 계수 및 손실을 억제하는 것이 가능한 탄성파 디바이스, 공진기 및 필터를 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
[실시예 1]
도 4의 (a)는 실시예 1에 따른 탄성파 디바이스를 갖는 공진기의 평면도, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 A-A' 단면도이다. LiNbO3(니오브산 리튬) 기판이나 LiTaO3(탄탈산 리튬) 기판 등인 압전 재료(10) 상에 구리로 이루어지는 전극(12)이 형성되어 있다. 전극(12)으로서 빗형 전극쌍 IDT0와 빗형 전극쌍 IDTO의 탄성파의 전반 방향의 양측에 형성된 반사기 R0가 형성되어 있다. 빗형 전극은 복수의 전극 핑거를 갖고, 도 4의 (b)의 전극(12)은 전극 핑거의 단면을 도시하고 있다. 전극(12)을 피복하도록 산화 실리콘막으로 이루어지는 제1 유전체막(14)이 형성되어 있다. 제1 유전체막(14) 상에는 산화 알루미늄막으로 이루어지는 제3 유전체막(16)이 형성되어 있다. 제1 유전체막(14)은, 전극(12)의 상면에 접하도록 공극(20a)을 갖는다. 공극(20a)은 예를 들면, 희생층을 이용하여 형성한다.
실시예 1에 따른 공진기의 삽입 손실을 시뮬레이션하였다. 도 5는 제1 유전체막(14)에 공극이 없는 비교예 1의 시뮬레이션에 이용한 구조를 도시하는 도면이다. 본 시뮬레이션에서는, 탄성파의 전반 방향과 기판 깊이 방향(전극(12)의 폭 방향)과의 2차원 모델로 빗형 전극의 0.5쌍만을 뽑아내어 주파수 특성을 계산하였다. 빗형 전극의 전극 핑거의 주기 λ를 2.084 ㎛로 한, 즉 0.5쌍의 폭으로서 1.042 ㎛로 하였다. 압전 재료(10)는 두께 10.6 ㎛의 30°Y 컷트 X 전반 LiNbO3, 전극(12)은 두께 0.2 ㎛의 구리, 제1 유전체막(14)은 두께 1.05 ㎛의 산화 실리콘(SiO2)막, 제3 유전체막(16)은 두께 2.0 ㎛의 산화 알루미늄(Al203)막으로 하였 다. 산화 실리콘막의 기계 공진 예도 Qm을 50으로 하고, 그 밖의 재료의 Qm은 1000으로 하였다.
도 6은 제1 유전체막(14)이 공극(20a)을 갖는 실시예 1의 시뮬레이션에 이용한 구조를 도시하는 도면이다. 도 5의 비교예 1에 대해, 제1 유전체막(14)은 전극(12) 상에 전극(12)의 상면에 접하도록 공극(20a)을 갖고 있다. 공극(20a)의 폭은 전극(12)과 동일한 폭이며, 공극(20a)의 높이를 ha로 하였다.
도 7은 비교예 1 및 실시예 1에 따른 공진기의 전극(12) 상의 공극(20a)의 높이 ha에 대한 공진점에서의 삽입 손실의 계산 결과를 나타내는 도면이다. 도 7을 참조로, 공극(20a)의 높이 ha가 0일 때, 즉 비교예 1일 때에 비해, 실시예 1과 같이 공극(20a)이 형성되면 삽입 손실은 작아진다. 공극(20a)의 높이 ha가 커지면 삽입 손실은 더 작아진다. 공극(20a)의 높이 ha가 100 ㎚일 때, 삽입 손실은 비교예 1의 약 절반으로 된다. 공극(20a)을 형성함으로써 삽입 손실이 저감한 이유는, 공극(20a)을 형성함으로써 전극(12)의 진동이 제1 유전체막(14)에 전해지기 어려워진다. 그 결과, Qm이 작은 제1 유전체막(14)을 전반하는 탄성파의 에너지가 저감한 것으로 생각된다.
[실시예 2]
실시예 2는, 전극(12)의 상면 외에 측면에도 공극을 갖는 예이다. 도 8은 실시예 2에 따른 공진기의 단면도이다. 실시예 1의 도 4에 대해, 제1 유전체막(14)이 전극(12)의 상면 및 측면에 접하는 공극(20b)을 갖고 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1의 도 4의 (b)와 동일하여 설명을 생략한다. 도 9는 실시예 2의 시 뮬레이션에 이용한 구조를 도시하는 도면이다. 전극(12)의 상면에 접하는 공극(20b)의 높이를 40 ㎚로 하고, 전극(12)의 측면에 접하는 공극(20b)의 폭 ha를 30 ㎚로 하였다.
도 10은 도 7에 실시예 2에 따른 공진기의 공진점에서의 삽입 손실을 도시한 도면이다. 도 10을 참조로, 전극(12)의 상면 외에 측면에도 접하도록 공극(20b)을 형성함으로써, 삽입 손실을 크게 개선할 수 있다.
[실시예 3]
실시예 3은 전극(12)간에 공극을 갖는 예이다. 도 11은 실시예 3에 따른 공진기의 단면도이다. 제1 유전체막(14)이 전극(12)간에 연속하여 공극(20c)을 갖고 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1의 도 4의 (b)와 동일하여 설명을 생략한다. 도 12는 실시예 3의 시뮬레이션에 이용한 구조를 도시하는 도면이다. 전극(12)간의 공극(20c)의 높이는 전극(12)과 동일하며 0.2 ㎛로 하였다.
도 13은 도 7에 실시예 3에 따른 공진기의 공진점에서의 삽입 손실을 도시한 도면이다. 도 13을 참조로, 전극(12)간에 연속적으로 공극(20c)을 형성함으로써, 삽입 손실을 개선할 수 있다.
[실시예 4]
실시예 4는 전극(12) 상에 제1 유전체막(14)의 일부를 통해 공극(20d)이 형성되어 있는 예이다. 도 14는 실시예 4에 따른 공진기의 단면도이다. 전극(12) 상에 제1 유전체막(14)의 일부를 통해 공극(20d)이 형성되어 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1의 도 4의 (b)와 동일하여 설명을 생략한다. 도 15는 실시예 4의 시뮬 레이션에 이용한 구조를 도시하는 도면이다. 전극(12) 상에는, 제1 유전체막(14)의 일부를 통해 공극(20d)이 형성되어 있다. 전극(12)과 공극(20d)간의 제1 유전체막(14)의 높이를 hd로 하였다. 공극(20d)의 높이 ha는 100 ㎚이며, 공극(20d)의 측면은 전극(12)의 측면보다 폭 wd만큼 내측에 형성되어 있다.
도 16의 (a) 및 도 16의 (b)는 실시예 4에 따른 공진기의 공진점에서의 삽입 손실을 도시하는 도면이다. 공극(20d)과 전극(12)간의 제1 유전체막(14)의 두께 hd를 크게 하면 삽입 손실은 악화한다. 또한, 전극(12)의 측면에 대해 공극(20d)이 내측에 형성된 오프셋 폭 wd를 크게 하면 삽입 손실은 악화한다. 그러나, 일점 쇄선으로 나타낸 비교예 1의 삽입 손실에 비하면 작다. 이와 같이, 공극(20d)은 전극(12)에 접하고 있지 않아도 삽입 손실은 저감한다. 또한, 공극(20d)의 측면은 전극(12)의 측면보다 내측으로 형성되어 있어도 삽입 손실은 저감한다.
실시예 1, 실시예 2 및 실시예 4와 같이, 전극(12) 상에 접하여 또는 제2 유전체막을 통해 형성된 공극(20)을 가짐으로써, Qm이 작은 제1 유전체막(14)을 전반하는 탄성파 에너지를 저감시킬 수 있다. 따라서, 공진기의 삽입 손실을 개선할 수 있다. 공극(20)은 모든 전극(12)(전극 핑거) 상에 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 일부의 전극(12) 상에 형성되어 있으면 제1 유전체막(14)을 전반하는 탄성파 에너지를 저감시킬 수 있다. 또한, 공극(20)은 전극(12)(전극 핑거)의 개구 길이 방향(전극(12)의 길이 방향)의 모두에 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 개구 길이 방향의 일부에 형성되어 있으면 제1 유전체막(14)을 전반하는 탄성파 에너지를 저감시킬 수 있다. 또한, 공극(20) 전극(12)의 탄성파의 전반 방향(전극 핑거 의 폭 방향)의 폭과 동일한 폭으로 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 실시예 4와 같이, 공극(20)이 전극(12)의 폭보다 좁게 형성되어 있어도 탄성파 에너지(2)를 저감시킬 수 있다.
실시예 2와 같이, 공극(20)은 전극(12)간에도 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 유전체막(14)을 전반하는 탄성파 에너지를 한층 저감시킬 수 있다. 따라서, 삽입 손실을 한층 저감시킬 수 있다.
실시예 1∼실시예 2와 같이, 공극(20)은 전극(12)에 접하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 공극(20)의 적어도 일부가 전극에 접하여 형성됨으로써, 제1 유전체막(14)을 전반하는 탄성파 에너지를 한층 저감시킬 수 있다. 따라서, 삽입 손실을 한층 저감시킬 수 있다.
특히 실시예 1과 같이, 공극(20a)은 전극(12)의 상면에 접하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 실시예 2와 같이, 공극(20b)은 전극(12)의 상면 및 측면에 접하고 있는 것이 보다 바람직하다. 도 16의 (a) 및 도 16의 (b)의 제1 유전체막의 두께 hd가 0인 경우와 유한인 경우의 비교와 같이, 공극(20)이 전극에 접하고 있음으로써, 삽입 손실을 한층 저감시킬 수 있다.
실시예 2 및 3과 같이, 전극(12)간의 적어도 일부에 공극(20)을 가짐으로써, Qm이 작은 제1 유전체막(14)을 전반하는 탄성파 에너지를 저감시킬 수 있다. 따라서, 공진기의 삽입 손실을 개선할 수 있다.
실시예 3과 같이 , 공극(20)은 전극(12)간에 연속하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 도 13과 같이, 삽입 손실을 저감할 수 있다.
공극(20)이 전극(12)에 접하고 있지 않은 경우, 공극(20)과 전극(12)간의 제1 유전체막(14)의 두께 hd는 모든 전극(12)에서 동일하지 않아도 된다. 또한, 동일한 전극(12)의 장소에 따라 두께 hd가 상이하여도 된다.
도 17은 실시예 1의 공극(20a)의 높이 ha에 대한 공진 주파수의 TCF의 계산 결과를 도시하는 도면이다. 일점 쇄선은 비교예 1의 제1 유전체막(14) 및 제3 유전체막(16)이 형성되어 있지 않은 SAW 디바이스의 TCF를 도시하고 있다. 실시예 1에 따른 공진기는, 탄성 표면파 디바이스를 갖는 공진기의 TCF인 -70 ppm/℃의 TCF에 대해서는 악화되어 있지 않지만, 비교예 1에 따른 공진기에 대해 TCF가 30 ppm/℃로부터 40 ppm/℃ 정도 악화되어 있다. 이와 같이, 제1 유전체막(14) 내에 공극을 형성하여, 삽입 손실을 개선하면，TCF가 비교예 1에 대해 악화되는 것을 알 수 있다.
[실시예 5]
도 18을 참조로, 실시예 5는 전극(12) 아래에 산화 실리콘막으로 이루어지는 제2 유전체막(18a)이 형성되어 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1의 도 4의 (b)와 동일하여 설명을 생략한다. 도 19는 실시예 5의 시뮬레이션에 이용한 구조를 도시하는 도면이다. 전극(12) 상에는, 실시예 1의 도 6과 마찬가지로, 제1 유전체막(14)은 높이 ha가 40 ㎚의 공극(20a)을 갖고 있다. 전극(12)과 압전 재료(10) 사이에는 제1 유전체막(14)과 동일한 재료인 산화 실리콘막으로 이루어지는 제2 유전체막(18a)이 형성되어 있다. 제2 유전체막(18a)의 두께는 hb이다. 비교예 1의 전극(12) 아래에 제2 유전체막(18a)을 형성한 비교예 2에 대해서도 마찬가지로 시뮬 레이션하였다.
도 20은, 제2 유전체막(18a)의 두께 hb에 대한 실시예 5 및 비교예 2에 따른 공진기의 공진점에서의 삽입 손실을 도시한 도면이다. 실시예 5 및 비교예 2의 두께 hb가 0인 경우가 각각 실시예 1 및 비교예 1에 상당한다. 실시예 5 및 비교예 2도 제2 유전체막(18a)의 두께 hb가 커지면, 삽입 손실은 저감한다.
도 21은, 제2 유전체막(18a)의 두께 hb에 대한 실시예 5 및 비교예 2에 따른 공진기의 공진 주파수의 TCF를 도시한 도면이다. 실시예 5 및 비교예 2도 제2 유전체막(18a)의 두께 hb가 커지면，TCF는 커진다. 실시예 5에서는, 제2 유전체막(18a)의 두께 hb가 커지면，TCF가 0에 근접하다. 도 20 및 도 21에 의하면, 실시예 5에서 제2 유전체막(18a)의 두께 hd를 두껍게 함으로써, 삽입 손실을 저감하고 또한 TCF의 절대값을 작게 할 수 있다.
도 22를 참조로, 실시예 5의 변형예 1에 따른 공진기는, 전극(12)과 압전 재료(10) 사이에 제2 유전체막(18b)으로서 예를 들면 산화 알루미늄막이 형성되어 있다. 제2 유전체막(18b)은 전극(12)간에는 형성되어 있지 않다. 즉, 제1 유전체막(14)은 전극(12)간에서 압전 재료(10)와 접하고 있다. 도 23을 참조로, 실시예 5의 변형예 2에 따른 공진기는, 전극(12)과 압전 재료(10) 사이에 제2 유전체막(18c)으로서 예를 들면 산화 알루미늄막이 형성되어 있다. 제2 유전체막(18e)은 전극(12)간에도 연속하여 형성되어 있다. 이와 같이, 제2 유전체막(18)은 전극(12)과 압전 재료(10) 사이에 형성되어 있으면 된다.
실시예 5 및 그 변형예에서는，압전 재료(10)와 전극(12) 사이에 제2 유전체 막(18)이 형성되어 있다. 이에 의해, 도 21 및 도 22와 같이, 삽입 손실 및 TCF를 저감할 수 있다.
실시예 5와 같이, 제2 유전체막(18)은 제1 유전체막(14)과 동일한 재료로 할 수도 있고, 실시예 5의 변형예 1 및 변형예 2와 같이, 서로 다른 재료로 할 수도 있다. 제2 유전체막(18) 및 압전 재료(10)로서 일반적인 재료를 이용하면, 제2 유전체막(18)의 유전률이 압전 재료(10)에 비해 매우 작다. 이 때문에, 제2 유전체막(18)을 형성함으로써 빗형 전극쌍 IDTO가 갖는 정전 용량이 저하하여 버린다. 빗형 전극쌍 IDTO의 정전 용량의 저하는, 탄성파 디바이스로서의 임피던스 부정합을 초래해 버린다. 따라서, 임피던스 부정합을 최소한으로 억제하기 위해, 제2 유전체막(18)의 유전률은 큰 것이 바람직하다. 따라서, 제2 유전체막(18)은 제1 유전체막(14)보다 유전률이 높은 재료로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제2 유전체막(18)을 산화 알루미늄막으로 하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 기계 전기 결합 계수의 제2 유전체막(18)의 막 두께 의존성을 작게 할 수 있다. 따라서, 제2 유전체막(18)의 막 두께의 변동에 기인한 탄성파 디바이스의 특성의 변동을 억제할 수 있다. 또한, 제2 유전체막(18)의 드라이 에칭이나 웨트 에칭 등의 에칭 내성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 탄성파 디바이스를 보다 용이하게 제조할 수 있다.
실시예 5는 실시예 1에 따른 탄성파 디바이스에 제2 유전체막(18)을 형성한 예이다. 실시예 2∼실시예 4 중 어느 하나의 탄성파 디바이스에 제2 유전체막(18)을 형성할 수도 있다. 이 경우도 실시예 5와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 실시예 1∼실시예 5는, 제1 유전체막(14) 상에 제3 유전체막(16)이 형성된 탄성 경계파를 이용한 탄성파 디바이스의 예이다. 도 2와 같이, 제3 유전체막(16)을 갖지 않은 러브파를 이용한 탄성파 디바이스에 있어서도, 실시예 1∼실시예 5와 같이 제1 유전체막(14)에 공극을 형성함으로써, 실시예 1∼실시예 5와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
제3 유전체막(16)에서의 탄성파의 전반 속도는 제1 유전체막(14)의 탄성파의 전반 속도보다 빠른 것이 바람직하다. 이에 의해, 탄성파를 제1 유전체막(14) 내에 가둘 수 있다.
또한, 제3 유전체막(16)은 산화 알루미늄막인 것이 바람직하다. 이에 의해, 제3 유전체막(16)을 용이하게 형성할 수 있다.
실시예 1∼실시예 5에서, 압전 재료(10)는 니오브산 리튬 또는 탄탈산 리튬을 함유하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 기계 전기 결합 계수를 크게 하여 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 전극(12)은 구리 등의 무거운 원소를 함유하는 것이 바람직하다. 전극(12)을 제1 유전체막(14)보다 밀도가 큰 원소로 구성함으로써, 전극(12)에 의한 충분한 탄성파의 반사를 얻을 수 있다.
[실시예 6]
실시예 6은 실시예 1∼실시예 5 중 어느 하나의 탄성파 디바이스를 이용한 래더형 필터의 예이다. 도 24를 참조로, 입력 단자 Tin과 출력 단자 Tout간에 직렬 공진기 S1로부터 S4가 형성되어 있다. 또한, 병렬로 병렬 공진기 P1 및 P2가 형성되어 있다. 실시예 6과 같이, 래더형 필터의 공진기에 실시예 1∼실시예 5 중 어느 하나의 공진기를 이용할 수 있다. 이에 의해, 저손실로 TCF가 작은 래더형 필터를 실현할 수 있다.
[실시예 7]
실시예 7은 실시예 1∼실시예 5 중 어느 하나의 공진기를 이용한 다중 모드형 필터의 예이다. 도 25를 참조로, 입력 단자 Tin이 입력 빗형 전극쌍 IDT1에 접속하고, 출력 단자 Tout가 2개의 출력 빗형 전극쌍 IDT2에 접속되어 있다. 입력 빗형 전극쌍 IDT1의 탄성파 전반 방향의 양측에 출력 빗형 전극쌍 IDT2가 배치되고, 출력 빗형 전극쌍 IDT2의 외측에 반사기 R0가 배치되어 있다. 실시예 7과 같이, 다중 모드형 필터의 공진기에 실시예 1∼실시예 5 중 어느 하나의 공진기를 이용할 수 있다. 이에 의해, 저손실로 TCF가 작은 2중 모드형 필터를 실현할 수 있다.
[실시예 8]
실시예 8은 실시예 1∼실시예 5 중 어느 하나의 공진기를 이용한 분파기의 예이다. 도 26을 참조로, 공통 단자 Ant와 송신 단자 Tx 사이에 송신 필터(31)가 형성되어 있다. 공통 단자 Ant와 수신 단자 Rx 사이에 수신 필터(32)가 형성되어 있다. 공통 단자 Ant와 수신 필터(32) 사이에는 정합 회로(30)가 형성되어 있다. 송신 필터(31)는 직렬 공진기 S11로부터 S14 및 병렬 공진기 P11 및 P12를 갖는 래더형 필터이다. 수신 필터(32)는 직렬 공진기 S21로부터 S24 및 병렬 공진기 P21로부터 P23을 갖는 래더형 필터이다. 이와 같이, 분파기에 실시예 1∼실시예 5 중 어느 하나의 공진기를 이용할 수도 있다. 이에 의해, 저손실로 TCF가 작은 분파기를 실현할 수 있다.
실시예 6∼실시예 8과 같이, 실시예 1∼실시예 5 중 어느 하나의 탄성파 디바이스를 이용하여 래더형 필터나 다중 모드 필터를 구성할 수 있다. 또한, 실시예 1∼실시예 5 중 어느 하나의 탄성파 디바이스를 이용한 필터로 분파기를 구성할 수도 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에서, 여러 가지의 변형ㆍ변경이 가능하다.
도 1의 (a)는, 종래의 탄성 표면파 디바이스를 이용한 공진기의 평면도, 도 1의 (b)는, 도 1의 (a)의 A-A' 단면도.
도 2는, 종래의 탄성 경계파를 이용한 탄성파 디바이스의 단면도.
도 3은, 종래의 러브파를 이용한 탄성파 디바이스의 단면도.
도 4의 (a)는, 실시예 1에 따른 탄성파 디바이스의 평면도, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 A-A' 단면도.
도 5는, 비교예 1에 따른 탄성파 디바이스의 시뮬레이션에 이용한 구조를 도시하는 도면.
도 6은, 실시예 1에 따른 탄성파 디바이스의 시뮬레이션에 이용한 구조를 도시하는 도면.
도 7은, 비교예 1 및 실시예 1의 공극 높이 hb에 대한 삽입 손실을 도시한 도면.
도 8은, 실시예 2에 따른 탄성파 디바이스의 단면도.
도 9는, 실시예 2에 따른 탄성파 디바이스의 시뮬레이션에 이용한 구조를 도시하는 도면.
도 10은, 실시예 2의 공극 높이 hb에 대한 삽입 손실을 도시한 도면.
도 11은, 실시예 3에 따른 탄성파 디바이스의 단면도.
도 12는, 실시예 3에 따른 탄성파 디바이스의 시뮬레이션에 이용한 구조를 도시하는 도면.
도 13은, 실시예 3의 공극 높이 hb에 대한 삽입 손실을 도시한 도면.
도 14는, 실시예 4에 따른 탄성파 디바이스의 단면도.
도 15는, 실시예 4에 따른 탄성파 디바이스의 시뮬레이션에 이용한 구조를 도시하는 도면.
도 16의 (a)는, 실시예 4의 공극 아래의 제1 유전체막의 두께 hd에 대한 삽입 손실을 도시한 도면, 도 16의 (b)는, 공극의 오프셋량 wd에 대한 삽입 손실을 도시한 도면.
도 17은, 비교예 1 및 실시예 1의 공극 높이 hb에 대한 TCF를 도시한 도면.
도 18은, 실시예 5에 따른 탄성파 디바이스의 단면도.
도 19는, 실시예 5에 따른 탄성파 디바이스의 시뮬레이션에 이용한 구조를 도시하는 도면.
도 20은, 비교예 2 및 실시예 5의 제2 유전체막의 두께에 대한 삽입 손실을 도시하는 도면.
도 21은, 비교예 2 및 실시예 5의 제2 유전체막의 두께에 대한 TCF를 도시하는 도면.
도 22는, 실시예 5의 변형예 1에 따른 탄성파 디바이스의 단면도.
도 23은, 실시예 5의 변형예 2에 따른 탄성파 디바이스의 단면도.
도 24는, 실시예 6에 따른 필터의 회로도.
도 25는, 실시예 7에 따른 필터의 평면도.
도 26은, 실시예 8에 따른 분파기의 회로도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 압전 재료
12 : 전극
14 : 제1 유전체막
16 : 제3 유전체막
18, 18a, 18b, 18c : 제2 유전체막
20, 20a, 20b, 20c, 20d : 공극
31 : 송신 필터
32 : 수신 필터

Claims (19)

  1. 압전 재료 상에 형성된 빗형 전극과,
    상기 빗형 전극의 전극 핑거 상에 형성된 공극을 갖고, 상기 전극 핑거를 피복하도록 형성된 제1 유전체막
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공극은 상기 전극 핑거간에도 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  3. 압전 재료 상에 형성된 빗형 전극과,
    상기 빗형 전극의 전극 핑거간의 적어도 일부에 공극을 갖고, 상기 전극 핑거를 피복하도록 형성된 유전체막
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 공극은 상기 전극 핑거간에 연속하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공극의 적어도 일부는 상기 전극 핑거에 접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공극은 상기 전극 핑거의 상면에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 공극은 상기 전극 핑거의 상면 및 측면에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  8. 제1항 내지 제3항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 재료와 상기 전극 핑거간에 형성된 제2 유전체막을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 유전체막은 상기 제1 유전체막과 동일한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 유전체막은 상기 제1 유전체막보다 유전률이 높은 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 유전체막은 산화 알루미늄막인 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 유전체막은 상기 전극 핑거간에서 상기 압전 재료와 접하고 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  13. 제1항 내지 제3항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유전체막 상에 형성된 제3 유전체막을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제3 유전체막에서의 탄성파의 전반 속도는 상기 제1 유전체막의 탄성파의 전반 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제3 유전체막은 산화 알루미늄막인 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  16. 제1항 내지 제3항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 재료는 니오브산 리튬 또는 탄탈산 리튬을 함유하는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  17. 제1항 내지 제3항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빗형 전극은 구리를 함유하는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  18. 제1항 내지 제3항 또는 제7항 중 어느 한 항의 탄성파 디바이스를 갖는 것을 특징으로 하는 공진기.
  19. 제1항 내지 제3항 또는 제7항 중 어느 한 항의 탄성파 디바이스를 갖는 것을 특징으로 하는 필터.
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