KR20080026061A - 탄성파 디바이스 및 필터 - Google Patents

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후지쓰 메디아 데바이스 가부시키가이샤
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Abstract

전기 기계 결합 계수를 정밀도 좋게 제어하는 것이 가능한 탄성파 디바이스 및 필터를 제공하는 것이다. 본 발명은, 압전 기판(12)과, 압전 기판 상에 형성된 제1 유전체(24)와, 제1 유전체 상에 형성된 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)과, 빗형 전극 및 반사 전극을 구성하는 전극 핑거를 구비하고, 제1 유전체가 인접하는 전극 핑거간에서 압전 기판의 표면이 노출되도록 분리되어 있고, 제1 유전체의 측면과 빗형 전극 및 반사 전극의 전극 핑거의 측면이 동일면에 형성되어 있는 탄성파 디바이스이다.
압전 기판, 빗형 전극, 반사 전극, 제1 유전체, 필터

Description

탄성파 디바이스 및 필터{ACOUSTIC WAVE DEVICE AND FILTER}
본 발명은, 탄성파 디바이스 및 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 기계 결합 계수를 정밀도 좋게 제어하는 것이 가능한 탄성파 디바이스 및 필터에 관한 것이다.
탄성파를 이용한 탄성파 디바이스의 하나로서, 압전 기판의 표면에 형성한 IDT(인터디지털 트랜스듀서)로 이루어지는 빗형 전극 및 반사 전극을 구비하고, 빗형 전극에 전력을 인가함으로써 여진한 탄성파를 이용하는 탄성 표면파 디바이스(종래예 1)는 잘 알려져 있다. 이 탄성 표면파 디바이스는, 소형 경량이고 고감쇠량을 얻을 수 있으므로, 휴대 전화 단말기의 송수신 필터나 안테나 분파기 등에 널리 사용되어 있다.
도 1의 (a)는 종래예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스의 상시도이며, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 A-A간의 단면도이다. 도 1의 (b)를 참조로, 예를 들면 탄탈산 리튬(LiTaO3)으로 이루어지는 압전 기판(12) 상에 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)이 형성되어 있다. 여기서, 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)의 전극 핑거의 수를 수개로 도시하고 있지만, 실제는 다수 형성되어 있다(이하, 종래예에서 마찬가지임).
또한, 종래예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스의 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)을 덮도록 예를 들면 산화 실리콘(SiO2)막으로 이루어지는 보호막(18)이 형성된 탄성 표면파 디바이스(종래예 2)도 개발되어 있다(도 2 참조). 여기서, 보호막(18)의 막 두께는 빗형 전극의 주기 λ의 수 ％ 이하로 얇다.
또한, 종래예 2에 따른 탄성 표면파 디바이스와 같이 보호막(18)이 얇은 경우 외에, 보호막(18)이 빗형 전극(14)보다도 두꺼운 탄성파 디바이스가 개발되어 있다. 예를 들면, 러브파라고 불리는 탄성파가 전반되는 탄성파 디바이스(러브파 디바이스, 종래예 3)나 경계파라고 불리는 탄성파가 전반되는 탄성파 디바이스(경계파 디바이스, 종래예 4)가 있다. 러브파 디바이스나 경계파 디바이스는, 보호막(18)에 압전 기판(12)과 역부호의 온도 계수를 갖는 물질을 선택하고, 주파수의 온도 특성의 보상을 위해 이용하는 경우가 있다. 또한, 경계파 디바이스는, 서로 다른 2개의 매질의 경계를 탄성파가 전반함하는 것으로, 이에 따르면 2개의 매질의 외표면에 이물질 등이 부착되어도 주파수 변동이나 전기적 손실 특성에 영향을 주지 않는 이점이 있다.
도 3은 종래예 3에 따른 러브파 디바이스의 단면도이다. 도 3을 참조로, 압전 기판(12) 상에 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)이 형성되어 있다. 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)을 덮도록 산화 실리콘막(20)이 형성되어 있다.
도 4는 종래예 4에 따른 경계파 디바이스의 단면도이다. 도 4를 참조로, 종래예 3에 따른 러브파 디바이스의 산화 실리콘막(20) 상에 예를 들면 산화 알루미늄(Al2O3)막(22)을 형성한 구조를 하고 있다. 종래예 4에 따른 경계파 디바이스는, 탄성파의 에너지가 압전 기판(12) 표면과 산화 실리콘막(20)에 갇히는 것이 특징이다.
이들 탄성파 디바이스에서는, 전기 기계 결합 계수에 의해 공진 주파수와 반공진 주파수의 주파수 간격이 결정된다. 따라서, 래더형 필터나 2중 모드 필터 등의 경우에서는, 전기 기계 결합 계수에 의해 통과 대역 폭이 정해진다. 따라서, 원하는 통과 대역을 얻기 위해서는, 그에 맞춘 전기 기계 결합 계수를 갖는 압전 기판을 선택할 필요가 있지만, 압전 기판의 종류는 그만큼 많지 않다. 이 때문에, 종래부터 전기 기계 결합 계수를 제어하는 다양한 방법이 생각되고 있다. 여기서, 전기 기계 결합 계수라고 함은, 전기 에너지로부터 압전 에너지로의 변환 효율의 것을 말하며, 일반적으로 전기 기계 결합 계수가 클수록 전기 신호에 의한 탄성파의 여기가 쉽게 이루어진다.
특허 문헌 1에는, 빗형 전극과 압전 기판 사이에 산화 티탄(TiO2)막을 형성하는 기술이 개시되어 있다. 산화 티탄막의 막 두께를 두껍게 함으로써 전기 기계 결합 계수를 작게 할 수 있다. 특허 문헌 2에는, 압전 기판의 표면에 아르곤(Ar) 등을 이온 주입함으로써 압전성을 제어하는 기술이 개시되어 있다. 이에 의해, 전기 기계 결합 계수를 작게 할 수 있다. 특허 문헌 3에는, 빗형 전극과 압전 기판 사이에 압전 기판의 전기 기계 결합 계수보다 큰 전기 기계 결합 계수를 갖는 압전성 박막을 형성함으로써, 전기 기계 결합 계수를 크게 하는 기술이 개시되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 소52-16146호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평6-303073호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 평11-31942호 공보
그러나, 예를 들면 특허 문헌 1에 개시되어 있는 전기 기계 결합 계수를 제어하는 방법은, 산화 티탄막의 막 두께가 0.00016λ∼0.047λ로 규정되어 있다. 휴대 전화 단말기 등에 이용되는 탄성파 디바이스에 일반적으로 사용되는 36도 Y 컷트 X 전반의 탄탈산 리튬의 압전 기판으로, 1.9㎓대의 필터를 제작하는 경우의 빗형 전극의 주기 λ는 2㎛로 된다. 이 때의 0.00016λ는 0.32㎚로 되고, 막 두께가 매우 지나치게 얇기 때문에 프로세스로서 현실적이지 않다. 또한, 산화 티탄막의 막 두께 변화에 대한 전기 기계 결합 계수의 변화가 매우 크기 때문에, 전기 기계 결합 계수를 제어하는 것이 어렵다고 하는 과제가 있다.
또한, 예를 들면 특허 문헌 2에 개시되어 있는 전기 기계 결합 계수를 제어하는 방법은, 이온 주입이라고 하는 대규모의 설비가 필요하고, 또한 이온 주입의 주입 깊이의 제어가 곤란하기 때문에 전기 기계 결합 계수를 제어하는 것이 어렵다고 하는 과제가 있다.
또한, 예를 들면 특허 문헌 3에 개시되어 있는 전기 기계 결합 계수를 제어 하는 방법은, 압전성 박막의 막 두께를 제어하는 것이 어렵다고 하는 과제가 있다.
이들과 같이, 특허 문헌 1로부터 특허 문헌 3에서 개시되어 있는 종래의 방법에서는, 전기 기계 결합 계수의 제어가 어렵다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 전기 기계 결합 계수의 제어를 정밀도 좋게 행하는 것이 가능한 탄성파 디바이스 및 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 압전 기판과, 상기 압전 기판 상에 형성된 제1 유전체와, 상기 제1 유전체 상에 형성된 탄성파를 여진하는 전극과, 상기 전극을 구성하는 전극 핑거를 구비하고, 상기 제1 유전체가 인접하는 상기 전극 핑거간에서 적어도 일부가 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스이다. 본 발명에 따르면, 제1 유전체의 막 두께에 대한 전기 기계 결합 계수의 변화를 완만하게 할 수 있기 때문에, 전기 기계 결합 계수의 제어를 정밀도 좋게 행하는 것이 가능한 탄성파 디바이스를 제공할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 제1 유전체의 측면과 상기 전극 핑거의 측면이 동일면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 제조 공정을 간략화할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 전극을 덮도록 형성된 제2 유전체를 구비하고, 상기 제1 유전체의 비유전률이 상기 제2 유전체의 비유전률보다 큰 것을 특징으로 하는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 전기 기계 결합 계수의 제어를 보다 정밀 도 좋게 행할 수 있고, 또한 프로세스를 보다 용이하게 행할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 제1 유전체 상면으로부터의 상기 제2 유전체의 막 두께가 상기 제1 유전체 상면으로부터의 상기 전극의 막 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 러브파 및 경계파라고 불리는 탄성파가 전반되는 탄성파 디바이스를 제공할 수 있다.
상기 구성에서, 제1 유전체는 산화 알루미늄막 및 질화 실리콘막 중 어느 한쪽이며, 상기 제2 유전체는 산화 실리콘막인 것을 특징으로 하는 구성으로 할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 제2 유전체 상에 제3 유전체를 구비하고, 상기 제3 유전체의 음속이 상기 제2 유전체의 음속보다 빠른 것을 특징으로 하는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 탄성파의 에너지가 압전 기판 표면과 제2 유전체에 갇히게 된 경계파라고 불리는 탄성파가 전반되는 탄성파 디바이스를 제공할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 제3 유전체는 산화 알루미늄막인 것을 특징으로 하는 구성으로 할 수 있다.
상기 구성에서，전압 기판은 니오븀산 리튬 및 탄탈산 리튬 중 어느 한쪽인 것을 특징으로 하는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 큰 전기 기계 결합 계수를 얻을 수 있어, 전기 기계 결합 계수의 조정 범위를 넓게 취할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 탄성파 디바이스를 갖는 것을 특징으로 하는 필터인 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 전기 기계 결합 계수의 제어를 정밀도 좋 게 행할 수 있고, 통과 대역의 상승이 급준하여 협 통과 대역 폭을 갖는 필터를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전기 기계 결합 계수의 제어를 정밀도 좋게 행하는 것이 가능한 탄성파 디바이스 및 필터를 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 또한, 실시예의 도면에서, 빗형 전극 및 반사 전극의 전극 핑거의 수는 수개로 도시하고 있지만, 실제의 전극 핑거는 다수 형성되어 있다. 여기서, 전극 핑거라고 함은 빗형 전극의 1개 1개를 말한다. 또한 편의상, 반사 전극의 1개 1개의 것도 전극 핑거라고 부르는 것으로 한다.
<실시예 1>
도 5는 비교예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스의 단면도이며, 도 6은 실시예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스의 단면도이다. 도 5를 참조로, 비교예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스는, 예를 들면 30도 Y 컷트 X 전반의 니오븀산 리튬(LiNbO3)인 압전 기판(12) 상에 예를 들면 산화 알루미늄막인 제1 유전체(24)가 형성되어 있다. 제1 유전체(24) 상에는 예를 들면 두께 190㎚의 구리(Cu)로 이루어지는 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)이 형성되어 있다.
도 6을 참조로, 실시예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스는, 도 5에 도시한 비 교예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스와 마찬가지의 구성을 하고 있지만, 비교예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스와의 차이는, 제1 유전체(24)가 인접하는 전극 핑거간에서 분리되어 있고, 제1 유전체(24)의 측면과 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)의 측면이 동일면에 형성되어 있는 것이다. 여기서, 분리라고 함은 전극 핑거간에서 압전 기판(12)의 표면이 노출되어 있는 상태를 말한다.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스에서, 산화 알루미늄막인 제1 유전체(24)의 막 두께 변화에 대한 전기 기계 결합 계수의 변화를 나타내고 있다. 도 7에서, 전기 기계 결합 계수는 유한 요소법을 이용하여 반공진 주파수 fa - 공진 주파수 fr로부터 구하고 있고, 제1 유전체(24)의 막 두께가 0㎚일 때의 전기 기계 결합 계수를 100％로 하고 있다. 또한，이 때의 빗형 전극(14) 부분의 쌍수는 200쌍이고 개구 길이는 19.3λ이며, 빗형 전극(14)의 주기 λ는 2.084㎛이다. 여기서, 쌍수라고 함은 입출력 단자에 접속하고 있는 빗형 전극을 예로 하여, 입력 전극측의 전극 핑거 1개와 출력 전극측의 전극 핑거 1개의 쌍을 1쌍이라고 하고, 그 쌍의 수이다. 또한, 개구 길이라고 함은 입력 전극측의 전극 핑거와 출력 전극측의 전극 핑거가 교차하는 길이이다.
도 7로부터, 제1 유전체(24)의 막 두께 변화에 대한 전기 기계 결합 계수의 변화는, 실시예 1의 쪽이 비교예 1에 비해 작다. 막 두께 변화에 대한 전기 기계 결합 계수의 변화가 작은 쪽이, 프로세스에서의 막 두께 변동에 대한 전기 기계 결합 계수의 변화가 작아지므로, 전기 기계 결합 계수의 제어를 정밀도 좋게 행할 수 있다. 따라서, 제1 유전체(24)가 인접하는 전극 핑거간에서 분리되어 있고, 제1 유전체(24)의 측면과 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)의 측면이 동일면에 형성되어 있는 실시예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스는, 제1 유전체(24)가 압전 기판(12) 상의 전체면에 형성되어 있는 비교예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스에 비해, 전기 기계 결합 계수의 제어를 정밀도 좋게 행할 수 있다.
또한, 도 7로부터, 제1 유전체(24)의 막 두께가 약 50㎚(약 0.024λ) 이하에서는, 동일한 정도의 전기 기계 결합 계수를 얻기 위한 막 두께는, 실시예 1의 쪽이 비교예 1에 비해 두꺼워지는 것을 알 수 있다. 막 두께가 어느 정도 두꺼운 쪽이 프로세스에서 막 두께의 제어성이 용이하게 된다. 따라서, 실시예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스는 비교예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스에 비해, 막 두께 제어의 관점으로부터 프로세스를 용이하게 행할 수 있다.
실시예 1에서는, 제1 유전체(24)는 산화 알루미늄막인 예를 나타냈지만, 질화 실리콘막이나 산화 티탄막이나 산화 실리콘막 등 그 밖의 물질이어도 된다.
또한, 실시예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스의 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)을 예를 들면 산화 실리콘막인 보호막이 덮여 있는 탄성 표면파 디바이스에서도, 실시예 1과 마찬가지로, 전기 기계 결합 계수의 제어를 정밀도 좋게 행할 수 있고, 또한 막 두께 제어의 관점으로부터 프로세스를 용이하게 행할 수 있다.
<실시예 2>
도 8은 실시예 2에 따른 탄성 표면파 디바이스의 단면도이다. 도 8을 참조로, 예를 들면 니오븀산 리튬인 압전 기판(12) 상에 예를 들면 산화 알루미늄막인 제1 유전체(24)가 형성되어 있다. 제1 유전체(24) 상에는 예를 들면 구리로 이루 어지는 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)이 형성되어 있다. 제1 유전체(24)는 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)의 인접하는 전극 핑거간에서 분리되어 있다. 여기서, 분리라고 함은 실시예 1에서 설명하고 있는 것과 마찬가지의 의미이다. 또한, 실시예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스와의 차이는, 제1 유전체(24)의 측면과 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)의 측면이 동일면에 형성되지 않고, 탄성 표면파 전반 방향의 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)의 폭과 제1 유전체(24)의 폭이 다른 점이다.
실시예 2에 따르면, 제1 유전체(24)가 압전 기판(12) 상 전체면에 형성되어 있는 비교예 1에 비해, 제1 유전체(24)의 막 두께 변화에 대한 전기 기계 결합 계수의 변화가 완만해진다. 따라서, 실시예 2에 따른 탄성 표면파 디바이스는 비교예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스에 비해 전기 기계 결합 계수의 제어를 정밀도 좋게 행할 수 있다.
또한, 실시예 2에 따른 탄성 표면파 디바이스와 실시예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스는 모두, 비교예 1에 비해 전기 기계 결합 계수의 제어를 정밀도 좋게 행할 수 있지만, 실시예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스는 1회의 에칭에 의해 빗형 전극(14), 반사 전극(16) 및 제1 유전체(24)를 형성할 수 있다(즉 제1 유전체(24)의 패턴은 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)의 패턴으로 획정된다). 이 때문에, 프로세스 공정의 간략화의 관점으로부터, 실시예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스 쪽이, 실시예 2에 따른 탄성 표면파 디바이스에 비해 바람직하다.
또한, 실시예 2에 따른 탄성 표면파 디바이스의 빗형 전극(14) 및 반사 전 극(16)을 예를 들면 산화 실리콘막인 보호막이 덮여 있는 탄성 표면파 디바이스나 경계파가 전반되는 탄성파 디바이스나 러브파가 전반되는 탄성파 디바이스인 경우라도, 실시예 2와 같이 인접하는 전극 핑거간에서 제1 유전체(24)를 분리함으로써, 실시예 2와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 여기서, 경계파 및 러브파가 전반되는 탄성파 디바이스에서의 분리라고 함은, 후술하는 실시예 3에서 설명하는 분리를 말한다.
<실시예 3>
도 9는 비교예 3에 따른 탄성파 디바이스의 단면도이며, 도 10은 실시예 3에 따른 탄성파 디바이스의 단면도이다. 도 9를 참조로, 비교예 3에 따른 탄성파 디바이스는, 예를 들면 30도 Y 컷트 X 전반의 니오븀산 리튬인 압전 기판(12) 상에 제1 유전체(24)가 형성되어 있다. 제1 유전체(24) 상에는 예를 들면 두께 190㎚의 구리인 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)이 형성되어 있다. 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)을 덮도록 예를 들면 두께 1050㎚의 산화 실리콘막인 제2 유전체(26)이 형성되어 있다. 제2 유전체(26) 상에는 예를 들면 두께 2㎛의 산화 알루미늄인 제3 유전체(28)가 형성되어 있다.
도 10을 참조로, 실시예 3에 따른 탄성파 디바이스는, 도 9에 도시한 비교예 3에 따른 탄성파 디바이스와 마찬가지의 구성을 하고 있지만, 비교예 3에 따른 탄성파 디바이스와의 차이는, 제1 유전체(24)가 인접하는 전극 핑거간에서 분리되어 있고, 제1 유전체(24)의 측면과 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)의 측면이 동일면에 형성되어 있는 것이다. 여기서, 분리라고 함은 인접하는 전극 핑거간에서 제2 유전체(26)와 압전 기판(12)이 접하고 있는 상태를 말한다.
도 11은, 도 9에 도시한 비교예 3에 따른 탄성파 디바이스에서, 제1 유전체(24)에 산화 실리콘막(비유전률은 4.2 정도)을 이용한 경우와 산화 실리콘막보다 비유전률이 큰 산화 알루미늄막 두께(비유전률은 9.0 정도)를 이용한 경우의, 제1 유전체(24)의 막 두께 변화에 대한 전기 기계 결합 계수의 변화를 나타내고 있다. 도 11에서, 전기 기계 결합 계수는 도 7과 마찬가지의 방법으로부터 구하고 있고, 도 7에서 설명되어 있으므로, 여기서는 설명을 생략한다.
도 12는 실시예 3 및 비교예 3에 따른 탄성파 디바이스에서, 제1 유전체(24)에 산화 알루미늄막을 이용한 경우의 제1 유전체(24)의 막 두께 변화에 대한 전기 기계 결합 계수의 변화를 나타내고 있다. 도 12에서, 전기 기계 결합 계수는 도 7과 마찬가지의 방법으로부터 구하고 있고, 도 7에서 설명되어 있으므로, 여기서는 설명을 생략한다.
도 13은 실시예 3 및 비교예 3에 따른 탄성파 디바이스에서, 제1 유전체(24)에 산화 알루미늄막을 이용한 경우의 제1 유전체(24)의 막 두께 변화에 대한 주파수 변화를 나타내고 있다. 도 13에서, 주파수는 유한 요소법에 의해 구하고 있다.
도 11로부터, 제1 유전체(24)의 막 두께가 약 40㎚(약 0.02λ) 이하에서는, 산화 알루미늄막 쪽이 산화 실리콘막에 비해 제1 유전체(24)의 막 두께 변화에 대한 전기 기계 결합 계수의 변화가 완만한 것을 알 수 있다. 또한, 동일한 정도의 전기 기계 결합 계수를 얻기 위해 필요한 막 두께는, 산화 알루미늄막 쪽이 산화 실리콘막에 비해 두꺼워지는 것을 알 수 있다. 따라서, 제1 유전체(24)에 비유전 률이 큰 산화 알루미늄막을 이용한 쪽이 산화 실리콘막을 이용한 경우에 비해, 전기 기계 결합 계수의 제어를 정밀도 좋게 행할 수 있고, 또한 막 두께 제어의 관점으로부터 프로세스를 용이하게 행할 수 있다.
또한, 산화 실리콘막에서 막 두께가 약 40㎚(약 0.02λ) 이상일 때에 전기 기계 결합 계수가 다시 커지는 것은, 산화 실리콘막의 막 두께가 두꺼워짐으로써, 압전 기판으로부터 전기 기계 결합 계수에 주는 영향보다도 산화 실리콘막으로부터 전기 기계 결합 계수에 주는 영향 쪽이 커지기 때문이다. 그 때문에, 탄성파의 영향에 관해서도 산화 실리콘막의 영향이 커져, 산화 실리콘막의 기계적 공진 첨예도의 영향이 생긴다. 일반적으로 성막한 산화 실리콘막의 공진 첨예도(Q값)는, 단결정인 압전 기판의 Q값보다 나쁘기 때문에, 산화 실리콘막의 두께를 약 40㎚(약 0.02λ) 이상으로 두껍게 하는 것은 바람직하지 않다.
또한, 휴대 전화 단말기 등에 사용되고 있는 일반적인 탄성파 필터는, 압전 기판에 36도 Y 컷트 X 전반의 탄탈산 리튬을 이용한 탄성파 디바이스를 사용하고 있다. 이 경우의 전기 기계 결합 계수와 동일한 정도의 전기 기계 결합 계수를 얻기 위해서는, 도 11로부터 산화 실리콘막의 경우에는 막 두께를 약 10㎚(약 0.005λ)로 하고, 산화 알루미늄막의 경우에는 막 두께를 약 20㎚(약 0.01λ)로 하는 것이 바람직하다.
도 11에서는, 제1 유전체(24)가 압전 기판(12) 상의 전체면에 형성되어 있는 비교예 3에 따른 탄성파 디바이스에서, 제1 유전체(24)에 산화 알루미늄막과 산화 실리콘막을 이용한 경우의, 제1 유전체(24)의 막 두께 변화에 대한 전기 기계 결합 계수의 변화를 나타냈지만, 제1 유전체(24)가 인접하는 전극 핑거간에서 분리되어 있고, 제1 유전체(24)의 측면과 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)의 측면이 동일면에 형성되어 있는 실시예 3에 따른 탄성파 디바이스의 경우라도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
도 12로부터, 제1 유전체(24)의 막 두께 변화에 대한 전기 기계 결합 계수의 변화는, 실시예 3의 쪽이 비교예 3에 비해 작은 것을 알 수 있다. 따라서, 실시예 3에 따른 탄성파 디바이스는, 비교예 3에 따른 탄성파 디바이스에 비해, 전기 기계 결합 계수의 제어를 정밀도 좋게 행할 수 있다.
또한, 도 12로부터, 동일한 정도의 전기 기계 결합 계수를 얻기 위한 막 두께는, 실시예 3의 쪽이 비교예 3에 비해 두꺼워지는 것을 알 수 있다. 따라서, 실시예 3에 따른 탄성파 디바이스는 비교예 3에 따른 탄성파 디바이스에 비해, 막 두께 제어의 관점으로부터 프로세스를 용이하게 행할 수 있다.
또한, 휴대 전화 단말기 등에 사용되고 있는 일반적인 탄성 표면파 필터는, 압전 기판에 36도 Y 컷트 X 전반의 탄탈산 리튬을 이용한 탄성파 디바이스를 사용하고 있다. 이 경우의 전기 기계 결합 계수와 동일한 정도의 전기 기계 결합 계수를 얻기 위해서는, 도 12로부터 실시예 3의 경우에는 산화 알루미늄인 제1 유전체(24)의 막 두께를 약 30㎚(약 0.015λ)로 하고, 비교예 3의 경우에는 막 두께를 약 20㎚(약 0.01λ)로 하는 것이 바람직하다.
도 13으로부터, 제1 유전체(24)의 막 두께 변화에 대한 주파수 변화는, 실시예 3의 쪽이 비교예 3에 비해 작은 것을 알 수 있다. 제1 유전체(24)의 막 두께를 변화시켰을 때에 주파수가 변화되는 것은, 제1 유전체(24)인 산화 알루미늄막의 음속이 제2 유전체(26)인 산화 실리콘막의 음속보다 빠르므로, 제1 유전체(24)의 산화 알루미늄막의 막 두께를 변화시키면 경계파의 속도가 변하기 때문이다. 실시예 3과 같이 제1 유전체(24)를 전극 핑거간에서 분리한 경우에는, 비교예 3과 같이 제1 유전체(24)가 압전 기판(12) 상 전체면에 있는 경우에 비해, 경계파 전반 방향의 제1 유전체(24)의 폭이 작아진다. 이 때문에, 제1 유전체(24)의 경계파의 속도에 주는 영향이, 실시예 3은 비교예 3에 비해 작아진다. 따라서, 제1 유전체(24)의 막 두께 변화에 대한 주파수 변화가, 실시예 3은 비교예 3에 비해 작아진다. 따라서, 실시예 3에 따른 탄성파 디바이스는, 비교예 3에 따른 탄성파 디바이스에 비해, 주파수를 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
도 13에서는, 실시예 3 및 비교예 3에 따른 탄성파 디바이스에서의 예를 나타냈지만, 실시예 1 및 비교예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스에서도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스의 탄성 표면파 전반 방향의 제1 유전체(24)의 폭은, 실시예 2에 따른 탄성 표면파 디바이스의 제1 유전체(24)의 폭에 비해 작다. 이 때문에, 실시예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스는, 실시예 2에 따른 탄성 표면파 디바이스에 비해, 제1 유전체(24)의 막 두께 변화에 대한 주파수 변화가 작아진다. 따라서, 주파수의 제어 정밀도의 관점으로부터, 실시예 1에 따른 탄성 표면파 디바이스의 쪽이 실시예 2에 따른 탄성 표면파 디바이스보다 바람직하다. 또한, 경계파 및 러브파가 전반되는 탄성파 디바이스에 대해서도 마 찬가지의 이유로부터, 탄성파 전반 방향의 제1 유전체(24)의 폭이 작은 실시예 3에 따른 탄성파 디바이스가 바람직하다.
실시예 3에서는, 제2 유전체(26)는 산화 실리콘막인 예를 나타냈다. 제2 유전체(26)는 그 밖의 물질이어도 되지만, 주파수의 온도 특성의 개선을 도모하는 관점으로부터 산화 실리콘막이 바람직하다. 또한, 제1 유전체(24)로부터의 제2 유전체(26)의 막 두께가 제1 유전체(24)로부터의 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)의 막 두께보다 두껍게 하는 것이 바람직하다. 특히, 경계파의 에너지가 압전 기판(12)표면과 제2 유전체(26)에 갇히기 때문에, 제2 유전체(26)의 막 두께를 0.1λ∼1.0λ정도로 하는 것이 바람직하다. 여기서 λ라고 함은, 빗형 전극(14)의 주기이다.
또한, 실시예 3에서는, 제1 유전체(24)는 산화 알루미늄막인 예를 나타냈지만, 그 밖의 물질이어도 된다. 특히, 전기 기계 결합 계수의 제어가 정밀도 좋게 할 수 있고, 또한 막 두께 제어의 관점으로부터 프로세스를 용이하게 행할 수 있기 때문에, 제1 유전체(24)의 비유전률이 제2 유전체(26)의 비유전률보다 큰 물질이 바람직하다. 따라서, 질화 실리콘막 등의 비유전률이 큰 물질이 바람직하다.
또한, 실시예 3에서는, 제3 유전체(28)는 산화 알루미늄막인 예를 나타냈지만, 탄성 경계파의 에너지가 압전 기판(12) 표면과 제2 유전체(26)에 갇히도록 하는, 제2 유전체(26)보다 음속이 빠른 물질이면, 실리콘막이나 질화 실리콘막 등 다른 물질이어도 된다.
또한, 실시예 3에서는, 경계파가 전반되는 탄성파 디바이스를 예로 나타냈지만, 러브파가 전반되는 탄성파 디바이스인 경우도, 실시예 3과 마찬가지로, 전기 기계 결합 계수의 제어를 정밀도 좋게 행할 수 있고, 또한 막 두께 제어의 관점으로부터 프로세스를 용이하게 행할 수 있다. 여기서, 러브파가 전반되는 탄성파 디바이스가 실시예 3에 따른 경계파가 전반되는 탄성파 디바이스와 다른 점은, 제3 유전체(28)가 형성되어 있지 않은 점이다. 또한，러브파가 전반되는 탄성파 디바이스인 경우도, 주파수의 온도 특성의 개선을 도모하는 관점으로부터 제2 유전체(26)에 산화 실리콘막을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 유전체(24)로부터의 제2 유전체(26)의 막 두께는, 제1 유전체(24)로부터의 빗형 전극(14) 및 반사 전극(16)의 막 두께보다 두껍게 하는 것이 바람직하다. 특히, 주파수의 온도 특성의 개선을 도모하는 관점으로부터, 제2 유전체(26)의 막 두께를 0.1λ∼0.3λ 정도로 하는 것이 바람직하다.
실시예 1∼실시예 3에서는, 제1 유전체(24)가 인접하는 전극 핑거간의 개구 길이 방향으로 완전하게 분리되어 있는 예를 나타냈지만, 인접하는 전극 핑거간의 개구 길이 방향의 일부에서 제1 유전체(24)가 연결되어 있어도(즉 인접하는 전극 핑거간에서 제1 유전체(24)의 적어도 일부가 분리되어 있으면), 압전 기판(12) 상 전체면에 제1 유전체(24)가 있는 비교예 1 및 비교예 3의 경우에 비해, 제1 유전체(24)의 막 두께 변화에 대한 전기 기계 결합 계수의 변화를 완만하게 할 수 있다. 여기서, 개구 길이 방향이라 함은, 탄성파가 전반되는 방향과 수직한 방향을 말한다.
실시예 1∼실시예 3에서는, 제1 유전체(24)는 산화 알루미늄막인 예를 나타냈다. 산화 알루미늄막은 드라이에칭의 에칭 내성이 강하기 때문에, 제1 유전 체(24)를 드라이에칭에 의해 형성하는 경우에, 언더컷을 적게 할 수 있다. 이 때문에, 특성의 변동을 억제할 수 있다.
실시예 1∼실시예 3에서는, 압전 기판(12)은 니오븀산 리튬인 예를 나타냈지만, 그 밖의 압전 물질이어도 된다. 특히, 제1 유전체(24)의 막 두께를 두껍게 함으로써 전기 기계 결합 계수를 작게 하는 방향으로 전기 기계 결합 계수의 제어를 행하므로, 전기 기계 결합 계수가 큰 물질이면 조정 범위를 넓게 취할 수 있기 때문에, 탄탈산 리튬 등의 전기 기계 결합 계수가 큰 물질이 바람직하다.
<실시예 4>
도 14는 실시예 4에 따른 필터의 모식도이다. 도 14를 참조로, 래더형 필터(30)는 3개의 1 포트 공진기(32)를 직렬로 접속한 직렬 아암 공진기와 2개의 1 포트 공진기(32)를 직렬 아암 공진기에 대해 병렬로 접속한 병렬 아암 공진기를 갖고 있다. 1 포트 공진기(32)는 한 쌍의 반사 전극 R1과 이들 사이에 형성된 빗형 전극 IDT1로 구성되어 있다. 여기서, 1 포트 공진기(32)는 실시예 1∼실시예 3 중 어느 하나에 따른 탄성파 디바이스이다. 래더형 필터(30)의 일단은 예를 들면 입력 단자인 제1 단자(40)에 접속되고, 타단은 예를 들면 출력 단자인 제2 단자(42)에 접속되어 있다.
<실시예 5>
도 15는 실시예 5에 따른 필터의 모식도이다. 도 15를 참조로, 3개의 IDT로 이루어지는 2중 모드 필터로 구성되는 필터(34)는 2개의 2중 모드 필터(36)를 갖고 있다. 2중 모드 필터(36)는 한 쌍의 반사 전극(R2)과 이들 사이에 형성된 빗형 전 극 IDT2, IDT3 및 IDT4로 이루어진다. 한쪽의 2중 모드 필터(36)의 IDT3에는 예를 들면 입력 단자인 제1 단자(40)가 접속되고, 다른 쪽의 2중 모드 필터(36)의 IDT3에는 예를 들면 출력 단자인 제2 단자(42)가 접속되어 있다. 여기서, 2중 모드 필터(36)는 실시예 1∼실시예 3 중 어느 하나에 따른 탄성파 디바이스이다. 2개의 2중 모드 필터(36)는 서로의 IDT2 및 서로의 IDT4를 접속함으로써 직렬로 접속되어 있다.
<실시예 6>
도 16은 실시예 6에 따른 필터의 모식도이다. 도 16을 참조로, 1 포트 공진기와 2중 모드 필터를 조합한 필터(38)는, 1 포트 공진기(32)와 2중 모드 필터(36)를 갖고 있다. 1 포트 공진기(32)는 실시예 4에서 도 14에 도시되어 있고, 2중 모드 필터(36)는 실시예 5에서 도 15에 도시되어 있으므로 설명을 생략한다. 1 포트 공진기(32)의 IDT1에는 예를 들면 입력 단자인 제1 단자(40)가 접속되고, 2중 모드 필터(36)의 IDT2 및 IDT4에는 예를 들면 출력 단자인 제2 단자(42)가 접속되어 있다. 1 포트 공진기(32)의 IDT1과 2중 모드 필터(36)의 IDT3이 접속함으로써, 1 포트 공진기(32)와 2중 모드 필터(36)는 직렬로 접속되어 있다.
실시예 4∼실시예 6에 따르면, 래더형 필터, 다중 모드 필터로 구성되는 필터 및 1 포트 공진기와 다중 모드 필터로 구성되는 필터에서, 전기 기계 결합 계수의 제어를 정밀도 좋게 행할 수 있고, 통과 대역의 상승이 급준하여 협 통과 대역 폭을 갖는 필터를 얻을 수 있다.
실시예 4∼실시예 6에서, 래더형 필터, 다중 모드 필터를 조합한 필터 및 1 포트 공진기와 다중 모드 필터를 조합한 필터에 대해 설명하였지만, 이들에 한정되지 않고, 예를 들면 이들 필터를 조합한 필터 등 그 밖의 필터이어도 되고, 또한 이들 필터를 이용한 분파기에서도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의의 범위 내에서, 여러 가지의 변형ㆍ변경이 가능하다.
도 1의 (a)는, 종래예 1에 따른 탄성파 디바이스의 상시도이며, 도 1의 (b)는, 도 1의 (a)의 A-A간의 단면도.
도 2는, 종래예 2에 따른 탄성파 디바이스의 단면도.
도 3은, 종래예 3에 따른 탄성파 디바이스의 단면도.
도 4는, 종래예 4에 따른 탄성파 디바이스의 단면도.
도 5는, 비교예 1에 따른 탄성파 디바이스의 단면도.
도 6은, 실시예 1에 따른 탄성파 디바이스의 단면도.
도 7은, 실시예 1 및 비교예 1에서의, 막 두께와 전기 기계 결합 계수의 관계를 도시하는 도면.
도 8은, 실시예 2에 따른 탄성파 디바이스의 단면도.
도 9는, 비교예 3에 따른 탄성파 디바이스의 단면도.
도 10은, 실시예 3에 따른 탄성파 디바이스의 단면도.
도 11은, 비교예 3에서, 산화 알루미늄막과 산화 실리콘막의, 막 두께와 전기 기계 결합 계수의 관계를 도시하는 도면.
도 12는, 실시예 3 및 비교예 3에서의, 막 두께와 전기 기계 결합 계수의 관계를 도시하는 도면.
도 13은, 실시예 3 및 비교예 3에서의, 막 두께와 주파수의 관계를 도시하는 도면.
도 14는, 실시예 4에 따른 필터의 모식도.
도 15는, 실시예 5에 따른 필터의 모식도.
도 16은, 실시예 6에 따른 필터의 모식도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
12 : 압전 기판
14 : 빗형 전극
16 : 반사 전극
18 : 보호막
20 : 산화 실리콘막
22 : 산화 알루미늄막
24 : 제1 유전체
26 : 제2 유전체
28 : 제3 유전체
30 : 래더형 필터
32 : 1 포트 공진기
34 : 필터
36 : 2중 모드 필터
38 : 필터
40 : 제1 단자
42 : 제2 단자

Claims (9)

  1. 압전 기판과,
    상기 압전 기판 상에 형성된 제1 유전체와,
    상기 제1 유전체 상에 형성된 탄성파를 여진하는 전극과,
    상기 전극을 구성하는 전극 핑거
    를 구비하고,
    상기 제1 유전체가 인접하는 상기 전극 핑거간에서 적어도 일부가 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유전체의 측면과 상기 전극 핑거의 측면이 동일면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극을 덮도록 형성된 제2 유전체를 구비하고,
    상기 제1 유전체의 비유전률이 상기 제2 유전체의 비유전률보다 큰 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 유전체 상면으로부터의 상기 제2 유전체의 막 두께가 상기 제1 유전체 상면으로부터의 상기 전극의 막 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 유전체는 산화 알루미늄막 및 질화 실리콘막 중 어느 한쪽이며, 상기 제2 유전체는 산화 실리콘막인 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 유전체 상에 제3 유전체를 구비하고,
    상기 제3 유전체의 음속이 상기 제2 유전체의 음속보다 빠른 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 유전체는 산화 알루미늄막인 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압전 기판은 니오븀산 리튬 및 탄탈산 리튬 중 어느 한쪽인 것을 특징으로 하는 탄성파 디바이스.
  9. 제1항 또는 제2항의 탄성파 디바이스를 갖는 것을 특징으로 하는 필터.
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