KR20190099065A - 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 - Google Patents
탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 Download PDFInfo
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Abstract
전극지 피치로 정해지는 파장이 다른 복수개의 IDT전극을 가지는데, 적어도 2개의 IDT전극 사이에서 온도 특성의 차를 작게 할 수 있는 탄성파 장치를 제공한다.
전파하는 벌크파의 음속이 압전 박막(5)을 전파하는 탄성파의 음속보다 고속인 고음속 부재에 직접 또는 간접적으로 압전 박막(5)이 적층되어 있다. 압전 박막(5) 상에 산화규소막(6)이 적층되어 있고, 산화규소막(6) 상에 복수개의 IDT전극(11, 12)이 적층되어 있으며, 복수개의 IDT전극(11, 12)이 전극지 피치로 정해지는 파장이 다른 복수개의 IDT전극(11, 12)을 가진다. 복수개의 IDT전극(11, 12) 중 파장이 가장 짧은 IDT전극의 파장을 λ, 압전 박막(5)의 파장 λ에 대한 비율인 파장 규격화 막 두께(%)를 y, 산화규소막(6)의 파장 λ에 대한 비율인 파장 규격화 막 두께(%)를 x로 한 경우, y는 350% 이하이면서 y＜1.6x(-0.01)+0.05x(-0.6)-1인, 탄성파 장치(1).
전파하는 벌크파의 음속이 압전 박막(5)을 전파하는 탄성파의 음속보다 고속인 고음속 부재에 직접 또는 간접적으로 압전 박막(5)이 적층되어 있다. 압전 박막(5) 상에 산화규소막(6)이 적층되어 있고, 산화규소막(6) 상에 복수개의 IDT전극(11, 12)이 적층되어 있으며, 복수개의 IDT전극(11, 12)이 전극지 피치로 정해지는 파장이 다른 복수개의 IDT전극(11, 12)을 가진다. 복수개의 IDT전극(11, 12) 중 파장이 가장 짧은 IDT전극의 파장을 λ, 압전 박막(5)의 파장 λ에 대한 비율인 파장 규격화 막 두께(%)를 y, 산화규소막(6)의 파장 λ에 대한 비율인 파장 규격화 막 두께(%)를 x로 한 경우, y는 350% 이하이면서 y＜1.6x(-0.01)+0.05x(-0.6)-1인, 탄성파 장치(1).
Description
본 발명은 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장이 다른 복수개의 IDT전극을 가지는 탄성파 장치, 상기 탄성파 장치를 가지는 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 관한 것이다.
종래, 압전 박막을 이용하고 있고, 고주파화에 대응할 수 있으면서 Q값을 높일 수 있는 탄성파 장치가 알려져 있다. 예를 들면, 하기 특허문헌 1에 기재된 탄성파 장치에서는 지지 기판 상에 고음속막, 저음속막, 압전 박막 및 IDT전극이 이 순서로 적층되어 있다. 또한, 고음속 지지 기판 상에 저음속막, 압전 박막 및 IDT전극이 이 순서로 적층되어 있다.
한편, 하기 특허문헌 2에 기재된 탄성파 장치에서는 압전성 기판과 IDT전극 사이에 유전체막이 적층되어 있다. 그로써, 주파수 온도 계수 TCF의 절대값이 작게 되어 있다.
특허문헌 2에 기재된 바와 같이, 압전성 기판과 IDT전극 사이에 유전체막이 적층되어 있는 경우, 주파수 온도 계수 TCF의 절대값을 작게 할 수 있다. 더욱이, 비대역을 작은 방향으로 조정할 수도 있다. 이와 같은 구성을 특허문헌 1에 기재된 구조에 적용함으로써, 마찬가지로 주파수 온도 특성의 개선 등을 달성할 수 있다. 다만, 특허문헌 1에 기재된 구성에서는 압전성 기판이 아닌, 두께가 3.5λ 이하 정도의 압전 박막이 이용되고 있다. 한편, λ는 IDT전극의 전극지 피치로 정해지는 파장이다. 상기와 같은 구조에서 1칩 내에 파장이 다른 복수개의 탄성파 공진자를 구성하고자 한 경우, 이하와 같은 문제가 있었다. 즉, 복수개의 탄성파 공진자 사이에서 압전 박막의 파장 규격화 막 두께나 유전체막의 파장 규격화 막 두께의 관계가 달라진다. 그 때문에, 복수개의 탄성파 공진자 사이에서 온도 특성의 차가 커질 우려가 있었다.
이와 같은 문제는 복수개의 탄성파 소자뿐만 아니라, 하나의 탄성파 소자 내에 전극지 피치가 다른 복수개의 IDT전극을 가지는 탄성파 장치에서도 보였다.
본 발명의 목적은 전극지 피치로 정해지는 파장이 다른 복수개의 IDT전극을 가지는데, 적어도 2개의 IDT전극 사이에서 온도 특성의 차를 작게 할 수 있는 탄성파 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명의 탄성파 장치를 가지는 주파수 온도 특성이 뛰어난 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치는 고음속 부재와, 상기 고음속 부재 상에 직접 또는 간접적으로 적층되어 있는 압전 박막과, 상기 압전 박막 상에 적층된 산화규소막과, 상기 산화규소막 상에 적층된 복수개의 IDT전극을 포함하며, 상기 고음속 부재를 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전 박막을 전파하는 탄성파의 음속보다도 높고, 상기 복수개의 IDT전극이 전극지 피치로 정해지는 파장이 다른 복수개의 IDT전극을 가지며, 상기 복수개의 IDT전극 중 상기 파장이 가장 짧은 IDT전극의 파장을 λ, 상기 압전 박막의 상기 파장 λ에 대한 비율인 파장 규격화 막 두께(%)를 y, 상기 산화규소막의 상기 파장 λ에 대한 비율인 파장 규격화 막 두께(%)를 x로 한 경우, y는 350% 이하이면서 y＜1.6x(-0.01)+0.05x(-0.6)-1이다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 어느 특정 국면에서는 상기 산화규소막의 파장 규격화 막 두께 x(%)는 0＜x＜8(%)이다. 이 경우에는 비대역을 그다지 좁히지 않고 주파수 온도 특성이 뛰어난 탄성파 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 압전 박막의 파장 규격화 막 두께 y(%)가 80% 이하이다. 이 경우에는 주파수 온도 특성을 한층 더 효과적으로 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 고음속 부재와 상기 압전 박막 사이에 적층되어 있고, 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전 박막을 전파하는 탄성파의 음속보다도 낮은 저음속막을 더 포함한다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 지지 기판을 더 포함하고, 상기 지지 기판 상에 상기 고음속 부재가 적층되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 고음속 부재가 상기 지지 기판을 겸하고 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 고음속 부재가 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 실리콘, 사파이어, 리튬탄탈레이트, 리튬니오베이트, 수정, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테타이트, 포스테라이트, 마그네시아, 산질화규소, DLC, 및 다이아몬드로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 재료, 또는 상기 1종의 재료를 주성분으로 하는 재질로 이루어진다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 저음속막이 산화규소, 유리, 산질화규소, 산화탄탈, 및 산화규소에 불소, 탄소, 또는 붕소를 첨가하여 이루어지는 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 재료로 이루어진다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 지지 기판이 실리콘, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 산질화규소, 사파이어, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 수정 등의 압전체, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테타이트, 포스테라이트, 다이아몬드, 마그네시아로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 재료로 이루어진다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 복수개의 IDT전극에 의해 복수개의 탄성파 소자가 각각 구성된다. 이 경우, 탄성파 소자는 탄성파 공진자 및 탄성파 필터 중 한쪽이어도 된다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 복수개의 IDT전극을 가지는 종결합 공진자형 탄성파 필터가 구성된다. 이 경우에는 종결합 공진자형 탄성파 필터의 주파수 온도 특성을 효과적으로 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 압전 박막이 LiTaO3 압전 단결정으로 이루어진다. 이 경우에는 LiTaO3 압전 단결정으로 이루어지는 압전 박막을 이용한 탄성파 장치의 주파수 온도 특성을 한층 더 효과적으로 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로는 본 발명에 따라 구성된 탄성파 장치와 파워 앰프를 포함한다.
본 발명에 따른 통신 장치는 본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로와 RF신호 처리 회로를 포함한다.
본 발명에 따른 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 의하면, 전극지 피치로 정해지는 파장이 다른 복수개의 IDT전극을 가지는 탄성파 장치에서 적어도 2개의 IDT전극 사이에서 온도 특성의 차를 작게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 3은 산화규소막의 파장 규격화 막 두께(%)와, 탄성파 공진자의 비대역폭의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께(%)와, TCF의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 산화규소막의 파장 규격화 막 두께(%)와, TCF의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 산화규소막의 파장 규격화 막 두께가 0.9%인 탄성파 공진자에서의 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께(%)와, TCV의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 산화규소막의 파장 규격화 막 두께가 1.4%인 탄성파 공진자에서의 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께(%)와, TCV의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 산화규소막의 파장 규격화 막 두께가 6.5%인 탄성파 공진자에서의 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께(%)와, TCV의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 반공진 주파수에서의 TCF가 상쇄되지 않는 영역을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 12는 제3 실시형태의 변형예에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 13은 고주파 프론트 엔드 회로를 가지는 통신 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 3은 산화규소막의 파장 규격화 막 두께(%)와, 탄성파 공진자의 비대역폭의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께(%)와, TCF의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 산화규소막의 파장 규격화 막 두께(%)와, TCF의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 산화규소막의 파장 규격화 막 두께가 0.9%인 탄성파 공진자에서의 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께(%)와, TCV의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 산화규소막의 파장 규격화 막 두께가 1.4%인 탄성파 공진자에서의 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께(%)와, TCV의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 산화규소막의 파장 규격화 막 두께가 6.5%인 탄성파 공진자에서의 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께(%)와, TCV의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 반공진 주파수에서의 TCF가 상쇄되지 않는 영역을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 12는 제3 실시형태의 변형예에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 13은 고주파 프론트 엔드 회로를 가지는 통신 장치의 구성도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써, 본 발명을 분명하게 한다.
한편, 본 명세서에 기재된 각 실시형태는 예시적인 것이며, 다른 실시형태 간에 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것을 지적해 둔다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이고, 도 2는 본 실시형태의 탄성파 장치의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(1)는 지지 기판(2)을 가진다. 지지 기판(2) 상에 고음속 부재로서의 고음속막(3), 저음속막(4), LiTaO3로 이루어지는 압전 박막(5) 및 산화규소막(6)이 이 순서로 적층되어 있다. 산화규소막(6) 상에 제1 IDT전극(11) 및 제2 IDT전극(12)이 마련되어 있다.
탄성파 장치(1)에서는 도 2에 나타내는 전극 구조가 산화규소막(6) 상에 마련되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 IDT전극(11)의 탄성파 전파 방향 양측에 반사기(13, 14)가 마련되어 있다. 그로써, 제1 탄성파 공진자가 구성된다. 또한, 제2 IDT전극(12)의 탄성파 전파 방향 양측에 반사기(15, 16)가 마련되어 있다. 그로써, 제2 탄성파 공진자가 구성된다.
제1 IDT전극(11)에서의 제1 전극지 피치(P1)와, 제2 IDT전극(12)에서의 제2 전극지 피치(P2)는 다르다. 보다 구체적으로는 P2＞P1이다.
지지 기판(2)은 실리콘(Si)으로 이루어진다. 물론, 지지 기판(2)은 고음속막(3), 저음속막(4), 압전 박막(5), 산화규소막(6) 및 제1, 제2 IDT전극(11, 12)을 가지는 적층 구조를 지지할 수 있는 한, 적절한 재료에 의해 구성할 수 있다. 지지 기판(2)의 재료로는 산화알루미늄, 다이아몬드, 사파이어, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 수정 등의 압전체; 알루미나, 마그네시아, 질화규소, 질화알루미늄, 탄화규소, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테타이트, 포스테라이트 등의 각종 세라믹; 유리 등의 유전체; 질화갈륨 등의 반도체 및 수지 기판 등을 사용할 수 있다.
상기 고음속막(3)은 탄성파를 압전 박막(5) 및 저음속막(4)이 적층되어 있는 부분에 가두어, 고음속막(3)보다 아래의 구조로 새지 않도록 기능한다. 본 실시형태에서는 고음속막(3)은 질화알루미늄으로 이루어진다. 물론, 상기 탄성파를 가둘 수 있는 한, 고음속 재료로는 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 산질화규소, 실리콘, 사파이어, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 수정, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테타이트, 포스테라이트, 마그네시아, DLC(다이아몬드 라이크 카본) 또는 다이아몬드, 상기 재료를 주성분으로 하는 매질, 상기 재료의 혼합물을 주성분으로 하는 매질 등의 다양한 재료를 사용할 수 있다. 탄성파를 압전 박막(5) 및 저음속막(4)이 적층되어 있는 부분에 가두기 위해서는 고음속막(3)의 막 두께는 두꺼울수록 바람직하고, 탄성파의 파장 λ의 0.5배 이상, 나아가서는 1.5배 이상인 것이 바람직하다.
한편, 본 명세서에서 고음속막이란, 압전 박막(5)을 전파하는 탄성파보다도 상기 고음속막(3) 중을 전파하는 벌크파의 음속이 고속인 막을 말하는 것으로 한다. 또한 저음속막(4)이란, 압전 박막(5)을 전파하는 탄성파보다도 상기 저음속막(4) 중을 전파하는 벌크파의 음속이 저속인 막을 말하는 것으로 한다.
상기 저음속막(4)을 구성하는 재료로는 압전 박막(5)을 전파하는 탄성파보다도 저음속의 벌크파 음속을 가지는 적절한 재료를 사용할 수 있다. 이와 같은 저음속 재료로는 산화규소, 유리, 산질화규소, 산화탄탈, 또한 산화규소에 불소나 탄소나 붕소를 첨가한 화합물 등, 상기 재료를 주성분으로 한 매질을 사용할 수 있다.
상기 고음속막(3) 및 저음속막(4)은 상기한 바와 같이 결정되는 고음속 및 저음속을 실현할 수 있는 적절한 유전체 재료로 이루어진다.
압전 박막(5)은 본 실시형태에서는 LiTaO3로 이루어진다. 물론, 압전 박막(5)은 LiNbO3 등의 다른 압전 단결정으로 이루어지는 것이어도 된다.
산화규소막(6)은 SiO2 등의 SiOx로 이루어진다. 한편, x는 0보다 큰 수치이다.
제1, 제2 IDT전극(11, 12) 및 반사기(13, 14, 15, 16)는 적절한 금속 혹은 합금으로 이루어진다. 이와 같은 금속 혹은 합금으로는 Al, Cu, Pt, Au, Ag, Ti, Cr, Mo, W 또는 이들 금속 중 어느 하나를 주체로 하는 합금을 들 수 있다. 또한, 제1, 제2 IDT전극(11, 12) 및 반사기(13~16)는 이들 금속 혹은 합금으로 이루어지는 복수개의 금속막을 적층한 구조를 가지고 있어도 된다. 전술한 바와 같이, P1＜P2이다. 따라서, 제1 전극지 피치(P1)로 정해지는 제1 IDT전극(11)의 파장을 λ1, 제2 전극지 피치(P2)로 정해지는 제2 IDT전극(12)의 파장을 λ2로 한다. 이 경우, λ1＜λ2가 된다.
따라서, 제1 IDT전극(11)을 가지는 제1 탄성파 공진자에서의 압전 박막(5)의 파장 λ에 대한 비율인 파장 규격화 막 두께(%)를 y1(%), 제2 IDT전극(12)을 가지는 제2 탄성파 공진자에서의 압전 박막(5)의 파장 규격화 막 두께(%)를 y2(%)로 한 경우, 제1 IDT전극(11)과 제2 IDT전극(12)은 동일한 압전 박막(5) 상에 형성되어 있기 때문에, y1＞y2가 된다. 한편, 제1 IDT전극(11)에서의 압전 박막의 막 두께와 제2 IDT전극(12)에서의 압전 박막의 막 두께는 대략 일치하고 있다.
마찬가지로, 제1 탄성파 공진자에서의 산화규소막(6)의 파장 λ에 대한 비율인 파장 규격화 막 두께(%)를 x1(%), 제2 탄성파 공진자에서의 산화규소막(6)의 파장 규격화 막 두께(%)를 x2(%)로 하면, 제1 IDT전극(11)이 마련되어 있는 부분에서의 산화규소막(6)의 막 두께와, 제2 IDT전극(12)이 마련되어 있는 부분에서의 산화규소막(6)의 막 두께는 동일하기 때문에, x1＞x2가 된다. 한편, 제1 IDT전극(11)이 마련되어 있는 부분에서의 산화규소막(6)의 막 두께와 제2 IDT전극(12)이 마련되어 있는 부분에서의 산화규소막(6)의 막 두께는 대략 일치하고 있다.
본 실시형태의 탄성파 장치(1)의 특징은 상기 제1, 제2 IDT전극(11, 12) 중 파장이 가장 짧은 IDT전극인 제1 IDT전극(11)의 파장 λ1을 λ, 압전 박막(5)의 λ에 대한 비율인 파장 규격화 막 두께(%)를 y, 산화규소막(6)의 파장 λ에 대한 비율인 파장 규격화 막 두께(%)를 x로 한 경우, y가 350% 이하이면서 y＜1.6x(-0.01)+0.05x(-0.6)-1을 충족시키는 것에 있다. 그로써, 전극지 피치가 상대적으로 작은 제1 탄성파 공진자에서의 TCF의 변화 경향과, 전극지 피치가 상대적으로 큰 제2 탄성파 공진자에서의 TCF의 변화 경향을 상쇄할 수 있다.
따라서, 제1, 제2 탄성파 공진자의 온도 특성의 차를 작게 할 수 있다. 이를 이하에서 상세하게 설명한다.
도 3은 제1 탄성파 공진자에서 산화규소막의 파장 규격화 막 두께와, 비대역폭의 관계를 나타내는 도면이다. 비대역폭이란, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이의 주파수폭의 공진 주파수에 대한 비율(%)이다. 또한, 산화규소막의 파장 규격화 막 두께(%)는 상기 식 중의 x에 상당한다.
도 3으로부터 분명한 바와 같이, 제1 탄성파 공진자에서 산화규소막의 파장 규격화 막 두께(%)가 0%보다 두꺼워져가면, 비대역폭이 작아져간다. 따라서, 산화규소막의 파장 규격화 막 두께를 조정함으로써, 비대역폭을 컨트롤할 수 있다. 물론, 산화규소막의 파장 규격화 막 두께가 8%를 초과하면, 비대역폭은 그다지 변화하지 않게 된다. 따라서, 비대역폭을 컨트롤할 수 있으면서 충분한 비대역폭을 얻기 위해서는 산화규소막의 파장 규격화 막 두께 x(%)는 0＜x＜8로 하는 것이 바람직하다.
한편, 도 4는 제1 탄성파 공진자에서의 압전 박막(5)으로서의 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께 y(%)와, 주파수 온도 계수 TCF(ppm/℃)의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 4에서는 반공진 주파수에서의 주파수 온도 계수 TCF의 값이 도시되어 있다.
도 4로부터 분명한 바와 같이, LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께 y(%)가 두꺼워져가면, 주파수 온도 계수 TCF가 음의 영역에서 절대값이 커져가는 것을 알 수 있다. 즉, y(%)가 커지면, 주파수 온도 특성은 악화된다.
한편, 도 5는 산화규소막의 파장 규격화 막 두께(%)와, 주파수 온도 계수 TCF의 관계를 나타낸다. 도 5에서도 반공진 주파수에서의 TCF의 값이 도시되어 있다.
도 5에서는 산화규소막의 파장 규격화 막 두께가 두꺼워짐에 따라, 주파수 온도 계수 TCF가 점차 커져가는 것을 알 수 있다.
도 4 및 도 5로부터 분명한 바와 같이, LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께에 의한 TCF의 변화 경향과, 산화규소막의 파장 규격화 막 두께에 의한 TCF의 변화 경향은 반대로 되어 있다. 따라서, 본 실시형태의 탄성파 장치(1)에서는 전극지 피치가 상대적으로 작은 제1 탄성파 공진자에서의 TCF의 변화 경향과, 전극지 피치가 상대적으로 큰 제2 탄성파 공진자에서의 TCF의 변화 경향을 상쇄할 수 있다. 따라서, 제1, 제2 탄성파 공진자에서의 온도 특성의 차를 작게 할 수 있다.
도 6은 산화규소막의 파장 규격화 막 두께가 0.9%인 경우의 탄성파 공진자에서의 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께(%)와, 주파수 온도 계수 TCV(ppm/℃)의 관계를 나타내는 도면이다. 도 7은 산화규소막의 파장 규격화 막 두께가 1.4%인 경우의 탄성파 공진자에서의 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께(%)와, 반공진 주파수에서의 TCV(ppm/℃)의 관계를 나타내는 도면이다. 도 8은 산화규소막의 파장 규격화 막 두께가 6.5%인 경우의 탄성파 공진자에서의 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께(%)와, TCV(ppm/℃)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6~도 8 중 어느 것에서도 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께가 10%보다도 커져가면, TCV가 음의 영역에서 절대값이 서서히 커져간다. LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께가 350%를 초과하면, LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께의 증대에 의한 TCV의 변화 경향이 역방향이 된다.
상기 도 6, 도 7 및 도 8, 더욱이 산화규소막의 파장 규격화 막 두께가 다양한 경우에 대해, 마찬가지로 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께의 변화에 의해, TCV가 음의 영역에서 서서히 커지는 영역, 즉 제1 탄성파 공진자와 제2 탄성파 공진자에서 주파수 온도 특성의 개선 경향을 상쇄할 수 있는 범위를 구했다.
도 9의 가로축은 산화규소막의 파장 규격화 막 두께(%)이고, 세로축은 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께(%)이며, 도 9에서 사선의 해칭을 친 영역이 제1 탄성파 공진자와 제2 탄성파 공진자에서 주파수 온도 특성의 개선 경향을 상쇄할 수 없는 영역이다. 즉, 예를 들면, 도 6의 점(A3, A4)에서는 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께가 점(A3)에서 점(A4)으로 변화되면, TCV는 절대값이 작아지는 방향으로 변화된다. 따라서, 이 온도 특성의 변화를 산화규소막의 파장 규격화 막 두께에 의한 온도 특성의 변화와 상쇄할 수 없게 된다.
따라서, 점(A3) 및 점(A4)은 도 9에서 사선의 해칭을 친 영역 내에 존재한다. 한편, 도 6의 점(A1) 및 점(A2)에서는 LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께가 상대적으로 두꺼워지면, TCV의 절대값이 커진다. 따라서, 제1 탄성파 공진자와 제2 탄성파 공진자의 주파수 온도 특성의 개선 경향을 상쇄할 수 있다. 따라서, 점(A1) 및 점(A2)은 도 9의 사선의 해칭으로 친 영역 밖에 위치하고 있다.
도 9에서 상기 사선의 해칭을 친, 본 발명의 효과가 얻어지지 않는 영역의 바깥 가장자리가 곡선으로 나타나 있고, 이 파선을 근사한 곡선이 y=1.6x(-0.01)+0.05x(-0.6)-1로 나타난다. 따라서, y＜1.6x(-0.01)+0.05x(-0.6)-1을 충족시키면, 본 발명에 따라 제1 탄성파 공진자 및 제2 탄성파 공진자에서의 TCF의 변화 경향을 상쇄할 수 있다. 따라서, 제1, 제2 탄성파 공진자를 가지는 탄성파 장치(1)에서의 주파수 온도 특성의 차를 작게 할 수 있다.
여기서, LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께가 350% 이하이면, Q값을 높일 수 있다. 또한, 도 9로부터 분명한 바와 같이, LiTaO3막의 파장 규격화 막 두께가 80% 이하이면, 산화규소막의 파장 규격화 막 두께가 10.0% 이하인 어느 막 두께에서도 제1 탄성파 공진자와 제2 탄성파 공진자에서의 TCF의 변화를 상쇄시킬 수 있다. 따라서, 주파수 온도 특성을 한층 더 효과적으로 개선할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다. 제2 실시형태의 탄성파 장치는 제1~제3 IDT전극(22~24)을 가지는 3IDT형의 종결합 공진자형 탄성파 필터이다. 제1~제3 IDT전극(22~24)이 마련되어 있는 영역의 탄성파 전파 방향 양측에 반사기(25, 26)가 마련되어 있다.
제2 실시형태의 탄성파 장치에서는 전극 구조 하방의 적층 구조는 제1 실시형태와 동일하다.
제2 실시형태의 탄성파 장치에서는 제1 IDT전극(22) 및 제3 IDT전극(24)의 제1 전극지 피치(P1)에 비해 제2 IDT전극(23)의 제2 전극지 피치(P2)가 크게 되어 있다. 반사기(25, 26)에서의 전극지 피치는 P1과 동일하다.
이와 같이, 전극지 피치가 P1인 제1, 제3 IDT전극(22, 24)과, 전극지 피치가 P2인 제2 IDT전극(23)을 가지는 종결합 공진자형 탄성파 필터에서도 제1 실시형태와 마찬가지로 주파수 온도 특성을 개선할 수 있다. 즉, 제1, 제3 IDT전극(22, 24)이 마련되어 있는 부분에서의 LiTaO3막 및 산화규소막의 파장 규격화 막 두께의 변화에 의한 TCF의 변화와, 제2 IDT전극(23)에서의 TCF의 변화를 효과적으로 상쇄시킬 수 있다. 따라서, 적어도 제1 IDT전극(22) 및 제3 IDT전극(24)과 제2 IDT전극(23)의 온도 특성의 차를 작게 할 수 있다.
제2 실시형태의 탄성파 장치로부터 분명한 바와 같이, 본 발명에서는 전극지 피치가 다른 복수개의 IDT전극은 하나의 탄성파 소자 내에 마련되어 있어도 된다. 또한, 제1 실시형태에서는 제1, 제2 탄성파 공진자가 구성되었는데, 탄성파 공진자 대신에 탄성파 필터가 구성되어도 된다.
도 11은 제3 실시형태의 탄성파 장치(31)의 정면 단면도이다. 제3 실시형태의 탄성파 장치(31)에서는 지지 기판(32) 상에 저음속막(33)이 적층되어 있다. 지지 기판(32)은 전파하는 벌크파의 음속이 압전 박막(5)을 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 고음속 재료로 이루어진다. 이와 같이, 고음속 재료로 이루어지는 지지 기판(32)을 이용함으로써 제1 실시형태에서의 고음속막을 생략해도 된다.
더욱이, 도 12에 나타내는 변형예와 같이, 저음속막(33)을 마련하지 않고 고음속 재료로 이루어지는 지지 기판(32) 상에 직접 압전 박막(5)이 적층된 구조이어도 된다.
상기 각 실시형태의 탄성 장치는 고주파 프론트 엔드 회로의 듀플렉서 등의 부품으로 이용할 수 있다. 이와 같은 고주파 프론트 엔드 회로의 예를 하기에서 설명한다.
도 13은 고주파 프론트 엔드 회로를 가지는 통신 장치의 구성도이다. 한편, 동(同)도면에는 고주파 프론트 엔드 회로(230)와 접속되는 각 구성 요소, 예를 들면 안테나 소자(202)나 RF신호 처리 회로(RFIC)(203)도 함께 도시되어 있다. 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 RF신호 처리 회로(203)는 통신 장치(240)를 구성하고 있다. 한편, 통신 장치(240)는 전원, CPU나 디스플레이를 포함하고 있어도 된다.
고주파 프론트 엔드 회로(230)는 스위치(225)와 듀플렉서(201A, 201B)와 필터(231, 232)와 로우 노이즈 앰프 회로(214, 224)와 파워 앰프 회로(234a, 234b, 244a, 244b)를 포함한다. 한편, 도 13의 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 통신 장치(240)는 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치의 일례이며, 이 구성에 한정되는 것이 아니다.
듀플렉서(201A)는 필터(211, 212)를 가진다. 듀플렉서(201B)는 필터(221, 222)를 가진다. 듀플렉서(201A, 201B)는 스위치(225)를 통하여 안테나 소자(202)에 접속된다. 한편, 상기 탄성파 장치는 듀플렉서(201A, 201B)이어도 되고, 필터(211, 212, 221, 222)이어도 된다. 상기 탄성파 장치는 듀플렉서(201A, 201B)나, 필터(211, 212, 221, 222)를 구성하는 탄성파 공진자이어도 된다.
더욱이, 상기 탄성파 장치는 예를 들면, 3개의 필터의 안테나 단자가 공통화된 트리플렉서나, 6개의 필터의 안테나 단자가 공통화된 헥사플렉서 등, 3 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서에 대해서도 적용할 수 있다.
즉, 상기 탄성파 장치는 탄성파 공진자, 필터, 듀플렉서, 3 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서를 포함한다. 그리고 상기 멀티플렉서는 송신 필터 및 수신 필터 쌍방을 포함하는 구성에 한정되지 않고, 송신 필터만 또는 수신 필터만을 포함하는 구성이어도 상관 없다.
스위치(225)는 제어부(도시하지 않음)로부터의 제어 신호에 따라, 안테나 소자(202)와 소정의 밴드에 대응하는 신호 경로를 접속하고, 예를 들면, SPDT(Single Pole Double Throw)형 스위치에 의해 구성된다. 한편, 안테나 소자(202)와 접속되는 신호 경로는 하나에 한정되지 않고, 복수개이어도 된다. 즉, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 캐리어 어그리게이션에 대응하고 있어도 된다.
로우 노이즈 앰프 회로(214)는 안테나 소자(202), 스위치(225) 및 듀플렉서(201A)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF신호 처리 회로(203)에 출력하는 수신 증폭 회로이다. 로우 노이즈 앰프 회로(224)는 안테나 소자(202), 스위치(225) 및 듀플렉서(201B)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF신호 처리 회로(203)에 출력하는 수신 증폭 회로이다.
파워 앰프 회로(234a, 234b)는 RF신호 처리 회로(203)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭시키고, 듀플렉서(201A) 및 스위치(225)를 경유하여 안테나 소자(202)에 출력하는 송신 증폭 회로이다. 파워 앰프 회로(244a, 244b)는 RF신호 처리 회로(203)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭시키고, 듀플렉서(201B) 및 스위치(225)를 경유하여 안테나 소자(202)에 출력하는 송신 증폭 회로이다.
RF신호 처리 회로(203)는 안테나 소자(202)로부터 수신 신호 경로를 통하여 입력된 고주파 수신 신호를 다운 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 수신 신호를 출력한다. 또한, RF신호 처리 회로(203)는 입력된 송신 신호를 업 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 고주파 송신 신호를 파워 앰프 회로(244a, 244b)에 출력한다. RF신호 처리 회로(203)는 예를 들면, RFIC이다. 한편, 통신 장치는 BB(베이스 밴드)IC를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, BBIC는 RFIC로 처리된 수신 신호를 신호 처리한다. 또한, BBIC는 송신 신호를 신호 처리하고, RFIC에 출력한다. BBIC로 처리된 수신 신호나, BBIC가 신호 처리하기 전의 송신 신호는 예를 들면, 화상 신호나 음성 신호 등이다. 한편, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 상술한 각 구성 요소 사이에 다른 회로 소자를 포함하고 있어도 된다.
한편, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 상기 듀플렉서(201A, 201B) 대신에 듀플렉서(201A, 201B)의 변형예에 따른 듀플렉서를 포함하고 있어도 된다.
한편, 통신 장치(240)에서의 필터(231, 232)는 로우 노이즈 앰프 회로(214, 224) 및 파워 앰프 회로(234a, 234b, 244a, 244b)를 통하지 않고, RF신호 처리 회로(203)와 스위치(225) 사이에 접속되어 있다. 필터(231, 232)도 듀플렉서(201A, 201B)와 마찬가지로 스위치(225)를 통하여 안테나 소자(202)에 접속된다.
이상과 같이 구성된 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 통신 장치(240)에 의하면, 본 발명의 탄성파 장치인 탄성파 공진자, 필터, 듀플렉서, 3 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서 등을 포함함으로써, 적어도 2개의 IDT전극이 마련되어 있는 부분 사이에서 온도 특성의 차를 작게 할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해서 실시형태를 들어 설명했는데, 상기 각 실시형태에서의 임의의 구성 요소를 조합하여 실현되는 다른 실시형태나, 상기 실시형태에 대하여 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각해내는 각종 변형을 실시하여 얻어지는 변형예나, 본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
본 발명은 탄성파 공진자, 필터, 듀플렉서, 멀티 밴드 시스템에 적용할 수 있는 멀티플렉서, 프론트 엔드 회로 및 통신 장치로서 휴대 전화 등의 통신기기에 널리 이용할 수 있다.
1: 탄성파 장치 2: 지지 기판
3: 고음속막 4: 저음속막
5: 압전 박막 6: 산화규소막
11, 12: 제1, 제2 IDT전극 13~16: 반사기
22~24: 제1~제3 IDT전극 25, 26: 반사기
31: 탄성파 장치 32: 지지 기판
33: 저음속막 201A, 201B: 듀플렉서
202: 안테나 소자 203: RF신호 처리 회로
211, 212: 필터 214: 로우 노이즈 앰프 회로
221, 222: 필터 224: 로우 노이즈 앰프 회로
225: 스위치 230: 고주파 프론트 엔드 회로
231, 232: 필터 234a, 234b: 파워 앰프 회로
240: 통신 장치 244a, 244b: 파워 앰프 회로
3: 고음속막 4: 저음속막
5: 압전 박막 6: 산화규소막
11, 12: 제1, 제2 IDT전극 13~16: 반사기
22~24: 제1~제3 IDT전극 25, 26: 반사기
31: 탄성파 장치 32: 지지 기판
33: 저음속막 201A, 201B: 듀플렉서
202: 안테나 소자 203: RF신호 처리 회로
211, 212: 필터 214: 로우 노이즈 앰프 회로
221, 222: 필터 224: 로우 노이즈 앰프 회로
225: 스위치 230: 고주파 프론트 엔드 회로
231, 232: 필터 234a, 234b: 파워 앰프 회로
240: 통신 장치 244a, 244b: 파워 앰프 회로
Claims (15)
- 고음속 부재와,
상기 고음속 부재 상에 직접 또는 간접적으로 적층되어 있는 압전 박막과,
상기 압전 박막 상에 적층된 산화규소막과,
상기 산화규소막 상에 적층된 복수개의 IDT전극을 포함하며,
상기 고음속 부재를 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전 박막을 전파하는 탄성파의 음속보다도 높고,
상기 복수개의 IDT전극이 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장이 다른 복수개의 IDT전극을 가지며,
상기 복수개의 IDT전극 중 상기 파장이 가장 짧은 IDT전극의 파장을 λ, 상기 압전 박막의 상기 파장 λ에 대한 비율인 파장 규격화 막 두께(%)를 y, 상기 산화규소막의 상기 파장 λ에 대한 비율인 파장 규격화 막 두께(%)를 x로 한 경우, y는 350% 이하이면서 y＜1.6x(-0.01)+0.05x(-0.6)-1인, 탄성파 장치. - 제1항에 있어서,
상기 산화규소막의 파장 규격화 막 두께 x(%)는 0＜x＜8(%)인, 탄성파 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 압전 박막의 파장 규격화 막 두께 y(%)가 80% 이하인, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고음속 부재와 상기 압전 박막 사이에 적층되어 있고, 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전 박막을 전파하는 탄성파의 음속보다도 낮은 저음속막을 더 포함하는, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
지지 기판을 더 포함하고, 상기 지지 기판 상에 상기 고음속 부재가 적층되어 있는, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고음속 부재가 상기 지지 기판을 겸하고 있는, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고음속 부재가 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 실리콘, 사파이어, 리튬탄탈레이트, 리튬니오베이트, 수정, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테타이트, 포스테라이트, 마그네시아, 산질화규소, DLC 및 다이아몬드로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 재료, 또는 상기 1종의 재료를 주성분으로 하는 재질로 이루어지는, 탄성파 장치. - 제4항에 있어서,
상기 저음속막이 산화규소, 유리, 산질화규소, 산화탄탈, 및 산화규소에 불소, 탄소, 또는 붕소를 첨가하여 이루어지는 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 재료로 이루어지는, 탄성파 장치. - 제5항에 있어서,
상기 지지 기판이 실리콘, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 산질화규소, 사파이어, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 수정 등의 압전체, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테타이트, 포스테라이트, 다이아몬드, 마그네시아로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 재료로 이루어지는, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수개의 IDT전극에 의해 복수개의 탄성파 소자가 각각 구성되는, 탄성파 장치. - 제10항에 있어서,
상기 탄성파 소자가 탄성파 공진자 및 탄성파 필터 중 한쪽인, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수개의 IDT전극을 가지는 종결합 공진자형 탄성파 필터가 구성되는, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전 박막이 LiTaO3 압전 단결정으로 이루어지는, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 탄성파 장치와,
파워 앰프를 포함하는, 고주파 프론트 엔드 회로. - 제14항에 기재된 고주파 프론트 엔드 회로와,
RF신호 처리 회로를 포함하는 통신 장치.
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