KR20190138096A - 표면 탄성파 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 탄성파 소자는, 기판, 상기 기판 상에 제1 방향으로 배치되는 전극, 상기 제1 방향으로 상기 전극과 소정 간격만큼 이격되어 배치되는 더미 바 및 상기 더미 바 상에 형성되는 부가막을 포함하고, 상기 전극 및 더미 바는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 복수 개가 평행하게 배치되며, 상기 더미 바는 상기 전극의 좌측 또는 우측에 상기 전극과 소정 간격만큼 이격되어 교대로 배치되며, 상기 부가막은 상기 전극과 더미 바 사이의 소정 간격 및 상기 복수의 더미 바 상에 형성된다.
Description
본 발명은 표면 탄성파 소자에 관한 것이다. 보다 자세하게는 에너지 손실을 감소시킬 수 있는 표면 탄성파 소자에 관한 것이다.
표면 탄성파(Surface Acoustic Wave)는 탄성체 기판의 표면을 따라 전파되는 음향파이다. 이러한 음향파는 압전 효과의 결과물로서 전기 신호로부터 생성되고, 음향파의 전계가 기판 표면 부근에 집중되면 그 표면 바로 위에 놓인 다른 반도체의 전도 전자와 상호 작용할 수 있다. 음향파가 전파되는 매질은 전자기계 결합 계수가 높고 음향파 에너지 손실이 낮은 압전 물질이며, 반도체는 전도 전자의 이동도가 높고 최적의 저항률을 가진 물체로서 직류 전원 요소가 낮아 최적의 효율을 확보할 수 있다. 이러한 표면 탄성파와 반도체 전도 전자의 상호 작용을 이용하여 전자 회로를 전자 기계적 소자로 대체한 것이 표면 탄성파 소자 (SAW device)이다.
이러한 표면 탄성파 소자(이하, SAW 소자)는 다양한 통신 응용으로 사용될 뿐만 아니라, 이동통신 휴대폰, 기지국용의 중요한 부품으로 사용되고 있다. 가장 흔히 사용되는 SAW 소자 형태는 통과대역 필터(passband filter) 및 공진기(resonator)이다. 낮은 가격뿐만 아니라 작은 사이즈와 우수한 기술적 파라미터(저손실, 선택성 등등)로 인해, SAW 소자는 다른 물리적 원리에 기반한 소자에 비하여 실질적으로 더 높은 경쟁력을 점유하고 있다.
특히 최근에 요구되는 SAW 소자 응용 분야에서는 낮은 삽입 손실(insertion loss)과 함께 높은 필터링 성능이 되는 바, 그에 따라 삽입 손실을 감소시키기 위한 다양한 시도가 이루어져 왔다. 그러나, 종래의 삽입 손실을 감소시키는 방법은 전극간의 간격을 조정하거나, 복수 개의 SAW 소자를 사용하는 방식으로, 이러한 방식은 SAW 소자를 이용한 모듈 전체 크기가 증가되기 때문에 소형화가 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, SAW 소자의 크기를 증가시키지 않고, 삽입 손실 및 에너지 손실을 감소시킬 수 있는 새로운 기술의 개발이 요구되며, 본 발명은 이와 관련된 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 삽입 손실을 감소시킬 수 있는 SAW 소자 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 중심 주파수에 대하여 통과 대역 폭이 넓은 신호를 통과시킬 수 있는 SAW 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 탄성파 소자는, 기판, 상기 기판 상에 제1 방향으로 배치되는 전극, 상기 제1 방향으로 상기 전극과 소정 간격만큼 이격되어 배치되는 더미 바 및 상기 더미 바 상에 형성되는 부가막을 포함하고, 상기 전극 및 더미 바는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 복수 개가 평행하게 배치되며, 상기 더미 바는 상기 전극의 좌측 또는 우측에 상기 전극과 소정 간격만큼 이격되어 교대로 배치되며, 상기 부가막은 상기 전극과 더미 바 사이의 소정 간격 및 상기 복수의 더미 바 상에 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 부가막의 두께는, 상기 전극의 두께의 1/4배 내지 2배일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 부가막은, 상기 더미 바 및 상기 더미 바와 인접한 상기 전극의 끝 단으로부터 적어도 일부를 덮도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전극의 끝 단 상에 형성된 부가막의 두께는, 상기 전극과 더미 바 사이의 소정 간격 및 상기 복수의 더미 바 상에 형성되는 부가막의 두께와 동일할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 전극 및 더미 바의 양단에 배치되는 제1 및 제2 리플렉터를 포함하고, 상기 부가막은, 상기 제1 및 제2 리플렉터의 양 끝 단으로부터 적어도 일부를 덮도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 부가막은, 상기 제1 및 제2 리플렉터가 배치된 전면(全面)을 덮도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 소정 간격은, 100nm 이상 내지 1000nm 이하일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 부가막은, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 알루미늄 산화물(Al2O3) 티타늄 산화물(TiO2), 탄탈 산화물(Ta2O5), 하프늄 산화물(HfO2), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 방향은, 표면 탄성파 진행 방향과 동일한 방향일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 표면 탄성파 소자는, 기판, 상기 기판 상에 평행하게 배치된 1 및 제2 버스 바, 상기 제1 버스 바로부터 상기 제2 버스 바를 향하여 연장 배치된 복수의 제1 전극, 상기 제2 버스 바로부터 상기 제1 버스 바를 향하여 연장 배치된 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제1 전극과 제2 버스 바 사이의 이격된 제1 영역 및 상기 복수의 제2 전극과 제1 버스 바 사이의 이격된 제2 영역에 배치된 더미 바 및 상기 제1 영역 및 제2 영역 상에 형성되는 부가막을 포함한다.
본 발명에 의하면, 전극과 더미 바가 배치된 영역 상에 부가막을 형성하여 SAW 소자의 삽입 손실을 줄일 수 있다는 효과가 있다.
또한, 전극과 더미 바가 배치된 영역 상에 전극보다 두꺼운 부가막을 형성하여 SAW 소자의 특성을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SAW 소자의 상면을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 SAW 소자의 단면도 및 SAW 소자의 표면 탄성파 속도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자의 상면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자의 단면도 및 SAW 소자의 표면 탄성파 속도를 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 리플렉터를 포함하는 SAW 소자의 상면을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 SAW 소자의 상면을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자를 이용한 공진기의 삽입 손실을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자의 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자의 주파수에 따른 Q 특성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 SAW 소자의 단면도 및 SAW 소자의 표면 탄성파 속도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자의 상면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자의 단면도 및 SAW 소자의 표면 탄성파 속도를 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 리플렉터를 포함하는 SAW 소자의 상면을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 SAW 소자의 상면을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자를 이용한 공진기의 삽입 손실을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자의 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자의 주파수에 따른 Q 특성을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SAW 소자(1)의 상면을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, SAW 소자(1)는 기판(10), 기판(10) 상에 배치되는 전극(20), 전극(20)과 인접하게 배치된 더미 바(30) 및 더미 바(30) 상에 형성되는 부가막(40)을 포함할 수 있다.
기판(10)은 압전 효과(Piezoelectric effect)를 제공할 수 있는 소재로 이루어지며, 예를 들어, 기판(10)은 실리콘 기판, 다이아몬드 기판, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, LiNbO3 기판, LiTaO3 기판 중 하나일 수 있다.
다음으로, 기판(10) 상에 제1 방향으로 전극(20)이 배치될 수 있다. 전극(20)은 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 복수 개가 일정한 간격을 이루며 배치될 수 있으며, 후술하게 될 더미 바(30)의 배치에 따라, 입력 전극과 출력 전극으로 나뉠 수 있다.
한편, 본 발명의 설명에서의 제1 방향과 수직한 제2 방향은 SAW 소자(1)의 압전 효과로 발생되는 표면 탄성파, 즉 음향파의 진행 방향과 동일한 방향일 수 있다.
참고로, 본 발명의 상세한 설명에서는 도면의 이해를 돕기 위해 제1 방향은 가로 방향, 제2 방향은 세로방향인 것을 전제로 설명한다.
더미 바(30)는 전극(20)과 동일한 제1 방향으로, 전극(20)과 소정 간격(W1)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 종래의 SAW 소자(1)의 경우, 기판(10) 상에 형성된 전극(20)을 통해 흐르는 표면 탄성파가 전극(20)의 끝 단에 형성된 비어있는 간격(W2)에서 표면 탄성파의 진행방향과 수직한 횡파(transverse wave)가 발생하여 표면 탄성파 에너지의 손실이 발생하였다. 그에 따라, 본 발명에서는 입력 또는 출력 역할을 수행하는 전극(20)의 끝 단에 더미 바(30)를 배치함으로써, 전극(20) 끝 단에서의 삽입 손실을 최소화 할 수 있다.
실시예에 따라, 더미 바(30)와 전극(20) 사이의 소정 간격(W1)은 100nm 내지 1000nm일 수 있다.
아울러, 하나의 더미 바(30)는 제1 방향으로 하나의 전극(20)과 소정 간격(W1)을 이루며 배치되며, 제2 방향을 따라 복수 개의 더미 바(30) 및 전극(20)이 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 더미 바(30) 및 전극(20)의 제2 방향으로의 간격은 일정할 수 있으며, 일정한 간격 값은 사용자의 SAW 소자(1)를 이용한 공진 조건 설정에 따라 상이할 수 있다.
또한, 더미 바(30)는 전극(20)의 좌측 또는 우측에 교대로 배치되어, 각각의 전극(20)이 입력 전극 또는 출력 전극의 역할을 수행할 수 있으며, 표면 탄성파가 제2 방향을 따라 진행할 수 있도록 한다.
마지막으로, 부가막(40)은 더미 바(30) 및 더미 바(30)와 전극(20) 사이의 소정 간격(W1) 상에 형성(W2 간격만큼 형성)되어, 전극(20)을 따라 흐르는 표면 탄성파가 더미 바(30) 및 전극(20)과 더미 바(30) 사이의 소정 간격(W1)에서 에너지 손실이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 보다 구체적으로, 에너지 손실은 앞서 더미 바(30)에서 언급한 횡파 발생에 따른 표면 탄성파의 탄성 손실(leaky wave)을 의미하는데, 이와 같은 손실이 발생하는 더미 바(30) 및 소정 간격(W1) 상에 공기와는 다른 매질의 부가막(40)을 덮음으로써, 전극(20)의 끝 단에서 표면 탄성파의 진행 속도를 감소시키고, 그에 따라 전극(20)의 끝 단에서 소모되는 에너지의 양을 감소시킬 수 있다.
아울러, 더미 바(30)가 전극(20)의 좌측 또는 우측에 교대로 배치됨에 따라, 부가막(40)은 전극(20)의 좌/우측 양 측면에서 제2 방향을 따라 길게 한 쌍을 이루며 형성될 수 있으며, 부가막(40)의 제1 방향 폭(W2)은 더미 바(30) 및 더미 바(30)와 전극(20) 사이의 소정 간격(W1)의 제1 방향 폭을 더한 값일 수 있다.
실시예에 따라, 이러한 부가막(40)은 실리콘 산화물(SiO2), 알루미늄 산화물(Al2O3) 티타늄 산화물(TiO2), 탄탈 산화물(Ta2O5), 하프늄 산화물(HfO2), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 전극(20)의 끝 단에서 표면 탄성파의 속도를 감소시킬 수 있는 다양한 유전 물질로 이루어질 수 있다.
지금까지 본 발명의 제1 실시예에 따른 SAW 소자(1)를 상면에서 바라보았을 때를 기준으로 간략히 설명하였으며, 이하에서는 SAW 소자(1)의 단면과 부가막(40)을 형성함에 따라 나타나는 SAW 소자(1)의 표면 탄성파 속도에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 SAW 소자(1)의 단면도 및 SAW 소자(1)의 표면 탄성파 속도를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, SAW 소자(1)가 포함하는 부가막(40)의 두께(D1)는 전극(20) 및 더미 바(30)의 두께(D2)와 같거나 더 두꺼울 수 있다. 보다 바람직하게, 부가막(40)의 두께(D1)는 전극(20) 및 더미 바(30)의 두께(D2)의 1/4배 내지 2배의 범위의 값을 가질 수 있으며, 그에 따라, 전극(20)의 끝 단에서 발생하는 표면 탄성파의 에너지 손실을 감소시킬 수 있다.
SAW 소자(1)의 단면도를 기준으로 위치에 따른 표면 탄성파 속도(V) 그래프를 보면, 전극(20)과 더미 바(30) 사이의 소정 간격(W1) 및 더미 바(30) 상에 부가막(40)을 형성함으로써, 더미 바(30)와 인접한 전극(20) 끝 단에서의 표면 탄성파 속도(v2)가 전극(20)에서의 표면 탄성파의 속도(v1)보다 작아져, 더미 바(30)와 인접한 전극(20) 끝 단에서 소모되는 표면 탄성파의 에너지 손실을 감소시킬 수 있다.
한편, 도 1의 부가막(40)에서 설명한 바와 같이, 부가막(40)은 전극(20)의 양 측에서 한 쌍을 이루며 형성되는 바, 도 2의 단면도에서 더미 바(30)가 인접하지 않은 전극(20)의 타 단에 부가막(40)이 형성된 것을 확인할 수 있다. 그에 따라, 전극(20)의 타 단에서의 표면 탄성파의 속도(v3)는 보다 감소될 수 있으며, 소모되는 표면 탄성파 에너지가 감소하는 바, SAW 소자(1)의 특성이 보다 더 개선될 수 있다.
지금까지 본 발명의 제1 실시예에 따른 SAW 소자(1)에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 부가막(40)이 SAW 소자(1)의 전극(20)의 일부 영역에 추가로 형성되는 경우에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자(1)의 상면을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자(1)의 단면도 및 SAW 소자(1)의 표면 탄성파 속도를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 부가막(40)은 더미 바(30)와 인접한 전극(20)의 끝 단으로부터 적어도 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 다시 말해서, 부가막(40)은 더미 바(30), 더미 바(30)와 전극(20) 사이의 소정 간격(W1) 및 더미 바(30)와 인접한 전극(20)의 끝 단으로부터 적어도 일부 영역을 덮을 수 있다. 그에 따라, 전체 부가막(40)의 제1 방향 폭(W3)은 제1 실시예에 따른 부가막(40)의 폭(W2)보다 넓어지며, 전극(20)의 끝 단에서 발생하는 에너지 소모를 보다 감소시킬 수 있다.
이와 관련하여, 도 4를 참조하면, 더미 바(30)와 인접한 전극(20)의 끝 단에 부가막(40)을 형성함으로써, 더미 바(30)와 전극(20) 사이의 소정 간격(W1)까지만큼 부가막(40)을 형성한 것에 비하여, 표면 탄성파의 속도가 보다 더 감소함을 확인할 수 있으며, 그에 따른 표면 탄성파의 에너지 손실을 감소시킬 수 있다.
제2 실시 예에 따라, 부가막(40)은 더미바(30)와 인접한 전극(20)의 끝단으로부터 0.8λ 내지 1.16λ의 길이까지 전극(20)을 덮을 수 있도록 형성될 수 있다. 여기서, 1λ는 표면 탄성파 하나의 입력 전극 및 출력 전극에서 다음 번의 입력 전극 및 출력 전극 간의 제2 방향 거리를 의미하며, 보다 바람직하게, 부가막(40)은 전극(20) 끝 단을 0.91λ 길이까지 덮도록 형성될 수 있다.
또한, 더미 바(30)와 인접한 전극(20)의 끝 단에 형성되는 부가막(40)의 두께(D3)는 전극(20)과 더미 바(30) 사이의 소정 간격(W1) 및 더미 바(30) 상에 형성되는 부가막의 두께(D1)와 동일하게 형성되어 SAW 소자(1)를 제조하기 위한 공정 과정의 편의성을 증대시킬 수 있다.
아울러, 더미 바(30)와 전극(20) 사이의 소정 간격(W1)의 크기에 비해, 부가막(40)의 두께(D1, D3)를 두껍게 형성시킬 수 있다.
지금까지 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자(1)에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 부가막(40)이 SAW 소자(1)의 리플렉터 영역까지 추가로 형성되는 경우에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 리플렉터를 포함하는 SAW 소자(1)의 상면을 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, SAW 소자(1)는 제2 방향을 따라 배치된 복수의 전극(20) 및 더미 바(30)의 기준으로 양단에 배치되는 제1 및 제2 리플렉터(50a, 50b)를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 제1 및 제2 리플렉터(50a, 50b)는 제2 방향을 따라 평행하게 배치되는 복수 개의 바(bar) 형태 전극을 포함할 수 있다. 한편, 본 발명에서 제1 및 제2 리플렉터(50a, 50b)를 구성하는 복수 개의 전극 양 끝 단이 연결되지 않은 개회로 형태로 도시하였으나, 복수 개의 전극 양 끝 단이 연결된 폐회로 형태 또는 개회로(open circuit) 형태와 폐회로(closed circuit) 형태가 결합된 PNR(Positive and Negative) 그레이팅으로 형태로 배치될 수 있다.
아울러, SAW 소자(1)가 제1 및 제2 리플렉터(50a, 50b)를 포함함에 따라, SAW 소자(1)를 이용한 공진기의 표면 탄성파 반사 특성을 개선시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 및 제2 리플렉터(50a, 50b)를 복수의 전극(20) 및 더미 바(30)의 양단에 배치시켜, 복수의 전극(20)을 따라(제2 방향) 진행하는 표면 탄성파를 반사시켜 표면 탄성파의 삽입 손실을 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 SAW 소자(1)는 제1 및 제2 리플렉터(50a, 50b) 상에 부가막(40)을 형성할 수 있으며, 그에 따라 SAW 소자(1)의 진동 변환 효율인 전기기계 결합 계수(electromechanical coupling factor, K2) 값이 커져, SAW 소자(1)의 통과 대역이 넓어지는 효과를 얻을 수 있다.
실시예에 따라, 제1 및 제2 리플렉터(50a, 50b) 상에 형성되는 부가막(40)은 두 종류로 나눌 수 있다. 첫 번째로 도 5a와 같이, 부가막(40)은 제1 및 제2 리플렉터(50a, 50b)의 양 끝 단으로부터 적어도 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 부가막(40)은 더미 바(30)와 인접한 전극(20)의 끝 단까지 덮는 부가막(40)의 폭(W3)과 동일한 폭으로 형성될 수 있다. 다만, 제1 및 제2 리플렉터(50a, 50b) 상에 형성되는 부가막(40)의 폭은 이에 한정되지 않고 W3 보다 더 넓은 폭을 가질 수 있다.
두 번째로 도 5b와 같이, 부가막(40)은 제1 및 제2 리플렉터(50a, 50b)가 배치된 SAW 소자(1)의 전면(全面)을 덮도록 형성될 수 있다. 이러한 경우, 제1 및 제2 리플렉터(50a, 50b)의 양 끝 단에 부가막(40)을 덮은 첫 번째 경우보다 전기기계 결합 계수(K2) 값이 보다 커질 수 있다. 보다 구체적으로, 전기기계 결합 계수(K2) 값이 커짐에 따라 SAW 소자(1)의 통과 대역 폭이 1㎒ 이상 넓어져, SAW 소자(1)의 주파수 특성이 개선될 수 있다.
지금까지 본 발명의 부가막(40)이 형성되는 위치를 기준으로 한 SAW 소자(1)에 대하여 설명하였다. 이하에서는, SAW 소자(1)의 전극 배치에 따른 부가막(40)의 형성에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 SAW 소자(1)의 상면을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 SAW 소자(1)는 기판(10), 기판(10) 상에 배치되는 제1 및 제2 버스 바(25a, 25b), 제1 및 제2 버스 바(25a, 25b)로부터 연장 형성되는 복수의 제1 및 제2 전극(20a, 20b), 제1 및 제2 버스 바(25a, 25b) 사이에 배치된 더미 바(30), 더미 바(30) 상에 형성되는 부가막(40) 및 제1 및 제2 리플렉터(50a, 50b)를 포함할 수 있다.
기판(10)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판(10)과 동일하게 압전 효과를 제공할 수 있는 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 기판(10)은 실리콘 기판, 다이아몬드 기판, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, Quartz 기판, LiNbO3 기판, LiTaO3 기판 중 하나일 수 있다.
다음으로, 제1 및 제2 버스 바(25a, 25b)가 기판(10) 상에 제2 방향으로 평행하게 배치될 수 있다. 이때, 제2 방향은 표면 탄성파의 진행 방향과 동일한 방향일 수 있다.
제1 및 제2 버스 바(25a, 25b)는 각각이 입력 전극 또는 출력 전극의 역할을 수행할 수 있으며, 제2 방향과 수직한 제1 방향으로 복수 개의 제1 및 제2 전극(20a, 20b)을 포함함에 따라, 한 쌍의 IDT(Inter-digital transducer)전극을 이룰 수 있다. 또한, 복수 개의 제1 전극(20a)과 제2 전극(20b)은 교대로 배치될 수 있으며, 제2 방향으로의 이격 간격은 사용자의 SAW 소자(1)를 이용한 공진 조건 설정에 따라 상이할 수 있다.
더미 바(30)는 복수의 제1 전극(20a)과 제2 버스 바(25b) 사이의 이격된 제1 영역 및 복수의 제2 전극(20b)과 제1 버스 바(25a) 사이의 이격된 제2 영역 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 영역 및 제2 영역은 부가막(40)의 폭(W4)으로 도시된 영역으로서, 전극 간의 빈 공간을 최소화 하여 표면 탄성파의 에너지 손실을 감소시킬 수 있다.
다음으로, 제1 및 제2 리플렉터(50a, 50b)가 복수 개의 제1 및 제2 전극(20a, 20b) 및 더미 바(30)의 양단에 배치될 수 있으며, 복수 개의 제1 및 제2 전극(20a, 20b)을 따라 진행하는 표면 탄성파를 반사시켜 표면 탄성파의 삽입 손실을 감소시킬 수 있다.
마지막으로, 부가막(40)은 복수의 제1 전극(20a)과 제2 버스 바(25b) 사이의 이격된 제1 영역 및 복수의 제2 전극(20b)과 제1 버스 바(25a) 사이의 이격된 제2 영역에 형성될 수 있다. 다시 말해서, 더미 바(30)와 복수 개의 제1 및 제2 전극(20a, 20b) 사이의 소정 간격(W1) 및 더미 바(30) 상에 공기와는 다른 매질의 부가막(40)을 덮음으로써, 복수 개의 제1 및 제2 전극(20a, 20b)의 끝 단에서 표면 탄성파의 진행 속도를 감소시켜, 소모되는 에너지의 양을 감소시킬 수 있다.
실시예에 따라, 부가막(40)은 더미 바(30)가 배치된 제1 및 제2 영역의 제1 방향 폭(W4)만큼을 덮거나, 제1 및 제2 버스 바(25a, 25b)까지 덮을 수 있으며, 그에 따라 소모되는 에너지의 양을 보다 더 감소시킬 수 있다.
한편, 부가막(40)은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 알루미늄 산화물(Al2O3) 티타늄 산화물(TiO2), 탄탈 산화물(Ta2O5), 하프늄 산화물(HfO2), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 복수 개의 제1 및 제2 전극(20a, 20b)의 끝 단에서 표면 탄성파의 속도를 감소시킬 수 있는 다양한 유전 물질로 이루어질 수 있다.
지금까지 본 발명의 다양한 실시예에 따른 부가막(40)의 형성 위치 및 개선 효과에 대하여 간략하게 설명하였으며, 이하에서는 이러한 부가막(40)을 형성함에 따라 SAW 소자(1)의 특성이 개선됨을 다양한 실험 결과를 통해 설명하도록 한다.
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자(1)를 이용한 공진기의 삽입 손실을 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, SAW 소자(1)를 이용한 공진기의 공진 및 반공진에 따른 주파수 특성이 다음과 같이 나타남을 확인할 수 있다. 여기서, 가로 축은 주파수(MHz), 세로 축은 삽입 손실(dB)이고, 실선은 본 발명의 부가막(40)을 형성한 실시 예이며, 점선은 종래의 부가막(40)을 형성하지 않은 비교 예이다.
제2 실시예에 따라, 부가막(40)을 더미 바(30)와 전극(20) 사이의 소정 간격(W1) 및 더미 바(30)와 인접한 전극(20)의 끝단에 형성함으로써, 공진 주파수(fr, resonance of frequency)에서 이전보다 적은 삽입 손실 값을 가질 수 있다. 즉, 종래의 부가막(40)을 형성하지 않았을 때의 삽입 손실 값보다 L값 만큼 감소함을 확인할 수 있으며, SAW 소자(1)의 특성이 개선될 수 있다.
한편, 삽입 손실(dB)을 나타내는 세로축은 그 값이 위로 올라갈수록 SAW 소자(1)의 특성이 개선되는 것을 의미한다. 즉, 세로 축으로 높은 값일수록 삽입 손실이 감소하는 것으로 이해할 수 있다.
또한, 비교 예에서 공진 주파수(fr)와 반공진 주파수(fa, anti-resonance frequency)의 차이 값(f1)보다 본 발명의 실시 예에서 공진 주파수(fr)와 반공진 주파수(fa)의 차이 값(f2)이 커짐에 따라, SAW 소자(1)의 진동 변환 효율인 전기기계 결합 계수(K2) 값이 커지고, SAW 소자(1)의 통과 대역이 넓어지는 효과를 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자(1)의 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, SAW 소자(1)를 이용한 필터의 주파수에 따른 통과 대역이 다음과 같이 나타남을 확인할 수 있다. 여기서, 가로 축은 주파수(MHz), 세로 축은 삽입 손실(dB)이고, 실선은 본 발명의 부가막(40)을 형성한 실시 예이며, 점선은 종래의 부가막(40)을 형성하지 않은 비교 예이다.
제2 실시예에 따라, 부가막(40)을 더미 바(30)와 전극(20) 사이의 소정 간격(W1) 및 더미 바(30)와 인접한 전극(20)의 끝 단에 형성함으로써, SAW 소자(1)를 이용한 필터의 최대 손실 값(L1)은 -1.272dB 이고, 종래의 부가막(40)을 형성하지 않은 필터의 최대 손실 값(L2)은 -1.439 dB로서, SAW 소자(1)를 이용한 필터의 최대 손실 값이 감소함을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서의 중심 주파수(fc1)를 기준으로 한 통과 대역(BW1=117.3)이 종래의 부가막(40)을 형성하지 않은 필터의 중심 주파수(fc2)를 기준으로 한 통과 대역(BW2=112.1)보다 넓어져, SAW 소자(1)의 특성이 개선됨을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 소자(1)의 주파수에 따른 Q 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, SAW 소자(1)를 이용한 필터의 주파수에 따른 Q 특성이 다음과 같이 나타남을 확인할 수 있다. 여기서, 가로축은 주파수(MHz), 세로 축은 Q-Value이고, 실선은 본 발명의 부가막(40)을 형성한 실시 예이며, 점선은 종래의 부가막(40)을 형성하지 않은 비교 예이다.
제2 실시예에 따라, 부가막(40)을 더미 바(30)와 전극(20) 사이의 소정 간격(W1) 및 더미 바(30)와 인접한 전극(20)의 끝 단에 형성함으로써, SAW 소자(1)를 이용한 필터의 Q 특성 값(Q1)이, 종래의 부가막(40)을 형성하지 않은 필터의 Q 특성 값(Q2) 보다 대략 50 정도 증가하였음을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 SAW 소자(1)가 전극(20)과 더미 바(30) 사이의 소정 간격(W1) 또는 소정 간격(W1)을 넘어서 더미 바(30)와 인접한 전극(20)의 끝 단 상에 부가막(40)을 형성함에 따라, SAW 소자(1)의 삽입 손실이 감소할 뿐만 아니라, 통과 대역도 넓어져 특성이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: SAW 소자
10: 기판
20: 전극
20a: 제1 전극
20b: 제2 전극
25a: 제1 버스 바
25b: 제2 버스 바
30: 더미 바
40: 부가막
50a: 제1 리플렉터
50b: 제2 리플렉터
10: 기판
20: 전극
20a: 제1 전극
20b: 제2 전극
25a: 제1 버스 바
25b: 제2 버스 바
30: 더미 바
40: 부가막
50a: 제1 리플렉터
50b: 제2 리플렉터
Claims (10)
- 기판;
상기 기판 상에 제1 방향으로 배치되는 전극;
상기 제1 방향으로 상기 전극과 소정 간격만큼 이격되어 배치되는 더미 바; 및
상기 더미 바 상에 형성되는 부가막; 을 포함하고,
상기 전극 및 더미 바는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 복수 개가 평행하게 배치되며,
상기 더미 바는 상기 전극의 좌측 또는 우측에 상기 전극과 소정 간격만큼 이격되어 교대로 배치되며,
상기 부가막은 상기 전극과 더미 바 사이의 소정 간격 및 상기 복수의 더미 바 상에 형성되는 표면 탄성파 소자. - 제1항에 있어서,
상기 부가막의 두께는, 상기 전극의 두께의 1/4배 내지 2배인, 표면 탄성파 소자. - 제1항에 있어서,
상기 부가막은,
상기 더미 바 및 상기 더미 바와 인접한 상기 전극의 끝 단으로부터 적어도 일부를 덮도록 형성되는, 표면 탄성파 소자. - 제3항에 있어서,
상기 전극의 끝 단 상에 형성된 부가막의 두께는,
상기 전극과 더미 바 사이의 소정 간격 및 상기 복수의 더미 바 상에 형성되는 부가막의 두께와 동일한, 표면 탄성파 소자. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 전극 및 더미 바의 양단에 배치되는 제1 및 제2 리플렉터; 를 포함하고,
상기 부가막은,
상기 제1 및 제2 리플렉터의 양 끝 단으로부터 적어도 일부를 덮도록 형성되는, 표면 탄성파 소자. - 제5항에 있어서,
상기 부가막은,
상기 제1 및 제2 리플렉터가 배치된 전면(全面)을 덮도록 형성되는, 표면 탄성파 소자. - 제1항에 있어서,
상기 소정 간격은,
100nm 이상 내지 1000nm 이하인, 표면 탄성파 소자. - 제1항에 있어서,
상기 부가막은,
실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 알루미늄 산화물(Al2O3) 티타늄 산화물(TiO2), 탄탈 산화물(Ta2O5), 하프늄 산화물(HfO2), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 중 어느 하나로 이루어지는, 표면 탄성파 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제2 방향은,
표면 탄성파 진행 방향과 동일한 방향인, 표면 탄성파 소자. - 기판;
상기 기판 상에 평행하게 배치된 1 및 제2 버스 바;
상기 제1 버스 바로부터 상기 제2 버스 바를 향하여 연장 배치된 복수의 제1 전극;
상기 제2 버스 바로부터 상기 제1 버스 바를 향하여 연장 배치된 복수의 제2 전극;
상기 복수의 제1 전극과 제2 버스 바 사이의 이격된 제1 영역 및 상기 복수의 제2 전극과 제1 버스 바 사이의 이격된 제2 영역 내에 배치된 더미 바; 및
상기 제1 영역 및 제2 영역 상에 형성되는 부가막; 을 포함하는 표면 탄성파 소자.
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