KR20190140411A - 스피넬 층을 갖는 탄성파 디바이스 - Google Patents

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공 빈 탕
히로유끼 나까무라
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Abstract

스피넬 층, 압전 층 및 압전 층 상의 인터디지털 트랜스듀서 전극을 포함하는 탄성파 디바이스가 개시된다. 압전 층은 인터디지털 트랜스듀서 전극과 스피넬 층 사이에 배치된다. 탄성파 디바이스는 λ의 파장을 갖는 탄성파를 생성하도록 구성된다. 압전 층은 λ보다 작은 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 탄성파 디바이스는 압전 층과 스피넬 층 사이에 배치되는 온도 보상 층을 포함할 수 있다.

Description

스피넬 층을 갖는 탄성파 디바이스{ACOUSTIC WAVE DEVICE WITH SPINEL LAYER}
우선권 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 6월 11일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/683,333호(발명의 명칭 "ACOUSTIC WAVE DEVICE WITH SPINEL LAYER"), 및 2018년 9월 28일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/738,245호(발명의 명칭 "ACOUSTIC WAVE DEVICE WITH SPINEL LAYER")의 우선권의 이익을 주장하며, 그 각각의 개시내용들은 이로써 본 명세서에 그 전체가 인용에 의해 포함된다.
기술 분야
본 개시내용의 실시예들은 탄성파 디바이스들에 관한 것이다.
탄성파 필터들은 무선 주파수 전자 시스템들에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 모바일 폰의 무선 주파수 프런트 엔드에서의 필터들은 탄성파 필터들을 포함할 수 있다. 2개의 탄성파 필터가 듀플렉서로서 배열될 수 있다.
탄성파 필터는 무선 주파수 신호를 필터링하도록 배열된 복수의 공진기를 포함할 수 있다. 예시적인 탄성파 필터들은 표면 탄성파(SAW) 필터들 및 체적 탄성파(BAW) 필터들을 포함한다. 표면 탄성파 공진기는 압전 기판 상에 인터디지털 트랜스듀서 전극을 포함할 수 있다. 표면 탄성파 공진기는 인터디지털 트랜스듀서 전극이 배치된 압전 층의 표면 상에 표면 탄성파를 생성할 수 있다.
청구항들에 기술된 혁신들은 각각 수 개의 양태를 가지며, 이 중 단 하나도 그의 바람직한 속성들에 대해 단독으로 책임이 있지 않다. 청구항들의 범위를 제한하지 않고, 본 개시내용의 일부 두드러진 특징들이 이제 간단히 설명될 것이다.
일 양태에서는, 탄성파 디바이스가 개시된다. 상기 탄성파 디바이스는 다결정 스피넬 층 및 압전 층을 포함한다. 상기 압전 층은 λ보다 작은 두께를 갖는다. 상기 탄성파 디바이스는 λ의 파장을 갖는 탄성파를 생성하도록 구성된다. 상기 탄성파 디바이스는 또한 상기 압전 층 상에 인터디지털 트랜스듀서 전극을 포함한다. 상기 압전 층은 상기 인터디지털 트랜스듀서 전극과 다결정 스피넬 층 사이에 배치된다.
상기 탄성파 디바이스는 상기 다결정 스피넬 층과 상기 압전 층 사이에 배치된 온도 보상 층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 온도 보상 층은 실리콘 이산화물을 포함할 수 있다. 상기 탄성파 디바이스는 상기 온도 보상 층과 상기 스피넬 층 사이에 배치된 고 임피던스 층을 추가로 포함할 수 있고, 상기 고 임피던스 층은 상기 다결정 스피넬 층보다 더 높은 음향 임피던스를 갖는다. 상기 온도 보상 층은 상기 압전 층과 물리적으로 접촉할 수 있다. 상기 온도 보상 층은 압전 층과 반대편에 있는 상기 다결정 스피넬 층과 물리적으로 접촉할 수 있다.
상기 다결정 스피넬 층은 상기 압전 층과 물리적으로 접촉할 수 있다.
상기 압전 층은 리튬 탄탈레이트 층 또는 리튬 니오베이트 층일 수 있다.
상기 탄성파 디바이스는 기판 층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 다결정 스피넬 층은 상기 기판 층과 상기 압전 층 사이에 배치될 수 있다. 상기 기판 층은 실리콘 층, 알루미늄 질화물 층, 다이아몬드 층, 실리콘 질화물 층, 또는 실리콘 탄화물 층 중 하나를 포함할 수 있다. 상기 기판 층은 상기 다결정 스피넬 층과 물리적으로 접촉할 수 있다. 상기 탄성파 디바이스는 상기 기판 층 및 상기 다결정 스피넬 층을 부착하는 접착 층을 추가로 포함할 수 있다.
일 양태에서는, 무선 주파수 모듈이 개시된다. 상기 무선 주파수 모듈은 무선 주파수 신호를 필터링하도록 구성되는 탄성파 필터를 포함한다. 상기 탄성파 필터는 λ의 파장을 갖는 탄성파를 생성하도록 구성되는 탄성파 디바이스를 포함한다. 상기 탄성파 디바이스는 λ보다 작은 두께를 갖는 압전 층, 상기 압전 층 상의 인터디지털 트랜스듀서 전극, 및 상기 압전 층이 다결정 스피넬 층과 상기 인터디지털 트랜스듀서 전극 사이에 배치되도록 배열되는 상기 다결정 스피넬 층을 포함한다. 상기 무선 주파수 모듈은 상기 탄성파 필터를 둘러싸는 패키지를 또한 포함한다.
상기 무선 주파수 모듈은 듀플렉서를 추가로 포함할 수 있고, 상기 듀플렉서는 상기 탄성파 필터 및 제2 탄성파 필터를 포함한다.
상기 무선 주파수 모듈은 상기 탄성파 필터에 결합된 무선 주파수 스위치를 추가로 포함할 수 있다. 상기 무선 주파수 스위치는 상기 패키지 내에 둘러싸일 수 있다. 상기 무선 주파수 모듈은 상기 패키지 내에 둘러싸인 전력 증폭기를 추가로 포함할 수 있다.
상기 탄성파 디바이스는 상기 다결정 스피넬 층과 상기 압전 층 사이에 배치되는 온도 보상 층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 탄성파는 상기 온도 보상 층과 상기 다결정 스피넬 층 사이에 배치되는 고 임피던스 층을 또한 포함할 수 있고, 상기 고 임피던스 층은 상기 다결정 스피넬 층보다 더 높은 음향 임피던스를 갖는다.
상기 탄성파 디바이스는 기판 층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 다결정 스피넬 층은 상기 기판 층과 상기 압전 층 사이에 배치될 수 있다.
일 양태에서는, 무선 통신 디바이스가 개시된다. 상기 무선 통신 디바이스는 안테나 및 상기 안테나와 통신하는 탄성파 필터를 포함한다. 상기 탄성파 필터는 무선 주파수 신호를 필터링하도록 구성된다. 상기 탄성파 필터는 λ의 파장을 갖는 탄성파를 생성하도록 구성되는 탄성파 디바이스를 포함한다. 상기 탄성파 디바이스는 λ보다 작은 두께를 갖는 압전 층, 상기 압전 층 상의 인터디지털 트랜스듀서 전극, 및 상기 압전 층이 다결정 스피넬 층과 상기 인터디지털 트랜스듀서 전극 사이에 배치되도록 배열된 상기 다결정 스피넬 층을 포함한다.
상기 탄성파 디바이스는 상기 다결정 스피넬 층과 상기 압전 층 사이에 배치되는 온도 보상 층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 탄성파 디바이스는 상기 온도 보상 층과 상기 다결정 스피넬 층 사이에 배치되는 고 임피던스 층을 또한 포함할 수 있고, 상기 고 임피던스 층은 상기 다결정 스피넬 층보다 더 높은 음향 임피던스를 갖는다.
일 양태에서는, 탄성파 디바이스가 개시된다. 상기 탄성파 디바이스는 압전 층, 스피넬 층 및 상기 압전 층과 상기 스피넬 층 사이에 배치되는 온도 보상 층을 포함한다. 상기 탄성파 디바이스는 또한 상기 압전 층 상에 인터디지털 트랜스듀서 전극을 포함한다. 상기 압전 층은 상기 온도 보상 층과 상기 인터디지털 트랜스듀서 전극 사이에 배치된다.
상기 스피넬 층은 다결정 스피넬 층일 수 있다. 대안적으로, 상기 스피넬 층은 단결정 스피넬 층일 수 있다.
상기 압전 층은 리튬 탄탈레이트 층 또는 리튬 니오베이트 층일 수 있다.
상기 탄성파 디바이스는 λ의 파장을 갖는 탄성파를 생성하도록 구성되고, 상기 압전 층은 λ보다 작은 두께를 가질 수 있다.
상기 온도 보상 층은 실리콘 이산화물을 포함할 수 있다. 상기 온도 보상 층은 제1 표면 및 제2 표면을 갖는다. 상기 제1 표면은 상기 스피넬 층과 물리적으로 접촉할 수 있다. 상기 제2 표면은 상기 압전 층과 물리적으로 접촉할 수 있다.
상기 탄성파 디바이스는 기판 층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 스피넬 층은 상기 기판 층과 상기 압전 층 사이에 배치될 수 있다. 상기 기판 층은 실리콘 층, 알루미늄 질화물 층, 다이아몬드 층, 실리콘 질화물 층, 또는 실리콘 탄화물 층 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 탄성파 디바이스는 상기 온도 보상 층과 상기 스피넬 층 사이에 배치된 고 임피던스 층을 추가로 포함할 수 있고, 상기 고 임피던스 층은 상기 다결정 스피넬 층보다 더 높은 음향 임피던스를 갖는다.
일 양태에서는, 무선 주파수 모듈이 개시된다. 상기 무선 주파수 모듈은 무선 주파수 신호를 필터링하도록 구성되는 탄성파 필터를 포함한다. 상기 탄성파 필터는 압전 층, 스피넬 층, 및 상기 압전 층과 상기 스피넬 층 사이에 배치되는 온도 보상 층을 포함하는 탄성파 디바이스를 포함한다. 상기 무선 주파수 모듈은 상기 탄성파 필터를 둘러싸는 패키지를 또한 포함한다.
상기 무선 주파수 모듈은 듀플렉서를 추가로 포함할 수 있다. 상기 듀플렉서는 상기 탄성파 필터 및 제2 탄성파 필터를 포함할 수 있다.
상기 무선 주파수 모듈은 상기 탄성파 필터에 결합된 무선 주파수 스위치를 추가로 포함할 수 있다. 상기 무선 주파수 스위치는 상기 패키지 내에 둘러싸일 수 있다. 상기 무선 주파수 모듈은 상기 패키지 내에 둘러싸인 전력 증폭기를 추가로 포함할 수 있다.
상기 스피넬 층은 다결정 스피넬 층일 수 있다. 대안적으로, 상기 스피넬 층은 단결정 스피넬 층일 수 있다.
상기 압전 층은 리튬 탄탈레이트 층 또는 리튬 니오베이트 층일 수 있다.
상기 탄성파 디바이스는 λ의 파장을 갖는 탄성파를 생성하도록 구성된다. 상기 압전 층은 λ보다 작은 두께를 가질 수 있다.
일 양태에서는, 무선 통신 디바이스가 개시된다. 상기 무선 통신 디바이스는 안테나 및 상기 안테나와 통신하는 탄성파 필터를 포함한다. 상기 탄성파 필터는 무선 주파수 신호를 필터링하도록 구성된다. 상기 탄성파 필터는 압전 층, 스피넬 층, 및 상기 압전 층과 상기 스피넬 층 사이에 배치되는 온도 보상 층을 포함하는 탄성파 디바이스를 포함한다.
상기 무선 통신 디바이스는 듀플렉서를 포함할 수 있다. 상기 듀플렉서는 상기 탄성파 필터 및 제2 탄성파 필터를 포함할 수 있다.
상기 무선 통신 디바이스는 상기 탄성파 필터에 결합되는 무선 주파수 스위치를 추가로 포함할 수 있다. 상기 무선 주파수 스위치 및 전력 증폭기는 상기 패키지 내에 둘러싸일 수 있다.
상기 스피넬 층은 다결정 스피넬 층일 수 있다. 대안적으로, 상기 스피넬 층은 단결정 스피넬 층일 수 있다.
본 개시내용을 요약하는 목적들을 위해, 혁신들의 특정 양태들, 이점들 및 새로운 특징들이 본 명세서에 설명되었다. 반드시 모든 그러한 이점들이 임의의 특정 실시예에 따라 달성될 수 있는 것은 아니라는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 혁신들은 본 명세서에서 교시되거나 제안될 수 있는 다른 이점들을 반드시 달성하지 않고도 본 명세서에 교시된 하나의 이점 또는 이점들의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 구현되거나 수행될 수 있다.
이제, 본 개시내용의 실시예들이 비제한적인 예를 통해 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1a는 베이스라인 표면 탄성파 디바이스의 단면을 예시한다.
도 1b는 일 실시예에 따른 다결정 스피넬 기판을 포함하는 표면 탄성파 디바이스의 단면을 예시한다.
도 2a는 도 1a 및 도 1b의 표면 탄성파 디바이스들의 시뮬레이션된 주파수 응답들을 비교하는 그래프이다.
도 2b는 도 1a 및 도 1b의 표면 탄성파 디바이스들의 시뮬레이션된 주파수 응답들을 비교하는 다른 그래프이다.
도 2c는 도 1b의 표면 탄성파 디바이스 및 스피넬 기판이 없는 유사한 디바이스에 대한 주파수에 대한 어드미턴스를 비교하는 그래프이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 다결정 스피넬 기판 및 온도 보상 층을 포함하는 표면 탄성파 디바이스의 단면을 예시한다.
도 3b는 일 실시예에 따른 다결정 스피넬 기판, 온도 보상 층, 및 고 임피던스 층을 포함하는 표면 탄성파 디바이스의 단면을 예시한다.
도 4a는 일 실시예에 따른 다른 기판 위의 다결정 스피넬 기판을 포함하는 표면 탄성파 디바이스의 단면을 예시한다.
도 4b는 일 실시예에 따른 다른 기판 위의 다결정 스피넬 기판 및 온도 보상 층을 포함하는 표면 탄성파 디바이스의 단면을 예시한다.
도 4c는 일 실시예에 따른 다른 기판 위의 다결정 스피넬 기판, 온도 보상 층, 및 고 임피던스 층을 포함하는 표면 탄성파 디바이스의 단면을 예시한다.
도 5a는 일 실시예에 따른 접착 층에 의해 다른 기판에 부착된 다결정 스피넬 기판을 포함하는 표면 탄성파 디바이스의 단면을 예시한다.
도 5b는 다른 실시예에 따른 접착 층에 의해 다른 기판에 부착된 다결정 스피넬 기판을 포함하는 표면 탄성파 디바이스의 단면을 예시한다.
도 5c는 다른 실시예에 따른 접착 층에 의해 다른 기판에 부착된 다결정 스피넬 기판을 포함하는 표면 탄성파 디바이스의 단면을 예시한다.
도 6a는 베이스라인 표면 탄성파 디바이스의 단면을 예시한다.
도 6b는 일 실시예에 따른 스피넬 기판을 포함하는 표면 탄성파 디바이스의 단면을 예시한다.
도 6c는 다른 실시예에 따른 스피넬 기판을 포함하는 표면 탄성파 디바이스의 단면을 예시한다.
도 7a는 제1 압전 층 두께에 대한 도 6a 및 도 6b의 표면 탄성파 디바이스들의 시뮬레이션된 주파수 응답들을 비교하는 그래프이다.
도 7b는 제2 압전 층 두께에 대한 도 6a 및 도 6b의 표면 탄성파 디바이스들의 시뮬레이션된 주파수 응답들을 비교하는 그래프이다.
도 7c는 제3 압전 층 두께에 대한 도 6a 및 도 6b의 표면 탄성파 디바이스들의 시뮬레이션된 주파수 응답들을 비교하는 그래프이다.
도 7d는 도 6b에 도시된 표면 탄성파 디바이스들에 대한 다양한 실리콘 이산화물 층 두께들에 대한 전기 기계 결합 계수(k2) 대 리튬 탄탈레이트 두께의 그래프이다.
도 8a는 일 실시예에 따른 표면 탄성파 디바이스를 포함하는 필터를 갖는 모듈의 개략 블록도이다.
도 8b는 다른 실시예에 따른 표면 탄성파 디바이스를 포함하는 필터를 갖는 모듈의 개략 블록도이다.
도 8c는 다른 실시예에 따른 표면 탄성파 디바이스를 포함하는 필터를 갖는 모듈의 개략 블록도이다.
도 8d는 일 실시예에 따른 표면 탄성파 디바이스를 포함하는 듀플렉서들을 갖는 모듈의 개략 블록도이다.
도 8e는 다른 실시예에 따른 표면 탄성파 디바이스를 포함하는 듀플렉서들을 갖는 모듈의 개략 블록도이다.
도 8f는 다른 실시예에 따른 표면 탄성파 디바이스를 포함하는 듀플렉서들을 갖는 모듈의 개략 블록도이다.
도 9a는 하나 이상의 실시예에 따른 필터를 포함하는 무선 통신 디바이스의 개략 블록도이다.
도 9b는 하나 이상의 실시예에 따른 필터를 포함하는 다른 무선 통신 디바이스의 개략 블록도이다.
특정 실시예들에 대한 다음의 설명은 특정 실시예들의 다양한 설명들을 제시한다. 그러나, 본 명세서에 설명된 혁신들은, 예를 들어, 청구항들에 의해 정의되고 커버되는 다수의 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 본 설명에서는, 유사한 참조 번호들이 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들을 나타낼 수 있는 도면들을 참조한다. 도들에 예시된 요소들은 반드시 축척대로 그려진 것은 아님을 이해할 것이다. 또한, 특정 실시예들은 도면에서 예시된 것보다 많은 요소 및/또는 도면에서 예시된 요소들의 서브세트를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 일부 실시예는 2개 이상의 도면으로부터의 피처들의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다.
탄성파 필터들은 모바일 폰의 RF 프런트 엔드에서와 같이 다양한 응용들에서 무선 주파수(RF) 신호들을 필터링할 수 있다. 탄성파 필터는 표면 탄성파(SAW) 디바이스들로 구현될 수 있다. SAW 디바이스들은 SAW 공진기들일 수 있다.
실리콘(Si) 층 상에 적층된 리튬 탄탈레이트(LiTaO3) 층을 포함하는 복합 기판 탄성파 요소는 기판 방향에서의 누설을 억제하고 개선된 품질 팩터(Q)를 달성할 수 있다. 그러한 탄성파 디바이스에서, 고차 모드들은 리튬 탄탈레이트와 실리콘 층들 사이의 계면에서 생성된 반사 파들로 인해 발생할 수 있다. 고차 모드들은 대역외 감쇠 특성들을 악화시킬 수 있다. 그러한 고차 모드들은 본 명세서에서 논의된 실시예들에 따라 실리콘(Si) 대신에 MgAl2O4의 화학식을 가질 수 있는 스피넬을 사용하여 발생하는 것이 억제될 수 있다.
본 개시내용의 양태들은 리튬 탄탈레이트 층, 및 다결정 스피넬 층과 같은 스피넬 층을 포함하는 다층 압전 기판에 관한 것이다. 다결정 스피넬 층 상의 리튬 탄탈레이트 층은 고차 모드들이 탄성파 디바이스에서 발생하는 것을 억제할 수 있다.
스피넬(예컨대, 다결정 스피넬 및/또는 단결정 스피넬)에서의 횡파 체적파들(transverse-wave bulk waves)의 전파 음향 속도는 실리콘에서의 횡파 체적파들의 전파 음향 속도보다 작은 반면, 스피넬에서의 횡파들의 전파 음향 속도는 리튬 탄탈레이트의 것들보다 크다. 따라서, 전단 수평(SH) 모드를 악화시키지 않으면서 스피넬 층으로 기판 방향에서의 체적 방출의 차단 주파수를 낮추는 것이 가능하다. 이는 고차 모드들의 강도를 억제할 수 있다.
본 개시내용의 양태들은 다층 기판 구조들 상의 SAW 필터들에 대한 고차 스퓨리어스 모드들을 억제하는 구조들에 관한 것이다. 예를 들어, 실리콘 상의 실리콘 이산화물(SiO2) 상의 리튬 탄탈레이트 또는 리튬 니오베이트와 같은 리튬 기반 압전 재료를 포함하는 다층 압전을 갖는 SAW 디바이스들은 고차 스퓨리어스 모드들과 마주칠 수 있다. 그러한 다층 기판들에서 실리콘을 스피넬로 대체함으로써, 고차 스퓨리어스 모드들이 억제될 수 있다. 스피넬 층은 다결정 층 또는 단결정 층일 수 있다. 스피넬 및 실리콘에 대한 다수의 SAW 특성들은 유사하다. 하나의 차이는, 스피넬이 실리콘보다 빠른 전단 속도에 있다. 따라서, 스퓨리어스 모드들은 실리콘 기판에 비해 스피넬 기판 상에서 더 높은 주파수들에서 나타날 수 있다. 이 특성은 SAW 필터들에 대한 고차 스퓨리어스 모드들을 억제하는 데 사용될 수 있다.
도 1a는 베이스라인 표면 탄성파 디바이스(10)의 단면을 예시한다. 베이스라인 표면 탄성파 디바이스(10)는 실리콘 기판(12), H1의 두께를 갖는 리튬 탄탈레이트 층(14), 및 리튬 탄탈레이트 층(14) 상에 있고 두께 h를 갖는 인터디지털 트랜스듀서(IDT) 전극(16)을 포함한다. 예시된 IDT 전극(16)은 알루미늄 IDT 전극이다. IDT 전극(16)은 표면 탄성파 디바이스(10)에 의해 생성된 표면 탄성파의 파장 λ 또는 L을 설정하는 피치를 갖는다. 예시된 바와 같이, 표면 탄성파의 파장 λ는 2 마이크로미터(um)이다. 표면 탄성파 디바이스(10)에서 실리콘 기판(12) 및 리튬 탄탈레이트 층(14)은 서로 접합되고 서로 물리적으로 접촉한다.
도 1b는 일 실시예에 따른 다결정 스피넬 기판(22)을 포함하는 표면 탄성파 디바이스(20)의 단면을 예시한다. 표면 탄성파 디바이스(20)는 다결정 스피넬 기판(22), H1의 두께를 갖는 리튬 탄탈레이트 층(14), 및 IDT 전극(16)을 포함한다. 표면 탄성파 디바이스(20)는 표면 탄성파 디바이스(20)가 실리콘 기판(12) 대신에 다결정 스피넬 기판(22)을 포함한다는 점을 제외하고는 도 1a의 표면 탄성파 디바이스(10)와 같다.
다결정 스피넬 기판(22)은 기판 누설을 억제할 수 있고 표면 탄성파 디바이스가 비교적 높은 Q를 달성하고 바람직한 대역외 감쇠 특성들을 제공하는 데 기여할 수 있다. 다결정 스피넬 기판(22)은 리튬 탄탈레이트 층(14)과 접합될 수 있다. 다결정 스피넬 기판(22)은 예시된 바와 같이 리튬 탄탈레이트 층(14)과 물리적으로 접촉할 수 있다. 다결정 스피넬 층(22)은 MgAl2O4의 화학식을 갖는다.
리튬 탄탈레이트 층(14)의 두께 H1은 표면 탄성파 디바이스(20)에 의해 생성된 표면 탄성파의 파장 λ보다 작을 수 있다. 이는 표면 탄성파 디바이스(20)가 원하는 전기 기계 결합 계수 k2를 달성하는 데 기여할 수 있다. 리튬 탄탈레이트 층(14)은 압전 층의 일 예이다. 리튬 니오베이트(LiNbO3) 압전 층은 본 명세서에서 논의된 실시예들 중 임의의 것에서 리튬 탄탈레이트 층 대신에 구현될 수 있다. 임의의 다른 적합한 압전 층이 리튬 탄탈레이트 층(14) 대신에 구현될 수 있다.
IDT 전극(16)이 리튬 탄탈레이트 층(14) 상에 배치된다. IDT 전극(16)은 표면 탄성파 디바이스(20)에 의해 생성된 표면 탄성파의 파장 λ를 설정하는 피치를 갖는다. IDT 전극(16)은 알루미늄 IDT 전극일 수 있다. IDT 전극 재료는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 또는 이들의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, IDT 전극(16)은 특정 응용들에서 알루미늄 및 몰리브덴을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, IDT 전극(16)은 상이한 IDT 전극 재료들의 다수의 층들을 포함할 수 있다.
도 2a는 도 1a 및 도 1b 각각의 표면 탄성파 디바이스들(10 및 20)의 시뮬레이션된 주파수 응답들을 비교하는 그래프이다. 이러한 시뮬레이션들은 2 um의 파장 λ, 150 nm의 두께 h를 갖는 IDT 전극(16), 및 1 um의 두께 H1을 갖고 42YX-리튬 탄탈레이트인 리튬 탄탈레이트 층(14)에 대응한다. 다결정 스피넬의 체적파 차단 주파수(예컨대, 약 2.4 GHz)는 실리콘에 대한 체적파 차단 주파수(예컨대, 약 2.9 GHz)보다 낮다. 따라서, 표면 탄성파 디바이스(10)에 존재하는 스퓨리어스 모드는 표면 탄성파 디바이스(20)에서 억제될 수 있다.
도 2b는 도 1a 및 도 1b 각각의 표면 탄성파 디바이스들(10 및 20)의 시뮬레이션된 주파수 응답들을 비교하는 다른 그래프이다. 이 그래프는 표면 탄성파 디바이스(10)에서보다 표면 탄성파 디바이스(20)에서의 스퓨리어스 모드의 더 강한 억제를 나타낸다.
도 2c는 도 1b의 표면 탄성파 디바이스 및 스피넬 기판이 없는 유사한 디바이스에 대한 주파수에 대한 어드미턴스를 비교하는 그래프이다. 유사한 디바이스는 다결정 스피넬 기판(22)이 포함되지 않는다는 점을 제외하고는 표면 탄성파 디바이스(20)와 같다. 유사한 디바이스의 리튬 탄탈레이트 층은 42° 컷 각도를 갖는다. 도 2c는 도 1b의 다결정 스피넬 층(22)에 의해 임피던스 비가 개선된다는 것을 나타낸다.
도 1b의 표면 탄성파 디바이스(20)의 다결정 스피넬 기판과 압전 층 사이에 양의 주파수 온도 계수(temperature coefficient of frequency, TCF)를 갖는 온도 보상 층이 추가될 수 있다. 이는 그러한 표면 탄성파 디바이스의 TCF를 도 1b의 표면 탄성파 디바이스(20)보다 제로에 더 가깝게 할 수 있다. 따라서, 온도 보상 층을 갖는 표면 탄성파 디바이스에 대한 온도에 따른 변동이 더 작을 수 있다. 이는 특정 응용들에서 중요할 수 있다.
온도 보상 층은 실리콘 이산화물(SiO2) 층일 수 있다. 온도 보상 층은 양의 주파수 온도 계수를 갖는 임의의 다른 적합한 재료의 층일 수 있다. 예를 들어, 온도 보상 층은 특정 응용들에서 텔루륨 이산화물(TeO2) 층 또는 실리콘 옥시플루오라이드(SiOF) 층일 수 있다. 온도 보상 층은, 예를 들어, SiO2, TeO2, 및/또는 SiOF의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 다층 압전 기판에 온도 보상 층을 포함하는 표면 탄성파 디바이스들을 예시한다. 이러한 표면 탄성파 디바이스들의 임의의 적합한 원리들 및 이점들은 서로 및/또는 본 명세서에서 논의된 다른 표면 탄성파 디바이스들 중 임의의 것과 조합될 수 있다.
도 3a는 일 실시예에 따른 다결정 스피넬 기판(22) 및 실리콘 이산화물 층(32)을 포함하는 표면 탄성파 디바이스(30)의 단면을 예시한다. 실리콘 이산화물 층(32)은 임의의 다른 적합한 온도 보상 층일 수 있다. 실리콘 이산화물 층(32)은 표면 탄성파 디바이스(30)의 TCF를 도 1b의 표면 탄성파 디바이스(20)의 TCF보다 제로에 더 가깝게 할 수 있다. 실리콘 이산화물 층(32)은 도 1b의 표면 탄성파 디바이스(20)에 대해 표면 탄성파 디바이스(30)의 전기 기계 결합 계수 k2를 개선할 수 있다.
도 3b는 일 실시예에 따른 다결정 스피넬 기판(22), 실리콘 이산화물 층(32), 및 고 임피던스 층(36)을 포함하는 표면 탄성파 디바이스(35)의 단면을 예시한다. 표면 탄성파 디바이스(35)는 고 임피던스 층(36)이 추가로 구현된다는 점을 제외하고는 도 3a의 표면 탄성파 디바이스(30)와 같다. 고 임피던스 층(36)은 다결정 스피넬 기판(22)보다 높은 임피던스를 갖는다. 고 임피던스 층(36)은 도 3a의 표면 탄성파 디바이스(30)에 대해 표면 탄성파 디바이스(35)의 품질 팩터를 개선할 수 있다. 고 임피던스 층(36)은 실리콘 질화물(SiN) 층, 알루미늄 질화물(AlN) 층 등일 수 있다.
표면 탄성파 디바이스의 압전 층과 반대 측 상의 다결정 스피넬 기판 아래에 다른 기판이 포함될 수 있다. 그러한 표면 탄성파 디바이스들에서는, 다결정 스피넬의 이점들이 실현될 수 있고 다른 기판은 열 분산 및/또는 TCF가 개선되게 할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 다른 기판 위에 다결정 스피넬 기판을 갖는 다층 압전 기판을 포함하는 표면 탄성파 디바이스들을 예시한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 표면 탄성파 디바이스는 지지 기판(예컨대, 실리콘 기판), 지지 기판 위의 다결정 층, 다결정 스피넬 층 위의 압전 층(예컨대, 리튬 탄탈레이트 층 또는 리튬 니오베이트 층), 및 압전 층 위의 인터디지털 트랜스듀서 전극을 포함한다. 이러한 표면 탄성파 디바이스들의 임의의 적합한 원리들 및 이점들은 서로 및/또는 본 명세서에서 논의된 다른 표면 탄성파 디바이스들 중 임의의 것과 조합될 수 있다.
도 4a는 일 실시예에 따른 다른 기판(42) 위의 다결정 스피넬 기판(22)을 포함하는 표면 탄성파 디바이스(40)의 단면을 예시한다. 표면 탄성파 디바이스(40)는 표면 탄성파 디바이스(40)가 다른 기판(42)을 추가로 포함한다는 점을 제외하고는 도 1b의 표면 탄성파 디바이스(20)와 같다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 다른 기판(42)과 압전 층(예컨대, 리튬 탄탈레이트 층(14)) 사이에 다결정 스피넬 기판(22)이 배치된다. 다른 기판(42)은 지지 기판의 역할을 할 수 있다. 다른 기판(42)은 열 분산 및/또는 TCF를 개선할 수 있는 임의의 적합한 기판일 수 있다. 예를 들어, 다른 기판(42)은 실리콘(Si) 기판, 알루미늄 질화물(AlN) 기판, 다이아몬드 기판, 실리콘 질화물(SiN) 기판, 실리콘 탄화물(SiC) 기판 등일 수 있다. 다른 기판(42)은 단결정 기판일 수 있다.
도 4b는 일 실시예에 따른 다른 기판 위의 다결정 스피넬 기판(22) 및 온도 보상 층을 포함하는 표면 탄성파 디바이스(45)의 단면을 예시한다. 표면 탄성파 디바이스(45)는 표면 탄성파 디바이스(45)가 다결정 스피넬 기판(22)과 압전 층(예컨대, 리튬 탄탈레이트 층(14)) 사이에 온도 보상 층(예컨대, 실리콘 이산화물 층(32))을 추가로 포함한다는 점을 제외하고는 도 4a의 표면 탄성파 디바이스(40)와 같다.
도 4c는 일 실시예에 따른 다른 기판(42) 위의 다결정 스피넬 기판(22), 온도 보상 층, 및 고 임피던스 층(36)을 포함하는 표면 탄성파 디바이스(47)의 단면을 예시한다. 표면 탄성파 디바이스(47)는 표면 탄성파 디바이스(47)가 다결정 스피넬 기판(22)과 온도 보상 층(예컨대, 실리콘 이산화물 층(32)) 사이에 고 임피던스 층(36)을 추가로 포함한다는 점을 제외하고는 도 4b의 표면 탄성파 디바이스(45)와 같다.
비록 본 명세서에서 논의된 실시예들은 다층 압전 기판의 다른 층에 접합되는 다결정 스피넬 층을 포함하는 표면 탄성파 디바이스에 관한 것이지만, 다결정 스피넬 층은 접착 층에 의해 다층 압전 기판의 다른 층에 부착될 수 있다. 도 5a 내지 도 5c는 접착 층에 의해 다른 기판에 부착된 다결정 스피넬 기판을 포함하는 표면 탄성파 디바이스들을 예시한다. 이러한 표면 탄성파 디바이스들의 임의의 적합한 원리들 및 이점들은 서로 및/또는 본 명세서에서 논의된 다른 표면 탄성파 디바이스들 중 임의의 것과 조합될 수 있다.
도 5a는 접착 층(52)에 의해 다른 기판(42)에 부착된 다결정 스피넬 기판(22)을 포함하는 표면 탄성파 디바이스(50)의 단면을 예시한다. 표면 탄성파 디바이스(50)는 표면 탄성파 디바이스(50)가 접착 층(52)을 추가로 포함한다는 점을 제외하고는 도 4a의 표면 탄성파 디바이스(40)와 같다.
도 5b는 접착 층(52)에 의해 다른 기판(42)에 부착된 다결정 스피넬 기판(22)을 포함하는 표면 탄성파 디바이스(55)의 단면을 예시한다. 표면 탄성파 디바이스(55)는 표면 탄성파 디바이스(55)가 실리콘 이산화물 층(32)을 추가로 포함한다는 점을 제외하고는 도 5a의 표면 탄성파 디바이스(50)와 같다.
도 5c는 접착 층(52)에 의해 다른 기판(42)에 부착된 다결정 스피넬 기판(22)을 포함하는 표면 탄성파 디바이스(57)의 단면을 예시한다. 표면 탄성파 디바이스(57)는 표면 탄성파 디바이스(57)가 고 임피던스 층(36)을 추가로 포함한다는 점을 제외하고는 도 5b의 표면 탄성파 디바이스(55)와 같다.
비록 본 명세서에서 논의된 실시예들은 다결정 스피넬 층을 포함하는 표면 탄성파 디바이스에 관한 것이지만, 표면 탄성파 디바이스는 그 대신에 단결정 스피넬 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6b 및 도 6c는 단결정 스피넬 기판을 포함하는 표면 탄성파 디바이스를 예시한다. 일부 실시예들에서, 다결정 스피넬 층은 단결정 스피넬 층보다 더 고차 모드들을 억제할 수 있다. 본 명세서에서 논의된 다른 표면 탄성파 디바이스들의 임의의 적합한 원리들 및 이점들은 도 6b 및/또는 도 6c의 표면 탄성파 디바이스들과 관련하여 구현될 수 있다.
도 6a는 베이스라인 표면 탄성파 디바이스(60)의 단면을 예시한다. 베이스라인 표면 탄성파 디바이스(60)는 실리콘 기판(12), 실리콘 이산화물 층(32), H_LTO의 두께를 갖는 리튬 탄탈레이트 층(14), 및 리튬 탄탈레이트 층(14) 상의 알루미늄 IDT 전극(16)을 포함한다. 표면 탄성파 디바이스(60)에서, 예를 들어, 실리콘 이산화물 층(32)은 0.6 um의 두께 H_SiO2를 갖고, 알루미늄 IDT 전극(16)은 160 nm의 두께를 갖고, IDT 전극(16)은 표면 탄성파 디바이스(60)에 의해 생성된 표면 탄성파의 파장 λ 또는 L을 설정하는 2 um의 피치를 갖는다.
도 6b는 일 실시예에 따른 스피넬 기판(67)을 포함하는 표면 탄성파 디바이스(65)의 단면을 예시한다. 스피넬 기판(67)은 단결정 스피넬 기판이다. 예시된 바와 같이, 표면 탄성파 디바이스(65)는 스피넬 기판(67), H_LTO의 두께를 갖는 리튬 탄탈레이트 층(14), 스피넬 기판(67)과 리튬 탄탈레이트 층(14) 사이의 실리콘 이산화물 층(32), 및 IDT 전극(16)을 포함한다. 표면 탄성파 디바이스(65)는 표면 탄성파 디바이스(65)가 실리콘 기판(12) 대신에 스피넬 기판(67)을 포함한다는 점을 제외하고는 도 6a의 표면 탄성파 디바이스(60)와 같다. 표면 탄성파 디바이스(65)는 표면 탄성파 디바이스(65)가 다결정 스피넬 기판(22) 대신에 단결정 스피넬 기판(67)을 포함하고 표면 탄성파 디바이스(65)에 대한 예시적인 치수들이 제공된다는 점을 제외하고는 도 3a의 표면 탄성파 디바이스(30)와 같다. 일부 실시예들에서, 리튬 탄탈레이트 층(14)은 42YX-리튬 탄탈레이트이다. 표면 탄성파 디바이스(65)에서, 예를 들어, 실리콘 이산화물 층(32) 은 0.6 um의 두께 H_SiO2를 가질 수 있고, 알루미늄 IDT 전극(16)은 160 nm의 두께를 가질 수 있고, IDT 전극(16)은 표면 탄성파 디바이스(65)에 의해 생성된 표면 탄성파의 파장 λ 또는 L을 설정하는 2 um의 피치를 가질 수 있다. 다른 층 두께들 및/또는 피치가 구현될 수 있다. 리튬 탄탈레이트 층(14) 및 실리콘 이산화물 층(32)은 파장 λ 또는 L을 설정하는 IDT 전극(16)의 피치에 대응하는 두께들 H_LTO 및 H_SiO2를 가질 수 있다.
도 6c는 일 실시예에 따른 스피넬 기판(67)을 포함하는 표면 탄성파 디바이스(70)의 단면을 예시한다. 스피넬 기판(67)은 단결정 스피넬 기판이다. 예시된 바와 같이, 표면 탄성파 디바이스(70)는 스피넬 기판(67), H_LN의 두께를 갖는 리튬 니오베이트 층(74), 스피넬 기판(67)과 리튬 니오베이트 층(74) 사이의 실리콘 이산화물 층(32), 및 IDT 전극(16)을 포함한다. 표면 탄성파 디바이스(70)는 표면 탄성파 디바이스(70)가 리튬 탄탈레이트 층(14) 대신에 상이한 압전 층, 즉 리튬 니오베이트 층(67)을 포함한다는 점을 제외하고는 도 6b의 표면 탄성파 디바이스(65)와 같다. 표면 탄성파 디바이스(70)에서, 본 명세서에 개시된 다른 실시예들에서와 같이, 다양한 두께들 및/또는 피치들이 구현될 수 있다. 예를 들어, 리튬 니오베이트 층(74) 및 실리콘 이산화물 층(32)은 표면 탄성파 디바이스(70)에 의해 생성된 표면 탄성파의 파장 λ 또는 L을 설정하는 IDT 전극(16)의 피치에 대응하는 두께들 H_LN 및 H_SiO2를 가질 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 본 명세서에서 논의된 다른 표면 탄성파 디바이스들의 임의의 적합한 원리들 및 이점들은 도 6b 및/또는 도 6c의 표면 탄성파 디바이스들과 관련하여 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 표면 탄성파 디바이스들(65 및/또는 70)의 스피넬 층(67)은 도 5b의 표면 탄성파 디바이스(55)의 다른 기판(42)과 유사한 다른 기판 위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 다른 기판은 실리콘(Si) 기판, 알루미늄 질화물(AlN) 기판, 다이아몬드 기판, 실리콘 질화물(SiN) 기판, 실리콘 탄화물(SiC) 기판 등일 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 5c의 표면 탄성파 디바이스(57)의 고 임피던스 층(36)과 유사한 고 임피던스 층이 실리콘 이산화물 층(32)과 스피넬 층(67) 사이에 배치될 수 있다. 특정 실시예들에 따르면, 스피넬 층(67)은 고 임피던스 층과 다른 기판 층 사이에 배치될 수 있다.
도 6a 및 도 6b의 표면 탄성파 디바이스들(60 및 65)은 각각 42YX-리튬 탄탈레이트 층의 다양한 두께들 H_LTO로 시뮬레이션되었다. 이러한 시뮬레이션들에서, 표 1 에서의 재료 속성들이 사용되었고, 실리콘 이산화물 층(32)의 두께 H_SiO2는 0.6 um였고, 피치 λ는 2 um였다.
Figure pat00001
도 7a는 H_LTO = 0.2 um에 대한, 도 6a 및 도 6b 각각의 표면 탄성파 디바이스들(60 및 65)의 시뮬레이션된 주파수 응답들을 비교하는 그래프이다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 스퓨리어스 모드들은 표면 탄성파 디바이스(60)에 대해서보다 표면 탄성파 디바이스에 대해 더 높은 주파수들에 있다.
도 7b는 H_LTO = 1 um에 대한, 도 6a 및 도 6b 각각의 표면 탄성파 디바이스들(60 및 65)의 시뮬레이션된 주파수 응답들을 비교하는 그래프이다. 도 7b는 스퓨리어스 모드들이 표면 탄성파 디바이스(60)에 대해서보다 표면 탄성파 디바이스에 대해 더 높은 주파수들에 있다는 것을 나타낸다.
도 7c는 H_LTO = 2 um에 대한, 도 6a 및 도 6b 각각의 표면 탄성파 디바이스들(60 및 65)의 시뮬레이션된 주파수 응답들을 비교하는 그래프이다. 스퓨리어스 모드들은 도 7c의 표면 탄성파 디바이스(60)에 대해서보다 표면 탄성파 디바이스에 대해 더 높은 주파수들에 있다.
도 7d는 다양한 실리콘 이산화물 층 두께 H_SiO2/L = 0 um, 0.1 um, 0.2 um, 0.3 um, 0.4 um, 및 0.5 um에 대한 도 6b의 표면 탄성파 디바이스들(65)에 대한 수평 축 상의 리튬 탄탈레이트 층(14)의 두께 H_LTO 및 수직 축 상의 전기 기계 결합 계수(K2)를 보여주는 다양한 시뮬레이션 결과들의 그래프이다. 42YX-리튬 탄탈레이트 층 아래 다른 층들이 없이 42YX-리튬 탄탈레이트 층 위에 IDT를 갖는 표면 탄성파 디바이스에 대해 약 K2 = 8.5%의 라인(76)이 도시되어 있다. 바람직한 K2 값을 달성하기 위해, 시뮬레이션 결과들은 표 2의 행들에서의 층 두께 조합들이 바람직하다는 것을 나타낸다.
Figure pat00002
본 명세서에 개시된 탄성파 디바이스들은 무선 주파수 신호들을 필터링하도록 배열된 탄성파 필터들에서 구현될 수 있다. 본 개시내용의 양태들은 탄성파 필터로 무선 주파수 신호를 필터링하는 것에 관한 것이다. 방법은 탄성파 필터에 무선 주파수 신호를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 무선 주파수 신호는, 예를 들어, 무선 주파수 스위치를 통해 제공될 수 있다. 일부 경우들에서, 전력 증폭기는 무선 주파수 스위치를 통해 탄성파 필터에 무선 주파수 신호를 제공할 수 있다. 이 방법은 탄성파 필터로 무선 주파수 신호를 필터링하는 단계를 포함한다. 탄성파 필터는 본 명세서에 개시된 임의의 적합한 탄성파 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄성파 필터는 스피넬 층, 압전 층, 및 압전 층 상의 인터디지털 트랜스듀서 전극을 포함하는 탄성파 디바이스를 포함할 수 있고, 압전 층은 인터디지털 트랜스듀서 전극과 스피넬 층 사이에 배치된다. 압전 층은 λ보다 작은 두께를 가질 수 있고, 탄성파 디바이스는 λ의 파장을 갖는 탄성파를 생성하도록 구성된다. 상기 스피넬 층은 다결정 스피넬 층일 수 있다. 탄성파 디바이스는 압전 층과 스피넬 층 사이에, 실리콘 이산화물 층과 같은 온도 보상 층을 포함할 수 있다. 이 방법에서는, 고차 모드들이 억제되면서 무선 주파수 신호가 필터링될 수 있다.
본 명세서에서 논의된 탄성파 디바이스들은 다양한 패키징된 모듈들에서 구현될 수 있다. 무선 주파수 신호를 프로세싱하도록 구성된 패키징된 모듈은 무선 주파수 모듈로서 지칭될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 탄성파 디바이스들의 임의의 적합한 원리들 및 이점들이 구현될 수 있는 일부 예시적인 패키징된 모듈들이 이제 논의될 것이다. 도 8a 내지 도 8f는 특정 실시예들에 따른 예시적인 패키징된 모듈의 개략 블록도이다. 이러한 실시예들의 특징들의 임의의 적합한 조합이 서로 조합될 수 있다. 도 8a 내지 도 8c는 본 명세서에 개시된 원리들 및 이점들에 따른 탄성파 디바이스를 포함하는 필터들을 포함하는 모듈들을 예시한다. 도 8d 내지 도 8f는 본 명세서에 개시된 원리들 및 이점들에 따른 탄성파 디바이스를 포함하는 듀플렉서들을 포함하는 모듈들을 예시한다. 비록 도 8d 내지 도 8f는 듀플렉서들을 예시하지만, 본 명세서에 개시된 임의의 적합한 원리들 및 이점들은 다른 멀티플렉서들(예컨대, 쿼드플렉서들, 헥사플렉서들, 옥토플렉서들 등)에서 및/또는 스위치-플렉서들에서 구현될 수 있다.
도 8a는 필터들(82) 및 스위치(83)를 포함하는 모듈(80)의 개략 블록도이다. 모듈(80)은 예시된 요소들을 둘러싸는 패키지를 포함할 수 있다. 필터들(82) 및 스위치(83)는 공통 패키징 기판 상에 배치될 수 있다. 패키징 기판은, 예를 들어, 라미네이트 기판일 수 있다. 스위치(83)는 멀티-스로우 무선 주파수 스위치일 수 있다. 스위치(83)는 필터들(82) 중 선택된 필터를 공통 노드에 전기적으로 결합할 수 있다. 공통 노드는, 예를 들어, 안테나 노드일 수 있다. 다른 예로서, 공통 노드는 전력 증폭기의 출력에 결합될 수 있다. 필터들(82)은 임의의 적합한 수의 탄성파 필터들을 포함할 수 있다. 필터들(82) 중 탄성파 필터들 중 하나 이상이 본 명세서에서 논의된 탄성파 디바이스들의 임의의 적합한 원리들 및 이점들에 따라 구현될 수 있다.
도 8b는 하나 이상의 실시예에 따른 전력 증폭기(85), 스위치(86), 및 필터(82)를 포함하는 모듈(84)의 개략 블록도이다. 모듈(84)은 예시된 요소들을 둘러싸는 패키지를 포함할 수 있다. 전력 증폭기(85), 스위치(86), 및 필터들(82)은 공통 패키징 기판 상에 배치될 수 있다. 패키징 기판은, 예를 들어, 라미네이트 기판일 수 있다. 스위치(86)는 멀티-스로우 무선 주파수 스위치일 수 있다. 스위치(86)는 전력 증폭기(85)의 출력을 필터들(82) 중 선택된 필터에 전기적으로 결합할 수 있다. 필터들(82)은 임의의 적합한 수의 탄성파 필터들을 포함할 수 있다. 필터들(82) 중 탄성파 필터들 중 하나 이상이 본 명세서에서 논의된 탄성파 디바이스들의 임의의 적합한 원리들 및 이점들에 따라 구현될 수 있다.
도 8c는 전력 증폭기들(85A 및 85B), 스위치들(86A 및 86B), 및 필터들(82A 및 82B), 및 스위치(89)를 포함하는 모듈(88)의 개략 블록도이다. 모듈(88)은 예시된 요소들을 둘러싸는 패키지를 포함할 수 있다. 예시된 요소들은 공통 패키징 기판 상에 배치될 수 있다. 패키징 기판은, 예를 들어, 라미네이트 기판일 수 있다. 모듈(88)은 모듈(88)이 추가적인 전력 증폭기(85B), 추가적인 스위치(86B), 추가적인 필터들(82B), 및 안테나 스위치(89)를 포함한다는 점을 제외하고는 도 8b의 모듈(84)과 같다. 안테나 스위치(89)는 필터들(82A) 또는 필터들(82B)로부터의 신호를 안테나 노드에 선택적으로 결합할 수 있다. 상이한 신호 경로들은 상이한 주파수 대역들 및/또는 상이한 동작 모드들(예컨대, 상이한 전력 모드들, 상이한 시그널링 모드들 등)과 연관될 수 있다.
도 8d는 듀플렉서들(112) 및 스위치(83)를 포함하는 모듈(110)의 개략 블록도이다. 모듈(110)은 예시된 요소들을 둘러싸는 패키지를 포함할 수 있다. 듀플렉서들(112) 및 스위치(83)는 공통 패키징 기판 상에 배치될 수 있다. 패키징 기판은, 예를 들어, 라미네이트 기판일 수 있다. 듀플렉서들(112)은 공통 노드에 결합된 2개 이상의 필터를 포함할 수 있다. 스위치(83)는 듀플렉서들(112) 중 선택된 듀플렉서를 공통 노드에 전기적으로 결합할 수 있다. 공통 노드는, 예를 들어, 안테나 노드일 수 있다. 다른 예로서, 공통 노드는 전력 증폭기의 출력에 결합될 수 있다.
듀플렉서들(112) 중 하나 이상의 듀플렉서는 공통 노드에서 서로 결합된 복수의 필터를 포함하는 임의의 다른 적합한 멀티플렉서에 의해 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 그러한 멀티플렉서는 쿼드플렉서일 수 있다. 멀티플렉서는 펜타플렉서일 수 있다. 멀티플렉서는 헥사플렉서일 수 있다. 멀티플렉서는 헵타플렉서일 수 있다. 멀티플렉서는 옥토플렉서일 수 있다.
도 8e는 하나 이상의 실시예에 따른 전력 증폭기(85), 스위치(86), 및 듀플렉서들(112)을 포함하는 모듈(114)의 개략 블록도이다. 모듈(114)은 예시된 요소들을 둘러싸는 패키지를 포함할 수 있다. 전력 증폭기(85), 스위치(86), 및 듀플렉서들(112)은 공통 패키징 기판 상에 배치될 수 있다. 패키징 기판은, 예를 들어, 라미네이트 기판일 수 있다. 스위치(86)는 멀티-스로우 무선 주파수 스위치일 수 있다. 스위치(86)는 전력 증폭기(85)의 출력을 듀플렉서들(112) 중 선택된 듀플렉서에 전기적으로 결합할 수 있다. 듀플렉서들(112)은 각각 공통 노드에 결합된 2개의 탄성파 필터를 포함할 수 있다. 2개의 탄성파 필터는 송신 필터 및 수신 필터일 수 있다.
도 8f는 전력 증폭기들(85A 및 85B), 스위치들(86A 및 86B), 및 듀플렉서들(112A 및 112B), 및 스위치(89)를 포함하는 모듈(118)의 개략 블록도이다. 모듈(118)은 예시된 요소들을 둘러싸는 패키지를 포함할 수 있다. 예시된 요소들은 공통 패키징 기판 상에 배치될 수 있다. 패키징 기판은, 예를 들어, 라미네이트 기판일 수 있다. 모듈(118)은, 모듈(118)이 추가적인 전력 증폭기(85B), 추가적인 스위치(86B), 추가적인 듀플렉서들(112B), 및 안테나 스위치(89)를 포함한다는 점을 제외하고는 도 8e의 모듈(114)과 같다. 안테나 스위치(89)는 듀플렉서들(112A) 또는 듀플렉서들(112B)로부터의 신호를 안테나 노드에 선택적으로 결합할 수 있다. 상이한 신호 경로들은 상이한 주파수 대역들 및/또는 상이한 동작 모드들(예컨대, 상이한 전력 모드들, 상이한 시그널링 모드들 등)과 연관될 수 있다.
도 9a는 일 실시예에 따른 무선 주파수 프런트 엔드(92) 내의 필터(93)를 포함하는 무선 통신(90) 디바이스의 개략도이다. 필터(93)는 본 명세서에서 논의된 임의의 적합한 원리들 및 이점들에 따른 탄성파 디바이스를 포함할 수 있다. 무선 통신 디바이스(90)는 임의의 적합한 무선 통신 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 디바이스(90)는 스마트 폰과 같은 모바일 폰일 수 있다. 일부 다른 경우들에서, 무선 디바이스(90)는 사물 인터넷 디바이스, 랩톱 또는 노트북 컴퓨터, 또는 태블릿 컴퓨터일 수 있다. 예시된 바와 같이, 무선 통신 디바이스(90)는 안테나(91), RF 프런트 엔드(92), 트랜시버(94), 프로세서(95), 메모리(96) 및 사용자 인터페이스(97)를 포함한다. 안테나(91)는 RF 프런트 엔드(92)에 의해 제공되는 RF 신호들을 송신할 수 있다. 그러한 RF 신호들은 반송파 집성 신호들을 포함할 수 있다. 안테나(91)는 수신된 RF 신호들을 프로세싱을 위해 RF 프런트 엔드(92)에 제공할 수 있다. 그러한 RF 신호들은 반송파 집성 신호들을 포함할 수 있다.
RF 프런트 엔드(92)는 하나 이상의 전력 증폭기, 하나 이상의 저잡음 증폭기, RF 스위치, 수신 필터, 송신 필터, 듀플렉스 필터, 멀티플렉서, 주파수 멀티플렉싱 회로, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. RF 프런트 엔드(92)는 임의의 적합한 통신 표준들과 연관된 RF 신호들을 송신 및 수신할 수 있다. 필터(93)는 위에서 논의된 임의의 실시예들을 참조하여 논의된 특징들의 임의의 적합한 조합을 포함하는 표면 탄성파 디바이스를 포함할 수 있다.
트랜시버(94)는 RF 신호들을 증폭 및/또는 다른 프로세싱을 위해 RF 프런트 엔드(92)에 제공할 수 있다. 트랜시버(94)는 또한 RF 프런트 엔드(92)의 저잡음 증폭기에 의해 제공된 RF 신호를 프로세싱할 수 있다. 트랜시버(94)는 프로세서(95)와 통신한다. 프로세서(95)는 기저대역 프로세서일 수 있다. 프로세서(95)는 무선 통신 디바이스(90)에 대한 임의의 적합한 기저 대역 프로세싱 기능들을 제공할 수 있다. 메모리(96)는 프로세서(95)에 의해 액세스될 수 있다. 메모리(96)는 무선 통신 디바이스(90)에 대한 임의의 적합한 데이터를 저장할 수 있다. 사용자 인터페이스(97)는 터치 스크린 능력을 갖는 디스플레이와 같은 임의의 적합한 사용자 인터페이스일 수 있다.
도 9b는 무선 주파수 프런트 엔드(92) 내의 필터(93) 및 다이버시티 수신 모듈(102) 내의 제2 필터(103)를 포함하는 무선 통신 디바이스(100)의 개략도이다. 무선 통신 디바이스(100)는 무선 통신 디바이스(100)가 다이버시티 수신 특징들을 또한 포함한다는 점을 제외하고는 도 9a의 무선 통신 디바이스(90)와 같다. 도 9b에 예시된 바와 같이, 무선 통신 디바이스(100)는 다이버시티 안테나(101), 다이버시티 안테나(101)에 의해 수신된 신호들을 프로세싱하도록 구성되고 제2 필터(103)를 포함하는 다이버시티 모듈(102), 및 무선 주파수 프런트 엔드(92) 및 다이버시티 수신 모듈(102) 둘 다와 통신하는 트랜시버(104)를 포함한다. 제2 필터(103)는 위에서 논의된 임의의 실시예들을 참조하여 논의된 특징들의 임의의 적합한 조합을 포함하는 표면 탄성파 디바이스를 포함할 수 있다.
비록 실시예들은 표면 탄성파 디바이스들을 참조하여 논의되지만, 본 명세서에서 논의된 임의의 적합한 원리들 및 이점들은 경계 탄성파 디바이스들, Lamb 파 공진기들, 및/또는 다른 적합한 음향 공진기들에 적용될 수 있다.
위에 설명된 실시예들 중 임의의 것은 셀룰러 핸드셋과 같은 모바일 디바이스들과 관련하여 구현될 수 있다. 실시예들의 원리들 및 이점들은 본 명세서에 설명된 실시예들 중 임의의 것으로부터 이익을 얻을 수 있는 임의의 업링크 셀룰러 디바이스와 같은 임의의 시스템 또는 장치에 사용될 수 있다. 본 명세서의 교시는 다양한 시스템들에 적용 가능하다. 비록 본 개시내용은 일부 예시적인 실시예들을 포함하지만, 본 명세서에 설명된 교시는 다양한 구조들에 적용될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 원리들 및 이점들 중 임의의 것은 약 30 kHz 내지 300 GHz 범위의 주파수, 예컨대 약 450 MHz 내지 6 GHz 범위의 주파수를 갖는 신호들을 프로세싱하도록 구성된 RF 회로들과 관련하여 구현될 수 있다.
본 개시내용의 양태들은 다양한 전자 디바이스들에서 구현될 수 있다. 전자 디바이스들의 예들은, 소비자 전자 제품들, 소비자 전자 제품들의 부분들 예컨대 다이 및/또는 탄성파 필터 어셈블리들 및/또는 패키징된 무선 주파수 모듈들, 업링크 무선 통신 디바이스들, 무선 통신 인프라스트럭처, 전자 테스트 장비 등을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 전자 디바이스들의 예들은, 스마트 폰과 같은 모바일 폰, 스마트 워치 또는 이어 피스와 같은 웨어러블 컴퓨팅 디바이스, 전화, 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 컴퓨터, 모뎀, 핸드-헬드 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 개인용 디지털 단말기(PDA), 마이크로웨이브, 냉장고, 자동차, 스테레오 시스템, DVD 플레이어, CD 플레이어, MP3 플레이어와 같은 디지털 음악 플레이어, 라디오, 캠코더, 카메라, 디지털 카메라, 휴대용 메모리 칩, 세척기, 건조기, 세척기/건조기, 복사기, 팩스 머신, 스캐너, 다기능 주변 디바이스, 손목시계, 클록 등을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 전자 디바이스들은 미완성 제품들을 포함할 수 있다.
문맥이 분명히 달리 요구하지 않는 한, 설명 및 청구항들 전체에 걸쳐, "포함한다(comprise)", "포함하는(comprising)", "포함한다(include)", "포함하는(including) 등의 표현들은 배타적인 또는 철저한 의미와는 반대로, 포괄적인 의미로; 즉, "포함하지만, 이들로 제한되지 않는"의 의미로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 일반적으로 사용되는, "결합된"이라는 표현은 직접 연결되거나, 또는 하나 이상의 중간 요소를 통해 연결될 수 있는 2개 이상의 요소를 언급한다. 마찬가지로, 본 명세서에서 일반적으로 사용되는, "연결된"이라는 표현은 직접 연결되거나, 또는 하나 이상의 중간 요소를 통해 연결될 수 있는 2개 이상의 요소를 언급한다. 추가로, "본 명세서에서(herein)", "위(above)", "아래(below)"라는 표현들, 및 유사한 의미의 표현들은, 이 출원에서 사용될 때, 이 출원의 임의의 특정 부분들이 아니라 전체로서 이 출원을 언급할 것이다. 문맥이 허용하는 경우에, 단수 또는 복수의 수를 사용한 상기 상세한 설명에서의 표현들은 또한 각각 복수 또는 단수의 수를 포함할 수도 있다. 2개 이상의 항목의 리스트에 관련하여 "또는"이라는 표현에서, 그 표현은 그 표현의 다음의 해석들 모두를 커버한다: 리스트 내의 항목들 중 임의의 것, 리스트 내의 항목들 모두, 및 리스트 내의 항목들의 임의의 조합.
또한, 본 명세서에서 사용된 조건부 언어, 예컨대, 특히, "can", "could", "might", "may", "e.g.", "for example", "such as" 등은, 구체적으로 달리 언급되지 않거나, 또는 사용된 문맥 내에서 달리 이해되지 않는 한, 일반적으로 특정 특징들, 요소들 및/또는 상태들을 특정 실시예들은 포함하는 반면, 다른 실시예들은 포함하지 않는다는 것을 전달하기 위해 의도되어 있다. 따라서, 그러한 조건부 언어는 일반적으로, 특징들, 요소들 및/또는 상태들이 하나 이상의 실시예에 대해 어떤 식으로든 요구된다는 것을 암시하기 위해 의도된 것은 아니다.
특정 실시예들이 설명되었지만, 이들 실시예는 단지 예로서 제시된 것이고, 본 개시내용의 범위를 제한하기 위해 의도된 것은 아니다. 사실, 본 명세서에 설명된 새로운 장치, 방법, 및 시스템은 다양한 다른 형태로 구현될 수 있으며; 또한, 본 명세서에 설명된 방법 및 시스템의 형태에서 다양한 생략, 치환 및 변경이 본 개시내용의 사상을 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 예를 들어, 블록들이 주어진 배열로 제시되어 있지만, 대안의 실시예들은 상이한 컴포넌트 및/또는 회로 토폴로지로 유사한 기능들을 수행할 수 있고, 일부 블록은 삭제, 이동, 추가, 세분, 조합, 및/또는 수정될 수 있다. 이러한 블록들 각각은 다양한 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 위에 설명된 다양한 실시예의 요소 및 동작의 임의의 적합한 조합이 추가 실시예를 제공하도록 조합될 수 있다. 첨부된 청구항들 및 그들의 균등물들은 본 개시내용의 범위 및 사상 내에 속할 것인 그러한 형태들 또는 수정들을 커버하기 위해 의도되어 있다.

Claims (40)

  1. 탄성파 디바이스로서,
    다결정 스피넬 층;
    λ보다 작은 두께를 갖는 압전 층 - 상기 탄성파 디바이스는 λ의 파장을 갖는 탄성파를 생성하도록 구성됨 -; 및
    상기 압전 층 상의 인터디지털 트랜스듀서 전극을 포함하고, 상기 압전 층은 상기 인터디지털 트랜스듀서 전극과 상기 다결정 스피넬 층 사이에 배치되는, 탄성파 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다결정 스피넬 층과 상기 압전 층 사이에 배치된 온도 보상 층을 추가로 포함하는, 탄성파 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 온도 보상 층은 실리콘 이산화물을 포함하는, 탄성파 디바이스.
  4. 제2항에 있어서, 상기 온도 보상 층과 상기 다결정 스피넬 층 사이에 배치된 고 임피던스 층을 추가로 포함하고, 상기 고 임피던스 층은 상기 다결정 스피넬 층보다 더 높은 음향 임피던스를 갖는, 탄성파 디바이스.
  5. 제2항에 있어서, 상기 온도 보상 층은 상기 압전 층과 물리적으로 접촉하는, 탄성파 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 온도 보상 층은 압전 층과 반대편에 있는 상기 다결정 스피넬 층과 물리적으로 접촉하는, 탄성파 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 다결정 스피넬 층은 상기 압전 층과 물리적으로 접촉하는, 탄성파 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 압전 층은 리튬 탄탈레이트 층인, 탄성파 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 압전 층은 리튬 니오베이트 층인, 탄성파 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 기판 층을 추가로 포함하고, 상기 다결정 스피넬 층은 상기 기판 층과 상기 압전 층 사이에 배치되는, 탄성파 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기판 층은 실리콘 층인, 탄성파 디바이스.
  12. 제10항에 있어서, 상기 기판 층은 상기 다결정 스피넬 층과 물리적으로 접촉하는, 탄성파 디바이스.
  13. 제10항에 있어서, 상기 기판 층 및 상기 다결정 스피넬 층을 부착하는 접착 층을 추가로 포함하는, 탄성파 디바이스.
  14. 제1항에 있어서, 상기 탄성파 디바이스는 표면 탄성파 디바이스이고, 상기 탄성파는 표면 탄성파인, 탄성파 디바이스.
  15. 무선 주파수 모듈로서,
    무선 주파수 신호를 필터링하도록 구성된 탄성파 필터 - 상기 탄성파 필터는 λ의 파장을 갖는 탄성파를 생성하도록 구성된 탄성파 디바이스를 포함하고, 상기 탄성파 디바이스는 λ보다 작은 두께를 갖는 압전 층, 상기 압전 층 상의 인터디지털 트랜스듀서 전극, 및 상기 압전 층이 다결정 스피넬 층과 상기 인터디지털 트랜스듀서 전극 사이에 배치되도록 배열된 상기 다결정 스피넬 층을 포함함 -; 및
    상기 탄성파 필터를 둘러싸는 패키지를 포함하는, 무선 주파수 모듈.
  16. 제15항에 있어서, 제2 탄성파 필터를 추가로 포함하고, 상기 탄성파 필터 및 상기 제2 탄성파 필터는 듀플렉서에 포함되는, 무선 주파수 모듈.
  17. 제15항에 있어서, 상기 패키지 내에 둘러싸인 전력 증폭기를 추가로 포함하고, 상기 전력 증폭기는 상기 무선 주파수 신호를 제공하도록 구성되는, 무선 주파수 모듈.
  18. 제15항에 있어서, 상기 탄성파 필터는 표면 탄성파 필터이고, 상기 압전 층은 리튬 기반 압전 층인, 무선 주파수 모듈.
  19. 무선 통신 디바이스로서,
    안테나; 및
    상기 안테나와 통신하는 탄성파 필터를 포함하고, 상기 탄성파 필터는 무선 주파수 신호를 필터링하도록 구성되고, 상기 탄성파 필터는 λ의 파장을 갖는 탄성파를 생성하도록 구성된 탄성파 디바이스를 포함하고, 상기 탄성파 디바이스는 λ보다 작은 두께를 갖는 압전 층, 상기 압전 층 상의 인터디지털 트랜스듀서 전극, 및 상기 압전 층이 다결정 스피넬 층과 상기 인터디지털 트랜스듀서 전극 사이에 배치되도록 배열된 상기 다결정 스피넬 층을 포함하는, 무선 통신 디바이스.
  20. 제19항에 있어서, 상기 탄성파 필터는 표면 탄성파 필터인, 무선 통신 디바이스.
  21. 탄성파 디바이스로서,
    압전 층;
    스피넬 층;
    상기 압전 층과 상기 스피넬 층 사이에 배치된 온도 보상 층; 및
    상기 압전 층 상의 인터디지털 트랜스듀서 전극을 포함하고, 상기 압전 층은 상기 온도 보상 층과 상기 인터디지털 트랜스듀서 전극 사이에 배치되는, 탄성파 디바이스.
  22. 제21항에 있어서, 상기 스피넬 층은 다결정 스피넬 층인, 탄성파 디바이스.
  23. 제21항에 있어서, 상기 스피넬 층은 단결정 스피넬 층인, 탄성파 디바이스.
  24. 제21항에 있어서, 상기 압전 층은 리튬 탄탈레이트 층인, 탄성파 디바이스.
  25. 제21항에 있어서, 상기 압전 층은 리튬 니오베이트 층인, 탄성파 디바이스.
  26. 제21항에 있어서, 상기 탄성파 디바이스는 표면 탄성파를 생성하도록 구성된 표면 탄성파 디바이스인, 탄성파 디바이스.
  27. 제21항에 있어서, 상기 탄성파 디바이스는 λ의 파장을 갖는 탄성파를 생성하도록 구성되고, 상기 압전 층은 λ보다 작은 두께를 갖는, 탄성파 디바이스.
  28. 제21항에 있어서, 상기 온도 보상 층은 실리콘 이산화물을 포함하는, 탄성파 디바이스.
  29. 제21항에 있어서, 상기 온도 보상 층은 제1 표면 및 제2 표면을 갖고, 상기 제1 표면은 상기 스피넬 층과 물리적으로 접촉하고, 상기 제2 표면은 상기 압전 층과 물리적으로 접촉하는, 탄성파 디바이스.
  30. 제21항에 있어서, 기판 층을 추가로 포함하고, 상기 스피넬 층은 상기 기판 층과 상기 압전 층 사이에 배치되는, 탄성파 디바이스.
  31. 제30항에 있어서, 상기 기판 층은 실리콘 층인, 탄성파 디바이스.
  32. 제21항에 있어서, 상기 온도 보상 층과 상기 스피넬 층 사이에 배치된 고 임피던스 층을 추가로 포함하고, 상기 고 임피던스 층은 상기 스피넬 층보다 더 높은 음향 임피던스를 갖는, 탄성파 디바이스.
  33. 무선 주파수 모듈로서,
    무선 주파수 신호를 필터링하도록 구성된 탄성파 필터 - 상기 탄성파 필터는 압전 층, 인터디지털 트랜스듀서 전극, 스피넬 층, 및 상기 압전 층과 상기 스피넬 층 사이에 배치된 온도 보상 층을 포함하는 탄성파 디바이스를 포함함 -; 및
    상기 탄성파 필터를 둘러싸는 패키지를 포함하는, 무선 주파수 모듈.
  34. 제33항에 있어서, 제2 탄성파 필터를 추가로 포함하고, 상기 탄성파 필터 및 상기 제2 탄성파 필터는 듀플렉서에 포함되는, 무선 주파수 모듈.
  35. 제33항에 있어서, 상기 탄성파 필터에 결합된 무선 주파수 스위치를 추가로 포함하고, 상기 무선 주파수 스위치는 상기 패키지 내에 둘러싸인, 무선 주파수 모듈.
  36. 제35항에 있어서, 상기 패키지 내에 둘러싸인 전력 증폭기를 추가로 포함하고, 상기 전력 증폭기는 상기 무선 주파수 신호를 제공하도록 구성되는, 무선 주파수 모듈.
  37. 제33항에 있어서, 상기 탄성파 디바이스는 λ의 파장을 갖는 표면 탄성파를 생성하도록 구성된 표면 탄성파 디바이스이고, 상기 압전 층은 λ보다 작은 두께를 갖는, 무선 주파수 모듈.
  38. 무선 통신 디바이스로서,
    안테나; 및
    상기 안테나와 통신하는 무선 주파수 프런트 엔드를 포함하고, 상기 무선 주파수 프런트 엔드는 무선 주파수 신호를 필터링하도록 구성된 탄성파 필터를 포함하고, 상기 탄성파 필터는 압전 층, 인터디지털 트랜스듀서 전극, 스피넬 층, 및 상기 압전 층과 상기 스피넬 층 사이에 배치된 온도 보상 층을 포함하는 탄성파 디바이스를 포함하는, 무선 통신 디바이스.
  39. 제38항에 있어서, 제2 탄성파 필터를 추가로 포함하고, 상기 탄성파 필터 및 상기 제2 탄성파 필터는 듀플렉서에 포함되는, 무선 통신 디바이스.
  40. 제38항에 있어서, 상기 탄성파 필터는 표면 탄성파 필터인, 무선 통신 디바이스.
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