KR20200052928A - 압전 공진기 및 압전 공진기의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압전 공진기 및 압전 공진기의 제조방법에 관한 것이다. 여기서, 압전 공진기는 기판, 제 1 압전층, 제 1 전극과 온도보상층을 포함하되, 상기 기판의 상면에는 요입홈이 형성되어 있고; 상기 제 1 압전층은 상기 기판의 상면 및 상기 요입홈의 개구를 커버하여, 상기 요입홈과 상기 제 1 압전층이 캐비티를 형성하며; 상기 제 1 전극과 온도보상층은 모두 상기 기판으로부터 멀어지는 상기 제 1 압전층의 일측에 설치되고, 상기 기판에 수직되는 방향에서 상기 제 1 전극의 상기 기판 상의 투영은 상기 요입홈이 있는 영역에 위치한다.
Description
본 출원의 실시예는 음파 공진기 기술분야에 관한 것이며, 예를들면 압전 공진기 및 압전 공진기의 제조방법에 관한 것이다.
표면 음파 소자(예를들면: 표면 음파(Surface Acoustic Wave, SAW) 필터)는 전기 신호를 표면파로 전환하여 신호처리를 수행하는 회로 소자로서, 필터, 공진기 등으로 널리 사용되고 있다. 여기서 표면 음파 소자의 품질 계수(Q)와 주파수 온도계수(Temperature Coefficient of Frequency, TCF)는 압전 공진기 등 전자 소자의 연구와 발전에서 중요한 의의를 갖는다.
도 1은 관련기술의 압전 공진기의 단면구조 개략도이고, 도 1에 도시된 바와 같이, 압전 공진기(예를들면 SAW 공진기)는 기판(1), 기판(1) 상면에 위치하는 고음속층(2)(질화알루미늄 재료), 기판(1)으로부터 멀어지는 고음속층(2)의 일측 표면에 위치하는 저음속층(3)(실리카 재료), 고음속층(2)으로부터 멀어지는 저음속층(3)의 일측 표면에 위치하는 압전층(4)(탄탈산리튬 재료) 및 저음속층(3)으로부터 멀어지는 압전층(4)의 일측 표면에 위치하는 전극(5)을 포함한다. 저음속층(3)과 고음속층(2) 사이에 존재하는 소리 미스매치(mismatch)로 인해, 음파가 저음속층(3)과 고음속층(2)의 계면에서 반사되어, 음파 에너지의 누설을 감소할 수 있다. 그러나 이러한 구조는 종방향 음파가 고음속층(2)을 통해 누설되어 기판(1)에 진입하기 쉬우므로, 기판(1)에서의 음파 에너지 손실이 증가되어 압전 공진기의 Q값이 떨어지게 된다.
본 출원의 실시예에서 제공한 압전 공진기 및 압전 공진기의 제조방법은, 음파 에너지가 기판에 누설되는 것을 효과적으로 방지하여, 기판에서의 음파 에너지의 손실을 감소하고, 높은 Q값을 갖는 압전 공진기를 얻을 수 있으며, 얻어진 압전 공진기는 비교적 낮은 주파수 온도계수를 갖는다.
본 출원의 실시예에서는 압전 공진기를 제공하였으며, 상기 압전 공진기는:
기판, 제 1 압전층, 제 1 전극과 온도보상층을 포함하되,
상기 기판의 상면에는 요입홈이 형성되어 있고;
상기 제 1 압전층은 상기 기판의 상면 및 상기 요입홈의 개구를 커버하여, 상기 요입홈과 상기 제 1 압전층이 캐비티를 형성하며;
상기 제 1 전극과 온도보상층은 모두 상기 기판으로부터 멀어지는 상기 제 1 압전층의 일측에 설치되고, 상기 기판에 수직되는 방향에서 상기 제 1 전극의 상기 기판 상의 투영은 상기 요입홈이 있는 영역에 위치한다.
본 출원의 실시예에서는 압전 공진기의 제조방법을 제공하였으며, 상기 방법은:
기판의 상면에 요입홈을 형성하는 단계;
상기 요입홈에 희생재료를 충진하되, 상기 희생재료의 상면과 상기 기판의 상면이 한 평면에 놓이도록 하는 단계;
상기 기판의 상면 및 상기 희생재료의 상면에 제 1 압전층을 커버하는 단계;
상기 기판으로부터 멀어지는 상기 제 1 압전층의 일측에 제 1 전극과 온도보상층을 형성하되, 상기 기판에 수직되는 방향에서, 상기 제 1 전극이 상기 요입홈이 있는 영역에 위치되도록 하는 단계;
상기 희생재료를 제거하여 캐비티를 형성하는 단계; 를 포함한다.
본 출원의 실시예에서 제공한 기술방안은, 기판의 상면에 요입홈을 형성하고, 요입홈과 제 1 압전층이 캐비티를 형성하여, 음파가 캐비티층을 통해 전반사 되도록 함으로써, 음파 에너지가 기판에 누설되는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 기판에서의 음파 에너지의 손실을 감소하여, 높은 Q값을 갖는 압전 공진기를 얻을 수 있으며; 설치되는 온도보상층은 압전 공진기가 비교적 낮은 주파수 온도계수를 유지하도록 함으로써, 온도보상 효율을 효과적으로 개선할 수 있다. 캐비티 내에 존재하는 제 2 전극은 제 1 전극과 상호작용하여 압전 공진기의 응용범위를 확대할 수 있고, 또한 밀폐된 캐비티로 제조된 압전 공진기는 보다 작은 체적을 가질 수 있다.
도 1은 관련기술의 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 2는 일 실시예에서 제공한 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 3은 일 실시예에서 제공한 다른 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 4는 일 실시예에서 제공한 다른 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 5는 일 실시예에서 제공한 다른 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 6은 일 실시예에서 제공한 다른 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 7은 일 실시예에서 제공한 다른 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 8은 일 실시예에서 제공한 다른 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 9는 일 실시예에서 제공한 다른 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 10은 일 실시예에서 제공한 압전 공진기의 제조방법의 흐름 개략도이다.
도 2는 일 실시예에서 제공한 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 3은 일 실시예에서 제공한 다른 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 4는 일 실시예에서 제공한 다른 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 5는 일 실시예에서 제공한 다른 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 6은 일 실시예에서 제공한 다른 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 7은 일 실시예에서 제공한 다른 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 8은 일 실시예에서 제공한 다른 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 9는 일 실시예에서 제공한 다른 압전 공진기의 단면구조 개략도이다.
도 10은 일 실시예에서 제공한 압전 공진기의 제조방법의 흐름 개략도이다.
이하에서는, 도면과 실시예를 결합하여 본 출원을 추가로 설명한다. 여기서 기술한 구체적인 실시예는 본 출원을 해석하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하는 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다. 이외, 설명해야 할 것은, 기술의 편의를 위해, 도면에서는 전체 구조가 아닌 본 출원과 관련된 부분만 도시하였다.
본 출원의 실시예에서는 통신 기술분야에 적용되는 압전 공진기를 제공한다. 도 2는 본 출원의 일 실시예에서 제공한 압전 공진기의 단면구조 개략도이다. 도 2를 참조하면, 상기 공진기의 구조는 순차적으로 설치되는 기판(1), 제 1 압전층(4), 제 1 전극(5)과 온도보상층(3)을 포함하되, 여기서, 기판(1)의 상면에는 요입홈(11)이 형성되고; 제 1 압전층(4)은 기판(1)의 상면 및 요입홈(11)의 개구를 커버하여, 요입홈(11)과 제 1 압전층(4)이 캐비티를 형성하며; 여기서, 요입홈(11)의 단면구조는 직사각형 또는 아크형일 수 있으나, 그 형상은 직사각형 또는 아크형에 한정되지 않으며, 음파 에너지가 기판에 누설되는 것을 최대한 방지할 수 있는 형상이기만 하면 된다. 제 1 전극(5)과 온도보상층(3)은 모두 기판(1)으로부터 멀어지는 제 1 압전층(4)의 일측에 설치되고, 기판(1)에 수직되는 방향에서, 제 1 전극(5)의 기판(1) 상의 투영은 요입홈(11)이 있는 영역에 위치하며, 여기서, 기판(1)으로부터 멀어지는 제 1 압전층(4)의 일측에 설치되는 제 1 전극(5)은 온도보상층(3)의 상면에 설치되거나, 온도보상층(3)과 동일한 층에 설치될 수 있다.
본 출원의 실시예에서 제공한 기술방안은, 기판의 상면에 요입홈을 형성하여, 요입홈과 제 1 압전층이 캐비티를 형성함으로써, 음파 에너지가 기판에 누설되는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 기판에서의 음파 에너지의 손실을 감소하여, 높은 Q값을 갖는 압전 공진기를 얻을 수 있으며; 설치되는 온도보상층은 압전 공진기가 비교적 낮은 주파수 온도계수를 유지하도록 함으로써, 온도보상 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 전극은 기판으로부터 멀어지는 제 1 압전층의 일측 표면에 위치하고, 온도보상층은 제 1 전극을 커버한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 압전 공진기는 기판(1), 제 1 전극(5), 제 1 압전층(4)과 온도보상층(3)을 포함한다. 여기서 기판(1) 재료는 실리콘일 수 있고, 기판은 고음속 지지기판으로 사용될 수 있으며, 그 저항율은 약 1000Ω·cm 이상이며, 상기 압전 공진기가 필터로 사용될 경우, 필터의 삽입 손실을 감소할 수 있다. 제 1 압전층(4)은 요입홈(11)이 개구되어 있는 기판(1)을 커버하여 캐비티 구조를 형성하고, 제 1 전극(5)은 기판(1)으로부터 멀어지는 제 1 압전층(4)의 일측 상면에 위치하며, 온도보상층(3)이 제 1 전극(5)을 커버하도록 한다. 제 1 전극(5)은 인터디지탈 전극(InterDigitated Electrodes， IDE)일 수 있고, 제 1 압전층(4)의 상면에 균일하게 분포되며, 이때 인터디지탈 전극 중 인접하는 2 개의 전극 사이에는 온도보상층(3)의 재료가 충진된다. 여기서 인터디지탈 전극은 다양한 모드의 서로 다른 음파를 여기시킬 수 있다.
제 1 압전층(4)의 재료는 질화알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 리튬나오베이트(LiNbO3) 또는 탄탈산리튬(LiTaO3) 등일 수 있고, 일반적으로 부온도계수 재료이며, 즉, 온도가 상승됨에 따라 음속이 작아지며, 이는 재료의 원자 간 힘이 작아지게 되면 재료의 탄성 상수가 작아지기 때문에, 음속이 작아지는 것이다. 온도보상층의 재료는 정온도계수 재료일 수 있고, 예를들면 실리카(SiO2)일 수 있으며, SiO2는 독특한 재료로서, 그의 실리콘-산소 사슬은 온도가 상승됨에 따라 인장되므로, 그의 강도는 정온도계수를 가지고, SiO2내에서 전파되는 음파의 음속은 정온도계수를 나타낸다. 따라서, SiO2는 온도 변화로 인한 압전 공진기의 주파수 오프셋을 보상는데 사용되어, 제 1 압전층(4)에 대한 비교적 좋은 온도보상을 실현할 수 있다. 이외, SiO2는 저음속층일 수 있고, 그의 두께는 나노 규모일 수 있으며, 제조된 공진기의 Q와 전기기계 결합계수(kt 2)에 대한 영향이 매우 작다.
일 실시예에서, 온도보상층은 기판으로부터 멀어지는 제 1 압전층의 일측 표면에 위치하고, 제 1 전극은 기판으로부터 멀어지는 온도보상층의 일측에 위치한다. 일 실시예에서, 제 1 전극은 기판으로부터 멀어지는 온도보상층의 일측 표면에 위치한다. 일 실시예에서, 압전 공진기는 온도보상층과 제 1 전극 사이에 위치하는 제 2 압전층을 더 포함할 수 있고, 제 1 전극은 기판으로부터 멀어지는 제 2 압전층의 일측 표면에 위치한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 압전 공진기는 기판(1), 제 1 전극(5), 제 1 압전층(4)과 온도보상층(3)을 포함하고, 제 1 전극(5)은 기판(1)으로부터 멀어지는 온도보상층(3)의 일측에 위치하되, 여기서, 제 1 전극(5)은 기판(1)으로부터 멀어지는 온도보상층(3)의 일측 상면에 위치한다.
제 1 전극(5)은 인터디지탈 전극일 수 있고, 온도보상층(3)의 상면에 균일하게 분포되며, 제 1 전극(5)과 온도보상층(3)은 격층으로 설치된다. 인터디지탈 전극의 재료는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 구리(AlCu) 등 금속합금일 수 있고, 그의 작용은 인터디지탈형 트랜스듀서(transducer)를 통해 전기 신호를 소리 신호로 전환할 수 있는 것이다. 이외, 인터디지탈 전극의 전극막 두께는 약 50nm-200nm이므로, 전극의 저항율이 비교적 작은 것을 보장할 수 있다. 인터디지탈 전극은 온도보상층(3)과 제 1 압전층(4)에서 전기장을 형성하여, 필터와 공진기의 특정진동 모드에서의 음파를 여기시키거나 획득한다.
또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 압전 공진기는 기판(1), 제 1 전극(5), 제 1 압전층(4), 온도보상층(3) 및 온도보상층(3)과 제 1 전극(5) 사이에 위치하는 제 2 압전층(7)을 포함하고, 제 1 전극(5)은 기판(1)으로부터 멀어지는 제 2 압전층(7)의 일측 표면에 위치한다. 제 1 압전층(4)과 제 2 압전층(7)의 재료는 일반적으로 부온도계수 재료이고, 온도보상층(3)의 재료는 SiO2일 수 있으며, 역학적 계산을 통해, 특정된 진동 모드에서 온도보상층(3)이 압전 공진기 구조의 중간위치에 놓일 경우, 온도보상 효율이 비교적 높은 값에 도달할 수 있다는 점을 발견하였다. 압전 공진기의 주파수 온도계수(TCF)는 각 층 구조의 두께와 각 층이 공진 공동(resonant cavity) 내에서의 상대적 위치와 작용에 의해 결정된다. 일반적인 상황에서는, 비교적 낮은 TCF를 획득하기 위해, 압전 공진기의 상방 또는 하방에 한층의 비교적 두꺼운 SiO2를 증착시켜 압전 공진기의 공진주파수가 온도에 따라 변화되는 드리프트량을 보상해야 한다. 본 실시예의 압전 공진기는 비교적 얇은 온도보상층(SiO2)을 제조하여, 온도보상을 실현할 수 있으며, 온도보상의 효율을 대폭 향상시킨다.
일 실시예에서, 압전 공진기는 제 2 전극을 더 포함할 수 있으며, 제 2 전극은 캐비티 내에 위치하고, 기판에 가까운 제 1 압전층의 일측 표면에 설치된다.
예시적으로 계속하여 도 3을 참조하면, 압전 공진기는 제 2 전극(6)을 더 포함하며, 제 2 전극(6)은 캐비티 내에 위치하고, 기판(1)에 가까운 제 1 압전층(4)의 일측 표면에 설치된다. 여기서 제 1 전극(5)은 인터디지탈 전극일 수 있고, 제 2 전극(6)은 평면형 전극일 수 있으며; 인터디지탈 전극과 평면형 전극의 상호작용을 통해, 제 1 압전층(4)과 온도보상층(3)에서 횡방향 실체파를 여기시키고, 온도보상층(3)은 비압전 재료(SiO2)이고, 제 1 전극(5)과 제 2 전극(6) 사이에 위치하므로, 온도보상층(3)은 일부 제 1 압전층(4)(예를들면 AlN)의 전압을 소모하여, 제 1 압전층(4)의 전기장의 강도가 낮아지도록 하고, 나아가 전기기계 결합계수(kt 2)가 떨어지게 되며, 비교적 낮은 유효 전기기계 결합계수는 협대역 필터에 적용된다.
일 실시예에서, 압전 공진기는 인터디지탈 전극 또는 평면형 전극인 제 1 전극, 및 인터디지탈 전극 또는 평면형 전극인 제 2 전극 중 적어도 1종을 더 포함한다. 제 1 전극과 제 2 전극 중 적어도 1종의 전극의 형상 및 위치는 다양하게 변화될 수 있고, 상기 몇가지 상황에 한정되는 것이 아니며, 제 1 전극과 제 2 전극 중 적어도 1종의 전극의 형상 및 위치를 변경하여 서로 다른 유형의 파를 얻을 수 있으므로, 압전 공진기의 응용범위가 확대된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(6)은 인터디지탈 전극이고, 기판(1)에 가까운 제 1 압전층(4)의 일측 표면에 설치된다. 이 방식에서, 제 1 전극(5)은 인터디지탈 전극일 수 있고, 기판(1)으로부터 멀어지는 온도보상층(3)의 일측 상면에 위치한다.
일 실시예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(6)은 인터디지탈 전극이고, 기판(1)에 가까운 제 1 압전층(4)의 일측 표면에 설치된다. 이 방식에서, 제 1 전극(5)은 인터디지탈 전극일 수 있고, 기판(1)으로부터 멀어지는 제 1 압전층(4)의 일측 표면에 설치되며, 온도보상층(3)은 제 1 전극(5)을 커버한다.
인터디지탈 전극은 전기 신호를 소리 신호로 전환할 수 있으며, 제 1 전극(5)과 제 2 전극(6)이 모두 인터디지탈 전극인 경우, 제 1 전극(5)과 제 2 전극(6)은 서로 협력하여, 상이한 회로연결 방식에 따라, 압전 공진기에서 발생되는 횡방향 실체파, 종방향 실체파 또는 기타 형태의 음파를 여기시킬 수 있고, 횡방향 실체파는 일반적으로 협대역 필터에 적용된다.
일 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(6)은 평면형 전극이고, 기판(1)에 가까운 제 1 압전층(4)의 일측 표면에 설치된다. 이 방식에서, 제 1 전극(5)은 인터디지탈 전극일 수 있고, 기판(1)으로부터 멀어지는 제 1 압전층(4)의 일측 표면에 위치하며, 온도보상층(3)은 제 1 전극(5)을 커버한다. 인터디지탈 전극은 전기 신호를 소리 신호로 전환할 수 있고, 평면형 전극과 협력하여 횡방향 실체파를 여기시킬 수 있다. 일 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(6)은 평면형 전극이고, 기판(1)에 가까운 제 1 압전층(4)의 일측 표면에 설치된다. 제 1 전극(5)은 평면형 전극이고, 기판(1)으로부터 멀어지는 제 2 압전층(7)의 상면에 설치되며, 제 1 압전층(4)과 제 2 압전층(7) 사이에는 온도보상층(3)이 설치된다.
일 실시예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(6)은 평면형 전극이고, 기판(1)에 가까운 제 1 압전층(4)의 일측 표면에 설치된다. 이 방식에서, 제 1 전극(5)은 평면형 전극일 수 있고, 기판(1)으로부터 멀어지는 제 1 압전층(4)의 일측 표면에 위치하며, 온도보상층(3)은 제 1 전극(5)을 커버한다. 2 개의 평면형 전극은 종방향 실체파를 여기시킬 수 있고, 이동통신 시스템에 응용될 수 있다.
일 실시예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(6)은 평면형 전극이고, 기판(1)에 가까운 제 1 압전층(4)의 일측 표면에 설치된다. 이 방식에서, 제 1 전극(5)은 평면형 전극일 수 있고, 기판(1)으로부터 멀어지는 온도보상층(3)의 일측 상면에 위치한다.
도 4, 도 8 또는 도 9를 참조하면, 제 1 전극(5)은 평면형 전극이고, 제 2 전극(6)은 캐비티 내에 위치하되, 여기서 제 2 전극(6)은 평면형 전극일 수 있으며; 제 1 전극(5), 제 2 전극(6)이 모두 평면형 전극이면, 제 1 압전층(4)과 이루어진 구조가 박막 벌크 음향 공진필터(film bulk acoustic resonator, FBAR)구조와 유사하여, 기생진동 모드(spurious mode)의 발생을 상대적으로 쉽게 제어함으로써, 이가 압전 공진기의 Q와 kt 2에 미치는 영향을 감소하고, 한쌍의 평면형 전극을 설치하여, 압전 재료에서 종방향 실체파를 여기시킬 수 있으며, 광대역 필터에 응용될 수 있다.
상기 압전 공진기 구조에서, 온도보상층(SiO2)은 일반적으로 압전 공진기의 최상방에 층착되어, 이중 작용을 하며, 첫번째는 온도보상 작용을 할 수 있고; 두번째는 해당 층(SiO2)은 보호층으로서, 압전 공진기가 외부 수증기, 입자 등 물질에 의해 오염되는 것을 방지 할 수 있다. 양호한 여파특성(광대역)을 구비하기 위해, SiO2층의 표준 두께는 제 1 압전층 두께의 절반 이하여야 한다. 비교적 좋은 고조파 특성과 양호한 온도보상 특성을 원하면, SiO2층의 두께를 제 1 압전층 두께의 1.5배로 증가할 수도 있다.
본 출원의 실시예에서 제공하는 압전 공진기 구조는, 온도보상층(SiO2)을 제 1 압전층의 상방에 방치하여, 음파 에너지가 주로 제 1 압전층에 집중되도록 하고, 제 1 압전층과 캐비티의 계면에서 전반사를 형성하여, 에너지가 기판에 누설되는 것을 방지하며, 이러한 구조는 압전 공진기의 비교적 높은 Q값과 비교적 낮은 주파수 온도계수(TCF)를 유지할 수 있고, 특히 필터의 매우 가파로운 롤오프 영역에서 온도변화로 인한 미세한 주파수 드리프트로 인해 필터가 롤오프 영역의 기술적 사양을 충족하지 못할 경우에 응용된다. 이외, 서로 다른 통신 표준 간의 상호 간섭을 해결하는 시스템(예를들면, 위성라디오 또는 GPS 내비게이션이 집적된 이동모바일 시스템)에 응용될 수도 있다.
이외, 본 출원의 실시예에서는 압전 공진기의 제조방법을 더 제공하였고, 도 10은 본 출원의 실시예에서 제공한 압전 공진기의 제조방법의 흐름 개략도이며, 상기 압전 공진기의 제조방법은 아래와 같은 단계를 포함한다.
단계(110)에서는 기판의 상면에 요입홈을 형성한다.
기판은 지지층이고, 지지층은 실리콘 기판일 수 있으며, 실리콘 기판에서 심도반응성 이온에칭 공정(DRIE)을 진행하고, 마스크 공정 또는 포토 공정을 통해 해당 지지층에서 일부 실리콘 재료를 제거할 수 있고, 요입홈의 단면구조는 직사각형 또는 아크형일 수 있으며, 요입홈의 단면구조 깊이는 나노미터급 또는 마이크로미터급일 수 있고, 요입홈의 크기는 실제 수요에 따라 상응한 선택을 할 수 있다. 여기서, 실리콘 기판은 고음속 재료층일 수 있고, 이의 저항율은 1000Ω·cm이상일 수 있으므로, 필터의 삽입 손실을 감소할 수 있다.
단계(120)에서는 요입홈에 희생재료를 충진하되, 희생재료의 상면과 기판의 상면이 한 평면에 놓이도록 한다.
얻어진 요입홈 구조에 희생재료를 충진하되, 여기서 희생재료는 금속알루미늄, 금속마그네슘, 실리카 또는 게르마늄 재료 등일 수 있다. 화학적 기계적 폴리싱 공정(CMP)을 통해, 평탄화처리를 진행하여, 희생재료의 상면과 기판의 상면이 한 평면에 놓이도록 함으로써, 추후 압전층을 제조하기 편리해진다.
단계(130)에서는 기판의 상면 및 희생재료의 상면에 제 1 압전층을 커버한다.
기판의 상면 및 희생재료의 상면에 제 1 압전층을 커버하는 단계는, 에피택시얼 성장 공정, 박막 전사 공정 또는 웨이퍼 시닝 공정을 통해 제 1 압전층을 형성하는 단계를 포함한다. 예를들면, 평면화처리된 기판 표면에 유기 금속 화학 증착(MOCVD)방법으로 에피택시얼 성장 공정을 진행하여 단결정 질화알루미늄의 제 1 압전층을 얻을 수 있거나; 또는 기타 기판에 제조된 단결정 질화알루미늄을 분리하고, 제조된 단결정 질화알루미늄의 제 1 압전층을 박막 전사 공정기술을 통해 지지층에 전사하여 라미네이팅(laminating)하거나; 또는 액정고분자(LCP) 접착제를 사용하여 웨이퍼 시트(예를들면 질화알루미늄)를 지지층 표면에 접착시키고 지지 기판에 플립 본딩한 후, 웨이퍼 시트를 연마, 시닝 및 폴리싱 처리하여, 제 1 압전층의 편평도를 보장하고, 실제 수요되는 박막 두께를 얻을 수 있다.
단계(140)에서는 기판으로부터 멀어지는 제 1 압전층의 일측에 제 1 전극과 온도보상층을 형성하되, 기판에 수직되는 방향에서, 제 1 전극의 기판 상의 투영이 요입홈이 있는 영역에 위치되도록 한다.
계속하여 도 7 내지 도 8을 참조하면, 기판(1)으로부터 멀어지는 제 1 압전층(4)의 노출되는 일측에 한층의 제 1 전극(5)을 스퍼터링 증착하며, 여기서 제 1 전극(5)은 인터디지탈 전극 또는 평면형 전극일 수 있고, 온도보상층(3)은 제 1 전극(5)을 커버하며, 온도보상층(3)은 SiO2 재료일 수 있고, 인터디지탈 전극과 온도보상층(3)은 동일한 층에 분포된다. 온도보상층(3)은 저음속층으로서, 음파 에너지가 주로 압전재료층에 집중되도록 할 수 있으며, 이로써, 음파 에너지는 제 1 압전층(4)과 인터디지탈 전극 사이에 제한되어, 손실을 감소할 수 있고 압전 공진기의 Q값을 증가시킬 수 있다.
이외, 기판(1)에 수직되는 방향에서, 제 1 전극(5)의 기판(1) 상의 투영은 요입홈이 있는 영역에 위치한다. 따라서, 제 1 전극(5)이 기판(1) 상방에서의 위치 분포는 여러가지 경우가 존재하며, 이 부분에 대해서는 상기 압전 공진기의 실시예를 참조할 수 있고, 더 이상 설명하지 않는다.
단계(150)에서는 희생재료를 제거하여 캐비티를 형성한다.
계속하여 도 2 내지 도 9를 참조하면, 제 1 압전층(4)의 상방에 제 1 전극(5)과 온도보상층(3)을 제조한 후, 기판(1)에 수직되는 방향을 따라, 요입홈이 있는 영역에 홀을 개구하고, 개구된 홀을 통해 희생재료를 에칭한다. 예시적으로, 기판(1)의 일측 표면에 홀을 개구하여(예를들면: 제공된 기판(1) 하면에 홀을 개구함) 희생재료를 에칭할 수 있다. 따라서 제 1 압전층(4)과 지지 기판 사이의 캐비티가 노출되며, 캐비티 내에는 공기, 질소 기체 등이 포함될 수 있거나, 캐비티는 진공 상태를 유지할 수 있다. 캐비티 내에는 제 2 전극(6)이 설치될 수 있으며, 여기서 제 2 전극(6)은 인터디지탈 전극 또는 평면형 전극일 수 있다. 지지 기판에 박막을 전사하거나 웨이퍼 시트를 라미네이팅하기 이전에, 제 2 전극(6)을 제 1 압전층(4)의 일측 표면에 증착시켜, 제 2 전극(6)이 캐비티 내에 존재할 수 있도록 한다. 또는 희생재료의 상면에 제 2 전극(6)을 증착하고, 계속하여 희생재료로부터 멀어지는 제 2 전극(6)의 일측에 제 1 압전층(4)을 증착한다. 여기서 제 2 전극(6)이 인터디지탈 전극인 경우, 압전층에서 횡방향 실체파를 여기시킬 수 있고, 이는 광대역이 좁은 필터에 응용되며; 제 2 전극(6)이 평면형 전극인 경우, 종방향 실체파를 여기시킬 수 있고, 이는 광대역이 비교적 넓은 필터에 응용된다.
본 출원의 실시예에서 제공한 기술방안은, 기판의 상면에 요입홈을 형성하고, 요입홈과 제 1 압전층이 캐비티를 형성함으로써, 음파 에너지가 기판에 누설되는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 기판에서의 음파 에너지의 손실을 감소하여, 높은 Q값을 갖는 압전 공진기를 얻을 수 있으며; 또한 온도보상층을 설치하여, 압전 공진기가 비교적 낮은 주파수 온도계수를 유지하도록 함으로써, 온도보상 효율을 효과적으로 개선할 수 있다. 캐비티 내에 제 2 전극이 존재할 경우, 제 2 전극은 제 1 전극와 상호작용하여 압전 공진기의 응용범위를 확대할 수 있고, 광대역이 비교적 좁은 필터와 광대역이 비교적 넓은 필터에 응용될 수 있으며, 본 실시예의 압전 공진기의 체적은 비교적 작다.
[산업상 이용가능성]
본 출원의 실시예에서 제공한 압전 공진기와 압전 공진기의 제조방법은 음파 에너지가 기판에 누설되는 것을 방지하고, 기판에서의 음파 에너지 손실을 감소하여, 높은 Q값을 갖는 압전 공진기를 얻을 수 있으며, 온도보상 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
Claims (13)
- 기판, 제 1 압전층, 제 1 전극과 온도보상층을 포함하되,
상기 기판의 상면에는 요입홈이 형성되어 있고;
상기 제 1 압전층은 상기 기판의 상면 및 상기 요입홈의 개구를 커버하여, 상기 요입홈과 상기 제 1 압전층이 캐비티를 형성하며;
상기 제 1 전극과 상기 온도보상층은 모두 상기 기판으로부터 멀어지는 상기 제 1 압전층의 일측에 설치되고, 상기 기판에 수직되는 방향에서 상기 제 1 전극의 상기 기판 상의 투영은 상기 요입홈이 있는 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 전극은 상기 기판으로부터 멀어지는 상기 제 1 압전층의 일측 표면에 위치하고, 상기 온도보상층은 상기 제 1 전극을 커버하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 온도보상층은 상기 기판으로부터 멀어지는 상기 제 1 압전층의 일측 표면에 위치하고, 상기 제 1 전극은 상기 기판으로부터 멀어지는 상기 온도보상층의 일측에 위치하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기. - 제3항에 있어서,
상기 제 1 전극은 상기 기판으로부터 멀어지는 상기 온도보상층의 일측 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기. - 제3항에 있어서,
상기 온도보상층과 상기 제 1 전극 사이에 위치하는 제 2 압전층을 더 포함하고, 상기 제 1 전극은 상기 기판으로부터 멀어지는 상기 제 2 압전층의 일측 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
제 2 전극을 더 포함하되, 상기 제 2 전극은 상기 캐비티 내에 위치하고, 상기 기판에 가까운 상기 제 1 압전층의 일측 표면에 설치되는 것을 특징으로 하는 압전 공진기. - 제6항에 있어서,
인터디지탈 전극 또는 평면형 전극인 상기 제 1 전극, 및 인터디지탈 전극 또는 평면형 전극인 상기 제 2 전극 중 적어도 1종을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 기판의 재료는 실리콘인 것을 특징으로 하는 압전 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 온도보상층의 재료는 정온도계수 재료인 것을 특징으로 하는 압전 공진기. - 제9항에 있어서,
상기 온도보상층의 재료는 실리카인 것을 특징으로 하는 압전 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 전극의 두께가 100nm-200nm인 것을 특징으로 하는 압전 공진기. - 기판의 상면에 요입홈을 형성하는 단계;
상기 요입홈에 희생재료를 충진하되, 상기 희생재료의 상면과 상기 기판의 상면이 한 평면에 놓이도록 하는 단계;
상기 기판의 상면 및 상기 희생재료의 상면에 제 1 압전층을 커버하는 단계;
상기 기판으로부터 멀어지는 상기 제 1 압전층의 일측에 제 1 전극과 온도보상층을 형성하되, 상기 기판에 수직되는 방향에서, 상기 제 1 전극의 상기 기판 상의 투영이 상기 요입홈이 있는 영역에 위치되도록 하는 단계; 및
상기 희생재료를 제거하여 캐비티를 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기의 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 희생재료를 제거하여 캐비티를 형성하는 단계는,
상기 기판에 수직되는 방향에서, 상기 요입홈이 있는 영역에 홀을 개구하여, 상기 개구된 홀을 통해 상기 희생재료를 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기의 제조방법.
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