KR20200072904A - 압전 박막 공진기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 박막 공진기는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 하부 전극, 상기 하부 전극 상에 배치되는 압전층 및 상기 압전층 상에 배치되는 압전층을 포함하고, 상기 상부 전극의 상면에는 공진 영역을 둘러싸는 요철 패턴이 형성된다.

Description

압전 박막 공진기{PIEZOELECTRIC THIN FILM RESONATOR}
본 발명은 압전 박막 공진기에 관한 것이다. 보다 자세하게는 전극에 형성되는 다양한 요철 패턴을 이용하여 공진기 특성을 향상시킬 수 있는 압전 박막 공진기에 관한 것이다.
최근 이동통신기기, 화학 및 바이오기기 등의 급속한 발달에 따라, 통신 기기에서 사용되는 소형 경량필터(Filter), 오실레이터(Oscillator), 공진소자(Resonant element), 음향공진 질량센서(Acoustic Resonant Mass Sensor) 등의 수요도 증대하고 있다.
이와 같은, 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등을 구현하기 위해 박막 체적 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator, 이하 "FBAR"이라 함)가 사용되고 있다.
FBAR는 최소한의 비용으로 대량 생산이 가능한 소자로서, 초소형으로 구현할 수 있다는 장점이 있으며, 필터의 주요한 특성인 높은 품질 계수(Quality Factor, Q)값을 구현하는 것이 가능하고, 마이크로주파수 대역에서도 사용이 가능하며, 특히 PCS(Personal Communication System)와 DCS(Digital Cordless System) 대역까지도 구현할 수 있다는 장점이 있다.
이러한 FBAR는 기판 상에 하부 전극을 형성하고, 그 위에 순차적으로 압전층(Piezoelectric layer) 및 상부 전극을 형성함으로써 이루어지는데, 상부 전극 상에 추가로 프레임 또는 부가 막을 적층하여 FBAR의 특성을 개선시켜 왔다.
그러나 상부 전극 상에 프레임 또는 부가막을 적층한 공진기로 필터를 합성하는 경우, 스퓨리어스 노이즈(Spurious noise)를 완전히 억제시키지 못하고 삽입 손실이 악화되며, 필터 대역이 좁아지게 되는 문제점이 존재한다.
따라서, 공진기의 스퓨리어스 노이즈를 감소시키고, 공진 특성을 향상시킬 수 있는 압전 박막 공진기의 개발이 요구되며, 본 발명은 이와 관련된 것이다.
한국 등록특허공보 제10-1853740호(2018.04.25.)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상부 전극 상에 패턴을 형성함으로써, 전기기계 결합 계수(electromechanical coupling factor, K2) 값을 향상시키고, 스퓨리어스 노이즈(spurious noise)를 저감시킬 수 있는 압전 박막 공진기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 필터에 삽입되는 공진기 특성을 개선시킬 수 있는 압전 박막 공진기를 단순한 제작 과정으로 제조하는 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 압전 박막 공진기는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 하부 전극, 상기 하부 전극 상에 배치되는 압전층 및 상기 압전층 상에 배치되는 상부 전극을 포함하고, 상기 상부 전극의 상면에는 공진 영역을 둘러싸는 요철 패턴이 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 요철 패턴은, 상기 공진 영역의 둘레를 따라 형성되는 다수의 고리 형상을 가지는 제1 패턴을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 다수의 환형 고리 패턴의 두께 또는 간격에 따라 공진 주파수가 상이할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 요철 패턴은, 상기 공진 영역의 둘레를 따라 형성되는 다수의 섬 형상을 가지는 제2 패턴을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 요철 패턴은, 상기 다수의 섬 형상을 가지는 제2 패턴을 둘러싸는 고리 형상 패턴을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 패턴은, 상기 다수의 섬 형상 패턴의 크기 또는 밀도에 따라 공진 주파수가 상이할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 상부 전극은, 상기 패턴의 수직 방향 높이와 상기 상부 전극의 수직 방향 높이의 비율이 1:20 내지 3:10일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 요철 패턴은, 상기 공진 영역의 둘레를 따라 형성되는 최외각 패턴의 수직 방향 높이가, 상기 공진 영역의 내측에 형성되는 패턴의 수직 방향 높이보다 높을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 상부 전극 상에 배치되며, 상기 요철 패턴이 형성된 영역을 덮는 보호층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 하부 전극과 상기 기판 사이에 배치되는 시드층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상부 전극 중 공진 영역에 패턴을 줌으로서 전기기계 결합 계수(electromechanical coupling factor, K2) 값을 향상시키고, 스퓨리어스 노이즈(spurious noise)를 저감시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 공진 영역의 둘레를 따라 패턴을 형성하여 누설되는 에너지가 감소하고, 공진기 특성(Q factor)을 향상시킬 수 있다는 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 압전 박막 공진기의 단면 및 상면을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 박막 공진기의 단면 및 상면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 박막 공진기의 상부 전극 요철 패턴의 다양한 두께 및 간격 형상을 상부에서 바라본 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전 박막 공진기의 상부 전극 요철 패턴을 상부에서 바라본 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 압전 박막 공진기의 상부 전극 요철 패턴을 상부에서 바라본 도면이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 압전 박막 공진기의 단면을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 압전 박막 공진기의 단면을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 압전 박막 공진기의 단면을 나타낸 도면이다.
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 압전 박막 공진기(100)의 단면 및 상면을 나타낸 도면이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 본 발명의 압전 박막 공진기(100)는 기판(10), 하부 전극(20), 압전층(30) 및 상부 전극(40)을 포함하는 것을 확인할 수 있다.
기판(10)은 압전 효과(Piezoelectric effect)를 제공할 수 있는 재료로 이루어지며, 예를 들어, 기판(10)은 실리콘(Si) 기판, 고저항 실리콘(HRS) 기판, 갈륨-비소(Ge-As) 기판, 다이아몬드 기판, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, LiNbO3 기판, LiTaO3 기판 중 하나일 수 있다.
다음으로, 하부 전극(20) 및 상부 전극(40)이 기판(10)상에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 하부 전극(20)과 기판(10) 사이에는 공극(11)이 형성되므로, 공극(11)을 통해 하부 전극(20)과 기판(10)의 일부 영역이 이격 배치될 수 있다. 아울러, 공극(11)은 수직 방향을 기준으로 하부 전극(20) 및 상부 전극(40)이 중첩되는 영역에 형성되며, 하부 전극(20)과 기판(10) 사이에 공극(11)이 형성됨에 따라, 전원을 인가한 후 발생되는 진동 에너지의 손실을 감소시킬 수 있다.
한편, 하부 전극(20) 및 상부 전극(40)은 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 알루미늄(Au), 금(Au), 백금(Pt), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 티타늄(Ti) 등과 같이 전기 전도성이 우수한 금속 또는 이들 금속을 조합한 적층 재료로 이루어질 수 있다.
다음으로, 압전층(30)은 하부 전극(20)과 상부 전극(40) 사이에 배치되어, 압전 현상을 발생시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 하부 전극(20)과 상부 전극(40) 사이에 고주파의 전기 신호를 인가하여, 압전층(30) 내부에 전계를 유기(induce)시키면, 이 전계는 압전층(30)의 압전 현상을 유발시켜, 하부 전극(20), 압전층(30) 및 상부 전극(40)이 소정 방향으로 진동하게 된다. 그에 따라, 진동방향과 동일한 방향으로 음향파(Bulk Acoustic Wave)가 발생하여 공진을 일으키게 된다.
즉, 하부 전극(20), 압전층(30) 및 상부 전극(40)을 포함하는 진동부(A)의 총 두께(H)가 탄성파의 파장(λ)의 1/2인 정수배(n배)가 되는 주파수(
Figure pat00001
가 되는 주파수)에 있어서 공진 현상이 발생한다.
또한, 여기서 압전층(30)의 재료에 의해 결정되는 탄성파의 전파 속도를 V라고 했을 때, 공진 주파수(F)는
Figure pat00002
가 되어, 진동부(A)의 총 두께(H)에 의해 공진 주파수(F)를 제어할 수 있으며, 사용자는 원하는 주파수 특성을 갖는 압전 박막 공진기(100)를 얻을 수 있다.
한편, 압전층(30)이 상술한 바와 같이 전계에 의한 공진을 일으키기 위해서, 압전층(30)은 질화알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 티탄산지르콘산납 (PZT), 티탄산납 (PbTiO3) 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 압전층(30)을 사이에 두고 하부 전극(20)과 상부 전극(40)이 대향하는 영역이 공진 영역이 되며, 진동 에너지를 공진 영역에 가두어 둠으로써, 공진기 특성이 개선될 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 실시예에서는 진동 에너지를 공진 영역에 가두기 위해, 상부 전극(40)의 상면에 요철 패턴을 줄 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1의 (b)를 참조하면, 압전층(30) 상에 오각형으로 형성된 상부 전극(40)이 배치되며, 상부 전극(40)의 둘레, 즉 공진 영역을 둘러싸는 요철 패턴(41)이 형성될 수 있다. 여기서, 요철 패턴(41)은 공진 영역을 둘러싸는 다양한 형상을 포함할 수 있으며, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해, 도 1의 (b)와 같이 공진 영역의 형상과 동일한 다수의 오각형 형상을 제1 패턴(41a)으로 정의한다. 다만, 제1 패턴(41a)은 환형일 수도 있으며, 이 외의 닫힌 다각형 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
한편, 이와 같이 상부 전극(40) 상면에 공진 영역을 완전히 둘러싸는 제1 패턴(41a)을 형성함에 따라, 공진 영역에서의 탄성파 에너지 누설을 억제시킬 수 있다.
또 다른 한편, 상부 전극(40)의 상면에 형성되는 제1 패턴(41a)의 수직 방향 높이(D1)는 상부 전극(40)의 수직 방향 높이(D2)보다 작을 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 패턴(41a)의 수직 방향 높이(D1)와 상부 전극(40)의 수직 방향 높이(D2)의 비율이 1:20 이하일 경우, 상부 전극(40)에서 에너지 손실이 발생하는 것을 충분히 억제시킬 수 없을 뿐만 아니라, 필터 제작 시 삽입 손실이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 제1 패턴(41a)의 수직 방향 높이(D1)와 상부 전극(40)의 수직 방향 높이(D2)의 비율이 3:10 이상일 경우, 상부 전극(40) 상면에 사용자가 원하는 두께 및 높이를 가지는 제1 패턴(41a)을 제작하기 어려워, 공정 수율을 확보할 수 없게 된다. 그에 따라, 바람직한 제1 패턴(41a)의 수직 방향 높이(D1)와 상부 전극(40)의 수직 방향 높이(D2)의 비율은 1:20 내지 3:10일 수 있다.
이와 같이, 제1 패턴(41a)과 상부 전극(40)의 수직 방향 높이 비율의 범위가 정의 됨에 따라, 제1 패턴(41a)은 공진 영역 상에서 서로 다른 높이를 가지고 형성될 수 있으며, 이는 도 2에 대한 설명이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 박막 공진기(100)의 단면 및 상면을 나타낸 도면이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 공진 영역에서 도 1의 (b)와 동일한 오각형 고리 형상의 제1 패턴(41a)과 함께 상부 전극(40)의 형상이 도시되어 있다. 이를 A-A'라인을 따라 절단한 단면으로 보았을 때 도 2의 (b)와 같은 형상을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 공진 영역의 최외곽에 형성되는 제1 패턴(41a)의 수직 방향 높이(D1)는 공진 영역의 내측에 형성되는 제1 패턴(41a)의 수직 방향 높이(D3)보다 높을 수 있다.
이와 같이, 제1 패턴(41a)의 높이(D3)를 낮추면, 제1 패턴(41a)이 가지는 총 질량(M)이 감소하게 되고, 그에 따라 공진 주파수(F)가 조정될 수 있다. 보다 구체적으로, 요철 패턴(41)의 질량에 따른 공진 주파수는 [수학식 1]과 같은 관계식에 따라 조정될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00003
즉, 패턴(41)의 총 질량(M)과 공진 주파수(F)는 반비례하며, 사용자는 상부 전극(40)의 공진 영역 내측에서 패턴(41)의 높이를 다양하게 형성함으로써 공진 주파수를 조정할 수 있다.
아울러, 공진 영역에 패턴(41)을 형성함으로써, 넓은 공진 주파수 조정 범위를 가질 수 있으며, 본 발명에서 공진 주파수(F)는 패턴(41)을 형성하지 않은 압전 박막 공진기(100)의 공진 주파수를 기준으로 8% 내지12%의 넓은 조정 범위를 가질 수 있다.
한편, 도 2의 (b)와 같이 다수의 오각형 고리 형상을 가지는 제1 패턴(41a)에서 공진 영역의 최외곽에 형성되는 제1 패턴(41a)의 수직 방향 높이(D1) 보다 공진 영역의 내측에 형성되는 제1 패턴(41a)의 수직 방향 높이(D3)를 높게 형성할 경우, 수평 방향 탄성파에 의한 스퓨리어스 공진(spurious resonance)이 발생할 수 있으므로, 상부 전극(40)의 공진 영역에서 형성되는 패턴(41)의 높이는 공진 영역의 최외곽 영역에서 가장 높을 수 있다. 아울러, 스퓨리어스 공진은 공진 대역 이외에서 일어나는 잔 공진들일 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 박막 공진기(100)의 상부 전극(40) 요철 패턴(41)의 다양한 두께 및 간격 형상을 상부에서 바라본 도면이다.
도 3의 (a), (b)를 참조하면, 상부 전극(40)의 공진 영역에 형성되는 요철 패턴(41)은 각각의 제1 패턴(41a) 두께(T1)는 일정하되, 그 간격(W1)이 상이하게 형성될 수 있다. 즉, 공진 영역의 형상과 동일한 오각형 형상 제1 패턴(41a) 간의 간격(W1)이 늘어날수록, 공진 주파수(F)는 증가할 수 있다.
또한, 도 3의 (c), (d)를 참조하면, 각각의 제1 패턴(41a) 간격(W1)은 일정하되, 각각의 두께(T2)는 상이하게 형성될 수 있다. 그에 따라, 제1 패턴(41a)의 두께(T2)가 증가할수록, 공진 주파수(F)가 감소할 수 있다.
또한, 도 3의 (e), (f)를 참조하면, 각각의 제1 패턴(41a)의 간격(W2)과 두께(T3)가 상이하게 형성되지만, 요철 패턴(41)의 총 질량이 유지될 수도 있다. 다만, 공진 영역에서의 탄성파 파장 주기(λ)가 변경되어, 공진 주파수(F)가 조정될 수 있다.
즉, 상부 전극(40)의 공진 영역에 형성되는 다수의 오각형 패턴의 두께 또는 간격에 따라, 압전 박막 공진기(100)는 상이한 공진 주파수(F)를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전 박막 공진기(100)의 상부 전극(40) 요철 패턴(41)을 상부에서 바라본 도면이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 상부 전극(40)의 공진 영역에는 다수의 환형 고리 형상 패턴 외에 섬 형상 패턴을 가지는 제2 패턴(41b)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 패턴(41b)은 다수의 섬 형상 패턴을 포함하고, 공진 영역의 둘레를 따라 형성되는 적어도 하나의 고리 형상 패턴을 더 포함할 수 있으며, 이와 같이 섬 형상 패턴을 형성함에 따라, 공진 영역에서의 탄성파 에너지 누설을 억제시킬 수 있고, 스퓨리어스 노이즈를 감소시킬 수 있다.
한편, 도 4에서 섬 형상의 패턴이 원형인 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는 다각형 형상, 환 형상을 가질 수도 있다.
아울러, 섬 형상 패턴을 포함하는 제2 패턴(41b)의 경우에도 섬 형상의 크기(본 실시예에서는 지름(R)을 의미함) 또는 밀도에 따라 상이한 공진 주파수(F)를 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4의 (b), (c)를 참조하면, 섬 형상 패턴의 밀도가 증가함에 따라, 즉, 제2 패턴(41b)의 밀도가 증가할수록, 공진 주파수(F)는 감소할 수 있다. 또한, 도 4의 (d), (e)를 참조하면, 섬 형상의 패턴 크기가 감소하여, 패턴 간의 간격(W3)이 증가함에 따라, 제2 패턴(41b)의 밀도가 감소하게 되고, 공진 주파수(F)가 증가할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 압전 박막 공진기(100)의 상부 전극(40) 요철 패턴(41)을 상부에서 바라본 도면으로서, 도 5를 참조하면, 다양한 형상의 요철 패턴(41)을 조합하여 압전 박막 공진기(100)의 공진 주파수(F)를 조절할 수 있다.
즉, 도 4에서 상술한 제2 패턴(41b)은 공진 영역을 둘러싸는 하나의 고리 형상 패턴이 최외곽 영역에만 형성되는 것으로 도시하였으나, 도 5와 같이 다수의 고리 형상 패턴이 최외곽 영역의 안쪽으로도 형성될 수 있으며, 사용자는 원하는 공진 주파수(F) 값을 가질 수 있도록 상부 전극(40)의 공진 영역에 다양한 형상의 요철 패턴(41)을 형성할 수 있다.
한편, 상술한 요철 패턴(41)은 포토 리소그래피 공정을 통해 제작될 수 있으며, 기타 상부 전극(40) 상면에 한 층의 미세한 요철 패턴(41)을 형성할 수 있는 다양한 공정 과정이 적용될 수 있다.
지금까지 본 발명의 다양한 실시예에 따른 상부 전극(40)의 공진 영역에 형성되는 요철 패턴(41)의 형상에 대하여 설명하였다. 본 발명에 따르면, 공진 영역을 둘러싸는 요철 패턴(41)을 형성하는 것만으로도 탄성파 에너지의 누설을 억제하여 공진기 특성을 향상시킬 수 있으며, 요철 패턴(41) 형상에 따라 전기기계 결합 계수 값이 증가하여 잔 공진(스퓨어리스 노이즈)의 발생이 줄어들 수 있다.
또한, 상부 전극(40)을 적층하는 과정에서 요철 패턴(41)을 형성하는 과정을 동시에 수행할 수 있어, 압전 박막 공진기(100)의 제작 효율이 증대될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 압전 박막 공진기(100)의 단면을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 압전 박막 공진기(100)의 단면을 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 압전 박막 공진기(100)의 단면을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 압전 박막 공진기(100)는 공진 영역에 형성된 요철 패턴(41)을 덮는 보호층(50)이 더 포함되는 것을 확인할 수 있다. 보다 구체적으로 보호층(50)은 미세한 요철 패턴(41)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있으며, 절연 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 보호층(50)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열의 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 보호층(50)을 형성할 경우, 보호층(50)도 진동부(A)에 포함되는 바, 보호층(50)의 수직 방향 높이(D4)에 따라, 공진 주파수(F)가 조절될 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 압전 박막 공진기(100)는 기판(10)과 하부 전극(20) 사이에 시드층(60)이 더 포함되는 것을 확인할 수 있다. 보다 구체적으로 시드층(60)은 기판(10) 상에 하부 전극(20)이 형성되는 과정에서, 기판(10)과 하부 전극(20) 간의 고정력을 증가시키고, 하부 전극(20) 및 압전층(30)의 결정성을 높여 압전 효과를 높이기 위해서 형성될 수 있다.
또한, 이를 위해, 시드층(60)은 질화 알루미늄(AlN)과 같이 압전층(30)과 동일한 결정성 물질로 이루어질 수 있으며, 압전층(30)의 결정성이 우수해짐에 따라, 압전 박막 공진기(100)의 유효 전기기계 결합 계수(effective electromechanical coupling coefficient) 값(Kt)이 커져, 압전 박막 공진기(100)의 특성이 개선될 수 있다.
마지막으로, 도 8을 참조하면, 압전 박막 공진기(100)는 보호층(50)과 시드층(60)을 모두를 포함하는 것을 확인할 수 있다. 다만, 보호층(50)과 시드층(60)의 수직 방향 높이가 너무 높아지면, 압전층(30)의 특성이 감소할 수 있으므로, 보호층(50)과 시드층(60)은 각각의 높이를 고려하여 한정적으로 형성될 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.
100: 압전 박막 공진기
10: 기판
20: 하부 전극
30: 압전층
40: 상부 전극
A: 진동부
41: 패턴
41a: 제1 패턴
41b: 제2 패턴
50: 보호층
60: 시드층

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 하부 전극;
    상기 하부 전극 상에 배치되는 압전층; 및
    상기 압전층 상에 배치되는 상부 전극; 을 포함하고,
    상기 상부 전극의 상면에는 공진 영역을 둘러싸는 요철 패턴이 형성되는, 압전 박막 공진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 요철 패턴은,
    상기 공진 영역의 둘레를 따라 형성되는 다수의 고리 형상을 가지는 제1 패턴을 포함하는, 압전 박막 공진기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 고리 패턴의 두께 또는 간격에 따라 상기 압전 박막 공진기의 공진 주파수가 상이한, 압전 박막 공진기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 요철 패턴은,
    상기 공진 영역의 둘레를 따라 형성되는 다수의 섬 형상을 가지는 제2 패턴을 포함하는, 압전 박막 공진기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 요철 패턴은,
    상기 다수의 섬 형상을 가지는 제2 패턴을 둘러싸는 고리 형상 패턴; 을 더 포함하는, 압전 박막 공진기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 패턴은,
    상기 다수의 섬 형상 패턴의 크기 또는 밀도에 따라 상기 압전 박막 공진기의 공진 주파수가 상이한, 압전 박막 공진기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극은,
    상기 요철 패턴의 수직 방향 높이와 상기 상부 전극의 수직 방향 높이의 비율이 1:20 내지 3:10인, 압전 박막 공진기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 요철 패턴은,
    상기 공진 영역의 둘레를 따라 형성되는 최외각 패턴의 수직 방향 높이가, 상기 공진 영역의 내측에 형성되는 패턴의 수직 방향 높이보다 높은, 압전 박막 공진기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극 상에 배치되며, 상기 요철 패턴이 형성된 영역을 덮는 보호층; 을 더 포함하는 압전 박막 공진기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하부 전극과 상기 기판 사이에 배치되는 시드층; 을 더 포함하는 압전 박막 공진기.
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