KR20220163883A - 횡방향으로 분포된 반사기들을 갖는 라디오 주파수 음향 디바이스 - Google Patents
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Abstract
벌크 음향파 공진기는 압전 재료 층, 압전 재료 층의 상부 표면 상에서 배치된 제1 금속 층, 압전 재료 층의 하부 표면 상에서 배치된 제2 금속 층, 및 제1 금속 층의 상부 표면 상에서 배치되고, 테이퍼링된 부분 및 비-테이퍼링된 부분을 갖는 내부 융기된 프레임 섹션 및 외부 융기된 프레임 섹션을 가지는 제1 융기된 프레임, 및 내부 융기된 프레임 섹션 아래가 아니라, 제1 금속 층 및 외부 융기된 프레임 섹션 아래에 배치된 제2 융기된 프레임을 포함하는 횡방향으로 분포된 융기된 프레임 - 내부 융기된 프레임 섹션은 벌크 음향파 공진기의 중앙 활성 영역으로부터 제1 거리만큼 떨어져 횡방향으로 배치되고, 외부 융기된 프레임 섹션은 중앙 활성 영역으로부터 제1 거리보다 더 큰 제2 거리만큼 떨어져 횡방향으로 배치됨 - 을 포함한다.
Description
본 개시내용은 일반적으로, 벌크 음향파 공진기(bulk acoustic wave resonator)들에 관한 것이다.
벌크 음향파 공진기는 2 개의 전극들 사이에서 압전 재료(piezoelectric material)를 가지는 디바이스이다. 전자기 신호가 전극들 중의 하나에 인가될 때, 음향파가 압전 재료에서 생성되고, 다른 전극으로 전파한다.
압전 재료의 두께에 따라, 이러한 음향파의 공진이 확립되고, 다른 전극 상에서는, 공진 음향파에 대응하는 주파수를 가지는 전자기 신호가 생성된다. 따라서, 이러한 벌크 음향파 공진기는 라디오-주파수(radio-frequency)(RF) 신호와 같은 전자기 신호를 위한 필터링 기능성을 제공하기 위하여 사용될 수 있다.
많은 응용들에서, 전극들 사이의 압전 재료는 상대적으로 얇고 막(film)으로서 구현된다. 따라서, 벌크 음향파 공진기는 때때로 박막 벌크 음향파 공진기(thin-film bulk acoustic wave resonator)(TFBAR) 또는 막 벌크 음향파 공진기(film bulk acoustic wave resonator)(FBAR)로서 지칭된다.
본 명세서에서 개시된 양태에 따르면, 벌크 음향파 공진기 디바이스가 제공된다. 벌크 음향파 공진기는 상부 표면 및 하부 표면을 가지는 압전 재료 층, 상부 표면 및 압전 재료 층의 상부 표면 상에서 배치된 하부 표면을 가지는 제1 금속 층, 하부 표면 및 압전 재료 층의 하부 표면 상에서 배치된 상부 표면을 가지는 제2 금속 층, 및 제1 금속 층의 상부 표면 상에서 배치되고, 테이퍼링된 부분(tapered portion) 및 비-테이퍼링된 부분(non-tapered portion)을 갖는 내부 융기된 프레임 섹션(inner raised frame section) 및 외부 융기된 프레임 섹션(outer raised frame section)을 가지는 제1 융기된 프레임, 및 내부 융기된 프레임 섹션 아래가 아니라, 제1 금속 층 및 외부 융기된 프레임 섹션 아래에 배치된 제2 융기된 프레임을 포함하는 횡방향으로 분포된 융기된 프레임 - 제1 융기된 프레임의 내부 융기된 프레임 섹션은 벌크 음향파 공진기 디바이스의 중앙 활성 영역으로부터 제1 거리만큼 떨어져 횡방향으로 배치되고, 제1 융기된 프레임의 외부 융기된 프레임 섹션은 벌크 음향파 공진기 디바이스의 중앙 활성 영역으로부터 제2 거리만큼 떨어져 횡방향으로 배치되고, 제2 거리는 제1 거리보다 더 크고, 횡방향으로 분포된 융기된 프레임은 횡방향 모드 파들의 반사를 개선시키고 횡방향 모드 파들로의 주 모드 파들의 변환을 감소시키도록 구성됨 - 을 포함한다.
일부 실시예들에서, 제1 융기된 프레임은 금속으로 형성된다.
일부 실시예들에서, 제2 융기된 프레임은 옥사이드(oxide)로 형성된다.
일부 실시예들에서, 제1 융기된 프레임의 외부 융기된 프레임 섹션은 폭, 및 폭을 가로질러서 실질적으로 균일한 두께를 가진다.
일부 실시예들에서, 제2 융기된 프레임은 내부 테이퍼링된 부분 및 외부 비-테이퍼링된 부분을 포함한다.
일부 실시예들에서, 제2 융기된 프레임의 내부 테이퍼링된 부분은 10° 내지 60°의 테이퍼 각도(taper angle)를 가진다.
일부 실시예들에서, 제2 융기된 프레임의 외부 비-테이퍼링된 부분은 폭, 및 폭을 가로질러서 실질적으로 균일한 두께를 가진다.
일부 실시예들에서, 제1 융기된 프레임의 내부 융기된 프레임 섹션의 테이퍼링된 부분은 5° 내지 45°의 테이퍼 각도를 가진다.
일부 실시예들에서, 벌크 음향파 공진기 디바이스는, 제1 금속 층의 상부 표면 상에서 배치되고, 중앙 활성 영역을 포위하는 리세싱된 프레임 영역을 정의하는 유전체 층을 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 벌크 음향파 공진기 디바이스는 리세싱된 프레임 영역을 포함하지 않는다.
일부 실시예들에서, 제1 융기된 프레임의 내부 융기된 프레임 섹션의 테이퍼링된 부분은 제1 융기된 프레임의 내부 융기된 프레임 섹션의 비-테이퍼링된 부분의 폭보다 더 작은 폭을 가진다.
일부 실시예들에서, 제1 융기된 프레임의 내부 융기된 프레임 섹션의 테이퍼링된 부분은 제1 융기된 프레임의 내부 융기된 프레임 섹션의 비-테이퍼링된 부분의 폭보다 더 큰 폭을 가진다.
일부 실시예들에서, 제2 융기된 프레임은 제1 금속 층의 하부 표면과 접촉하는 상부 표면을 가진다.
일부 실시예들에서, 제2 융기된 프레임은 제2 금속 층의 상부 표면과 접촉하는 하부 표면을 가진다.
일부 실시예들에서, 제2 융기된 프레임은 압전 재료 층과 접촉하는 상부 표면을 가진다.
일부 실시예들에서, 제2 융기된 프레임은 압전 재료 층과 접촉하는 상부 표면을 가진다.
일부 실시예들에서, 제2 융기된 프레임은 압전 재료 층과 접촉하는 하부 표면을 가지고, 제2 융기된 프레임은 압전 재료 층을 상부 압전 재료 층 및 하부 압전 재료 층으로 분할한다.
일부 실시예들에서, 제1 융기된 프레임은, 제2 융기된 프레임이 형성되는 재료보다 더 높은 음향 임피던스(acoustic impedance) 및 압전 재료 층이 형성되는 재료보다 더 높은 음향 임피던스를 갖는 재료로 형성된다.
일부 실시예들에서, 제2 융기된 프레임은, 제1 융기된 프레임이 형성되는 재료보다 더 낮은 음향 임피던스 및 압전 재료 층이 형성되는 재료보다 더 낮은 음향 임피던스를 갖는 재료로 형성된다.
일부 실시예들에서, 벌크 음향파 공진기 디바이스는 제2 금속 층 아래에 정의된 공동(cavity)을 포함하는 막 벌크 음향파 공진기 디바이스이다.
일부 실시예들에서, 벌크 음향파 공진기 디바이스는 제2 금속 층 아래에 배치된 브래그 반사기(Bragg reflector)를 포함하는 견고하게 장착된 공진기(solidly mounted resonator)이다.
일부 실시예들에서, 제1 융기된 프레임의 내부 융기된 프레임 섹션의 테이퍼링된 부분은 선형 테이퍼(linear taper)를 가진다.
일부 실시예들에서, 제1 융기된 프레임의 내부 융기된 프레임 섹션의 테이퍼링된 부분은 오목한 테이퍼(concave taper)를 가진다.
일부 실시예들에서, 제1 융기된 프레임의 내부 융기된 프레임 섹션의 테이퍼링된 부분은 볼록한 테이퍼(convex taper)를 가진다.
일부 실시예들에서, 제2 융기된 프레임은 선형 테이퍼를 가지는 내부 테이퍼링된 부분을 포함한다.
일부 실시예들에서, 제2 융기된 프레임은 오목한 테이퍼를 가지는 내부 테이퍼링된 부분을 포함한다.
일부 실시예들에서, 제2 융기된 프레임은 볼록한 테이퍼를 가지는 내부 테이퍼링된 부분을 포함한다.
일부 실시예들에서, 라디오 주파수 필터는 위에서 설명된 바와 같은 벌크 음향파 공진기 디바이스를 포함한다.
라디오 주파수 필터는 라디오 주파수 모듈 내에 포함될 수 있다.
라디오 주파수 모듈은 라디오 주파수 디바이스 내에 포함될 수 있다.
이 개시내용의 실시예들은 동반 도면들을 참조하여 비-제한적인 예로서 지금부터 설명될 것이다.
도 1a는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR 디바이스의 예의 단면도이고;
도 1b는 도 1a의 FBAR 디바이스의 제1 융기된 프레임의 확대된 단면도이고;
도 1c는 도 1a의 FBAR 디바이스의 제2 융기된 프레임의 확대된 단면도이고;
도 2는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR 디바이스의 또 다른 예의 단면도이고;
도 3은 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR 디바이스의 또 다른 예의 단면도이고;
도 4는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR 디바이스의 또 다른 예의 단면도이고;
도 5는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR 디바이스의 또 다른 예의 단면도이고;
도 6은 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR 디바이스의 또 다른 예의 단면도이고;
도 7은 어떤 실시예들에 따른, 융기된 프레임 부분들의 단면 프로파일들의 예들을 예시하고;
도 8은 FBAR 디바이스에서의 품질 인자에 대한 융기된 프레임 두께 및 테이퍼 각도의 효과의 시뮬레이션의 결과들을 예시하고;
도 9는 FBAR 디바이스에서의 품질 인자에 대한 융기된 프레임 두께 및 융기된 프레임 폭의 효과의 시뮬레이션의 결과들을 예시하고;
도 10은 견고하게 장착된 공진기(SMR)의 예의 단면도이고;
도 11a는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 SMR의 예의 단면도이고;
도 11b는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 SMR의 또 다른 예의 단면도이고;
도 11c는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 SMR의 또 다른 예의 단면도이고;
도 11d는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 SMR의 또 다른 예의 단면도이고;
도 11e는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 SMR의 또 다른 예의 단면도이고;
도 11f는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 SMR의 또 다른 예의 단면도이고;
도 12는 본 개시내용의 양태들에 따른, 하나 이상의 음향파 엘리먼트들을 포함할 수 있는 필터 모듈의 하나의 예의 블록도이고;
도 13은 본 개시내용의 양태들에 따른, 하나 이상의 필터 모듈들을 포함할 수 있는 프론트-엔드 모듈(front-end module)의 하나의 예의 블록도이고; 그리고
도 14는 도 13의 프론트-엔드 모듈을 포함하는 무선 디바이스의 하나의 예의 블록도이다.
도 1a는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR 디바이스의 예의 단면도이고;
도 1b는 도 1a의 FBAR 디바이스의 제1 융기된 프레임의 확대된 단면도이고;
도 1c는 도 1a의 FBAR 디바이스의 제2 융기된 프레임의 확대된 단면도이고;
도 2는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR 디바이스의 또 다른 예의 단면도이고;
도 3은 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR 디바이스의 또 다른 예의 단면도이고;
도 4는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR 디바이스의 또 다른 예의 단면도이고;
도 5는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR 디바이스의 또 다른 예의 단면도이고;
도 6은 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR 디바이스의 또 다른 예의 단면도이고;
도 7은 어떤 실시예들에 따른, 융기된 프레임 부분들의 단면 프로파일들의 예들을 예시하고;
도 8은 FBAR 디바이스에서의 품질 인자에 대한 융기된 프레임 두께 및 테이퍼 각도의 효과의 시뮬레이션의 결과들을 예시하고;
도 9는 FBAR 디바이스에서의 품질 인자에 대한 융기된 프레임 두께 및 융기된 프레임 폭의 효과의 시뮬레이션의 결과들을 예시하고;
도 10은 견고하게 장착된 공진기(SMR)의 예의 단면도이고;
도 11a는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 SMR의 예의 단면도이고;
도 11b는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 SMR의 또 다른 예의 단면도이고;
도 11c는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 SMR의 또 다른 예의 단면도이고;
도 11d는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 SMR의 또 다른 예의 단면도이고;
도 11e는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 SMR의 또 다른 예의 단면도이고;
도 11f는 하나 이상의 테이퍼링된 융기된 프레임들을 포함하는 SMR의 또 다른 예의 단면도이고;
도 12는 본 개시내용의 양태들에 따른, 하나 이상의 음향파 엘리먼트들을 포함할 수 있는 필터 모듈의 하나의 예의 블록도이고;
도 13은 본 개시내용의 양태들에 따른, 하나 이상의 필터 모듈들을 포함할 수 있는 프론트-엔드 모듈(front-end module)의 하나의 예의 블록도이고; 그리고
도 14는 도 13의 프론트-엔드 모듈을 포함하는 무선 디바이스의 하나의 예의 블록도이다.
어떤 실시예들의 다음의 설명은 특정 실시예들의 다양한 설명들을 제시한다. 그러나, 본 명세서에서 설명된 혁신들은 다수의 상이한 방법들로, 예를 들어, 청구항들에 의해 정의되고 포괄된 바와 같이 구체화될 수 있다. 이 설명에서는, 유사한 참조 번호들이 동일하거나 기능적으로 유사한 엘리먼트들을 표시할 수 있는 도면들에 대해 참조가 행해진다. 도면들에서 예시된 엘리먼트들은 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니라는 것이 이해될 것이다. 또한, 어떤 실시예들은 도면에서 예시된 것보다 더 많은 엘리먼트들, 및/또는 도면에서 예시된 엘리먼트들의 서브세트(subset)를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 일부 실시예들은 2 개 이상의 도면들로부터의 특징들의 임의의 적당한 조합을 편입시킬 수 있다.
만약 존재한다면, 본 명세서에서 제공된 제목들은 오직 편리성을 위한 것이고, 청구된 발명의 범위 또는 의미에 반드시 영향을 주는 것은 아니다.
본 명세서에서 설명된 것은 개선된 품질 인자 Q를 가지는 막 벌크 음향파 공진기(FBAR)들 및 관련된 디바이스들에 관련된 다양한 예들이다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 FBAR들 및 관련된 디바이스들은 증가된 모드 반사 및 감소된 모드 변환을 가질 수 있다. 이러한 예들은 FBAR들의 맥락에서 설명되지만, 본 개시내용의 하나 이상의 특징들은 또한, FBAR들과 유사하지만 상이한 용어들로 지칭되는 디바이스들을 포함하는 다른 유형들의 공진기들에서 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
어떤 양태들에 따르면, FBAR들은 품질 인자 Q를 공진 주파수(resonance frequency) fs를 초과하여 개선시키기 위한 융기된 프레임을 포함할 수 있다. 일반적으로, FBAR들에서는, 활성 영역으로부터의 횡방향으로 전파하는 모드들의 누설은 품질 인자 Q가 감소하게 할 수 있다. 추가적으로, 주 모드로부터 횡방향 모드들로의 모드 변환은 또한, 품질 인자 Q가 감소하게 할 수 있다. 융기된 프레임은 횡방향 모드들을 다시 활성 영역으로 반사하는 반사기로서 작동할 수 있고, 품질 인자 Q를 개선시킬 수 있다. 그러나, 오직 하나의 융기된 프레임을 가지는 것은 모든 횡방향 모드들을 반사시키기 위하여 충분하지 않을 수 있다. 반사를 강화하고 최대 모드 반사를 달성하기 위하여, 통상의 기술자는 예를 들어, 상이한 비정합된 음향 임피던스 인터페이스들을 형성함으로써, 2 개 이상의 융기된 프레임들과 같은 다수의 반사기들을 형성할 수 있다. 그러나, 다수의 반사기들을 형성하는 것은 모드 변환을 증가시킬 수 있는 다수의 불연속적인 경계(discontinuous boundary)들을 생성할 수 있다.
어떤 양태들에 따르면, 테이퍼링된 영역들 및 비-테이퍼링된 영역들을 포함하는 하나 이상의 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR들이 제공될 수 있다. 이러한 융기된 프레임들은 횡방향 모드 누설을 억압함에 있어서 효율적일 수 있다. 예를 들어, 테이퍼링된 영역들 및 비-테이퍼링된 영역들을 포함하는 융기된 프레임은 반사 효율을 개선시킬 수 있는 다수의 반사기들로서 작동할 수 있다. 또 다른 예로서, 테이퍼링된 영역들 및 비-테이퍼링된 영역들을 포함하는 융기된 프레임은 불연속적인 경계들에서 발생하는 주 모드로부터 다른 모드들로의 모드 변환을 감소시킬 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 모드 반사에 추가적으로, 모드 변환은 또한, 품질 인자 Q에 영향을 줄 수 있다. 테이퍼링된 영역들 및 비-테이퍼링된 영역들을 포함하는 융기된 프레임은 준-연속적인 경계(quasi-continuous boundary)들을 생성할 수 있고, 주 모드로부터 다른 모드들로의 모드 변환을 억제할 수 있다. 일부 실시예들에서, 품질 인자 Q는 준-불연속적인 경계들 및 다수의 반사들로 인해 낮은 테이퍼 각도에서 상당히 개선될 수 있다.
도 1a는 내부 반사기(105) 및 외부 반사기(115)를 포함하는 횡방향으로 분포된 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR 디바이스(100)의 측면도를 예시한다. FBAR 디바이스(100)는 제1 금속 층(110), 제2 금속 층(120), 및 제1 금속 층(110)과 제2 금속 층(120) 사이의 압전 층(130)을 포함할 수 있다. 공진기는 제1 금속 층(110)과 제2 금속 층(120) 사이에서 압전 층(130)을 위치결정함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 금속 층(110) 및 제2 금속 층(120)과 중첩하는 압전 층(130)의 부분은 "공진기"로서 지칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 층(110, 120)은 "전극"으로서 지칭될 수 있다. 라디오-주파수(RF) 신호는 금속 층들(110, 120) 중의 하나에 인가될 수 있고, 음향파가 압전 층(130)에서 생성되게 할 수 있다. 음향파는 압전 층(130)을 통해 통행할 수 있고, 금속 층들(110, 120)의 다른 하나에서 RF 신호로 변환될 수 있다. 이러한 방식으로, FBAR 디바이스(100)는 필터링 기능성을 제공할 수 있다. FBAR 디바이스(100)에서, 음향파들은 (예컨대, 금속 층들(110, 120) 및 압전 층(130)에 수직인) 수직 방향으로 통행할 수 있다. 예를 들어, 수직 방향은 Z-방향일 수 있다. 일부 음향파들은 (예컨대, 금속 층들(110, 120) 및 압전 층(130)에 대해 평행한) 수평 방향으로 통행할 수 있다. 예를 들어, 수평 방향은 X-방향, Y-방향, 또는 그 조합일 수 있다.
FBAR 디바이스(100)는 하나 이상의 융기된 프레임(raised frame)("RaF")들을 포함할 수 있다. 도 1a의 예에서, FBAR 디바이스(100)는 제1 융기된 프레임(140) 및 제2 융기된 프레임(150)을 포함한다. 예를 들어, 제1 융기된 프레임(140)은 제2 금속 층(120)의 상부에 있을 수 있고, 제2 융기된 프레임(150)은 제2 금속 층(120)과 압전 층(130) 사이에서, 제2 금속 층(120) 아래에 있을 수 있다. 각각의 융기된 프레임은 테이퍼링된 부분, 및 비-테이퍼링된 부분 또는 테이퍼링 단부, 및 비-테이퍼링된 부분 또는 비-테이퍼링 단부를 포함할 수 있다. 도 1a의 예에서 도시된 바와 같이, 제1 융기된 프레임(140) 및 제2 융기된 프레임(150)은 FBAR 디바이스의 각각의 면 상에서 테이퍼링된 영역 및 비-테이퍼링된 영역을 각각 포함할 수 있다.
도 1b는 제1 융기된 프레임(140)의 내부 반사기 영역(105), 외부 반사기 영역(115), 내부 반사기 영역(105)의 테이퍼링된 영역(105T), 및 내부 반사기 영역(105)의 비-테이퍼링된 영역(105NT)을 표시하는 제1 융기된 프레임(140)의 확대도이다. 도 1c는 제2 융기된 프레임(150)의 테이퍼링된 영역(150T) 및 비-테이퍼링된 영역(150NT)을 표시하는 제2 융기된 프레임(150)의 확대도이다. 도 1a의 실시예에서, 제2 융기된 프레임(150)은 내부 및 외부 반사기 영역들을 가지는 것이 아니라, 제1 융기된 프레임(140)의 외부 반사기 영역(115) 아래에만 존재한다.
제1 융기된 프레임(140) 및 제2 융기된 프레임(150)의 비-테이퍼링된 영역들은 그 수평 규모들을 가로질러서 실질적으로 일정한 높이들 또는 두께들을 가질 수 있다. 제1 융기된 프레임(140) 및 제2 융기된 프레임(150)의 상부 또는 하부 표면들이 인접한 상부 또는 하부 재료 층들을 따르기 위하여 기울기를 변경하는 제1 융기된 프레임(140) 및 제2 융기된 프레임(150)의 비-테이퍼링된 영역들에서의 두께에 있어서의 작은 편차들이 존재할 수 있지만, 제1 융기된 프레임(140) 및 제2 융기된 프레임(150)의 비-테이퍼링된 영역들은 그 수평 규모들을 가로질러서 실질적으로 일정한 높이들 또는 두께들을 가지는 것으로 여전히 고려될 수 있다. 도 1a 내지 도 1c에서 예시된 바와 같이, 제1 융기된 프레임(140) 및 제2 융기된 프레임(150)의 비-테이퍼링된 영역들은 제1 융기된 프레임(140) 및 제2 융기된 프레임(150)의 비-테이퍼링된 영역들에 인접할 수 있고 이들과 연속(contiguous)일 수 있다.
융기된 프레임의 테이퍼링된 영역은 예를 들어, 수평 방향에 대한 각도 α에 의해 정의된 테이퍼링의 정도를 가질 수 있다. 각도 α는 또한, "테이퍼 각도(taper angle)"로서 지칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각도 α는 90° 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, α는 5° 내지 45°(양 끝점 포함)일 수 있다. 도 1a의 실시예에서, 각도 α는 제1 융기된 프레임(140)의 테이퍼링된 영역(105T)의 테이퍼 각도를 지칭한다. 기호 β는 제2 융기된 프레임(150)의 테이퍼링된 부분(150T)의 테이퍼 각도를 지칭하기 위하여 이용된다. 각도 β는 90° 미만일 수 있거나, 10° 내지 60°(양 끝점 포함)일 수 있다. 각도들 α 및 β는 상이한 실시예들에서 동일할 수 있거나 상이할 수 있다.
어떤 실시예들에서, 융기된 프레임의 테이퍼링된 영역은 삼각형 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 융기된 프레임의 테이퍼링된 영역은 다른 다각형 형상들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 융기된 프레임(140) 및 제2 융기된 프레임(150)은 중첩하는 영역들을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 융기된 프레임(140)의 테이퍼링된 영역(105T) 및 제2 융기된 프레임(150)의 테이퍼링된 영역(150T)은 예를 들어, 수평 방향으로 적어도 부분적으로 중첩할 수 있다. 금속 층들(110, 120) 및 압전 층(130)은 제1 융기된 프레임(140) 및/또는 제2 융기된 프레임(150)의 윤곽 또는 형상을 따를 수 있다. 따라서, 금속 층들(110, 120) 및 압전 층(130)은 수평 방향에 대해 평행한 부분들 뿐만 아니라, 수평 방향에 대하여 각도를 이루는 부분들을 포함할 수 있다.
융기된 프레임은 임의의 적당한 재료로 또는 임의의 적당한 재료로부터 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 융기된 프레임은 제2 금속 층(120) 및/또는 제1 금속 층(110)과 유사하거나 동일한 재료로 또는 이러한 재료로부터 이루어질 수 있다. 예를 들어, 융기된 프레임은 무거운 재료로 이루어질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 융기된 프레임은 낮은 음향 임피던스 재료로 또는 낮은 음향 임피던스 재료로부터 이루어질 수 있다. 예를 들어, 융기된 프레임은 실리콘 디옥사이드(silicon dioxide), 실리콘 나이트라이드(silicon nitride) 등으로 이루어질 수 있다. 융기된 프레임은 임의의 저밀도 재료로 이루어질 수 있다. 도 1a의 실시예에서, 예를 들어, 제1 융기된 프레임은 금속으로 형성될 수 있고, 제2 융기된 프레임은 실리콘 디옥사이드로 형성될 수 있다. 제1 융기된 프레임(140)은, 제2 융기된 프레임(150)이 형성되는 재료보다 더 높은 음향 임피던스 및 압전 층(130)의 재료보다 더 높은 음향 임피던스를 갖는 재료로 형성될 수 있다. 제2 융기된 프레임(150)은, 제1 융기된 프레임(140)이 형성되는 재료보다 더 낮은 음향 임피던스 및 압전 층(130)의 재료보다 더 낮은 음향 임피던스를 갖는 재료로 형성될 수 있다. 융기된 프레임들의 테이퍼링된 영역들은 (예컨대, 증착 프로세스에 의해) FBAR 디바이스를 형성하기 위한 제조 프로세스 동안에 형성될 수 있다.
도 1a의 예에서, FBAR 디바이스(100)는 예시적인 목적들을 위하여 2 개의 융기된 프레임들을 포함하도록 도시되지만, FBAR 디바이스(100) 내에 포함된 융기된 프레임들의 수는 실시예에 따라, 적절한 바와 같이 변동될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, FBAR 디바이스(100)는 하나의 융기된 프레임 또는 2 개 초과의 융기된 프레임들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 융기된 프레임들은 다양한 구성들에서 위치결정될 수 있다. 하나 이상의 융기된 프레임들은 (예컨대, 금속 층들(110, 120) 및 압전 층(130)에 수직인) 수직 방향을 따라 다양한 포지션들에서 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 융기된 프레임들은 제1 금속 층(110) 위 또는 아래, 제2 금속 층(120) 위 또는 아래, 제1 금속 층(110)과 제2 금속 층(120) 사이, 또는 그 임의의 조합인 포지션에서 배치될 수 있다. 융기된 프레임들의 구성들의 다양한 예들은 이하에서 더 상세하게 설명된다.
FBAR 디바이스(100)는 예를 들어, FBAR 디바이스(100)의 각각의 면 상에서의 제1 융기된 프레임(140)의 내부 반사기 영역들(105)의 테이퍼링된 영역들(105T) 사이의 활성 영역(160)을 포함할 수 있다. 주 모드 파들은 활성 영역(160)을 통해 통행할 수 있다. 예를 들어, 활성 영역(160)은 주 모드 파들이 통행할 수 있는 바람직한 영역일 수 있다. 하향식(top-down) 사시도로부터 관측되면, 활성 영역(160)은 원통형 형상, 직사각형 형상, 또는 다른 적당한 형상들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, FBAR 디바이스(100)는 제1 융기된 프레임(140) 및 제2 금속 층(120) 위의 패시베이션 층(180)을 포함할 수 있다. 패시베이션 층(180)은 제1 융기된 프레임(140) 및 제2 금속 층(120)의 노출된 부분의 상부 상에 있을 수 있다. 제2 금속 층(120)의 노출된 부분은 제1 융기된 프레임(140)에 의해 피복되지 않은 부분일 수 있다. 어떤 실시예들에서, FBAR 디바이스(100)는 또한, 패시베이션 층(180)의 박형화된 부분들에 의해 정의될 수 있는 그리고 활성 영역(160)의 외부 경계들을 정의하는 리세싱된 프레임(recessed frame)(ReF) 영역들(185)을 포함할 수 있다. 패시베이션 층(180)은 활성 영역(160)보다 리세싱된 프레임 영역들(185)에서 더 얇을 수 있다. 리세싱된 프레임 영역들(185)에서의 패시베이션 층(180)의 두께는 내부 반사기 영역(105) 및/또는 외부 반사기 영역(115)에서의 제1 융기된 프레임(140) 상에서의 패시베이션 층(180)의 두께와 유사할 수 있거나 동일할 수 있다. 일부 실시예들에서, 리세싱된 프레임 영역(185)은 활성 영역(160)을 포위하는 연속 링 구조일 수 있다. 패시베이션 층(180)은 유전체 재료, 예를 들어, 실리콘 디옥사이드 또는 실리콘 나이트라이드로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, FBAR 디바이스(100)는 기판(170)을 포함할 수 있고, 제1 금속 층(110) 아래의 공기 공동(190)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 금속 층(110)의 원위 단부(distal end)는 갭(110G)만큼 기판(170)의 인접한 영역으로부터 분리될 수 있다.
준-연속적인 경계들을 생성함으로써, 테이퍼링된 및 비-테이퍼링된 영역들을 포함하는 융기된 프레임은 모드 반사를 증가시킬 수 있고 모드 변환을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 준-연속적인 경계들은 모드 반사를 증가시키기 위하여 다수의 반사기들로서 작동할 수 있다. 준-연속적인 경계들은 또한, 모드 변환을 억제할 수 있다. 이러한 방식으로, 테이퍼링된 및 비-테이퍼링된 영역들을 가지는 하나 이상의 융기된 프레임들을 포함하는 FBAR 디바이스들은 품질 인자 Q에 대한 개선된 값들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 경도 융기된 프레임들을 위한 더 낮은 테이퍼 각도들은 모드 반사를 증가시키고 모드 변환을 감소시킬 시에 더 효과적일 수 있다. 예를 들어, 융기된 프레임의 테이퍼링된 영역을 위한 테이퍼 각도는 위에서 논의된 바와 같이, 45° 미만일 수 있거나, 30° 미만일 수 있거나, 10° 내지 60° 사이일 수 있거나, 5° 내지 45° 사이일 수 있다. 테이퍼 각도는 모드 반사를 최대화하고 모드 변환의 감소를 위하여 선택될 수 있다.
도 2는 FBAR 디바이스(200)가 패시베이션 층(passivation layer)(180)을 포함하지 않는 것을 제외하고는, 도 1의 FBAR 디바이스(100)와 유사한 FBAR 디바이스(200)의 측면도를 예시한다. 도 2의 실시예에서의 활성 영역(160)의 외부 경계들은 제1 융기된 프레임(140)의 내부 반사기들(105)의 내부 에지(edge)들에 의해 정의된다.
도 3은 FBAR 디바이스(300)가 제1 융기된 프레임(140)의 내부 반사기 부분들(105)의 비-테이퍼링된 영역들(105NT)보다 더 넓은 제1 융기된 프레임(140)의 내부 반사기 부분들(105)의 테이퍼링된 영역들(105T)을 포함하는 것을 제외하고는, 도 2의 FBAR 디바이스(200)와 유사한 FBAR 디바이스(300)의 측면도를 예시한다. 이것은 각각 도 1 및 도 2의 FBAR 디바이스들(100, 200)과 대조되고, 여기서, 제1 융기된 프레임(140)의 내부 반사기 부분들(105)의 비-테이퍼링된 영역들(105NT)은 제1 융기된 프레임(140)의 내부 반사기 부분들(105)의 테이퍼링된 영역들(105T)보다 더 넓다. 다른 실시예들에서는, 제1 융기된 프레임(140)의 내부 반사기 부분들(105)의 비-테이퍼링된 영역들(105NT)이 제1 융기된 프레임(140)의 내부 반사기 부분들(105)의 테이퍼링된 영역들(105T)만큼 넓을 수 있거나 실질적으로 그만큼 넓을 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 일부 실시예들에서, FBAR 디바이스(300)는 FBAR 디바이스(100)에 대하여 도 1에서 예시되는 것과 유사한 패시베이션 층(180) 및 리세싱된 프레임 영역들(185)을 포함할 수 있다.
도 4는 FBAR 디바이스(400)의 제1 융기된 프레임(140)의 테이퍼링된 영역이 내부 반사기 영역들(105)의 전체를 통해 그리고 외부 반사기 영역들(115)로 연장되는 것을 제외하고는, 도 3의 FBAR 디바이스(300)와 유사한 FBAR 디바이스(400)의 측면도를 예시한다. 따라서, 내부 반사기 영역들(105)은 테이퍼링된 영역들(105T)로 완전히 구성되는 것으로 고려될 수 있다. 외부 반사기 영역들(115)은 내부 테이퍼링된 영역들(115T), 및 내부 테이퍼링된 영역들(115T)과 연속인 외부 비-테이퍼링된 영역들(115NT)로 분해되는 것으로 고려될 수 있다. 일부 실시예들에서, FBAR 디바이스(400)는 FBAR 디바이스(100)에 대하여 도 1에서 예시되는 것과 유사한 패시베이션 층(180) 및 리세싱된 프레임 영역들(185)을 포함할 수 있다.
도 5는 FBAR 디바이스(500)에서, 제2 융기된 프레임 융기된 프레임(150)이 제1 금속 층(110)과 압전 층(130) 사이에서, 압전 층(130) 아래에 부분적으로 배치되는 것을 제외하고는, 도 1의 FBAR 디바이스(100)와 유사한 FBAR 디바이스(500)의 측면도를 예시한다. 제2 융기된 프레임 융기된 프레임(150)은 기판(170)과 압전 층(130) 사이에서, 압전 층(130) 아래에 부분적으로 배치될 수 있다. 제2 융기된 프레임 융기된 프레임(150)은 공기 공동(190)과 압전 층(130) 사이에서, 압전 층(130) 아래에 부분적으로 배치될 수 있다.
도 6은 FBAR 디바이스(600)에서, 제2 융기된 프레임 융기된 프레임(150)이 압전 층(130) 아래가 아니라, 압전 층(130) 내에서 배치되는 것을 제외하고는, 도 5의 FBAR 디바이스(500)와 유사한 FBAR 디바이스(600)의 측면도를 예시한다. 제2 융기된 프레임(150)은 압전 층을 상부 압전 층(130U) 및 하부 압전 층(130L)으로 분할하는 것으로 고려될 수 있다.
위에서 논의된 실시예들에서, 융기된 프레임들의 테이퍼링된 영역들은 FBAR 디바이스의 중앙 활성 영역(160)으로부터 멀어지는 수평 거리에 따라 단조적으로(monotonically) 또는 선형적으로(linearly) 폭에 있어서 증가한다. 다른 실시예들에서, 예를 들어, 도 7에서 예시된 바와 같이, 융기된 프레임들의 테이퍼링된 영역들은 비-선형 경도들을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 비-선형 경도는 볼록한 부분(610), 오목한 부분(620), 또는 그 임의의 조합을 포함할 수 있다. 도 7에서의 예들은 예시적 목적들을 위하여 제공되고, 비-선형 경도 융기된 프레임 부분들의 많은 다른 변형들이 가능하다.
도 8은 FBAR의 예에서의 공진방지 주파수(antiresonance frequency)에서의 품질 인자 Q에 대한, 외부 반사기 부분(115)의 비-테이퍼링된 부분(115NT)의 두께(도 8의 도표에서의 MRaT 파라미터) 및 제1 융기된 프레임(140)의 내부 반사기 부분(105)의 테이퍼링된 부분(105T)의 테이퍼 각도 α의 효과의 시뮬레이션의 결과들을 예시한다. 시뮬레이팅된 FBAR에서, 융기된 프레임의 폭은 2 μm이었고, 활성 영역에서의 패시베이션 층의 두께는 150 nm이었고, 제1 금속 층의 두께는 430 nm이었고, 압전 층의 두께는 600 nm이었고, 제2 금속 층의 두께는 440 nm이었고, 제2 융기된 프레임의 비탬퍼링된 부분(untampered portion)의 두께는 100 nm이었고, 공기 공동의 폭은 120 μm이었다. 도 8에서 도시된 결과들은 품질 인자가 일반적으로 융기된 프레임 두께 및 더 작은 테이퍼 각도들과 함께 증가할 수 있지만, 이 파라미터들의 어느 하나가 증가하거나 감소함에 따라 주기적으로 상승하고 하락할 수 있다는 것을 표시한다.
도 9는 도 8에서 예시된 결과들을 시뮬레이팅하기 위하여 이용된 동일한 FBAR에서의 공진방지 주파수에서의 품질 인자 Q에 대한, 외부 반사기 부분(115)의 비-테이퍼링된 부분(115NT)의 두께(도 9의 도표에서의 MRaT 파라미터) 및 제1 융기된 프레임의 내부 반사기 영역의 폭(도 9의 도표에서의 MRaW 파라미터)의 효과의 시뮬레이션의 결과들을 예시한다. 도 9에서의 결과들은 최고 Q가 약 1 μm의 제1 융기된 프레임 내부 반사기 영역 폭 및 약 100 nm의 제1 융기된 프레임 두께를 갖는 FBAR에 대하여 구해질 수 있다는 것을 예시한다. Q 값에 대한 일부 주기성은 제1 융기된 프레임 내부 반사기 영역 폭에서의 변경들로 관찰될 수 있다.
본 명세서에서 개시된 바와 같은 융기된 프레임 구조들의 양태들 및 실시예들은 위에서 논의된 바와 같은 FBAR 디바이스들 뿐만 아니라, 다른 형태의 벌크 음향파 공진기들, 예를 들어, 견고하게 장착된 공진기(SMR)들과 함께 사용될 수 있다. 도 10에서 예시된 바와 같이, SMR의 예는 예를 들어, 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride) 또는 또 다른 적당한 압전 재료로 형성된 압전 층, 압전 층의 상부 표면 상에서 배치된 상부 전극(도 10에서의 금속 2 층), 및 압전 층의 하부 표면 상에서 배치된 하부 전극(도 10에서의 금속 1 층)을 포함할 수 있다. 압전 층 및 상부 및 하부 전극들은 높은 음향 임피던스를 갖는 제1 재료, 예를 들어, 텅스텐(tungsten), 및 제1 재료보다 더 낮은 음향 임피던스를 갖는 제2 재료, 예를 들어, SiO2의 교대하는 층들로 형성된 브래그 반사기 상에서 배치될 수 있다. 브래그 반사기는 기판, 예를 들어, 실리콘 기판 상에서 장착될 수 있다. SMR은 상부 전극의 하부 표면과 공진기의 융기된 프레임 도메인 영역에서의 압전 재료 사이에서 배치된 유전체 재료, 예를 들어, SiO2의 층(도 10에서 예시된 융기된 프레임 층)을 포함하는 융기된 프레임을 가질 수 있다.
도 11a는 도 1a의 FBAR에서 예시된 바와 같은 융기된 프레임 구조가 SMR에서 어떻게 사용될 수 있는지를 예시한다. 도 11b는 도 2의 FBAR에서 예시된 바와 같은 융기된 프레임 구조가 SMR에서 어떻게 사용될 수 있는지를 예시한다. 도 11c는 도 3의 FBAR에서 예시된 바와 같은 융기된 프레임 구조가 SMR에서 어떻게 사용될 수 있는지를 예시한다. 도 11d는 도 4의 FBAR에서 예시된 바와 같은 융기된 프레임 구조가 SMR에서 어떻게 사용될 수 있는지를 예시한다. 도 11e는 도 5의 FBAR에서 예시된 바와 같은 융기된 프레임 구조가 SMR에서 어떻게 사용될 수 있는지를 예시한다. 도 11f는 도 6의 FBAR에서 예시된 바와 같은 융기된 프레임 구조가 SMR에서 어떻게 사용될 수 있는지를 예시한다.
본 명세서에서 논의된 음향파 디바이스들은 다양한 패키징된 모듈들에서 구현될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 패키징된 음향파 디바이스들의 임의의 적당한 원리들 및 장점들이 구현될 수 있는 일부 예시적인 패키징된 모듈들이 지금부터 논의될 것이다. 도 12, 도 13, 및 도 14는 어떤 실시예들에 따른 예시적인 패키징된 모듈들 및 디바이스들의 개략적인 블록도들이다.
위에서 논의된 바와 같이, 개시된 BAW 공진기들의 실시예들은 예를 들어, 필터들로서 구성될 수 있거나 필터들에서 이용될 수 있다. 결국, 하나 이상의 BAW 공진기 엘리먼트들을 이용하는 BAW 필터는, 예를 들어, 무선 통신 디바이스와 같은 전자 디바이스에서 궁극적으로 이용될 수 있는 모듈 내로 편입될 수 있고 이러한 모듈로서 패키징될 수 있다. 도 12는 BAW 필터(710)를 포함하는 모듈(700)의 하나의 예를 예시하는 블록도이다. BAW 필터(710)는 하나 이상의 접속 패드들(722)을 포함하는 하나 이상의 다이(die)들(720) 상에서 구현될 수 있다. 예를 들어, BAW 필터(710)는 BAW 필터를 위한 입력 컨택에 대응하는 접속 패드(722), 및 BAW 필터를 위한 출력 컨택에 대응하는 또 다른 접속 패드(722)를 포함할 수 있다. 패키징된 모듈(700)은 다이(720)를 포함하는, 복수의 컴포넌트들을 수납하도록 구성되는 패키징 기판(730)을 포함한다. 복수의 접속 패드들(732)은 패키징 기판(730) 상에서 배치될 수 있고, BAW 필터 다이(720)의 다양한 접속 패드들(722)은 BAW 필터(710)로의 그리고 BAW 필터(710)로부터의 다양한 신호들의 통과를 허용하기 위하여, 예를 들어, 솔더 범프(solder bump)들 또는 와이어본드(wirebond)들일 수 있는 전기적 커넥터들(734)을 통해 패키징 기판(730) 상에서 접속 패드들(732)에 접속될 수 있다. 모듈(700)은 임의적으로, 본 명세서에서의 개시내용을 고려하여 반도체 제작의 기술분야에서의 통상의 기술자에게 공지되는 바와 같이, 예를 들어, 하나 이상의 추가적인 필터(들), 증폭기들, 전치-필터(pre-filter)들, 변조기들, 복조기들, 다운 컨버터들 등과 같은 다른 회로부 다이(740)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 모듈(700)은 또한, 예를 들어, 보호를 제공하고 모듈(700)의 더욱 용이한 취급을 가능하게 하기 위한 하나 이상의 패키징 구조체들을 포함할 수 있다. 이러한 패키징 구조체는 패키징 기판(730)의 상부에 형성되고 다양한 회로들 및 컴포넌트들을 그 위에 실질적으로 캡슐화(encapsulate)하도록 치수가 정해진 오버몰드(overmold)를 포함할 수 있다.
BAW 필터(710)의 다양한 예들 및 실시예들은 폭넓게 다양한 전자 디바이스들에서 이용될 수 있다. 예를 들어, BAW 필터(710)는 RF 프론트-엔드 모듈들 및 통신 디바이스들과 같은 다양한 전자 디바이스들 내로 자체적으로 편입될 수 있는 안테나 듀플렉서(antenna duplexer)에서 이용될 수 있다.
도 13을 참조하면, 예를 들어, 무선 통신 디바이스(예컨대, 이동 전화)와 같은 전자 디바이스에서 이용될 수 있는 프론트-엔드 모듈(800)의 하나의 예의 블록도가 예시되어 있다. 프론트-엔드 모듈(800)은 공통 노드(802), 입력 노드(804), 및 출력 노드(806)를 가지는 안테나 듀플렉서(810)를 포함한다. 안테나(910)는 공통 노드(802)에 접속된다.
안테나 듀플렉서(810)는 입력 노드(804)와 공통 노드(802) 사이에서 접속된 하나 이상의 송신 필터들(812), 및 공통 노드(802)와 출력 노드(806) 사이에서 접속된 하나 이상의 수신 필터들(814)을 포함할 수 있다. 송신 필터(들)의 통과대역(들)은 수신 필터들의 통과대역(들)과 상이하다. BAW 필터(710)의 예들은 송신 필터(들)(812) 및/또는 수신 필터(들)(814)를 형성하기 위하여 이용될 수 있다. 인덕터 또는 다른 정합 컴포넌트(820)는 공통 노드(802)에서 접속될 수 있다.
프론트-엔드 모듈(800)은 듀플렉서(810)의 입력 노드(804)에 접속된 송신기 회로(832), 및 듀플렉서(810)의 출력 노드(806)에 접속된 수신기 회로(834)를 더 포함한다. 송신기 회로(832)는 안테나(910)를 통한 송신을 위한 신호들을 생성할 수 있고, 수신기 회로(834)는 신호들을 수신할 수 있고 안테나(910)를 통해 수신된 신호들을 프로세싱할 수 있다. 일부 실시예들에서, 수신기 및 송신기 회로들은 도 13에서 도시된 바와 같이 별도의 컴포넌트들로서 구현되지만, 다른 실시예들에서는, 이 컴포넌트들은 공통적인 트랜시버 회로 또는 모듈 내로 통합될 수 있다. 본 기술분야에서의 통상의 기술자들에 의해 인식되는 바와 같이, 프론트-엔드 모듈(800)은, 스위치들, 전자기 결합기들, 증폭기들, 프로세서들 등을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는, 도 13에서 예시되지 않은 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
도 14는 도 13에서 도시된 안테나 듀플렉서(810)를 포함하는 무선 디바이스(900)의 하나의 예의 블록도이다. 무선 디바이스(900)는 셀룰러 전화, 스마트폰, 태블릿, 모뎀, 통신 네트워크, 또는 음성 또는 데이터 통신을 위하여 구성된 임의의 다른 휴대용 또는 비-휴대용 디바이스일 수 있다. 무선 디바이스(900)는 안테나(910)로부터 신호들을 수신할 수 있고 신호들을 송신할 수 있다. 무선 디바이스는 도 13을 참조하여 위에서 논의된 것과 유사한 프론트-엔드 모듈(800)의 실시예를 포함한다. 프론트-엔드 모듈(800)은 위에서 논의된 바와 같이, 듀플렉서(810)를 포함한다. 도 14에서 도시된 예에서, 프론트-엔드 모듈(800)은 상이한 주파수 대역들, 또는 예를 들어, 송신 및 수신 모드들과 같은 모드들 사이에서 스위칭하도록 구성될 수 있는 안테나 스위치(840)를 더 포함한다. 도 14에서 예시된 예에서, 안테나 스위치(840)는 듀플렉서(810)와 안테나(910) 사이에서 위치결정되지만; 그러나, 다른 예들에서, 듀플렉서(810)는 안테나 스위치(840)와 안테나(910) 사이에서 위치결정될 수 있다. 다른 예들에서, 안테나 스위치(840) 및 듀플렉서(810)는 단일 컴포넌트 내로 통합될 수 있다.
프론트-엔드 모듈(800)은 송신을 위한 신호들을 생성하거나 수신된 신호들을 프로세싱하도록 구성되는 트랜시버(830)를 포함한다. 트랜시버(830)는 도 13의 예에서 도시된 바와 같이, 듀플렉서(810)의 입력 노드(804)에 접속될 수 있는 송신기 회로(832), 및 듀플렉서(810)의 출력 노드(806)에 접속될 수 있는 수신기 회로(834)를 포함할 수 있다.
송신기 회로(832)에 의한 송신을 위하여 생성된 신호들은, 트랜시버(830)로부터의 생성된 신호들을 증폭하는 전력 증폭기(power amplifier)(PA) 모듈(850)에 의해 수신된다. 전력 증폭기 모듈(850)은 하나 이상의 전력 증폭기들을 포함할 수 있다. 전력 증폭기 모듈(850)은 폭넓게 다양한 RF 또는 다른 주파수-대역 송신 신호들을 증폭하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기 모듈(850)은 전력 증폭기의 출력을 펄스화하여 무선 로컬 영역 네트워크(wireless local area network)(WLAN) 신호 또는 임의의 다른 적당한 펄스화된 신호를 송신하는 것을 보조하기 위하여 이용될 수 있는 인에이블 신호(enable signal)를 수신할 수 있다. 전력 증폭기 모듈(850)은, 예를 들어, 모바일을 위한 글로벌 시스템(Global System for Mobile)(GSM) 신호, 코드 분할 다중 액세스(code division multiple access)(CDMA) 신호, W-CDMA 신호, 롱텀 에볼루션(Long-Term Evolution)(LTE) 신호, 또는 EDGE 신호를 포함하는 다양한 유형들의 신호 중의 임의의 것을 증폭하도록 구성될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 전력 증폭기 모듈(850) 및 스위치들 등을 포함하는 연관된 컴포넌트들은 예를 들어, 고-전자 이동도 트랜지스터들(high-electron mobility transistors)(pHEMT) 또는 절연된-게이트 바이폴라 트랜지스터들(insulated-gate bipolar transistors)(BiFET)을 이용하여 갈륨 아세나이드(gallium arsenide)(GaAs) 기판들을 상에서, 또는 상보적 금속-옥사이드 반도체(complementary metal-oxide semiconductor)(CMOS) 전계 효과 트랜지스터들을 이용하여 실리콘 기판 상에서 제작될 수 있다.
도 14를 여전히 참조하면, 프론트-엔드 모듈(800)은, 안테나(910)로부터의 수신된 신호들을 증폭하고 증폭된 신호들을 트랜시버(830)의 수신기 회로(834)에 제공하는 저잡음 증폭기 모듈(860)을 더 포함할 수 있다.
도 14의 무선 디바이스(900)는, 트랜시버(830)에 접속되고 무선 디바이스(900)의 동작을 위하여 전력을 관리하는 전력 관리 서브-시스템(920)을 더 포함한다. 전력 관리 시스템(920)은 또한, 무선 디바이스(900)의 기저대역 서브-시스템(930) 및 다양한 다른 컴포넌트들의 동작을 제어할 수 있다. 전력 관리 시스템(920)은 무선 디바이스(900)의 다양한 컴포넌트들을 위한 전력을 공급하는 배터리(도시되지 않음)를 포함할 수 있거나, 이러한 배터리에 접속될 수 있다. 전력 관리 시스템(920)은 예를 들어, 신호들의 송신을 제어할 수 있는 하나 이상의 프로세서들 또는 제어기들을 더 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 기저대역 서브-시스템(930)은 사용자에게 제공되고 사용자로부터 수신된 음성 및/또는 데이터의 다양한 입력 및 출력을 용이하게 하기 위하여 사용자 인터페이스(940)에 접속된다. 기저대역 서브-시스템(930)은 또한, 무선 디바이스의 동작을 용이하게 하기 위한 데이터 및/또는 명령들을 저장하고, 및/또는 사용자를 위한 정보의 저장을 제공하도록 구성되는 메모리(950)에 접속될 수 있다. 위에서 설명된 실시예들 중의 임의의 것은 셀룰러 핸드셋들과 같은 이동 디바이스들과 연관시켜서 구현될 수 있다. 실시예들의 원리들 및 장점들은 본 명세서에서 설명된 실시예들 중의 임의의 것으로부터 이익을 얻을 수 있는, 임의의 업링크 무선 통신 디바이스와 같은 임의의 시스템들 또는 장치를 위하여 이용될 수 있다. 본 명세서에서의 교시내용들은 다양한 시스템들에 적용가능하다. 이 개시내용은 일부 예시적인 실시예들을 포함하지만, 본 명세서에서 설명된 교시내용들은 다양한 구조들에 적용될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 원리들 및 장점들 중의 임의의 것은 약 450 MHz로부터 6 GHz까지의 범위에서와 같이, 약 30 kHz로부터 300 GHz까지의 범위에서의 신호들을 프로세싱하도록 구성된 RF 회로들과 연관시켜서 구현될 수 있다.
이 개시내용의 양태들은 다양한 전자 디바이스들에서 구현될 수 있다. 전자 디바이스들의 예들은 소비자 전자 제품들, 패키징된 라디오 주파수 모듈들과 같은 소비자 전자 제품들의 일부들, 업링크 무선 통신 디바이스들, 무선 통신 기반구조, 전자 테스트 장비 등을 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 전자 디바이스들의 예들은 스마트폰과 같은 이동 전화, 스마트 시계 또는 이어 피스(ear piece)와 같은 웨어러블 컴퓨팅 디바이스, 전화, 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 컴퓨터, 모뎀, 핸드-헬드 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 전자렌지(microwave), 냉장고, 자동차 전자 시스템과 같은 차량 전자 시스템, 스테레오 시스템, 디지털 음악 플레이어, 라디오, 디지털 카메라와 같은 카메라, 휴대용 메모리 칩, 세탁기, 건조기, 세탁기/건조기, 복사기, 팩시밀리 머신, 스캐너, 다기능 주변 디바이스, 손목 시계, 시계 등을 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 또한, 전자 디바이스들은 미완성된 제품들을 포함할 수 있다.
문맥이 명백하게 이와 다르게 요구하지 않으면, 설명 및 청구항들의 전반에 걸쳐, 단어들 "포함한다(comprise)", "포함하는(comprising)", "포함한다(include)", "포함하는(including)", 등은 배타적이거나 철저한 의미와는 반대로, 포함적 의미; 즉, "포함하지만, 이것으로 제한되지 않는"의 의미로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 일반적으로 이용된 바와 같은 단어 "결합된(coupled)"은, 직접적으로 접속될 수 있거나, 하나 이상의 중간 엘리먼트들을 통해 접속될 수 있는 2 개 이상의 엘리먼트들을 지칭한다. 마찬가지로, 본 명세서에서 일반적으로 이용된 바와 같은 단어 "접속된(connected)"은, 직접적으로 접속될 수 있거나, 하나 이상의 중간 엘리먼트들을 통해 접속될 수 있는 2 개 이상의 엘리먼트들을 지칭한다. 추가적으로, 단어들 "본 명세서에서(herein)", "위에서(above)", "이하에서(below)" 및 유사한 중요성의 단어들은 이 출원에서 이용될 때, 이 출원의 임의의 특정한 부분들이 아니라, 전체로서의 이 출원을 지칭할 것이다. 문맥이 허용할 경우, 단수 또는 복수를 이용하는 위의 상세한 설명에서의 단어들은 각각 복수 또는 단수를 또한 포함할 수 있다. 2 개 이상의 항목들의 리스트를 참조하는 단어 "또는(or)"은, 그 단어가 단어의 다음의 해독들의 전부를 포괄한다: 리스트에서의 항목들 중의 임의의 것, 리스트에서의 항목들의 전부, 및 리스트에서의 항목들의 임의의 조합.
또한, 그 중에서도, "할 수 있다(can)", "할 수 있었다(could)", "할 수 있었다(might)", "할 수 있다(may)", "예컨대(e.g.)", "예를 들어(for example)", "~과 같은(such as)" 등과 같은 본 명세서에서 이용된 조건적 언어는, 이와 다르게 구체적으로 기재되지 않거나, 이용된 바와 같은 문맥 내에서 이와 다르게 이해되지 않으면, 어떤 실시예들이 어떤 특징부들, 엘리먼트들, 및/또는 상태들을 포함하는 반면, 다른 실시예들은 어떤 특징부들, 엘리먼트들, 및/또는 상태들을 포함하지 않는다는 것을 전달하도록 일반적으로 의도된다. 따라서, 이러한 조건적 언어는 특징부들, 엘리먼트들, 및/또는 상태들이 하나 이상의 실시예들에 대하여 여하튼 요구된다는 것, 또는 하나 이상의 실시예들이 이 특징부들, 엘리먼트들, 및/또는 상태들이 포함되거나 임의의 특정한 실시예에서 수행되어야 하는지 여부를, 저자 입력 또는 촉구로, 또는 저자 입력 또는 촉구 없이, 판단하기 위한 로직을 반드시 포함한다는 것을 암시하는 것으로 일반적으로 의도되지는 않는다.
어떤 실시예들이 설명되었지만, 이 실시예들은 오직 예로서 제시되었고, 개시내용의 범위를 제한하도록 의도되지는 않는다. 실제로, 본 명세서에서 설명된 신규한 장치, 방법들, 및 시스템들은 다양한 다른 형태들로 구체화될 수 있고; 또한, 본 명세서에서 설명된 방법들 및 시스템들의 형태에서의 다양한 생략들, 치환들, 및 변경들은 개시내용의 사상으로부터 이탈하지 않으면서 행해질 수 있다. 예를 들어, 블록들은 주어진 배열로 제시되지만, 대안적인 실시예들은 상이한 컴포넌트들 및/또는 회로 토폴로지들로 유사한 기능성들을 수행할 수 있고, 일부 블록들은 삭제될 수 있고, 이동될 수 있고, 추가될 수 있고, 하위분할될 수 있고, 조합될 수 있고, 및/또는 수정될 수 있다. 이 블록들의 각각은 다양한 상이한 방법들로 구현될 수 있다. 위에서 설명된 다양한 실시예들의 엘리먼트들 및 액트(act)들의 임의의 적당한 조합은 추가의 실시예들을 제공하도록 조합될 수 있다. 동반 청구항들 및 그 등가물들은 개시내용의 범위 및 사상 내에 속하는 바와 같은 이러한 형태들 또는 변형들을 포괄하도록 의도된다.
Claims (30)
- 벌크 음향파 공진기 디바이스로서,
상부 표면 및 하부 표면을 가지는 압전 재료 층;
상부 표면 및 상기 압전 재료 층의 상기 상부 표면 상에서 배치된 하부 표면을 가지는 제1 금속 층;
하부 표면 및 상기 압전 재료 층의 상기 하부 표면 상에서 배치된 상부 표면을 가지는 제2 금속 층; 및
상기 제1 금속 층의 상기 상부 표면 상에서 배치되고, 테이퍼링된 부분(tapered portion) 및 비-테이퍼링된 부분(non-tapered portion)을 갖는 내부 융기된 프레임 섹션(inner raised frame section) 및 외부 융기된 프레임 섹션(outer raised frame section)을 가지는 제1 융기된 프레임, 및 상기 내부 융기된 프레임 섹션 아래가 아니라, 상기 제1 금속 층 및 상기 외부 융기된 프레임 섹션 아래에 배치된 제2 융기된 프레임을 포함하는 횡방향으로 분포된 융기된 프레임 - 상기 제1 융기된 프레임의 상기 내부 융기된 프레임 섹션은 상기 벌크 음향파 공진기 디바이스의 중앙 활성 영역으로부터 제1 거리만큼 떨어져 횡방향으로 배치되고, 상기 제1 융기된 프레임의 상기 외부 융기된 프레임 섹션은 상기 벌크 음향파 공진기 디바이스의 상기 중앙 활성 영역으로부터 제2 거리만큼 떨어져 횡방향으로 배치되고, 상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 더 크고, 상기 횡방향으로 분포된 융기된 프레임은 횡방향 모드 파들의 반사를 개선시키고 횡방향 모드 파들로의 주 모드 파들의 변환을 감소시키도록 구성됨 -
을 포함하는, 벌크 음향파 공진기 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 제1 융기된 프레임은 금속으로 형성되는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제2항에 있어서, 상기 제2 융기된 프레임은 옥사이드(oxide)로 형성되는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 융기된 프레임의 상기 외부 융기된 프레임 섹션은 폭, 및 상기 폭을 가로질러서 실질적으로 균일한 두께를 가지는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 융기된 프레임은 내부 테이퍼링된 부분 및 외부 비-테이퍼링된 부분을 포함하는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제5항에 있어서, 상기 제2 융기된 프레임의 상기 내부 테이퍼링된 부분은 10° 내지 60°의 테이퍼 각도(taper angle)를 가지는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제5항에 있어서, 상기 제2 융기된 프레임의 상기 외부 비-테이퍼링된 부분은 폭, 및 상기 폭을 가로질러서 실질적으로 균일한 두께를 가지는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 융기된 프레임의 상기 내부 융기된 프레임 섹션의 상기 테이퍼링된 부분은 5° 내지 45°의 테이퍼 각도를 가지는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 금속 층의 상기 상부 표면 상에서 배치되고, 상기 중앙 활성 영역을 포위하는 리세싱된 프레임 영역을 정의하는 유전체 층을 더 포함하는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 벌크 음향파 공진기 디바이스는 리세싱된 프레임 영역을 포함하지 않는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 융기된 프레임의 상기 내부 융기된 프레임 섹션의 상기 테이퍼링된 부분은 상기 제1 융기된 프레임의 상기 내부 융기된 프레임 섹션의 상기 비-테이퍼링된 부분의 폭보다 더 작은 폭을 가지는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 융기된 프레임의 상기 내부 융기된 프레임 섹션의 상기 테이퍼링된 부분은 상기 제1 융기된 프레임의 상기 내부 융기된 프레임 섹션의 상기 비-테이퍼링된 부분의 폭보다 더 큰 폭을 가지는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 융기된 프레임은 상기 제1 금속 층의 상기 하부 표면과 접촉하는 상부 표면을 가지는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 융기된 프레임은 상기 제2 금속 층의 상기 상부 표면과 접촉하는 하부 표면을 가지는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제14항에 있어서, 상기 제2 융기된 프레임은 상기 압전 재료 층과 접촉하는 상부 표면을 가지는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 융기된 프레임은 상기 압전 재료 층과 접촉하는 상부 표면을 가지는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제16항에 있어서, 상기 제2 융기된 프레임은 상기 압전 재료 층과 접촉하는 하부 표면을 가지고, 상기 제2 융기된 프레임은 상기 압전 재료 층을 상부 압전 재료 층 및 하부 압전 재료 층으로 분할하는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 융기된 프레임은, 상기 제2 융기된 프레임이 형성되는 재료보다 더 높은 음향 임피던스(acoustic impedance) 및 상기 압전 재료 층이 형성되는 재료보다 더 높은 음향 임피던스를 갖는 재료로 형성되는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 융기된 프레임은, 상기 제1 융기된 프레임이 형성되는 재료보다 더 낮은 음향 임피던스 및 상기 압전 재료 층이 형성되는 재료보다 더 낮은 음향 임피던스를 갖는 재료로 형성되는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 벌크 음향파 공진기 디바이스는 상기 제2 금속 층 아래에 정의된 공동(cavity)을 포함하는 막 벌크 음향파 공진기 디바이스인, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 벌크 음향파 공진기 디바이스는 상기 제2 금속 층 아래에 배치된 브래그 반사기(Bragg reflector)를 포함하는 견고하게 장착된 공진기(solidly mounted resonator)인, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 융기된 프레임의 상기 내부 융기된 프레임 섹션의 상기 테이퍼링된 부분은 선형 테이퍼(linear taper)를 가지는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 융기된 프레임의 상기 내부 융기된 프레임 섹션의 상기 테이퍼링된 부분은 오목한 테이퍼(concave taper)를 가지는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 융기된 프레임의 상기 내부 융기된 프레임 섹션의 상기 테이퍼링된 부분은 볼록한 테이퍼(convex taper)를 가지는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 융기된 프레임은 선형 테이퍼를 가지는 내부 테이퍼링된 부분을 포함하는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 융기된 프레임은 오목한 테이퍼를 가지는 내부 테이퍼링된 부분을 포함하는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 융기된 프레임은 볼록한 테이퍼를 가지는 내부 테이퍼링된 부분을 포함하는, 벌크 음향파 공진기 디바이스.
- 라디오 주파수 필터로서,
제1항 내지 제27항 중 어느 한 항의 상기 벌크 음향파 공진기 디바이스를 포함하는 라디오 주파수 필터. - 라디오 주파수 모듈로서,
제28항의 상기 라디오 주파수 필터를 포함하는 라디오 주파수 모듈. - 라디오 주파수 디바이스로서,
제29항의 상기 라디오 주파수 모듈을 포함하는 라디오 주파수 디바이스.
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