KR20220168424A - 체적 음향 공진기 - Google Patents

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Abstract

기판과, 상기 기판의 상부에 배치되는 제1 전극과, 상기 제1 전극의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 압전층 및 상기 압전층의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 제2 전극을 포함하며, 상기 압전층은 중간층과, 상기 중간층의 상부에 배치되는 제1 층 및 상기 중간층의 하부에 배치되는 제2 층을 구비하며, 상기 제1 층과 상기 제2 층은 상기 중간층의 두께 방향 중심선이 통과하는 평면을 기준으로 대칭을 이루며, 상기 중간층의 두께가 상기 제1,2 층 각각보다 두꺼운 체적 음향 공진기가 개시된다.

Description

체적 음향 공진기{Bulk-acoustic wave resonator}
본 발명은 체적 음향 공진기에 관한 것이다.
BAW (Bulk Acoustic Wave) 필터는 스마트폰 및 Tablet 등의 Front End Module에서 RF 신호 중 원하는 주파수 대역은 통과시키고, 원치 않는 주파수 대역은 차단하는 핵심 소자이며, Mobile 및 기지국 통신 시장이 커지며 그 수요가 증가하고 있는 상황이다.
한편, 원하는 주파수 대역은 통과 시키고 원치 않는 주파수 대역을 보다 효율적으로 차단하기 위해 특정한 주파수 대역에서만 sharp한 skirt 특성이 요구되며 이는 BAW Filter를 이루고 있는 체적 음향 공진기의 kt2(electromechanical coupling coefficient) 성능과 Q성능과 매우 밀접한 연관이 있다.
따라서, 체적 음향 공진기의 kt2 성능을 향상시키기 위한 다양한 구조의 개발이 이루어지고 있는 실정이다.
압전층의 구동 손실을 줄여 압전 효율을 개선할 수 있는 체적 음향 공진기가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 기판과, 상기 기판의 상부에 배치되는 제1 전극과, 상기 제1 전극의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 압전층 및 상기 압전층의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 제2 전극을 포함하며, 상기 압전층은 중간층과, 상기 중간층의 상부에 배치되는 제1 층 및 상기 중간층의 하부에 배치되는 제2 층을 구비하며, 상기 제1 층과 상기 제2 층은 상기 중간층의 두께 방향 중심선이 통과하는 평면을 기준으로 대칭을 이루며, 상기 중간층의 두께가 상기 제1,2 층 각각보다 두꺼울 수 있다.
압전층의 구동 손실을 줄여 압전 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 미세 kt2 성능의 조절이 가능하면서도 공진 구동 시 내부에서 발생되는 스트레스를 중간층으로 응축시켜 압전 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 압전층이 제1 압전층과 제1 압전층과 두께가 다른 제2 압전층으로 구성되는 경우 스트레스와 변위를 나타내는 그래프이다.
도 3은 종래기술에 따른 압전층이 제1,2,3 압전층으로 구성되며, 제1,3 압전층이 비대칭 구조를 가지는 경우 스트레스와 변위를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기에 구비되는 압전층의 스트레스와 변위를 나타내는 그래프이다.
도 5는 종래기술과 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 삽입 손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 종래기술과 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 kt2 성능을 나타내는 그래프이다.
도 7은 종래기술과 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 감쇠성능을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 9 내지 도 12는 도 1의 A부분에 대한 변형 실시예를 설명하기 위한 설명도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)는 일예로서, 기판(110), 멤브레인층(120), 희생층(130), 식각방지부(135), 제1 전극(140), 압전층(150), 제2 전극(160), 페시베이션층(170) 및 금속 패드(180)를 포함하여 구성될 수 있다.
기판(110)은 베이스(112)와 베이스(112)의 상면에 형성되는 기판보호층층(114)을 구비할 수 있다. 베이스(112)는 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 베이스(112)로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나 SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
베이스(112)의 상면에는 기판보호층(114)이 형성될 수 있으며, 상부에 배치되는 구성과 베이스(112)를 전기적으로 격리시키는 역할을 수행한다. 또한, 기판보호층(114)은 제조과정에서 캐비티(C)를 형성하는 경우 에칭가스에 의해 베이스(112)가 식각되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
이 경우, 기판보호층(114)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O2), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 형성될 수 있다.
멤브레인층(120)은 기판(110)과 함께 캐비티(C)를 형성한다. 또한, 멤브레인층(120)은 희생층(130)의 일부를 제거할 때 에칭가스와 반응성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 멤브레인층(120)은 질화실리콘(Si3N4), 산화실리콘(SiO2), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)이 사용될 수 있다.
한편, 멤브레인층(120) 상에는 질화 알루미늄(AlN)으로 이루어지는 시드층(미도시)이 형성될 수 있다. 즉, 시드층은 멤브레인층(120)과 제1 전극(140) 사이에 배치될 수 있다. 시드층은 질화 알루미늄(AlN) 이외에도 HCP 결정 구조를 가지는 유전체 또는 금속을 이용하여 형성될 수 있다. 일예로서, 시드층이 금속일 경우 시드층은 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 멤브레인층(120)이 구비되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 멤브레인층(120)이 구비되지 않고 시드층만이 구비될 수 있다. 이러한 경우 시드층이 기판(110)과 함께 캐비티(C)를 형성하고, 시드층의 상부에 제1 전극(140)이 적층될 수 있다.
희생층(130)은 기판보호층(112) 상에 형성되며, 희생층(130)의 내측에는 캐비티(C)와 식각 방지부(135)가 배치될 수 있다. 캐비티(C)는 제조 시 희생층(130)의 일부분을 제거함으로써 형성된다. 이와 같이, 캐비티(C)가 희생층(130)의 내측에 형성됨에 따라, 희생층(130)의 상부에 배치되는 제1 전극(140) 등은 편평하게 형성될 수 있다.
식각방지부(135)는 캐비티(C)의 경계를 따라 배치된다. 식각방지부(135)는 캐비티(C) 형성 과정에서 캐비티 영역 이상으로 식각이 진행되는 것을 방지한다.
제1 전극(140)은 멤브레인층(120) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치된다. 또한, 제1 전극(140)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
한편, 제1 전극(140)은 예를 들어, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(140)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수도 있다.
압전층(150)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 제1 전극(140)을 덮도록 형성된다. 한편, 압전층(150)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 일예로서 질화 알루미늄(AlN) 재질을 포함한다.
그리고, 압전층(150)은 중간층(152)과, 중간층(152)의 상부에 배치되는 제1 층(154) 및 중간층(152)의 하부에 배치되는 제2 층(156)을 포함하여 구성될 수 있다.
일예로서, 중간층(152)은 스칸듐이 도핑된 질화 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 중간층(152)은 스칸듐의 함유량이 10 wt%인 AlScN 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 층(154) 및 제2 층(156)은 순수 질화 알루미늄(AlN) 재질로 이루어질 수 있다.
다만, 이에 한정되지 않으며, 중간층(152)에 도핑되는 스칸듐의 함유량은 제1,2 층(152,154)에 함유되는 스칸듐의 함유량보다 많은 경우를 모두 포함한다. 예를 들어, 중간층(152)의 스칸듐의 함유량이 20wt%인 AlScN 재질로 이루어지는 경우 제1,2 층(152,154)은 스칸듐의 함유량이 10wt%인 AlScN 재질 또는 순수 질화 알루미늄(AlN) 재질로 이루어질 수 있다. 다른 예로서, 중간층(152)의 스칸듐의 함유량이 30wt%인 AlScN 재질로 이루어지는 경우 제1,2 층(152,154)은 스칸듐의 함유량이 10wt%인 AlScN 재질, 스칸듐의 함유량이 20wt%인 AlScN 재질 또는 순수 질화 알루미늄(AlN) 재질로 이루어질 수 있다. 또 다른 예로서, 중간층(152)의 스칸듐의 함유량이 40wt%인 AlScN 재질로 이루어지는 경우 제1,2 층(152,154)은 스칸듐의 함유량이 10wt%인 AlScN 재질, 스칸듐의 함유량이 20wt%인 AlScN 재질, 스칸듐의 함유량이 30wt%인 AlScN 재질 또는 순수 질화 알루미늄(AlN) 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 도핑되는 재질도 스칸듐(Sc)에 한정되지 않으며, 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 어느 하나일 수 있다. 나아가, 중간층(152)과 제1,2 층(154,156)이 질화 알루미늄(AlN)으로 형성되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 산화아연(ZnO), 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 중 하나로 형성될 수 있다.
한편, 제1 층(154)과 제2 층(156)은 중간층(152)의 두께 방향 중심선(C1)을 포함하는 평면을 기준으로 대칭을 이룬다. 일예로서, 제1 층(154)과 제2 층(156)은 동일한 두께를 가질 수 있다. 또한, 제1 층(154)과 제2 층(156)은 밀도(density), 강성(stiffness) 및 영률(Young's Modulus)이 동일할 수 있다.
여기서, 두께 방향이라 함은 체적 음향 공진기(100)의 기판(110)으로부터 제2 전극(160)을 향하는 방향을 의미한다.
한편, 중간층(152)의 두께는 두께가 동일한 제1,2 층(154,156) 각각보다 두꺼운 두께를 가진다.
이와 같이, 중간층(152)의 상,하부에 배치되는 제1,2 층(154,156)이 대칭 구조를 가짐으로써 제1,2 층(154,156)의 재료 및 두께를 조절하여 체적 음향 공진기(100)의 고유 특성인 kt2 성능을 세밀하게 조절할 수 있다.
또한, 제1,2 층(154,156)이 대칭 구조를 가짐으로써 수직(vertical) 방향으로 발생되는 파장의 속도를 균일하게 할 수 있다. 이로 인해, 각 파장간의 상이 불일치함으로써 발생되는 손실을 줄여 높은 압전 효율을 구현할 수 있다.
이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 중간층(152)과 제1,2 층(154,156)이 동일한 재료, 동일한 두께를 가지는 경우 제1,2 층(154,156)을 각각 최소 1개 이상의 층으로 구성할 수 있다. 이때, 중간층(152)의 kt2 성능이 제1,2 층(154,156)의 kt2 성능보다 높은 경우 제1,2 층(154,156)의 두께가 얇을수록 중간층(152)의 kt2 성능이 제1,2 층(154,156)의 kt2 성능과 유사하며, 제1,2 층(154,156)의 두께가 두꺼워질수록 kt2 성능은 낮아진다.
한편, 체적 음향 공진기(100)의 작동시 발생되는 수직파(vertical wave)의 속도는 하기와 같다.
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서, ρ는 밀도(desity), c는 강성(stiffness), E는 영률(Young's modulus)이고, ν는 프와송의 비(poisson's ratio)이다.
체적 음향 공진기(100)는 제1 전극(140)과 제2 전극(160) 사이에 압전층(150)을 가지며, 제1 전극(140)과 제2 전극(160)의 상부측과 하부측에는 공기층이 존재하여 음향 임피던스(acoustic impedance) 차이가 크게 발생된다. 그리고, 대부분의 수직파(vertical wave)가 공기층과의 경계로부터 반사되어 압전층(150)을 향하여 진행한다. 이와 같이, 압전층(150)으로부터 발생된 수직파(vertical wave)와 공기층과의 경계로부터 반사되는 수직파(vertical wave)가 서로 만나 정상파(standing wave)가 되어 손실을 줄인 상태로 공진 구동을 이룬다.
만약, 상기한 수식에서 알 수 있듯이, 제1,2 층(154,156)의 두께 혹은 ρ는 밀도(desity), c는 강성(stiffness)의 차이가 있으면 압전층(150)의 상부와 하부로 진행하는 파(wave) 간의 속도가 서로 달라 각 파장의 간섭으로 인해 손실이 발생된다. 따라서, 이때 발생되는 손실을 감소시키기 위하여 제1,2 층(152,154)을 중간층(152)의 두께 방향 중심선(C1)을 포함하는 평면을 기준으로 대칭이 되도록 한다. 다시 말해, 제1,2 층(152,154)를 진행하는 수직파(vertical wave)의 속도가 동일하거나 유사하도록 제1,2 층(152,154)을 중간층(152)의 두께 방향 중심선(C1)을 포함하는 평면을 기준으로 대칭이 되도록 한다.
그리고, 이는 도 2 내지 도 4를 통해 알 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 도 2와 같이 이중 압전층 구조이거나, 도 3과 같이 비대칭 압전층 구조일 경우 중앙에 배치되는 제1 압전층(PZL1)을 중심으로 상,하부의 층들이 대칭을 이루지 않기 때문에 공진기에 걸리게 되는 스트레스(stress)가 비대칭을 이루는 것을 알 수 있다. 이는 수직파(vertical wave) 속도의 비대칭을 유도하여 공진 작동 시 구동 손실을 발생시킨다.
하지만, 도 5와 같이, 제1,2 층(154,156)이 중간층(152)의 두께 방향 중심선(C1)을 포함하는 평면을 기준으로 대칭이 되도록 하는 경우 스트레스(stress)와 변위가 모두 대칭을 이루는 것을 확인할 수 있으며, 이때 공진기에서 발생하는 손실을 줄이는 동시에 압전 효율을 높일 수 있다.
제2 전극(160)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전층(150)을 덮도록 형성된다. 제2 전극(160)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(140)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(160)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(140)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(160)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 제2 전극(160)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제2 전극(160)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수도 있다.
여기서, 공진부에 대하여 정의하면, 공진부는 제1 전극(140), 압전층(150) 및 제2 전극(160)을 포함하여 구성되며 압전층(150)의 압전효과에 따라 진동되는 구성을 의미한다.
페시베이션층(170)은 제1 전극(140)과 제2 전극(160)의 일부분을 제외한 영역에 형성된다. 한편, 페시베이션층(170)은 공정 중 제2 전극(160) 및 제1 전극(140)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
나아가, 페시베이션층(170)은 최종 공정에서 주파수 조절을 위해 식각에 의해 일부분이 제거될 수 있다. 즉, 페시베이션층(170)의 두께가 조절될 수 있다. 페시베이션층(170)은 일예로서, 질화실리콘(Si3N4), 산화실리콘(SiO2), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)이 사용될 수 있다.
금속패드(180)는 제1 전극(140)과 제2 전극(160)의 상기한 페시베이션층(170)이 형성되지 않는 일부분에 형성된다. 일예로서, 금속패드(180)는 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금 및 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금은 알루미늄-게르마늄(Al-Ge) 합금일 수 있다. 한편, 금속패드(180)는 제1 전극(140)에 연결되는 제1 금속패드(181)와, 제2 전극(160)에 연결되는 제2 금속패드(182)를 구비할 수 있다.
상기한 바와 같이, 중간층(152)의 상,하부에 배치되는 제1,2 층(154,156)이 대칭 구조를 가짐으로써 제1,2 층(154,156)의 재료 및 두께를 조절하여 체적 음향 공진기(100)의 고유 특성인 kt2 성능을 세밀하게 조절할 수 있다.
또한, 제1,2 층(154,156)이 대칭 구조를 가짐으로써 수직(vertical) 방향으로 발생되는 파장의 속도를 균일하게 할 수 있다. 이로 인해, 각 파장간의 상이 불일치함으로써 발생되는 손실을 줄여 높은 압전 효율을 구현할 수 있다.
한편, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 성능에 대하여 살펴보기로 한다.
도 5는 종래기술과 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 삽입 손실 특성을 나타내는 그래프이고, 도 6은 종래기술과 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 kt2 성능을 나타내는 그래프이고, 도 7은 종래기술과 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 감쇠성능을 나타내는 그래프이다.
한편, 도 5 내지 도 7의 종래기술 1은 압전층이 단일의 층으로 이루어지는 경우, 종래기술 2는 압전층이 2개의 층으로 구성되며 각각의 2개의 층의 두께가 서로 다른 경우를 나타낸다. 그리고, 본 발명은 압전층이 중간층과 중간층의 상,하부에 배치되는 제1,2 층으로 구성되며, 제1,2 층이 중간층의 두께 방향 중심선을 포함하는 평면에 대하여 대칭인 경우를 나타낸다.
도 5에 나타난 바와 같이, 공진점에서 Q 성능을 나타내는 삽입 손실을 종래기술 1,2 및 본 발명에서 크게 차이가 나지 않음을 알 수 있다. 이와 동시에 도 6에 나타난 바와 같이, 종래기술 2와 대비하여 본 발명에서 kt2 성능이 증가되어 압전효율이 증가됨을 확인할 수 있다. 그리고, 도 7에 나타난 바와 같이, 반공진점에서의 Q 성능을 나타내는 감쇠성능은 본 발명에서 증가됨을 알 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 체적 음향 공진기의 변형 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 체적 음향 공진기(200)는 일예로서, 기판(110), 멤브레인층(120), 희생층(130), 식각방지부(135), 제1 전극(140), 압전층(250), 제2 전극(160), 페시베이션층(170) 및 금속 패드(180)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 기판(110), 멤브레인층(120), 희생층(130), 식각방지부(135), 제1 전극(140), 제2 전극(160), 페시베이션층(170) 및 금속 패드(180)는 상기한 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)에 구비되는 구성과 실질적으로 동일하므로 여기서는 자세한 설명을 생략하고 상기한 설명에 갈음하기로 한다.
압전층(250)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 제1 전극(140)을 덮도록 형성된다. 한편, 압전층(150)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 일예로서 질화 알루미늄(AlN) 재질을 포함한다.
그리고, 압전층(250)은 중간층(252)과, 중간층(252)의 상부에 배치되는 제1 층(254) 및 중간층(252)의 하부에 배치되는 제2 층(256)을 포함하여 구성될 수 있다.
일예로서, 중간층(252)은 제1,2 층(254,256)과 다른 재질로 이루어질 수 있다. 그리고, 중간층(252)은 스칸듐이 도핑된 질화 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 중간층(252)은 스칸듐의 함유량이 10 wt%인 AlScN 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 층(254) 및 제2 층(256)은 순수 질화 알루미늄(AlN) 재질로 이루어질 수 있다.
다만, 이에 한정되지 않으며, 중간층(252)에 도핑되는 스칸듐의 함유량은 제1,2 층(252,254)에 함유되는 스칸듐의 함유량보다 많은 경우를 모두 포함한다.
한편, 제1 층(254)은 복수개의 제1 서브층으로 이루어지며, 제2 층(256)은 복수개의 제2 서브층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 서브층은 제1-1 서브층(254a)과 제1-1 서브층(254a)의 상부에 배치되는 제1-2 서브층(254b)을 구비하며, 제2 서브층은 제2-1 서브층(256a)과, 제2-1 서브층(256a)의 하부에 배치되는 제2-2 서브층(256b)을 구비할 수 있다.
한편, 제1-1 서브층(254a)과 제2-1 서브층(256a)은 중간층(252)의 두께 방향 중심선(C1)을 포함하는 평면을 기준으로 대칭을 이룬다. 또한, 제1-2 서브층(254b)과 제2-2 서브층(256b)도 중간층(252)의 두께 방향 중심선(C1)을 포함하는 평면을 기준으로 대칭을 이룬다. 일예로서, 제1-1 서브층(254a), 제1-2 서브층(254b), 제2-1 서브층(256a) 및 제2-2 서브층(256b) 각각은 중간층(252)의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있다.
또한, 제1-1 서브층(254a)과 제1-2 서브층(254b)은 서로 다른 두께를 가질 수 있으며, 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 제1 층(254) 및 제2 층(256)이 2개의 층으로 구성되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 제1 층(254) 및 제2 층(256)은 3개 이상의 층으로 구성될 수 있다.
일예로서, 제1-1 서브층(254a)과 제2-1 서브층(256a)은 동일한 두께를 가지며, 제1-2 서브층(254b)과 제2-2 서브층(256b)도 동일한 두께를 가질 수 있다.
그리고, 상기 복수개의 제1 서브층과 상기 복수개의 제2 서브층들 중 각각 대응되는 제1 서브층과 제2 서브층은 밀도(density), 강성(stiffness) 및 영률(Young's Modulus)이 동일할 수 있다.
도 9 내지 도 12는 도 1의 A부분에 대한 변형 실시예를 설명하기 위한 설명도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 삽입층(390)은 제2 전극(160)과 페시베이션층(170) 사이에 배치된다. 삽입층(390)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(150)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 필요에 따라 삽입층(390)이 구비되는 영역을 빈 공간(air)으로 형성하는 것도 가능하다. 이는 제조 과정에서 삽입층(390)을 제거함으로써 구현될 수 있다.
삽입층(390)은 공진 구동 시 발생되는 수평파(Lateral wave)를 공진부 측으로 반사하는 역할을 수행한다. 이를 위해 삽입층(390)은 활성 영역을 감싸도록 배치될 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 삽입층(490)은 제2 전극(160)과 압전층(150) 사이에 배치될 수 있다. 삽입층(490)도 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(150)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 필요에 따라 삽입층(490)이 구비되는 영역을 빈 공간(air)으로 형성하는 것도 가능하다. 이는 제조 과정에서 삽입층(490)을 제거함으로써 구현될 수 있다.
삽입층(490)은 공진 구동 시 발생되는 수평파(Lateral wave)를 공진부 측으로 반사하는 역할을 수행한다. 이를 위해 삽입층(490)은 활성 영역을 감싸도록 배치될 수 있다.
나아가, 도 11에 도시된 바와 같이, 삽입층(590)은 압전층(150)과 제1 전극(140) 사이에 배치될 수 있다. 삽입층(590)도 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(150)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 필요에 따라 삽입층(590)이 구비되는 영역을 빈 공간(air)으로 형성하는 것도 가능하다. 이는 제조 과정에서 삽입층(590)을 제거함으로써 구현될 수 있다.
삽입층(590)은 공진 구동 시 발생되는 수평파(Lateral wave)를 공진부 측으로 반사하는 역할을 수행한다. 이를 위해 삽입층(590)은 활성 영역을 감싸도록 배치될 수 있다.
그리고, 도 12에 도시된 바와 같이, 삽입층(690)은 제1 전극(140)과 멤브레인층(120)의 사이에 배치될 수 있다. 삽입층(690)도 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(150)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 필요에 따라 삽입층(690)이 구비되는 영역을 빈 공간(air)으로 형성하는 것도 가능하다. 이는 제조 과정에서 삽입층(690)을 제거함으로써 구현될 수 있다.
삽입층(690)은 공진 구동 시 발생되는 수평파(Lateral wave)를 공진부 측으로 반사하는 역할을 수행한다. 이를 위해 삽입층(690)은 활성 영역을 감싸도록 배치될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100, 200 : 체적 음향 공진기
110 : 기판
120 : 멤브레인층
130 : 희생층
135: 식각방지부
140 : 제1 전극
150, 250 : 압전층
160 : 제2 전극
170 : 페시베이션층
180 : 금속 패드

Claims (19)

  1. 기판;
    상기 기판의 상부에 배치되는 제1 전극;
    상기 제1 전극의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 압전층; 및
    상기 압전층의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 제2 전극;
    을 포함하며,
    상기 압전층은 중간층과, 상기 중간층의 상부에 배치되는 제1 층 및 상기 중간층의 하부에 배치되는 제2 층을 구비하며,
    상기 제1 층과 상기 제2 층은 상기 중간층의 두께 방향 중심선이 통과하는 평면을 기준으로 대칭을 이루며,
    상기 중간층의 두께가 상기 제1,2 층 각각보다 두꺼운 체적 음향 공진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2 층은 동일한 재질로 이루어지는 체적 음향 공진기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1,2 층은 두께가 동일한 체적 음향 공진기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 중간층은 상기 제1,2 층과 다른 재질로 이루어지는 체적 음향 공진기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2 층은 밀도(density), 강성(stiffness) 및 영률(Young's Modulus)이 동일한 체적 음향 공진기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층은 복수개의 제1 서브층으로 이루어지며,
    상기 제2 층은 복수개의 제2 서브층으로 이루어지고,
    상기 제1,2 서브층 각각은 상기 중간층보다 두께가 얇은 체적 음향 공진기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 제1 서브층과 상기 복수개의 제2 서브층들 중 각각 대응되는 제1 서브층과 제2 서브층은 두께가 동일한 체적 음향 공진기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 제1 서브층과 상기 복수개의 제2 서브층들 중 각각 대응되는 제1 서브층과 제2 서브층은 밀도(density), 강성(stiffness) 및 영률(Young's Modulus)이 동일한 체적 음향 공진기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 중간층은 상기 제1,2 층과 다른 재질로 이루어지며,
    상기 복수개의 제1 서브층 각각도 서로 다른 재질로 이루어지는 체적 음향 공진기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 함께 캐비티를 형성하며, 상기 제1 전극의 하부에 배치되는 멤브레인층; 및
    상기 제2 전극의 적어도 일부를 덮는 페시베이션층;
    을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 멤브레인층과 상기 제1 전극의 사이에 배치되는 삽입층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 압전층의 사이에 배치되는 삽입층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 압전층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 삽입층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제2 전극과 상기 페시베이션층 사이에 배치되는 삽입층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 캐비티를 감싸도록 배치되는 식각 저지층; 및
    상기 식각 저지층의 외측에 배치되는 희생층;
    을 포함하는 체적 음향 공진기.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 중간층과 상기 제1,2 층 모두가 희토류 금속이 도핑되는 재질로 이루어지거나, 상기 중간층과 상기 제1,2 층 중 적어도 상기 중간층이 희토류 금속이 도핑되는 재질로 이루어지는 체적 음향 공진기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 중간층에 도핑되는 희토류 금속의 함유량은 상기 제1,2 층에 도핑되는 희토류 금속의 함유량보다 많은 체적 음향 공진기.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 도핑되는 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 어느 하나일 수 있으며,
    상기 중간층과 상기 제1,2 층은 질화 알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 중 어느 하나의 재질로 형성되는 체적 음향 공진기.
  19. 기판;
    상기 기판의 상부에 배치되는 제1 전극;
    상기 제1 전극의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 압전층; 및
    상기 압전층의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 제2 전극;
    을 포함하며,
    상기 압전층은 중간층과, 상기 중간층의 상부에 배치되는 제1 층 및 상기 중간층의 하부에 배치되는 제2 층을 구비하며,
    상기 제1,2 층은 상기 제1 층과 상기 제2 층으로 진행하는 수직파(vertical wave)의 속도가 유사하도록 구성되는 체적 음향 공진기.
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