KR20230148359A - 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 음향 미러, 하부 전극층, 압전층, 전극 유닛 및 횡방향 반사체를 포함하는 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기에 관한 것이다. 음향 미러는 적어도 하나의 제1 음향 반사층 및 적어도 하나의 제2 음향 반사층을 포함하고, 각 제1 음향 반사층의 음향 임피던스는 각 제2 음향 반사층의 음향 임피던스보다 작다. 하부 전극층은 음향 미러 상에 위치한다. 압전층은 하부 전극층 상에 배치되며, 단결정 재료인 니오브산리튬 및 단결정 재료인 탄탈산리튬으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함한다. 전극 유닛은 압전층 상에 배치된다. 횡방향 반사체는 압전층 상에 배치되며, 전극 유닛의 제1측에 위치하는 제1 반사체 및 전극 유닛의 제2측에 위치하는 제2 반사체를 포함하고, 횡방향 반사체는 음향파를 횡방향으로 반사하도록 구성된다. 하부 전극층과 전극 유닛은 전기장을 형성하도록 구성된다. 본 출원은 3GHz 이상의 주파수에서 높은 전기기계 결합계수와 높은 Q값을 실현할 수 있다.
Description
본 출원은 공진기 기술분야에 관한 것으로서, 특히 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기에 관한 것이다.
무선주파수 음향 공진기는 합성 필터링 기능에 이용되거나 주파수원(frequency source)으로 사용되는 소형 마이크로 합성 구조이다. 음향 공진기는 상대적으로 부피가 작고 품질계수(Q)가 높기 때문에, 휴대전화, 소형 기지국 및 사물인터넷 설비에 사용되는 다른 유형의 공진기를 대체하였고, 음향 공진기는 저손실(낮은 전력소비), 높은 억제 및 높은 신호대잡음비(signal to noise ratio)뿐만 아니라 초박형 패키징을 구현할 수 있다.
새로운 통신 표준(즉, 5세대 모바일 네트워크)이 출시됨에 따라, 공진기의 동작범위를 보다 높은 주파수로 확대하는 동시에 높은 전기기계 결합계수 및 높은 Q값을 유지할 필요가 있다.
본 출원의 다양한 실시예에 따르면, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기는,
적어도 하나의 제1 음향 반사층 및 적어도 하나의 제2 음향 반사층을 포함하는 음향 미러로서, 각 상기 제1 음향 반사층의 음향 임피던스는 각 상기 제2 음향 반사층의 음향 임피던스보다 작은 음향 미러;
상기 음향 미러 상에 위치하는 하부 전극층;
상기 하부 전극층 상에 배치되며, 단결정 재료인 니오브산리튬 및 단결정 재료인 탄탈산리튬으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 압전층;
상기 압전층 상에 배치되는 전극 유닛; 및
상기 압전층 상에 배치되며, 음향파를 횡방향으로 반사하도록 구성되는 횡방향 반사체를 포함하되,
상기 횡방향 반사체는 상기 전극 유닛의 제1측에 위치하는 제1 반사체, 및 상기 제1측과 대향되는 상기 전극 유닛의 제2측에 위치하는 제2 반사체를 포함하고,
상기 하부 전극층과 상기 전극 유닛은 전기장을 형성하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 하부 전극층과 상기 전극 유닛에 의해 형성되는 전기장의 방향은 주로 상기 압전층의 두께방향이며, 상기 하부 전극층과 상기 전극 유닛은 또한 압전층의 두께 전체에 걸쳐 전단 모드의 역학적 파동을 발생시키도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 제1 음향 반사층은 상기 하부 전극층으로부터 멀어질수록 두께가 두꺼워지고, 상기 제2 음향 반사층은 상기 하부 전극층으로부터 멀어질수록 두께가 두꺼워진다.
일 실시예에서, 상기 음향 미러는 3개의 상기 제1 음향 반사층과, 2개의 상기 제2 음향 반사층을 포함하고, 상기 음향 미러의 상기 제1 음향 반사층 및 상기 제2 음향 반사층은 교대로 배치된다.
일 실시예에서, 상기 제1 음향 반사층의 재료는 이산화규소, 알루미늄, 벤조사이클로부텐, 폴리이미드 및 스핀유리로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 음향 반사층의 재료는 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 백금, 질화알루미늄, 산화텅스텐 및 질화규소로부터 선택되는 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 전극 유닛은 입력 전압이 인가되도록 구성된 제1 공통전극, 접지하도록 구성된 제2 공통전극, 복수의 제1 인터디지털 전극 및 복수의 제2 인터디지털 전극을 포함하고, 각 상기 제1 인터디지털 전극은 상기 제1 공통전극에 전기적으로 연결되며, 각 상기 제2 인터디지털 전극은 상기 제2 공통전극에 전기적으로 연결되고, 각 상기 제1 인터디지털 전극과 각 상기 제2 인터디지털 전극 사이는 절연되도록 배치된다.
일 실시예에서, 상기 음향 공진기는 상기 압전층 상에 배치된 패시베이션층을 더 포함하되, 상기 패시베이션층은 각 상기 제1 인터디지털 전극 및 각 상기 제2 인터디지털 전극을 피복한다.
일 실시예에서, 상기 전극 유닛의 양측에 있는 횡방향 반사체 사이의 연결선 방향은 상기 음향파의 전파 방향이며; 상기 전극 유닛이 위치한 평면에 형성된 상기 하부 전극층의 직교투영이 상기 제1 공통전극과 상기 제2 공통전극 사이에 위치하도록, 상기 하부 전극층의 폭은 상기 제1 공통전극과 상기 제2 공통전극 사이의 간격보다 작고; 상기 평면에 형성된 각 상기 제1 음향 반사층 및 각 상기 제2 음향 반사층의 직교투영은 상기 연결선 방향에서 상기 제1 반사체와 상기 제2 반사체를 초과한다.
일 실시예에서, 상기 제1 반사체 및 상기 제2 반사체는 각각 적어도 하나의 전극 스트립을 포함하고; 상기 제1 반사체 내에서 상기 전극 유닛에 가장 가까운 하나의 전극 스트립의 중심과 상기 전극 유닛의 제1측 가장자리에 있는 인터디지털 전극의 중심 사이의 거리는, 상기 음향파의 파장의 1/8배 내지 2배이며; 상기 제2 반사체 내에서 상기 전극 유닛에 가장 가까운 하나의 전극 스트립의 중심과 상기 전극 유닛의 제2측 가장자리에 있는 인터디지털 전극의 중심 사이의 거리는, 음향파의 파장의 1/8배 내지 2배이다.
일 실시예에서, 상기 제1 공통전극 상에 배치된 제1 금속부재 및 상기 제2 공통전극 상에 배치된 제2 금속부재를 더 포함하되, 상기 제1 금속부재 및 상기 제2 금속부재의 두께는 상기 전극 유닛의 두께보다 크고, 상기 제1 금속부재 및 상기 제2 금속부재는 상기 음향파의 전파 방향과 수직인 제2 방향에서 음향 반사를 수행하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 하부 전극층이 위치한 평면에 형성된 각 상기 제2 음향 반사층의 직교투영은 상기 음향파의 전파 방향과 평행하는 제1 방향에서 상기 하부 전극층의 양측을 초과하거나, 또는 상기 하부 전극층이 위치한 평면에 형성된 각 상기 제1 음향 반사층 및 각 상기 제2 음향 반사층의 직교투영은 상기 하부 전극층에 의해 커버된다.
일 실시예에서, 상기 전극 유닛은 상기 횡방향 반사체와 동일한 재료로 이루어지며, 금속 및 합금으로부터 선택되는 적어도 하나로 이루어진다.
일 실시예에서, 모든 상기 제2 음향 반사층보다 상기 하부 전극층에 더 가까이 배치된 상기 제1 음향 반사층이 하나 존재한다.
일 실시예에서, 상기 음향 공진기는 캐리어 웨이퍼를 더 포함하되, 상기 음향 미러는 상기 캐리어 웨이퍼 상에 배치된다.
일 실시예에서, 상기 캐리어 웨이퍼와 상기 음향 미러 사이에 본딩 보조층이 더 배치된다.
본 출원의 하나 이상의 실시예의 세부 사항들은 이하의 도면 및 설명에 기재되어 있다. 본 출원의 다른 특징, 목적 및 장점은 명세서, 첨부 도면 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
본 명세서에 개시되는 본 출원의 실시예 및/또는 예시들을 보다 명확히 설명하기 위해, 하나 이상의 도면을 참조할 수 있다. 도면을 설명하기 위해 사용된 추가적인 세부 사항 또는 예시는 개시되는 본 출원, 현재 설명되는 실시예 및/또는 예시, 및 현재 이해되는 본 출원의 바람직한 방식들 중 어느 하나의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일 실시예에 따른 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기의 부분적인 구조를 제시하는 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 A-A´선을 따른 단면도이다.
도 3은 압전층에서 전기장과 역학적 파동의 전파 방향을 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 음향 미러의 각 반사층의 두께를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 제1 반사체의 구조를 제시하는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 B-B´선을 따른 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 Wg를 제시하는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기의 특성 어드미턴스 시뮬레이션 결과이다.
도 1은 일 실시예에 따른 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기의 부분적인 구조를 제시하는 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 A-A´선을 따른 단면도이다.
도 3은 압전층에서 전기장과 역학적 파동의 전파 방향을 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 음향 미러의 각 반사층의 두께를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 제1 반사체의 구조를 제시하는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 B-B´선을 따른 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 Wg를 제시하는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기의 특성 어드미턴스 시뮬레이션 결과이다.
본 출원에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 출원에 대하여 보다 전면적으로 설명한다. 도면에는 본 출원의 실시예가 도시되어 있다. 그러나 본 출원은 본 명세서에 기재된 실시예에 한정되지 않고, 여러 가지 다른 형식으로 구현될 수 있다. 이러한 실시예는 본 출원의 개시 내용을 보다 철저하고 전면적으로 이해하기 위해 제공된다.
본 명세서에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 달리 정의되지 않는 한 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예를 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 출원의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다.
요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 “상에 있다”거나, 다른 요소 또는 층에 “인접”, “연결” 또는 “접속"되는 것으로 지칭되는 경우, 그 요소 또는 층은 다른 요소 또는 층 상에 직접 존재하거나, 다른 요소 또는 층에 직접 인접, 연결 또는 접속될 수 있고, 또는 중간에 또 다른 요소 또는 층이 존재할 수 있음을 이해할 것이다. 반대로, 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 상에 “직접 있다”거나, 다른 요소 또는 층에 “직접 인접”, “직접 연결” 또는 “직접 접속"되는 것으로 지칭되는 경우에는, 중간에 요소 또는 층이 존재하지 않는다. 제1, 제2, 제3 등의 용어는 다양한 요소, 부품, 영역, 층, 도핑 유형 및/또는 부분을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소, 부품, 영역, 층, 도핑 유형 및/또는 부분은 상기 용어에 의해 한정되는 것은 아니다. 이러한 용어는 단지 요소, 부품, 영역, 층, 도핑 유형 또는 부분과 다른 요소, 부품, 영역, 층, 도핑 유형 또는 부분을 구분하기 위한 것이다. 따라서, 본 출원의 교시를 벗어나지 않는 범위에서, 이하 언급되는 제1 요소, 부품, 영역, 층, 도핑 유형 또는 부분은 제2 요소, 부품, 영역, 층, 도핑 유형 또는 부분을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 도핑 유형은 제2 도핑 유형이 될 수 있고, 유사하게 제2 도핑 유형은 제1 도핑 유형이 될 수 있으며; 제1 도핑 유형과 제2 도핑 유형이 상이한 도핑 유형일 수 있고, 예를 들어, 제1 도핑 유형이 P형이고 제2 도핑 유형이 N형이거나, 또는 제1 도핑 유형이 N형이고 제2 도핑 유형이 P형일 수 있다.
본 명세서에서, "아래", "하면", "하", "밑", "위", "상면" 등과 같은 공간 관계를 나타내는 용어는 도면에 도시된 요소 또는 구성과 다른 요소 또는 구성 간의 관계를 용이하게 설명하기 위한 것이다. 도면에 도시된 방향 외에, 공간 관계를 나타내는 용어는 사용 및 작동 중인 소자의 상이한 방향을 더 포함하는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 도면의 소자가 반전된 경우, 다른 요소 "하면", "아래" 또는 "밑"에 있는 요소 또는 구성은 다른 요소 또는 구성 "위"에 있는 것으로 설명될 것이다. 따라서, 예시적인 용어인 "하면" 및 "아래"는 상하 두 방향을 포함할 수 있다. 또한, 소자는 다른 방향(예: 90도 회전 또는 기타 방향)을 포함할 수도 있으며, 여기서 사용된 공간 관계를 나타내는 용어는 상응하여 해석될 것이다.
본 명세서에서 사용되는 단수형 단어는 문맥상 명백하게 달리 언급하지 않는 한, 복수형을 포함한다. 또한, "포함" 또는 "구비" 등의 용어는 명시된 구성, 전체, 단계, 동작, 컴포넌트, 부분 또는 이들의 조합의 존재를 의미하지만, 다른 구성, 전체, 단계, 동작, 컴포넌트, 부분 또는 이들의 조합이 하나 이상 존재하거나 추가하는 것을 배제하지 않는 것으로 이해될 것이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "및/또는"은 나열된 관련 항목에 대한 임의 및 모든 조합을 포함한다.
이하, 본 출원의 바람직한 실시예(및 중간 구조)인 단면도를 참조하여 본 출원의 실시예를 상세히 설명하며, 이에 따라 예를 들어 제조기술 및/또는 허용오차로 인한 형상 변화를 예상할 수 있다. 따라서, 본 출원의 실시예는 도시된 영역의 특정 형상에 제한되는 것이 아니라, 예를 들어 제조기술로 인한 형상 편차를 포함해야 한다. 예를 들어, 직사각형으로 표시된 주입 영역은, 주입 영역에서 비주입 영역으로의 이원적 변화가 아니라, 일반적으로 그 가장자리에 둥근 또는 곡선의 구성 및/또는 주입농도 구배를 갖는다. 마찬가지로, 주입에 의해 형성된 매립 영역으로 인해, 상기 매립 영역과 주입이 수행될 때 경과하는 표면 사이의 영역에 일부 주입될 수 있다. 따라서, 도면에 도시된 영역은 실질적으로 개략적인 것이며, 그 형상은 소자의 영역의 실제 형상을 나타내는 것이 아니며, 본 출원의 범위를 제한하지 않는다.
벌크 탄성파(BAW) 및 표면 탄성파(SAW) 공진기는 0.6GHz 내지 3GHz 사이에서 필터 및 공진기를 합성하는 가장 일반적인 소자이다. 이러한 음향 소자는 성공적으로 상용화되어, 휴대전화 프런트엔드 모듈에 널리 적용되거나 라디오 프런트엔드의 개별 구성요소로 사용되고 있다. 기존의 벌크 탄성파 및 표면 탄성파 소자는 3GHz 이하의 주파수에서 1000을 초과한 Q값 및 약 7% 내지 10%의 전기기계 결합계수를 나타낼 수 있다. 그러나 그 주파수 동작범위를 3GHz 이상으로 확장하면 여러 가지 기술적인 불확실성과 물리적인 한계에 직면하게 된다. 새로운 5G 표준은 전기기계 결합계수가 10%를 초과하도록 요구하고 있으며, 벌크 탄성파 및 표면 탄성파 소자가 이러한 요구에 부응하려면 구성재료 또는 동작모드를 변경하여야 한다. 마찬가지로, 3GHz를 초과하는 종래의 벌크 탄성파 및 표면 탄성파 소자가 달성 가능한 최대 Q값은 재료 손실에 의한 근본적인 제약을 받는다.
요약하면, 3GHz 이상의 주파수에서 높은 전기기계 결합계수 및 높은 품질계수를 갖는 신형 소자를 제공할 필요가 있다.
본 출원은 3GHz를 초과하는 주파수에서 높은 Q값 및 높은 전기기계 결합계수를 갖는 신형 웨이퍼레벨 기계/음향 공진기를 개발하는 것을 목적으로 한다. 상기 공진기는 고성능 대역통과 필터의 합성을 지원하고, 나아가 5G 통신 표준의 새로운 요구 및 향후 업그레이드 수요를 충족시킨다.
도 1은 일 실시예에 따른 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기의 부분적인 구조를 제시하는 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선을 따른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기는 음향 미러(120), 하부 전극층(170), 압전층(130), 전극 유닛 및 횡방향 반사체를 포함하며, 도 1은 주로 대응하는 실시예에 따른 전극 유닛 및 횡방향 반사체의 형상을 나타내기 위한 것으로 압전층(130) 상의 다른 구조가 생략된다.
전극 유닛은 압전층(130) 상에 배치된다. 전극 유닛은 인터디지털 전극(interdigital electrode)을 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 전극 유닛은 한 그룹의 제1 인터디지털 전극(141) 및 한 그룹의 제2 인터디지털 전극(143)을 포함하고, 제1 인터디지털 전극(141) 및 제2 인터디지털 전극(143)은 도 1에 도시된 Y방향으로 연장되어 서로 평행하며, 각 제1 인터디지털 전극(141)과 각 제2 인터디지털 전극(143) 사이는 절연되도록 배치되고, 제1 인터디지털 전극(141)은 입력 전압이 인가되도록 구성되며, 제2 인터디지털 전극(143)은 접지에 사용된다. 전극 유닛은 제1 공통전극(142) 및 제2 공통전극(144)을 더 포함하고, 각 제1 인터디지털 전극(141)의 일단은 제1 공통전극(142)에 연결되며, 각 제2 인터디지털 전극(143)의 일단은 제2 공통전극(144)에 연결된다. 공통전극을 버스바(bus bar)라고도 한다.
횡방향 반사체도 압전층(130) 상에 배치되며 전극 유닛과 동일한 층에 배치될 수 있고, 횡방향 반사체는 전극 유닛의 제1측(도 1에서 좌측)에 위치하는 제1 반사체(152), 및 전극 유닛의 제2측(도 1에서 우측)에 위치하는 제2 반사체(154)를 포함한다. 횡방향 반사체는 전극 유닛과 절연되어 있으며, 횡방향 반사체는 음향파를 횡방향으로 반사하도록 구성된다.
압전층(130)은 하부 전극층(170) 상에 배치된다. 압전층(130)은 단결정 재료인 니오브산리튬 및 단결정 재료인 탄탈산리튬으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함한다.
하부 전극층(170)은 음향 미러(120) 상에 배치된다. 하부 전극층(170) 및 전극 유닛은 전기장을 형성하도록 구성된다.
음향 미러(120)는 적어도 하나의 제1 음향 반사층 및 적어도 하나의 제2 음향 반사층을 포함하고, 각 제1 음향 반사층의 음향 임피던스는 각 제2 음향 반사층의 음향 임피던스보다 작다. 본 출원의 일 실시예에서, 음향 미러(120)에서 하부 전극층(170)에 가장 가까운 한 층은 제1 음향 반사층이어야 한다. 즉, 모든 제2 음향 반사층보다 하부 전극층(170)에 더 가까이 배치된 제1 음향 반사층이 하나 존재한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 음향 미러(120)는 3개의 제1 음향 반사층(즉, 제1 음향 반사층(121), 제1 음향 반사층(123) 및 제1 음향 반사층(125))과, 2개의 제2 음향 반사층(즉, 제2 음향 반사층(122) 및 제2 음향 반사층(124))을 포함하고, 각 제1 음향 반사층 및 제2 음향 반사층은 교대로 배치된다.
상술한 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기는, 전극 유닛과 하부 전극층을 통해 전기장을 발생시키고, 횡방향 반사체를 통해 음향파를 횡방향으로 반사시킴으로써, 음향 공진기가 두께방향의 전단 진동 모드로 여기될 수 있다. 또한, 압전층은 단결정 재료인 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬이 사용되므로, 3GHz 이상의 주파수에서 높은 전기기계 결합계수와 높은 Q값을 실현할 수 있다.
도 3을 참조하면, 도면에서 큰 화살표는 전기장 방향을 나타내고, 작은 화살표는 전단 진동 모드의 역학적 파동이 전파되는 방향을 나타내며, 전기장 방향은 주로 압전층(130)의 두께방향이다. 하부 전극층(170) 및 전극 유닛은 또한 압전층(130)의 두께 전체에 걸쳐 전단 모드의 역학적 파동을 발생시키도록 구성된다. 단결정 재료인 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬은 본 출원의 전극 유닛 구조 및 횡방향 반사체 구조와 조합됨으로써, 최적화된 전단 진동 모드를 얻을 수 있으며, 이와 같은 전단 진동 모드는 보다 큰 음향파 속도를 갖고, 소자의 관건 치수(예를 들어 인터디지털의 피치)가 변하지 않는 경우에 종래의 상용화된 필터보다 높은 주파수에 도달할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서, 전극 유닛은 횡방향 반사체와 동일한 재질로 이루어지며, 금속합금으로부터 선택되는 적어도 하나로 이루어진다. 본 출원의 일 실시예에서, 전극 유닛은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 알루미늄 구리(AlCu), 알루미늄 규소 구리(AlSiCu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 은(Ag) 또는 다른 전기전도성 금속으로 이루어진다.
본 출원의 일 실시예에서, 하부 전극층(170)의 재료는 몰리브덴, 텅스텐, 루테늄, 백금, 티타늄, 알루미늄, 알루미늄 구리, 알루미늄 실리콘 구리, 크롬으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에서, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기는 캐리어 웨이퍼(110)를 더 포함한다. 음향 미러(120)는 캐리어 웨이퍼(110) 상에 배치된다.
본 출원의 일 실시예에서, 캐리어 웨이퍼(110)와 음향 미러(120) 사이에는 캐리어 웨이퍼(110)와 음향 미러(120)의 본딩을 돕기 위한 본딩 보조층이 더 마련된다. 본 출원의 일 실시예에서, 본딩 보조층은 한 층의 얇은 이산화규소이다.
본 출원의 일 실시예에서, 각 제1 음향 반사층은 음향 임피던스가 낮은 재료로 이루어지고, 각 제2 음향 반사층은 음향 임피던스가 높은 재료로 이루어진다. 여기서, 음향 임피던스가 낮은 재료는 이산화규소, 알루미늄, 벤조사이클로부텐(Benzocyclobutene, BCB), 폴리이미드 및 스핀유리(spin glass)로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있고, 음향 임피던스가 높은 재료는 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 백금, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 산화텅스텐 및 질화규소로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 다른 실시예에서, 음향 임피던스가 낮은 재료 및 음향 임피던스가 높은 재료는 또한 임피던스비가 상대적으로 큰 다른 재료 조합이 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
음향 미러(120)의 각 제1 음향 반사층 및 제2 음향 반사층은 두께가 동일하거나 상이할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에서, 하부 전극층(170)으로부터 멀어질수록 제1 음향 반사층의 두께는 두꺼워지고, 하부 전극층(170)으로부터 멀어질수록 제2 음향 반사층의 두께는 두꺼워지며, 이러한 설계에 의해 보다 큰 Q값을 실현할 수 있다. 도 4를 참조하면, 도 4에 도시된 실시예에서, 제1 음향 반사층(121)의 두께(Tl1) < 제1 음향 반사층(123)의 두께(Tl2) < 제1 음향 반사층(125)의 두께(Tl3)를 만족시키고, 제2 음향 반사층(122)의 두께(Th1) < 제2 음향 반사층(124)의 두께(Th2)를 만족시킨다. 다른 실시예에서, 각 제1 음향 반사층 및 제2 음향 반사층의 두께 관계는 또한, 예를 들어 Tl1=Tl2=Tl3 및 Th1=Th2를 만족시키거나; 또는 Tl1>Tl2>Tl3 및 Th1>Th2를 만족시키거나; 또는 Tl1<Tl2, Tl3<Tl2 및 Th1<Th2를 만족시키는 다른 규칙에 따라 설정될 수 있음을 이해할 것이다.
도 1에는 또한 평면도의 경우에 음향 미러(120)의 위치가 도시된다. 도 1에 도시된 X방향은 음향파의 전파 방향이다. 하부 전극층(170)은 패터닝(patterned)에 의해 형성되며, Y방향을 따른 하부 전극층(170)의 폭은 Y방향을 따른 음향 미러(120)의 폭과 동일하거나 상이할 수 있다(크거나 작을 수 있음). 하부 전극층(170)의 폭(즉, 도 1에서 Y방향을 따른 치수)은 제1 공통전극(142)과 제2 공통전극(144) 사이의 간격보다 작고, 따라서 전극 유닛이 위치한 평면에 형성된 하부 전극층(170)의 직교투영은 Y방향에 있어 제1 공통전극(142)과 제2 공통전극(144) 사이에 위치한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 상기 직교투영에서 제1 공통전극(142)에 가까운 하부 전극층(170)의 일측은 제1 공통전극(142)에 가까운 각 제2 인터디지털 전극(143)의 일단을 초과하고, 제2 공통전극(144)에 가까운 하부 전극층(170)의 일측은 제2 공통전극(144)에 가까운 각 제1 인터디지털 전극(141)의 일단을 초과한다. 즉, 하부 전극층(170)은 그 직교투영의 양측이 각각 제2 인터디지털 전극(143)의 외측, 제1 인터디지털 전극(141)의 외측에 형성될만큼 폭이 넓다.
도 1에 도시된 실시예에서, 하부 전극층(170)은 길이 및 폭이 모두 음향 미러(120)보다 크게 형성되므로, 음향 미러(120)을 X방향 및 Y방향으로 모두 커버한다.
X방향을 따른 제1 음향 반사층 및 제2 음향 반사층의 치수는 동일하거나 상이할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 전극 유닛이 위치한 평면에 형성된 각 제1 음향 반사층 및 각 제2 음향 반사층의 직교투영은, X방향에 있어 제1 반사체(152) 및 제2 반사체(154)를 초과한다. 즉, 상기 직교투영의 좌측 가장자리는 제1 반사기(152)의 좌측 가장자리보다 더 왼쪽으로 형성되고, 상기 직교투영의 우측 가장자리는 제2 반사체(154)의 우측 가장자리보다 더 오른쪽으로 형성된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 하부 전극층(170)이 위치한 평면에 형성된 각 제1 음향 반사층 및 각 제2 음향 반사층의 직교투영은, X방향에 있어 하부 전극층(170)에 의해 커버된다. 즉, X방향을 따른 제1 음향 반사층 및 제2 음향 반사층의 길이는, X방향을 따른 하부 전극층(170)의 길이보다 작다. 본 출원의 다른 실시예에서, 하부 전극층(170)이 위치한 평면에 형성된 각 제2 음향 반사층의 직교투영은, X방향에 있어 하부 전극층(170)의 양측을 초과한다. 즉, X방향을 따른 제2 음향 반사층의 길이는, X방향을 따른 하부 전극층(170)의 길이보다 크다.
횡방향 반사체의 전극 스트립은 도 5에 도시된 바와 같이 서로 분리될 수도 있고, 도 1에 도시된 바와 같이 횡방향 구조체를 통해 서로 연결될 수도 있다. 횡방향 반사체의 전극 스트립은 전극 유닛의 각 인터디지털 전극과 평행하게 배치될 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 B-B´선을 따른 단면도이다. 본 실시예에서, 음향 미러(120) 및 하부 전극층(170)의 면적은 압전층(130) 또는 캐리어 웨이퍼(110)의 면적보다 작고, 따라서 음향 미러(120) 및 하부 전극층(170)의 주위에는 충진층이 더 마련된다. 본 출원의 일 실시예에서, 충진층의 재질은 이산화규소, 몰리브덴, 텅스텐, 산화텅스텐 또는 질화규소로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에서, 충진층의 재료는 각 제1 음향 반사층의 재료와 동일하고, 따라서 음향 공진기의 품질계수가 향상된다.
도 6에 도시된 실시예에서, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기는 제1 공통전극(141) 상에 배치된 제1 금속부재(145), 및 제2 공통전극(143) 상에 배치된 제2 금속부재(147)를 더 포함한다. 제1 금속부재(145) 및 제2 금속부재(147)의 두께는 전극 유닛의 두께보다 크다. 제1 금속부재(145) 및 제2 금속부재(147)는 도 1에 도시된 Y방향에서 음향 반사를 수행하도록 구성된다.
본 출원의 일 실시예에서, 제1 반사체(152) 내에서 전극 유닛에 가장 가까운 전극 스트립의 중심과 전극 유닛의 제1측 가장자리에 있는 인터디지털 전극의 중심 사이의 거리(Wg)(도 7 참조)는, 상기 음향파의 파장의 1/8배 내지 2배이며; 제2 반사체(154) 내에서 전극 유닛에 가장 가까운 전극 스트립의 중심과 전극 유닛의 제2측 가장자리에 있는 인터디지털 전극의 중심 사이의 거리는, 음향파의 파장의 1/8배 내지 2배이다.
압전층(130)에 형성되는 전단 진동 모드의 역학적 파동의 진동 주파수는 각 막층의 두께 및 전극 유닛의 인접한 인터디지털 전극 사이의 간격과 관련이 있으며, 응력은 주로 제1 인터디지털 전극(141)과 제2 인터디지털 전극(143) 사이의 금속이 피복되지 않은 영역에 국한된다.
도 6에 도시된 실시예에서, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기는 패시베이션층(160)을 더 포함한다. 패시베이션층(160)은 압전층(130) 상에 배치되며, 제1 인터디지털 전극(141) 및 제2 인터디지털 전극(143)을 피복한다. 패시베이션층(160)은 공진기의 주파수 온도 계수를 감소시키고 금속 전극을 보호할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기의 특성 어드미턴스(Characteristic Admittance) 시뮬레이션 결과이다. 도 8에서 (b)는 (a)의 곡선을 부분적으로 제시한 것이고, kt는 전기기계 결합계수이다. 특성 주파수(characteristic frequency) 시뮬레이션을 이용하여 4.07GHz 공진 주파수의 최적의 스택 반사체 두께를 얻는다. 동일한 특성 주파수 분석을 이용하여 최적의 평면 내 반사층 위치, 및 인터디지털 전극에 대한 반사층 스택의 상대 위치를 결정한다.
본 명세서에서, "일부 실시예", "다른 실시예", "일 실시예" 등과 같은 용어를 사용하는 것은, 그 실시예 또는 예시에 기재된 구체적인 구성, 구조, 물질 또는 특징이 본 출원의 적어도 하나의 실시예 또는 예시에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서에서 상기 용어에 대한 예시적인 기재는 반드시 동일한 실시예 또는 예시를 지칭하는 것은 아니다.
이상에서 설명된 실시예의 기술적 구성들은 임의로 조합될 수 있고, 설명의 간략화를 위해, 상기 실시예에서 기술적 구성들의 모든 가능한 조합은 서술되지 않았지만, 이들의 기술적 구성의 조합 간에 모순이 없는 한, 본 명세서의 기재 범위에 속하는 것으로 간주되어야 한다.
이상에서 설명된 실시예는 단지 본 출원의 특정 실시예를 나타내며, 그에 대한 설명은 구체적이고 상세하지만, 본 출원의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 당업자는 본 출원의 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정을 행할 수 있으며, 이들은 모두 본 출원의 보호 범위에 속한다. 따라서, 본 출원의 보호 범위는 첨부된 특허청구의 범위에 의해 결정된다.
Claims (15)
- 적어도 하나의 제1 음향 반사층 및 적어도 하나의 제2 음향 반사층을 포함하는 음향 미러로서, 각 상기 제1 음향 반사층의 음향 임피던스는 각 상기 제2 음향 반사층의 음향 임피던스보다 작은 음향 미러;
상기 음향 미러 상에 위치하는 하부 전극층;
상기 하부 전극층 상에 배치되며, 단결정 재료인 니오브산리튬 및 단결정 재료인 탄탈산리튬으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 압전층;
상기 압전층 상에 배치되는 전극 유닛; 및
상기 압전층 상에 배치되며, 음향파를 횡방향으로 반사하도록 구성되는 횡방향 반사체를 포함하되,
상기 횡방향 반사체는 상기 전극 유닛의 제1측에 위치하는 제1 반사체, 및 상기 제1측과 대향되는 상기 전극 유닛의 제2측에 위치하는 제2 반사체를 포함하고,
상기 하부 전극층과 상기 전극 유닛은 전기장을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 하부 전극층과 상기 전극 유닛에 의해 형성되는 전기장의 방향은 주로 상기 압전층의 두께방향이며, 상기 하부 전극층과 상기 전극 유닛은 또한 압전층의 두께 전체에 걸쳐 전단 모드의 역학적 파동을 발생시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 제1 음향 반사층은 상기 하부 전극층으로부터 멀어질수록 두께가 두꺼워지고, 상기 제2 음향 반사층은 상기 하부 전극층으로부터 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 음향 미러는 3개의 상기 제1 음향 반사층과, 2개의 상기 제2 음향 반사층을 포함하고,
상기 음향 미러의 상기 제1 음향 반사층 및 상기 제2 음향 반사층은 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 제1 음향 반사층의 재료는 이산화규소, 알루미늄, 벤조사이클로부텐, 폴리이미드 및 스핀유리로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하고,
상기 제2 음향 반사층의 재료는 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 백금, 질화알루미늄, 산화텅스텐 및 질화규소로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 전극 유닛은 입력 전압이 인가되도록 구성된 제1 공통전극, 접지하도록 구성된 제2 공통전극, 복수의 제1 인터디지털 전극 및 복수의 제2 인터디지털 전극을 포함하고,
각 상기 제1 인터디지털 전극은 상기 제1 공통전극에 전기적으로 연결되며, 각 상기 제2 인터디지털 전극은 상기 제2 공통전극에 전기적으로 연결되고, 각 상기 제1 인터디지털 전극과 각 상기 제2 인터디지털 전극 사이는 절연되도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기. - 제6항에 있어서,
상기 압전층 상에 배치된 패시베이션층을 더 포함하되,
상기 패시베이션층은 각 상기 제1 인터디지털 전극 및 각 상기 제2 인터디지털 전극을 피복하는 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기. - 제6항에 있어서,
상기 전극 유닛의 양측에 있는 횡방향 반사체 사이의 연결선 방향은 상기 음향파의 전파 방향이며;
상기 전극 유닛이 위치한 평면에 형성된 상기 하부 전극층의 직교투영이 상기 제1 공통전극과 상기 제2 공통전극 사이에 위치하도록, 상기 하부 전극층의 폭은 상기 제1 공통전극과 상기 제2 공통전극 사이의 간격보다 작고;
상기 평면에 형성된 각 상기 제1 음향 반사층 및 각 상기 제2 음향 반사층의 직교투영은, 상기 연결선 방향에서 상기 제1 반사체와 상기 제2 반사체를 초과하는 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기. - 제6항에 있어서,
상기 제1 반사체 및 상기 제2 반사체는 각각 적어도 하나의 전극 스트립을 포함하고;
상기 제1 반사체 내에서 상기 전극 유닛에 가장 가까운 하나의 전극 스트립의 중심과 상기 전극 유닛의 제1측 가장자리에 있는 인터디지털 전극의 중심 사이의 거리는, 상기 음향파의 파장의 1/8배 내지 2배이며;
상기 제2 반사체 내에서 상기 전극 유닛에 가장 가까운 하나의 전극 스트립의 중심과 상기 전극 유닛의 제2측 가장자리에 있는 인터디지털 전극의 중심 사이의 거리는, 음향파의 파장의 1/8배 내지 2배인 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기. - 제6항에 있어서,
상기 제1 공통전극 상에 배치된 제1 금속부재 및 상기 제2 공통전극 상에 배치된 제2 금속부재를 더 포함하되,
상기 제1 금속부재 및 상기 제2 금속부재의 두께는 상기 전극 유닛의 두께보다 크고, 상기 제1 금속부재 및 상기 제2 금속부재는 상기 음향파의 전파 방향과 수직인 제2 방향에서 음향 반사를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 하부 전극층이 위치한 평면에 형성된 각 상기 제2 음향 반사층의 직교투영은 상기 음향파의 전파 방향과 평행하는 제1 방향에서 상기 하부 전극층의 양측을 초과하거나, 또는 상기 하부 전극층이 위치한 평면에 형성된 각 상기 제1 음향 반사층 및 각 상기 제2 음향 반사층의 직교투영은 상기 하부 전극층에 의해 커버되는 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 전극 유닛은 상기 횡방향 반사체와 동일한 재료로 이루어지며, 금속 및 합금으로부터 선택되는 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
모든 상기 제2 음향 반사층보다 상기 하부 전극층에 더 가까이 배치된 상기 제1 음향 반사층이 하나 존재하는 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
캐리어 웨이퍼를 더 포함하되,
상기 음향 미러는 상기 캐리어 웨이퍼 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기. - 제14항에 있어서,
상기 캐리어 웨이퍼와 상기 음향 미러 사이에 본딩 보조층이 더 배치되는 것을 특징으로 하는, 두께방향으로 전단 모드가 여기되는 음향 공진기.
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