KR940009395B1 - 복수의 전극을 갖는 서페이스-아코스틱-웨이버필터(Surface-Acoustic Waver Filter) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

복수의 전극을 갖는 서페이스-아코스틱-웨이버필터(Surface-Acoustic Waver Filter)

제1도는 SAW 장치에 사용되는 대표적인 인터디지탈 전극(inter digital electrode)의 각종 기하학적 파라미터를 나타낸 도면.

제2a도 및 제2b도는 SAW 장치의 전극 배열을 개략적으로 나타낸 도면.

제3도는 SAW 장치에 설비된 종래의 인터디지탈 전극들과 반사기들을 나타낸 도면.

제4도는 대표적인 종래의 SAW 필터의 주파수 특성을 나타낸 그래프.

제5도 및 제6도는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 복수의 입력 및 출력 전극들을 갖는 간단화된 SAW 필터의 전송기능 및 대응하는 주파수 특성을 각각 나타낸 도면.

제7a도 및 제7b도는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 SAW 장치의 인터디지탈 전극들의 간단화된 구성을 나타낸 도면.

제8a도 및 제8b도는 본 발명에 의해서 달성된 사이드로브들(side lobe)의 제거를 나타낸 그래프들.

제9a∼9c도는 본 발명에 의해서 사용되는 SAW 장치의 각종 전극 배열을 나타낸 도면.

제10도는 본 발명의 SAW 장치에 사용되는 전극의 구성 및 본 발명의 기본적 특징을 나타낸 도면.

제11도는 출력용 전극의 핀거(finger)쌍수에 대한 입력용 전극의 핀거쌍수를 최적화함으로써 사이드로브의 억제가 달성되는 제1실시예의 원리를 나타낸 그래프.

제12도는 입력용 전극의 핀거쌍수와 출력용 전극의 핀거쌍수가 최적화된 제1실시예의 원리를 나타낸 다른 그래프.

제13도는 제1실시예에 의한 SAW 장치의 주파수 특성도.

제14도는 본 발명의 제2실시예에 의한 SAW 장치에 대한 시뮤레이숀에 의해서 얻어진 주파수 특성도.

제15도는 본 발명의 제2실시예에 의한 SAW 장치에 대한 관찰 주파수 특성도.

제16도는 입력 및 출력용 전극들의 상이한 설정을 위한 제3실시예의 SAW 장치에 대한 시뮤레이숀에 의해서 얻어지는 주파수 특성도.

제17도는 제3실시예의 SAW 장치에 대해서 관찰한 제16도에 상당하는 주파수 특성도.

제18도는 제2 및 제3실시예의 원리를 나타내는 것으로 SAW 장치내의 핀거쌍의 최적감소율(α)을 선택하여 얻은 최적 사이드로브억제도를 나타낸 도면.

제19도는 제2 및 제3실시예들의 원리를 나타내는 것으로, 입력용 전극과 출력용 전극의 핀거 전극쌍수간의 최적관계를 나타내는 도면.

제20도는 제4실시예의 원리를 나타내는 것으로 입력 및 출력용 인터디지탈 전극들간의 분리간격과 통과대역간의 관계를 나타낸 도면.

제21도는 시뮤레이숀에 의해서 얻어지는 본 발명의 제4실시예에 의한 SAW 장치의 주파수 특성도.

제22도는 제4실시예에 의한 SAW 장치에 대해서 관찰한 주파수 특성도.

제23도는 제4실시예의 원리를 나타내는 것으로 반사기를 형성하는 핀거 전극쌍수와 통과대역간의 관계를 나타낸 도면.

제24a∼24c도는 본 발명의 제4실시예에 의한 SAW 장치의 주파수 특성도.

제25도는 본 발명의 제6∼9실시예의 원리를 설명하기 위한 임펄스응답을 나타낸 도면.

제26도는 본 발명의 제6∼9실시예의 원리를 설명하기 위하여 통과대역 위의 제1에코(echo)의 지연효과를 나타낸 도면.

제27도는 본 발명의 제5실시예에 의한 SAW 장치의 구성을 나타낸 도면.

제28도는 본 발명의 제6실시예에 의한 SAW 장치의 구성을 나타낸 도면.

제29도는 본 발명의 제7실시예에 의한 SAW 장치의 구성을 나타낸 도면.

제30도는 본 발명의 제8실시예에 의한 SAW 장치의 구성을 나타낸 도면.

제31도는 본 발명의 제5실시예의 임펄스 응답과 주파수 특성을 나타낸 도면.

제32도는 본 발명의 제6실시예의 임펄스 응답과 주파수 특성을 나타낸 도면.

제33도는 본 발명의 제7실시예의 임펄스 응답과 주파수 특성을 나타낸 도면.

제34도는 본 발명의 제8실시예의 임펄스 응답과 주파수 특성을 나타낸 도면.

제35도는 제6실시예중의 홈의 깊이와 통과대역간의 관계를 나타낸 도면.

제36도는 제6실시예중의 홈의 깊이와 중심 주파수간의 관계를 나타낸 도면.

제37도는 제8실시예중의 홈의 깊이와 통과대역간의 관계를 나타낸 도면.

제38도는 제8실시예중의 홈의 깊이 중심 주파수간의 관계를 나타낸 도면.

제39a∼39e도는 선택된 인터디지탈 전극의 핀거 사이에 홈들을 형성하는 공정스텝들을 나타낸 도면.

제40a∼40e도는 인터디지탈 전극들의 핀거전극의 몇몇 전극들에 대응하여 재료층들을 형성하는 공정스텝들을 나타낸 도면.

본 발명은 일반적으로는 소위 복수의 전극을 갖는 서페이스-아코스틱-웨이버장치에 관한 것이며 더 구체적으로는 장치의 특성을 최적화하기 위한 서페이스-아코스틱-웨이버장치의 입력 및 출력용 전극의 구성에 관한 것이다.

최근에 정보처리 기기와 통신기기의 고속화에 대한 요구때문에 반송파나 신호파에 사용되는 주파수대가 고주파역으로 옮겨져 왔다. 주파수대역의 그와 같은 옮김에 수반되어 그와 같은 고주파대역에서 동작 가능한 필터들이 요구된다. 이 목적을 위하여 SAW 필터들과 같은 서페이스-아코스틱-웨이버(이후 SAW라 약기한다)장치들이 사용된다.

장래에 기대되는 개발이란 관점에서 특히 자동차 전화기 및 휴대전화기의 분야에서 통과대역내에서 균일한 대역-통과 특성을 유지하면서 통과대역 밖의 주파수역에서 급격한 감쇠특성을 갖는 SAW 장치를 개발하는데 노력이 경주되었다. 종래의 유전필터(dielectric filter) 대신에 SAW 장치를 사용함으로써 필터의 크기를 약 1/30로 줄일 수 있고 따라서 전화기의 크기를 줄일 수 있다.

SAW 필터와 같은 대표적인 SAW 장치는 큰 전기-기계 결합 계수와 주파수의 적은 온도계수를 갖는 압전체 기판(piezo-electric subst-rate)을 사용한다.

예를들면 LiTaO₃단결정을 널리 사용하고 있다. LiTaO₃결정은 소정방향으로 잘리고 인터디지탈 전극들이 입력 및 출력용 전극으로서 기판위에 설비된다.

제1도는 대표적인 인터디지탈 전극을 특징지우는 기하학적 파라미터를 나타내고 있다.

제1도를 참조하면 전극은 제1부분(EL1)과 제2부분(EL2)을 포함하고 각각은 폭(W)을 갖고 간격(S)만큼 인접핀거와 떨어진 다수의 피거(finger)(f₁∼f_n) 또는 (g₁∼g_n)를 갖고 있다. 표면 음파의 파장을 λ로 나타내면 폭(W)과 간격(S)는 일반적으로 W=S=λ/4를 만족시키도록 세트된다. 그리하여 P로서 제1도에 한정되는 피치는 P=λ/2로 설정된다. 또 전극(EL1)의 각 핀거와 전극(EL2)의 핀거는 제1도에 나타낸 바와같이 균일하게 겹치게 형성되어 설비되어 있다. 그와 같은 전극을 유니폼 오버랩 전극(uniform over lap electrode)이라 칭한다.

835MHZ의 중심대역 통과 주파수를 갖는 SAW 필터를 형성할때에 예를들면 피치(P)는 2.45μm로 세트되고 한편 폭(W)과 간격(S)은 표면음파의 X방향으로의 속도 4090m/sec에 대응하여 1.23μm로 세트된다. 상기 속도가 835MHZ의 표면음파에 대해 4.9μm의 파장(λ)을 제공하는 것에 주목해야 한다. 일반적으로 그와 같은 전극쌍(EL1, EL2)이 설비된다. 한편, 자동차용 전화기 또는 휴대용 전화기등의 SAW 장치의 특정 적용에 있어서는 작은 인서숀로스(insertion loss), 넓은 통과대역(pass band) 및 통과대역밖의 주파수 성분에 대한 큰 억제 특성을 갖는 장치가 요구된다. 예를들면 인서숀로스 3∼5dB이하, 통과대역은 25MHZ 이상, 사이드로브 억제도는 24∼25dB 이상이 중심주파수 835MHZ를 갖는 SAW 필터에 요구된다.

이들 각종 요구들을 만족시키기 위하여 다전극구성(multi electrode construction)(Lewis M. Ultrasonics Synposium proceedings, P. 12 1982)을 갖는 SAW 장치를 포함한 각종 제안이 되어 있다.

제2a 및 제2b도는 다전극 SAW 장치의 블록도를 나타내고 있으며, 제2a도는 기수의 전극들이 설비된 경우를 나타내고 제2b도는 우수한 전극들이 설비된 경우를 나타내고 있다. 도면에서 SAW 장치는 압전체 결정(piezoeletric Crystal)의 동일표면 위에 교호에 설비된 다수의 인터디지탈 입력용 전극(2)과 다수의 인터디지탈 출력용 전극(3)을 갖고 있다. 전극들(2, 3)의 양측에 한쌍의 반사기(4)가 설비되고 전극(2)이 입력용 단자(20)에 연결되고 전극(3)이 출력용 단자(30)에 연결되어 있다.

제2a도 및 제2b도에서 인터디지탈 전극을 형성하는 핀거 전극쌍의 수는 출력용 전극(3)에 대해서는 ON으로 입력용 전극(2)에 대해서는 iN으로 나타내고 있다. 여기서 각 쌍의 전극은 전극(EL2)에 대해서는 핀거(f₂) 등의 핀거 전극과 제1도에 나타낸 대면전극(EL1)에 대해서는 핀거(g₁)등의 인접 대면측 핀거전극을 포함하고 있다. 제2a도는 6개의 입력용 전극과 5개의 출력용 전극을 갖는 SAW 장치를 나타내고 있는 한편 제2b도는 7개의 입력용 전극과 6개의 출력용 전극을 갖는 SAW 장치를 나타낸다. 이들중 어느것이나, 입력용 전극(2)과 출력용 전극(3)이 교호로 배치되어 있다.

제3도는 종래의 SAW 장치의 전극들(2, 3)을 형성하는 인터디지탈 전극을 나타내고 있다. 도면에서 볼 수 있는 바와같이 이 장치는 6개의 입력용 전극(2)과 5개의 출력용 전극(3)을 갖고 있다.

제3도를 참조하면, 이 장치는 압전체기판(1)을 갖고 인터디지탈 입력 및 출력용 전극들(2, 3)은 상호간의 간격(d)를 두고 기판(1)의 상부 주표면에 설비되어 있다. 여기서 d는 입력용 전극(2)의 중심으로부터 인접 출력용 전극(3)의 중심까지의 거리를 나타낸다. 반사기(4)는 다수의 전극대가 서로 그 양측에서 단락된 소위 단략대형이다. 간단히 하기 위하여 제3도는 전극들(2, 3)을 위하여 유니폼 오버랩 전극을 사용한 장치를 나타내고 있다. “오버랩”이란 개념이 제1도에 정의되어 있다. 제3도는 개략도이므로 각 전극의 전극핀거의 수 또는 반사기의 전극대들이 정밀하게 나타나 있지 않는 것에 주목해야 하겠다.

제3도는 SAW 장치의 특성을 향상시키기 위하여 각종 개선과 개변이 제안되어 있다. 예를들면 블란서 특허 제6911765에 핀거 전극들의 오버랩이 입력용 전극(2)과 출력용 전극(3)에 있어서 변화되는 소위 아포다이즈드 전극들(apodized electrodes)이 기재되어 있다. 한편 일본국 특개소 50-40259에는 인터디지탈 전극의 핀거전극이 핀거전극의 선택적 제거에 의해서 중량 분포가 주어져 있음이 기재되어 있다. 또 다른 예로서 일본국 특개소 49-66051는 전극핀거쌍의 수가 변화되는 것을 제안한 것이다.

제4도는 그와 같은 다전극 SAW 필터의 대역통과 특성을 나타내고 있다. 도면에서 종축은 감쇠와 인서숀로스를 나타내고 횡축은 주파수를 나타낸다. 이 예의 SAW 필터는 36°Y-X LiTaO₃기판 위에 구성되고 7개의 입력용 전극(2)과 6개의 출력용 전극(3)을 갖고 있고 입력 및 출력용 전극 모두가 핀거 전극들이 유니폼 오버랩되어 있다.

입력용 전극(2)의 대면 핀거 전극의 수를 나타내는 파라미터(iN)는 19로(iN=19) 설정되고 한편 출력용 전극(3)의 대면핀거 전극쌍의 수를 나타내는 파라미터(oN)는 30으로(oN=30) 설정되어 있다. 여기서 사용한 “대면 전극쌍”의 개념은 제1도에 개략적으로 정의되어 있다.

한편 반시기(4)는 양측에서 단락된 30쌍의 전극 스트립으로 구성되어 있다.

제4도의 특성에 있어서, 그와 같은 SAW 필터가 통과대역에 인접하여 넓은 사이드로브를 갖고 있음을 볼 수 있고 이 때문에 본 구성에 의해서 도달될 수 있는 대역밖의 감쇠는 단지 13dB로 한정된다. 또 통과대역내에서 큰 립플(ripple) 또는 딥(dip)을 이 영역에서 가능한한 평탄해야하는 특성을 볼 수 있다. 상기 문제들에 더하여 종래의 구성의 SAW 필터는 자동차용 전화기나 휴대용 전화기등에 적용을 위하여 요구되는 충분히 큰 통과대역을 제공할 수 없다는 문제를 갖고 있다. 종래에는 유전필터들이 이 목적으로 사용되었으나 이 유전필터는 그 크기가 크고 장치의 크기를 줄이는데 문제를 일으킨다.

따라서 본 발명의 일반적인 목적은 상기 문제들이 제거된 신규하고 유용한 SAW 장치를 제공하는데 있다.

더 구체적인 다른 목적은 통과대역 밖에서 큰 감쇠를 갖는 SAW 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 통과대역에 평편한 전송 특성을 갖는 SAW 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 증가된 통과대역 주파수 범위를 갖는 SAW 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 압전제 기판과, 각 입력 및 출력용 전극들을 위하여 서로 핀거 전극들이 균일하게 오버랩되고 압전체 기판의 상면에 소정방향으로 교호로 정렬되어 열을 형성하는 복수의 인터디지탈 입력 및 출력용 전극들과, 하나의 반사기가 열의 제1단에 대응하여 설비되고 하나의 반사기는 열의 제2상대단에 설비되어 있는 한쌍의 반사기를 포함하고, 각 인터디지탈 전극은 균일하게 오버랩되어 교호로 배치된 다수의 대면핀거 전극을 갖고 입력전극용 핀거전극쌍의 수는 인접 출력용 전극의 핀거전극쌍의 수와 다르고, 입력용 전극의 핀거전극쌍의 수는 각 입력용 전극마다 변화되고 출력용 전극의 핀거전극쌍의 수는 각 출력용 전극마다 변화되는 SAW 장치를 제공하는데 있고 구체적으로는 본 발명은 입력용 전극의 대면핀거 전극쌍수(iN)의 출력용 전극의 대면핀거 전극쌍수(oN)에 대한 비(γ)가 0.73±0.1(γ=iN/oN=0.73±0.01)의 값으로 설정되고 출력전극용 대면핀거 전극쌍의 수는 α=[(oN⁰-oN^m)/oN⁰ㆍm]=±(0.07±0.01)의 관계를 유지하면서 열의 중심부로부터 양단을 향해서 감소되는 최적 구성을 제공한다. 또 본 발명에 의하면 대역 주파수밖의 성분의 엄격한 억제도를 갖는 SAW 필터를 통과대역에 립플을 줄이면서 달성할 수 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각각이 인터디지탈 구성을 갖는 복수의 입력용 전극과 복수의 출력용 전극이 교호로 설비되어 인터디지탈 전극들의 양단에 배치된 한쌍의 띠형 반사기를 갖는 압전체기판을 갖으며 그 압전체기판의 출력용 인터디지탈 전극이 설비되는 영역이 인터디지탈 전극을 형성하는 핀거전극에 의해서 덮이는 부분 이외는 홈이 형성되어 있는 SAW 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 각각이 인터디지탈 구성을 갖는 복수의 입력용 전극과 복수의 출력용 전극이 교호로 설비되어 인터디지탈 전극들의 양단에 배치된 한쌍의 띠형 반사기를 갖는 압전체 기판을 갖으며 출력용 인터디지탈 전극들에 인터디지탈 전극을 형성하는 각 핀거전극에 하나의 추가층이 설비된 SAW 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 의하면 통과대역에 딥 또는 립플을 생기게 하는 임펄스응답이 인터디지탈 전극들의 핀거의 개별된 이너서(inertia)에 의해서 반사기로부터 반사되는 반사파들의 타이밍을 조정함으로써 개선된다. 그리하여 통과대역의 개선을 더 달성할 수 있다.

본 발명의 기타 목적과 특징들은 첨부도면을 참조한 다음 상세한 설명으로 부터 명백해질 것이다.

먼저 본 발명의 원리를 설명하겠다.

일반적으로 SAW 장치의 전송함수(H(ω))는 다음 식으로 표시된다.

H(ω)=Sin(iNπX)/iNπXㆍSin(oNπX)/oNπX

식 중 : N는 입력용 인터디지탈 전극의 대면 핀거쌍수를 나타내고 oN는 출력 인터디지탈 전극의 대면 핀거쌍수를 나타내고 X는 S=(f-f_o)/f_o로 정의된다.

식에서 f₀는 핀거전극들의 파라미터(λ)에 의해서 결정되는 공진주파수이다.

제5도는 iN=22, oN=30일 경우의 전송함수 (H(ω))를 도표화한 것이다. 여기서의 절대치를 대수 스케일로 도표화했다. H(ω)는 X=0에 대응하는 주파수(fo)에 대하여 정상화된다. 제6도는 SAW 필터의 주파수 특성을 나타내고 있다. 제6도에서는 전송함수(H(ω))의 입력용 인터디지탈 전극쌍들(EL1, EL1′)과, 출력용 인터디지탈 전극쌍들(EL2, EL2′)이 제7a도 또는 제7b도의 구성에 대응하여 병렬로 연결된 경우에는 전송함수는, 다음 식으로 표시된다.

H(ω)=Sin(iN¹πX)/iNπXㆍSin(oN¹-nX/oN¹)+Sin(iN²πX)/iN²πXㆍSin(oN²πX)/oN²πX

식 중 iN¹및 oN¹은 각각 입력용 전극(EL1)과 출력용 전극(EL2)의 대면 핀거쌍수를 나타내고 한편 iN²및 oN²는 각각 입력용 전극(EL1′) 및 대응하는 출력용 전극(EL2′)의 대면 핀거쌍수를 나타낸다.

여기서 상기식(H(ω))의 제1항은 제5도에 나타낸 바와같이 X=0에 대응하여 피크를 갖는 주파수 특성을 부여하고 제2항은 X=0에 일치하는 피크를 갖는 제5도와 유사한 다른 주파수 특성을 부여한다. 제1항과 제2항간의 차는 제5도의 그래프에 나타낸 사이드로브의 차에 상당된다.

따라서 적정하게 iN¹, oN¹, iN²및 oN²를 선택함으로써 제8a도 및 제8b도에 나타낸 것과 같이 제1항과 제2항에서 사이드로브들이 소거되는 것이 기대된다. 제8a도는 연속선으로 제1항에 대한 H(ω)를 나타내고 제8b도는 파선으로 제2항에 대한 H(ω)를 나타내고 있다. 소거후에 H(ω)는 제8b도에 도표화된 것이 얻어진다.

제8a도 및 제8b도는 iN¹=22, oN¹=30, iN²=16, oN²=23의 관계를 만족시키는 SAW 장치를 나타내고 있다. 이 장치에 있어서는 비 iN¹/oN¹=iN²/oN²=0.7이 유지되어 H(ω) 함수의 제1항과 제2항에 대한 유사성을 유지한다. 그렇지 않으면 제1항에 대한 H(ω)의 파도치는 경사는 제2항에 대한 H(ω)의 파도치는 경사와 달라서 사이드로브의 소거가 소망하는대로 달성되지 않을 것이다. 상기 개선에 의해서 사이드로브의 크기가 약 6dB로 감소된다. 원리적으로는 다전극 구성의 SAW 필터의 사이드로브의 최소화는 다음 식으로 정의되는 함수(H(ω))의 사이드로브를 최소화시키는 파라미터 세트를 찾아냄으로써 달성될 수 있다.

다시 말하면 함수(H(ω))의 사이드로브를 최소화시키는 파라미터 세트(iNⁿ및 oNⁿ)(n=1, …, M)는 필요한 해(solution)를 제공한다. 그러나 상기식은 전극들의 단부에서의 윰파들의 반사 및 전송효과를 포함하고 있지 않아서 실제장치의 분석에 적용될 수 없다. 또 상기식은 여러가지 변수들을 포함하고 있어서 H(ω)함수의 최소치를 분석적인 접근방법에 의해서 찾아내기는 극히 어렵다.

따라서 본 발명자등은 상기 목적으로 시뮤레이숀툴(Simulation tool)을 스미스(smith)의 등가회로설(WR. Smith etal, LEEE Trans. On MTT. Vol. MTT-20. no 7, P. 458, 1972)을 기본으로 하여 개발했다.

이 접근방법에 있어서 압전체의 전기-기계적 특성은 기계적 출력단자들(1′, 2′)에 대응하는 기계적 입력단자(1, 2)과 전기적 출력단자(3′, 4′)에 대응하는 전기적 출력 단자들(3′, 4′)를 갖고 그 응답특성이 다음 4×4전송 매트릭스(F-매트릭스)로 표시되는 4단자회로망에 의해서 나타내진다.

여기서 e₁및 i₁은 기계적 입력단자들(1, 2)에 공급되는 음파 압력과 입자속도에 대응하는 등가전압과 전류를 나타내고 e₂및 i₂는 기계적 출력단자들(1′, 2′)로부터 얻어지는 대응하는 등가전압과 전류를 나타내고 e₃및 i₃은 회로망의 전기적 입력단자들(3, 4)로 공급되고 인터디지탈 전극에 가해지는 전압 및 전류를 나타내고 e₄및 i₄는 회로망의 전기적 출력단자들(3′, 4′)에서 얻어지고 인터디지탈 전극에서 얻어지는 전압 및 전류를 나타낸다.

다음 매트릭스에서, 계수를 형성하는 파라미터들은 다음과 같이 정의된다.

여기서 C_o: 단일 핀거전극당의 정정용량

Z_o: 자유표면의 음향임피던스

Z_m: 전극아래의 음향임피던스

V_g: 자유표면에서의 음파속도

V_m: 전극아래의 음파속도

θ_g: 자유표면 아래의 음파의 위상 회전량

θ_g=[(k²+2)/(k²+4)]ㆍ(πf/f_o)

θ_m: 전극아래의 음파의 위상 회전량

θ_m=[2/(k²+4)]ㆍ(πf/f_o)

k²: 기판이 36°Y-XLiTaO₃의 단결정일 경우에 0.05인 전기기계 결합계수

f_o: 인터디지탈 전극의 피치(λ_O)에 의해서 결정되는 공진주파수(V_g/λ_O)

상기 4×4전송 매트릭스를 기본으로 하여 입력용 전극들, 출력용 전극들, 반사기들및 SAW 전파로가 포함된 시스템을 위해서 식이 얻어진 것이다. 따라서, 이 시스템은 10×10요소들의 F-매트릭스를 갖는 10단자 회로망에 의해서 나타내진다.

식(1)이 입력전극만을 위한 함수(H(ω))를 나타내는 것에 주목해야 한다.

실제 SAW 장치에 있어서는 출력용 전극과 입력용 전극에 더하여 2개의 반사기가 설비되어 있다. 이 때문에 2개의 추가단자가 출력용 전극을 위하여 2개의 반사기를 위한 4개의 전기적 단자와 함께 추가되어 있다. 따라서 단자들의 수가 10개로 되고 F-매트릭스는 10×10의 요소를 갖는다.

또 적정한 부하조건을 설정함으로써 상기 시스템은 한쌍의 입력단자와 한쌍의 출력단자를 갖는 2단자 회로망으로 전환된다. 주파수 함수로서 정의되는 A, B, C 및 D의 매트릭스요소를 갖는 2×2구성의 F-매트릭스로 된다. (여기에 참조된 사또등의 “핀거쌍수에 대한 비중부여법을 사용한 500MHZ의 SAW필터”19차 심포지움 PP. 29-34, 1990.5.11) 다음식은 이 시스템의 전송특성을 나타낸다.

S₂₁=2ㆍSQRT(R_inㆍR_out)/(AㆍR_out+B+CㆍR_inㆍR_out+DㆍR_in)…………………………(2)

식 중 R_in는 소오스 임피던스를, R_out는 부하 임피던스를 나타낸다.

본 발명에 있어서 시뮤레이숀툴로서 상기 식(2)를 사용하여 광범위한 시뮤레이숀을 행하고 사이드로브의 억제도가 가장 효과적인 최적조건이 서치된다. 또 시뮤레이숀의 결과를 확인하기 위하여 SAW 장치의 시료를 제조하여 시험했다.

이하에 본 발명의 실시예를 설명하겠다.

제9a∼9c도는 본 발명에 의한 SAW 장치의 기본 구성을 나타낸 블럭도이다.

제9a도는 5개의 출력전극(3_M, 3_M-1, 3_M-2, 3_M-3)을 6개의 입력전극(2_M, 2_M-1, 2_M-2, 2_M-3)과 해칭으로 나타낸 중앙의 출력용 전극(3_M)에 대해서 입력 및 출력용 전극이 대칭 배치되게 조합되어 사용된 경우를 나타내고 있고 제9b도는 6개의 출력용 전극(3_M, 3_M-1, 3_M-2, 3_M-3)이 7개의 입력용 전극(2_M, 2_M-1, 2_M-2, 2_M-3)와 중앙의 입력용 전극(iN⁰)에 대해서 대칭 배치되게 조합되어 사용된 경우를 나타내고, 제9c도는 6개의 출력용 전극(3_M, 3_M-1, 3_M-2, 3_M-3)이 7개의 입력용 전극(2_M, 2_M-1, 2_M-2, 2_M-3)과 통상 비대칭 배열되게 조합되어 사용된 경우를 나타내고 있다.

제9a∼9c도에서 부호 4로 지시한 것은 반사기를 나타내고 있다.

제9a∼9c도에서는 가장 많은 대면 핀거쌍수를 갖는(“쌍”이라는 개념에 대해서는 제1도 참조) 출력용 전극이 해칭에 의하고 3_M로 지시하고 있는 것에 주목해야 한다. 여기서 제8a도 및 제8b도를 참조하여 설명한 사이드로브의 소거를 달성하기 위하여 상기 전극(3_M)의 양측에 있는 출력전극들(3_M, 3_M-1, 3_M-2, 3_M-3…)이 전극(3_M)에서 떨어짐에 따라서 일정하거나 연속적으로 감소되는 (oN⁰≥oN¹≥oN²≥oN³, …)대면 핀거쌍수(oN¹, oN², oN³, …)를 갖어야 한다.

마찬가지로 출력용 전극(3_M)의 양측에 있는 입력용 전극들(2_M)도 입력용 전극들 중에서 가장 큰 핀거쌍수(iN^o)를 갖으며 입력전극들(2_M)의 양측에 횡으로 위치한 입력전극들(2_M-1, 2_M-2, 2_M-3)이 입력전극(2_M)에서 멀이짐에 따라서 감소되는 (iN¹≥iN²≥iN³, …)대면 핀거쌍수(iN¹, iN², iN³, …)를 갖는다. 또 전극(2_M) 등의 각 입력용 전극이 전극(3_M) 등의 대응하는 출력용 전극쌍수와, 다른 핀거쌍수를 갖는다. 즉 iN⁰≒oN⁰, iN¹≒oN¹, iN²≒oN², …이다.

제10도는 제9a도의 전극들(2_M, 2_M-1, 2_M-2, 3_M, 3_M-1, 3_M-2)을 개략적으로 나타내고 있다.

제11도는 제10도의 SAW 장치를 위하여 행해진 시뮤레이숀의 결과를 나타내고 있다. 이 시뮤레이숀에 있어서는 모든 파라미터들(oN⁰, oN¹, oN², …)은 oN으로 고정되고 모든 파라미터들(iN⁰, iN¹, iN²)이 iN과 같이 설정되고 최대 사이드로브억제도를 제공하는 조건이 파라미터(iN)의 값을 바꾸면서 파라미터(oN)를 30으로(oN=30), 설정함으로써 서치된다.

이 시뮤레이숀 결과로부터 알 수 있는 바와같이 20과 24간의 범위(iN)가 20dB라는 최대 사이드로브억제 공차에 대응하여 22±2로 결정된다.

제12도는 시뮤레이숀 결과 발견된 파라미터(iN)와 파라미터(oN)간의 최적 관계를 나타내고 있다. 제11도의 시뮤레이숀과는 달라서 파라미터(oN)가 이 시뮤레이숀에서는 30으로 고정되지 않고 파라미터(iN)와 함께 여러 가지로 변화되어 22dB 이상의 사이드로브억제도를 부여하는 최적조건이 얻어졌다. 이와 같이 발견된 최적 관계는 일반적으로 사이드로브억제를 위하여 경사(γ)가 0.73±1 또는 2dB의 공차를 갖는 경사

γ=0.73±0.07………………………………………………………………………(3)

를 갖는 직선에 의해서 나타내진다.

상기 발견을 기본으로하여 본 발명의 출원자는 36°Y-K LiTaO₃단결정기판(두께 : 0.5mm, 폭 : 1.2mm, 길이 : 2.2mm) 위에 SAW 장치가 구성되어 있는 본 발명의 제1실시예에 의한 SAW 장치의 시료를 제조했다. 인터디지탈 전극들(2_M, 2_M-1, 2_M-2, 3_M, 3_M-1, 3_M-2)은 먼저 두께 170nm의 Al-Cu합금층을 스퍼터링하고 증착된 합금층을 인터디지탈 전극이 폭이 W이고 836MHZ의 주파수를 갖는 표면음파의 λ/4에 대응하여 1.2μm의 간격(5)(제1도의 참조)를 갖도록 패턴닝하여 기판의 상부 주표면위에 형성했다. 36°Y-X LiTaO₃의 기판(1)은 4090m/sec의 표면 파속도를 갖는다. 따라서 이 표면음파가 4.9μm 의 파장을 이 기판위에 갖음을 주목해야 한다.

따라서 본 실시예의 SAW 장치는 836MHZ의 중심 주파수를 갖는 표면음파를 통과시키도록 설계되었다. 이에 수반하여 피치(P)가 λ/2에 대응하여 2.4μm로 설정했다. 전극 형성 공정은 공지의 것이므로 그에 대한 설명을 생략하겠다.

제조된 SAW 장치는 제9b도에 나타낸 것과 같이 7개의 입력용 전극과 6개의 출력용 전극을 갖으며 입력용 전극의 핀거쌍수(iN)는 제11도의 발견에 대응하여 입력전극들(2_M∼2_M-3)에 걸쳐서 22(iN=22)로 설정되었다. 한편 6개의 출력용 전극(3_M-1∼3_M-3)의 핀거쌍수(oN)는 모두 30(oN=30)으로 설정되었다. 따라서 입력 파라미터(iN)의 출력 파라미터(oN)에 대한 비(γ=iN/oN)가 0.73으로 설정된다. 또 이 실시예에서는 출력용 전극의 중심과 입력용 전극의 중심간의 간격(d)은 d=(n+0.25)ㆍλ의 관계를 만족시키도록 설정되었다. 여기서 n은 정의 정수이다. 한편 전극들의 양측에 있는 반사기(4)는 각각 30쌍의 전극 스트립을 갖는 오픈-스트립형을 갖도록 형성되었다.

제10도에 나타낸 바와같이 이 오픈-스트립형 반사기는 그 뿌리부분에서 서로 연결되고 한편 핀거들의 선단이 연결되지 않는 제1그룹과 제2그룹의 병렬 핀거들을 포함하고 제1그룹은 접지에 연결된 뿌리부분을 갖고 한편 제2그룹은 떠 있는 뿌리부분을 갖고 있다.

제13도는 본 실시예의 SAW 장치에 대하여 얻어진 주파수 특성을 나타내고 있다. 제4도의 특성도와 비교하면 사이드로브의 억제도가 13dB로부터 18dB로 현저히 향상되어 있는 것을 볼 수 있다. 또 대역통과 특성이 통과대역에서의 립플이나 딥이 감소됨을 나타낸 것과 같이 향상되어 있다. 한편 본 실시예에 의해서 달성된 통과대역과 대역 밖의 거절은 아직 만족스러운 것이 못 된다.

다음에 본 발명의 제2실시예를 설명한다. 이 실시예의 SAW 장치의 기본구성은 실질적으로 동일하므로, 구성 설명은 생략하겠다.

이 실시예에서는 출력용 전극들(3_M-1∼3_M-3)의 핀거쌍수를 설정하는 파라미터(oN)가 중앙전극으로부터 횡측을 향해서 점차적으로 변화되어 있다. 그리하여 핀거쌍수가 전극들(3_M, 3_M-1, 3_M-2)에서 oN⁰로부터 oN¹, oN²로 변화된다. 여기서 파라미터(oN⁰)은 최대치수를 나타내고 파라미터 oN²는 최소치를 나타낸다. 한편 γ=0.73±0.06관계는 유지된다. 이것은 파라미터(iN)가 그에 대응하여 iN⁰, iN¹, iN²및 iN³로 전극들(2_M, 2_M-1, 2_M-2, 2_M-3)에 대응하여 변화됨을 뜻한다. 본 실시예에서는 파라미터들은 다음과 같이 설정된다.

oN⁰=30, oN¹=28, oN²=26

iN⁰=22, iN¹=20, iN²=19, iN³=19,

여기서 파라미터 α는 다음 식으로 정의된다.

α=±(oN⁰-oN^m)/oN⁰ㆍm………………………………………………………(4)

이 파라미터(α)는 핀거쌍수의 감소율을 나타내고 파라미터(m)는 정의 정수이다. 상기의 세트에서는 파라미터(α)는 0.07이다.

제14도는 제2실시예의 SAW 장치를 위하여 행해진 시뮤레이숀 결과를 나타내고 있고 제15도는 실제 제조된 장치에 대해서 관찰한 특성도이다. 본 실시예의 SAW 장치에서는 기판의 재료와 크기는 제1실시예와 동일하다. 또 인터디지탈 전극의 형성은 동일하므로 본 실시예의 장치의 구성에 대한 설명은 생략하였다.

제14도에서 볼 수 있는 바와같이 25dB라는 사이드로브의 억제도는 시뮤레이숀과 실험의 양자로 달성된다. 또 제14도와 제15도에 Δf_PB로 지시한 통과대역이 약 25MHZ 이상의 범위로 취해지고 후에 시험시에 달성된다.

다음에 본 발명의 제3실시예를 설명하겠다.

이 실시예에서는 SAW 장치의 전극들의 배열이 비대칭으로 배치되어 있다.

제9c도를 참조하면 핀거전극쌍의 수가 전극들의 좌우측에서 비대칭으로 변화되어 있다.

이 실시예에서는 출력용 전극(3_M)은 핀거전극쌍수(oN⁰)가 34(oN⁰=34)이고, 전극(3_M)의 우측에 있는 출력용 전극(3_M-1)은 핀거전극쌍수(oN⁺¹)가 32(oN⁺¹=32)이고, 전극(3_M)의 좌측에 있는 출력용 전극(3_M-1)은 핀거전극쌍수(oN^-1)가 32(oN^-1=32)이고 전극(3_M-1)의 우측의 출력용 전극(3_M-2)의 핀거전극쌍수(oN^-2)는 30(oN^-2=30)이고, 전극(3_M-2)의 우측의 전극(3_M-3)은 핀거전극쌍수(oN⁺³)가 28, (oN⁺³=28)이고, 전극(3_M-3)의 우측의 전극(3_M-4)은 핀거전극쌍수(oN⁺⁴)가 18(oN⁺⁴=18)이다.

이에 대응하여 출력용 전극(3_M)의 양측에 있는 입력용 전극(2_M)은 핀거전극쌍수(iN⁰)가 24(iN⁰=24)이고, 출력용 전극(3_M-1)의 우측에 있는 입력용 전극(2_M-1)은 핀거전극쌍수(iN¹)가 22(iN¹=22)이고 전극(3_M)와 전극(2_M)의 좌측에 있는 입력용 전극(2_M-1)은 핀거전극쌍수(iN^-1)가 22(iN^-1=22)이고, 출력용 전극(3_M-2)은 핀거전극쌍수(iN⁺²)가 20(iN⁺²=20)이고 출력용 전극(3_M-3)의 우측에 있는 입력용 전극(2_M-3)은 핀거전극쌍수(iN⁺³)가 28(iN⁺³=28)이고 출력용 전극(3_M-4)의 우측에 있는 출력용 전극(3_M-4)은 핀거전극쌍수(iN⁺⁴)가 18(iN⁺⁴=18)이다.

제16도는 이 장치에 대해서 관찰한 시뮤레이숀의 결과를 나타내고 제17도는 실제로 나타낸 이 장치의 주파수특성을 나타내고 있다. 양 도면에서 볼 수 있는 바와같이 25dB의 사이드로브 감쇠와 극히 평탄한 통과대역 특성이 달성되어 있다.

제18도는 얻은 사이드로브 억제도와 핀거전극쌍수의 감소율을 나타내는 파라미터(α)간의 관계를 나타내고 있다.

제18도에서 볼 수 있는 바와같이 대역외 감쇠 또는 사이드로브 억제도의 최대치가 α가 0.07일 때이다. 사이드로브 억제의 허용범위 23∼25dB를 고려하면 최적 파라미터(α)는 다음식으로 결정된다.

α=0.07+0.03/-0.01……………………………………………………………(5)

제18도에서 계산치와 실험치의 훌륭한 일치를 볼 수 있다.

제19도는 입력 및 출력용 전극들의 핀거전극쌍수와 최대쌍수를 갖는 전극으로부터 측정한 전극의 순서를 나타내는 번호(＃)간의 관계를 나타내는 도면이다. 이 번호(＃)는 정 또는 부의 정수이고 0(영)을 포함한다. 이 도면은 압전체기판의 상부 주표면 위에 설비되어 SAW 장치를 형성하는 입력 및 출력용 전극들의 핀거전극쌍수간의 최적관계를 제공하고 있다. 도시한 관계에서 앞에서 얻어진 γ=iN/oN=0.73±0.1의 관계와 α=±(oN⁰-oN^m)/oN⁰ㆍm=0.07+0.03/-0.01의 관계는 둘다 만족되었다.

다음에 본 발명의 제4실시예를 설명하겠다. 이 실시예에서 통과대역내의 리플의 감소가 본 발명의 상기 실시예들을 사용하여 입접하는 입력용 전극과 출력용 전극을 리플(ΔSr)의 크기가 1.5dB 이하인 영역으로 정의되는 통과대역이 실질적으로 증가되도록 조정하여 시도되어 있다. 이 통과대역(Δf_PB)과 리플(ΔSr)은 제14도와 제15도에 이미 도시하였다.

본 실시예에서는 인접하는 입력전극과 출력전극간의 거리(d)(제10도)는 다음식에서, 파라미터(β)를 각종으로 변화시킴으로써 변화된다.

d=(n+β)ㆍλ

여기서 β는 1보다 적은 실수(β＜1)이고 n은 정수이다. 이 공정중에서 전술한 γ=0.73±0.07과 α=0.07±0.01의 관계들이 유지된다 :

제20도는 최적치(β)를 찾기 위한 시뮤레이숀과 실험결과를 나타내고 있다. 통과대역(Δf_PB)이 더 큰 값을 나타내는 실험 데이타를 갖는 실험과 시뮤레이숀간에는 병렬관계가 있다. 실험에서 25MHZ 이상의 통과대역(Δf_PB)은 파라미터(β)를 0.17∼0.25 또는

β=0.17∼0.25………………………………………………………………………(6)

로 되도록 선정함으로써 달성될 수 있다.

제21도는 제9b도에 나타낸 것과 같이 7개의 입력용 전극과 6개의 출력용 전극을 갖는 본 실시예의 SAW 필터의 주파수 특성을 나타내고 있다. 여기서 파라미터들은 관계들(oN⁰=30, iN⁰=22, γ=0.73±0.07, α=0.07±0.01, β=0.2)을 만족시키도록 설정된다. 30쌍의 전극 스트립을 갖는 오픈스프립형 반사기가 반사기(4)를 위하여 사용되었다. 한편 제22도에는 실제로 제조되었던 동일 SAW 장치의 주파수 특성을 나타내고 있다.

제21도와 제22도에서 명백히 볼 수 있는 바와같이 26MHZ의 큰 통과대역(Δf_PB)이 시뮤레이숀으로 얻어지고 한편 더 큰 통과대역 28MHZ가 실험에 의해서 얻어졌다.

다음에 본 발명의 제5실시예를 통과대역(Δf_PB)에 대한 반사기(4)의 효과를 나타내는 제23도를 참조하여 설명하겠다. SAW 장치의 각종 파라미터들을 제23도에 나타냈다. 따라서 이 SAW 장치는 다음 관계들을 만족시키고 있다.

oN⁰=30, γ=0.73, β=0.2

iN⁰=22, α=0.07

제23도는 통과대역(Δf_PB)과 반사기(4)를 형성하는 전극쌍수간의 관계를 나타내고 있다. 도면에서 볼 수 있는 바와같이 최대 통과대역은 반사기 전극쌍수(N_H)을 대략 다음 관계와 같도록 설정함으로써 얻어진다.

N_H=oN⁰(1±0.17)……………………………………………………………………(7)

제24a∼24c도는 본 실시예의 SAW 장치의 주파수 특성을 나타내고 있으며 제24a도는 반사기(4)가 사용되지 않는 경우를 나타내고 제24b도는 반사기(4)가 30쌍의 전극스트립을 갖는 경우를 나타내고 제24c도는 반사기(4)가 60쌍의 전극 스트립을 갖는 경우를 나타내고 있다. 여기서 볼 수 있는 바와같이 식(7)을 만족시키는 반사기(4)를 갖는 제24b도의 경우가 가장 큰 통과대역(Δf_PB)을 제공한다. 전술한 제1실시예∼제5실시예에서는 중심주파수(f₀)가 결코 836MHZ에 한정되지 않고 미국표준(AMPS-TX)에 대응하는 836.5MHZ, AMP RX 표준을 위한 881.5MHZ, 일본국 표준 NTT를 위한 932.5MHZ, NTT를 위한 887.5MHZ등의 기타 주파수일 수도 있음에 주목해야 한다. 이것은 시뮤레이숀이 정상화된 주파수(f/f₀)의 형태의 주파수를 나타냄으로써 행해지기 때문이다.

또 본 발명은 전술한 7-입력/6-출력 전극배열의 SAW 장치들에 결코 한정되지 않고 8-입력/7-출력 전극배열의 장치 또는 제9a도에 나타낸 6-입력/5-출력 전극배열의 장치에도 적용될 수 있다. 특히 식(5), (6) 및 식(7)에 의해서 나타낸 파라미터(α, β, γ)에 대한 관계들은 6-입력/5-출력 전극배열을 갖는 SAW 장치 또는 8-입력/7-출력 배열을 갖는 장치에도 유용하다.

이하에 주파수 특성을 위한 핀거전극들의 개변 이너서를 갖는 SAW 장치의 구성에 관하여 설명하겠다.

제25도는 멀티플 인터디지탈 전극을 갖는 대표적인 SAW 장치의 일반적인 임펄스응답을 나타내고 있다. 도면에서 볼 수 있는 바와같이 주응답(R_m)이 나타나고 제1지연시간(τ_1A) 후에 제1에코(echo)-A가 나타난다. 쉽게 이해할 수 있는 것과 같이 이 제1응답은 인터디지탈 전극의 핀거에서 생긴 반사에 크게 영향을 받는다. 따라서 기판과 핀거전극간의 음향 임피던스에 큰차가 있을때에 제1에코는 더 적은 지연시간(τ_1B)(τ_1B＜τ_1A)에 의하여 특정지워지는 에코-B에 의해서 제25도에 나타낸 형태를 갖는다.

SAW 필터의 통과대역내의 리플이 실질적으로 인터디지탈 전극의 핀거들에 의한 반사에 의해서 예민하게 영향받는 것은 공지의 사실이다. 예를들면 제1에코의 지연(τ₁)와 리플 주파수간의 관계가 Δrf=1/τ₁을 보지하고 있다.

이에 대응하여 리플주파수에 의해서 결정된 통과대역의 크기는 제26도에 나타낸 것과 같이 지연값(τ_1A또는 τ_1B)에 따라서 변화된다. 따라서 SAW 필터의 임펄스응답을 적절히 조정함으로써 통과대역이 확장될 가능성이 있다. 이후 설명할 실시예에서는 그와 같은 통과대역의 팽창이 출력용 인터디지탈 전극의 핀거전극들이 이너서를 핀거들간에 홈을 설비하거나 핀거의 무게를 더하여 변경하여 달성된다.

다음에 본 발명의 제6실시예를 설명하겠다. 이 실시예는 통과대역(Δf_PB)을 더 증가시킨 예이다. 도면에서 이전에 설명한 부분에는 동일부호를 부여하여 그에 대한 설명을 생략하겠다.

제27도를 참조하면 각 입력용 인터디지탈 전극(2)은 다수의 핀거전극들(21)을 갖고 있으며 각 출력용 인터디지탈 전극(3)은 다수의 핀거전극들(31)을 갖고 있고 각 반시기(4)는 기판표면 위에 다수의 핀거전극들 또는 스트립들(41)을 갖고 있다. 파라미터들(W, S, R, d)은 제1실시예와 같이 설정되어 있다. 따라서 이 SAW 장치는 제1실시예와 같이 중심주파수가 836MHZ이다.

이 실시예에서 출력전극들(3)에 의해서 점유되는 기판(1)의 표면은 핀거전극들(31)에 의해서 덮이는 부분을 위한 코스를 제외하고 에칭공정에 의해서 에칭된다. 따라서 핀거전극(31)의 방향으로 대표적으로 84nm의 깊이를 갖는 다수의 병렬 홈들이 형성되어 있다.

제31도는 본 실시예의 SAW 장치의 주파수 특성과 임펄스응답을 나타내고 있다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와같이 주임펄스로부터의 제1에코의 지연(τ₁)은 지연(τ₁)이 32.3nsec인 제4실시예에 비해서 31.7nsec로 감소되어 있다. 주파수 특성의 리플이 1.5dB의 범위내로 떨어지는 범위로서 정의되는 통과대역(Δf_PB)은 27MHZ로 증가되어 있다.

제28도는 제7실시예를 나타내고 있다. 이 실시예에서는 동일한 홈들(42)이 출력전극들에 의해서 점유되는 영역에 더하여 반사기(4)에 의해서 점유되는 기판의 영역내에 형성되어 있다. 따라서 이들 홈은 반사기(4)를 형성하는 핀거전극들(41)간에 핀거들(41)의 연장 방향으로 서로 평행으로 형성되어 있다. 이 홈들(42)의 깊이도 84nm로 설정되어 있다.

제31도는 본 실시예의 SAW 필터의 주파수 특성과 임펄스응답을 나타내고 있다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와같이 지연(τ₁)이 30.9nsec로 더 감소되고 있고, 이에 대응하여 통과대역(Δf_PB)이 39MHZ로 더 증가되어 있다.

본 출원자는 입력 인터디지탈 전극(2)내의 홈들을 설비함으로써 더 연구를 행하였다. 그러나 전극(2)내에 홈들을 설비하는 것이 SAW 장치의 동작 특성을 향상시키지 않는 것을 알았다. 다음 표 1에 지연(τ₁)과 통과대역(Δf_PB)간의 관계를 이들 홈을 여러 가지로 설비했을 경우에 대해서 표화하였다.

[표 1]

예를들면 동일홈들이 입력전극(2)에 형성된 실험에서는 얻은 지연(τ₁)은 32.2ns로 되고 대응하는 통과대역(Δf_PB)이 20MHz로 되고 홈들이 반사기(4)에만 형성될 경우에는 지연(τ₁)은 38.2nsec로 되고 통과대역(Δf_PB)은 8MHz로 되고 또 홈들이 입력전극(2)과 반사기(4) 모두에 형성된 경우에는, 지연(τ₁)은 35.2ns로 되고 통과대역(Δf_PB)은 20MHz로 된다. 따라서 입력용 전극(2)에 대응하여 홈들을 설비하는 것은 SAW 장치 특성의 시도된 향상이 아닌 바람직하지 않는 특성의 저하를 가져온다고 결론지어졌다.

다음에 본 발명의 제8실시예를 제29도를 참조하여 설명하겠다.

이 실시예에서는 출력전극(3)의 각 핀거에는 15nm 두께의 Cr층과 35nm의 두께로 Cr층 위에 증착된 Cr₂O₃층을 포함하는 추가층(33)이 설비되어 있다.

제33도는 본 실시예의 SAW장치의 주파수 특성과 임펄스 응답을 나타내고 있다.

제33도에서 볼 수 있는 바와같이 주임펄스와 제1에코간의 지연(τ₁)은 제5실시예와 비교하면 32.3nsec로부터 32.0nsec로 감소되어 있다.

제30도는 본 발명의 제9실시예를 나타내고 있다. 이 실시예에서도 반사기(4)의 핀거들(41)위에 추가층이 설비되어 있다. 층(33)과 같이 이층(43)은 15nm 두께의 Cr층과 35nm 두께로 Cr층위에 성장된 CR₂O₃층을 포함하고 있다.

제34도는 이 실시예의 주파수 특성과 임펄스응답을 나타내고 있다. 도면에서 볼 수 있는 바와같이 31.0nsec의 지연(τ₁)을 포함하고 이에 대응하여 38MHz란 매우 큰 통과대역(Δf_PB)을 달성할 수 있다.

제35도는 제7실시예의 경우에 대한 홈의 깊이, 통과대역(Δf_PB) 및 중심주파수(f₀)간의 관계를 나타내고 있고, 통과대역(Δf_PB)가 홈 깊이의 증가에 따라 증가되고 한편 중심주파수는 홈깊이의 증가에 따라 감소되는 경향이 있다. 따라서, 중심주파수의 쉬프트는 본 발명의 원리에 의한 SAW 필터를 설계할때에 고려되어야 한다.

과도한 홈깊이는 홈들에서의 표면음파들의 흐트러짐에 의해서 SAW 필터의 인서숀로스를 증가시킨다. 그러나, 이 문제는 홈깊이가 이 실시예에 나타낸 정도내에 있으면 중요한 것은 아니다. 홈의 최대깊이는 SAW 필터의 허용 인서숀로스로부터 결정된다.

제37도는 제9실시예의 홈의 깊이, 통과대역(Δf_PB) 및 중심주파수(f₀)간의 관계를 나타내고 있다. 도면에서 볼 수 있는 바와같이 통과대역(Δf_PB)와 층들(33, 43)의 두께의 증가에 따라 증가되고 한편 중심주파수(f₀)는 그에 따라 감소되는 경향을 갖고 있다. 따라서 통과대역을 증가시키기 위하여 그와 같은 추가층을 사용하는 SAW장치를 설계할때에는 중심주파수(f₀)의 쉬프트에 관한 효과를 고려해야 된다.

다음에, 제27도 또는 제28도의 홈 구조를 제조하는 공정을 제39a∼39e도를 참조하여 설명하겠다.

제39a도의 공정스텝에서 알루미늄-동막(100)이 D.C 스퍼터닝에 의해서 두께 170Å로 증착된다. 또 어느 알려진 종류의 레지스트를 이 막(100)의 표면 위에 올려놓아 사진식각법으로 제1레지스트 패턴(101)으로 패턴닝된다. 그리하여 제35a도에 나타낸 구조가 얻어진다.

다음에 이 제1레지스터 패턴(101)을 사용하여 알루미늄-동막(100)이 제39b도에 나타낸 바와같이 인터디지탈 전극들과 반사기들의 핀거들이 형성되게 반응이온 에칭 처리된다.

다음에 각 핀거전극 위에 제1포토레지스트 패턴(101)을 남겨둔채 제2레지스트 패턴(102)를 제39c도에 나타낸 바와같이 홈이 형성되지 않을 영역에 대응하여 올려놓는다. 또 이 제1 및 제2레지스트 패턴들(101, 102)를 마스크로서, 사용하여 기판(1)이 핀거전극들 간에 기판(1)의 노출표면에 제39d도에 나타낸 것과 같이 홈이 파이게 반응이온 에칭된다. 홈들(32) 또는 홈(42)이 형성된 후에 통상 제1 및 제2레지스트 패턴들(101, 102)이 제거된다. 이 처리에서 홈의 깊이는 제39d도의 공정스텝에서 에칭 지속시간을 제어함으로써 정확하게 제어될 수 있다.

다음에 출력 인터디지탈 전극(3)위 또는 반사기(4)의 핀거위에 추가층(33) 또는 추가층(43)을 형성하는 공정을 제40a∼40e도를 참조하여 설명하겠다.

제40a도를 참조하면 알루미늄-동 합금층(100)이 제39a도의 처리와 같은 스퍼터링 처리에 의해서 기판위에 증착되고 Cr층(103)과 Cr₂O₃층(104)이 각각 50nm과 35nm의 두께로 계속 증착된다. 또 포토레지스트가 Cr₂O₃층 위에 균일하게 적용된 후에 패턴닝 되어 제1레지스트 패턴(101)을 형성한다.

제40b도의 공정스텝에서 에칭처리가 제40a도의 구조에 기판(1)이 노출되도록 까지 가해진다. 그 다음에 레지스트(101)를 제거한 후에 제2레지스트 패턴(102)의 제40c도의 공정스텝에서 층(33)이 핀거전극(31) 또는 핀거전극(41)의 상부에 남도록 전극 또는 반사기부에 대응하여 설비된다. 또 노출된 핀거전극 위의 층(33)이 에칭처리에 의해서 제거되어 제40d도에 나타낸 구조물이 얻어진다. 제2레지스트 패턴(102)이 제거된 후에 제40f도의 구조가 얻어진다.

또 본 발명은 이상 설명한 실시예에 한정되지 않으며 각종 개변이 본 발명의 범위를 일탈함이 없이 행해질 수 있다.

Claims (15)

1. 상부 주표면을 갖으며 통상 사각형인 압전체 기판(1) ; 상기 기판의 상부주표면위에 설비되고 상기 기판의 주표면위에 제1방향으로 서로 평행방향으로 뻗어있고 입력 전기신호를 수신하기 위하여 입력단자를 형성하도록 서로 연결된 제1단과, 상대단인 연결되지 않은 제2단을 갖는 복수의 제1핀거전극(g₁, g₂, …)을 포함하고, 상기 기판의 주표면위에 서로 평행으로 상기 제1핀거전극들과 반대방향인 제2방향으로 뻗어 있고, 상기 제1핀거전극들이 제1단으로부터 떨어져서 제1단이 서로 연결되어 접지된 제1단과, 상기 제1핀거전극 가까이에 상대단인 연결되지 않은 제2단을 갖는 복수의 제2핀거전극(f₁, f₂, …)을 포함하고, 상기 제1 및 제2핀거전극들이 상기 기판의 주표면 위의 상기 제1 및 제2방향에 수직인 제3방향으로 교호로 배치되어 있는 쌍을 형성하고 상기 제1 및 제2핀거쌍의 수를 나타내는 제1쌍수(iN⁰, iN¹, iN², …)에 의해서 특정지워져 있고 공급되는 입력전기 신호에 응하여 상기 기판의 상부 주표면위에 표면음파를 유도하는 복수의 입력용 전극(2_M, 2_M-1, 2_M-2, …) ; 상기 기판의 상부 주표면위에 설비되고 제2방향으로 서로 평행으로 상기 기판의 주표면위에 뻗어있고 서로 연결되어 출력단자를 형성하는 제1단과 상대단인 연결되지 않는 제2단을 갖는 복수의 제3핀거전극(g₁, g₂, …)을 포함하고, 상기 기판의 상부 주표면위에 제1방향으로 서로 평행으로 뻗어있고 상기 제3핀거전극의 제1단에서 제2방향으로 떨어져 있고 서로 연결되어 접지된 제1단과, 제3단핀거전극들의 제1단과, 제3핀거전극들의 제1단 가까이에 상대단인 연결되지 않은 제2단을 갖는 복수의 제4핀거전극(f₁, f₂, …)을 포함하고, 상기 제3 및 제4핀거전극들이 상기 기판의 상부 주표면 위의 제3방향으로 교호로 배치되어 쌍을 형성하고 상기 제3 및 제4핀거의 쌍의 수를 나타내는 제2쌍수(oN⁰, oN¹, oN², …)에 의해서 특정지워져 있고 표면 음파를 출력전기신호로 변환하는 복수의 출력용 전극(3_M, 3_M-1, 3_M-2, …) ; 각 입력용 전극과 각 출력용 전극이 제3방향으로 교호로 배치되어 제3방향으로 연장되는 전극열을 형성하고 상기 기판의 상부 주표면위에서 상기 전극열의 양단에 설비되어 표면음파를 반사하는 반사기(4) ; 를 포함하고 상기 제1쌍수가 상기 제2쌍수와 그들간의 소정의 비로 다르도록 설정되고 상기 제2쌍수가 각 제2전극에서 조금씩 변화되고 상기 제1쌍수는 상기 제2쌍수의 변화에 대응하여 변화되는 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.
2. 제1항에 있어서, 상기 반사기(4)가 상기 기판의 상부 주표면위에서 제2방향으로 서로 평행으로 뻗어있는 복수의 제5핀거전극들(g₁, g₂, …)를 포함하고 상기 복수의 제5핀거전극의 각각이 서로 연결된 제1단과 상대단인 연결되지 않는 제2단을 갖고 있으며 상기 복수의 출력용 전극이 상기 기판의 상부 주표면위에서 제1방향으로 연장되어 있는 복수의 제6핀거전극(f₁, f₂, …)을 더 포함하고 상기 복수의 제6핀거전극의 각각이 상기 제5핀거전극의 제1단에서 제2방향으로 떨어져 있고 서로 연결되어 접지되어 있는 제1단과 상대단인 연결되지 않은 제2단을 갖으며 상기 제2단이 제5핀거전극의 제1단 가까이에 있고 상기 제5 및 제6핀거전극들의 각각이 상기 기판의 상부 주표면 위에서 제3방향으로 교호로 배치되어 쌍을 형성하고 상기 반사기가 제5 및 제6핀거전극쌍수를 나타내는 제3쌍수(N_H)에 의해서 특징지워져 있는 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.
3. 제1 또는 제2항에 있어서, 상기 입력용 전극들과 출력용 전극들이 상기 입력용 전극의 제1쌍수(iN)와 인접하는 출력용 전극의 제2쌍수(oN)가 iN=0.73±0.07의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.
4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 출력용 전극(3_M, 3_M-1, 3_M-2, …)이

   (oN¹-oN^m)/oN⁰.m=±0.07±0.01

   [여기서 oN⁰는 제2쌍수의 최대치를 나타내고 m은 최대 제2전극쌍수를 갖는 출력용 전극으로부터 열의 m번째의 출력용 전극을 나타내고 oN^m는 m번째의 출력용 전극의 제2쌍수를 나타낸다]의 관계를 만족시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.
5. 제4항에 있어서, 상기 각 입력용 전극(2_M, 2_M-1, 2_M-2, …)의 중심이 인접하는 상기 출력용 전극의 중심으로부터 d=n+βㆍλ(여기서 λ는 표면음파의 파장을 나타내고 β는 0.17∼0.25범위에 있도록 설정된 파라미터이다)의 관계를 만족시키는 거리(d)만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.
6. 제2항 또는 제5항에 있어서, 상기 반사기(4)가 제2쌍수(oN⁰)의 최대치의 ±17% 이내가 되도록 선정된 제3쌍수(N_H)를 갖는 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.
7. 제1항에 있어서, 상기 장치가 7개의 입력용 전극(2_M, 2_M-1, 2_M-2, 2_M-3)과 6개의 출력용 전극(3_M, 3_M-1, 3_M-2)를 갖는 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.
8. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2쌍수(iN⁰, iN¹, iN², …oN⁰, oN¹, oN², …)가 그 중심부에 대해서 입력 및 출력용 전극들의 열에 따라서 대칭적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.
9. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2쌍수(iN⁰, iN⁺¹, iN^-1, iN⁺², iN⁺³, iN⁺⁴, oN⁰, oN⁺¹, oN^-1, oN⁺², oN⁺³, oN⁺⁴)가 입력 및 출력용 전극들의 열에 따라서 비대칭적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.
10. 제5항에 있어서, 상기 기판(1)의 상기 상부 주표면이 제3 및 제4핀거전극들(31)에 의해서 덮인 부분이외의 출력용 전극들(3)에 대응하여 홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.
11. 제10항에 있어서, 상기 홈들(32)이 약 84nm 이하의 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.
12. 제10항에 있어서, 상기 기판(1)의 상기 상부 주표면이 상기 제5 및 제6핀거전극들(41)에 의해서 덮이는 부분이외는 상기 반사기(4)에 대응하는 홈(42)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.
13. 제5항에 있어서, 상기 출력용 전극들(3)을 형성하는 상기 제3 및 제4핀거전극(31)의 각각에 재료층(33)이 설비되어 있는 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.
14. 제13항에 있어서, 상기 반사기(4)를 형성하는 상기 제5 및 제6핀거전극들(41)에 재료층(43)이 설비되어 있는 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 재료층들(33, 43)이 50nm 두께의 크롬층과 그 위에 성장된 35nm 두께의 산화크롬층으로 된 것을 특징으로 하는 복수의 전극을 갖는 서페이스 아코스틱 웨이버 필터.

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