KR102680008B1 - 체적 음향 공진기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 기판; 상기 기판 상부에 순차적으로 적층되는 제1 전극층, 압전층 및 제2 전극층을 포함하고, 활성 영역 및 비활성 영역으로 구획되는 공진부; 및 상기 활성 영역 내에서 상기 활성 영역의 외주부를 따라 이격 배치되는 복수의 프레임 전극을 포함하는 프레임 전극층; 을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 체적 음향 공진기에 관한 것이다.
최근 이동통신기기, 화학 및 바이오 기기 등의 급속한 발달에 따라, 이러한 기기에서 사용되는 소형 경량필터, 오실레이터(Oscillator), 공진소자(Resonant element), 음향공진 질량센서(Acoustic Resonant Mass Sensor) 등의 수요도 증대하고 있다.
이러한 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등을 구현하는 수단으로 체적 음향 공진기(Bulk Acoustic Resonator)가 알려져 있다. 체적 음향 공진기는 최소한의 비용으로 대량 생산이 가능하며, 초소형으로 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 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.
체적 음향 공진기는 기판 상에 하부 전극, 압전층 및 상부 전극을 차례로 적층하여 구현되는 공진부를 포함하는 구조로 이루어진다. 제1 및 2전극에 전기에너지를 인가하여 압전층 내에 전계를 유기시키면, 이 전계는 압전층의 압전 현상을 유발시켜 공진부가 소정 방향으로 진동하도록 한다. 그 결과, 진동방향과 동일한 방향으로 음향파(Acoustic Wave)가 발생하여 공진을 일으키게 된다.
본 발명의 과제는 유효 전자기계 결합 계수의 제곱 값(Kt2)을 향상시키고, 스퓨리어스 노이즈(spurious noise)를 저감할 수 있는 체적 음향 공진기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 공진부의 활성 영역의 외주부를 따라 이격 배치되는 복수의 프레임 전극을 포함하는 프레임 전극층을 포함하거나, 공진부의 활성 영역의 외주부을 따라 교대로 형성되는 복수의 오목부 및 볼록부를 포함하는 프레임 전극층을 포함하고, 상기 프레임 전극층은, 상기 복수의 프레임 전극 중 인접하는 프레임 전극 사이에서 형성되는 복수의 분할부를 더 포함하고, 상기 복수의 분할부의 길이에 대한 상기 복수의 프레임 전극의 길이의 비는 20~200%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 유효 전자기계 결합 계수의 제곱 값(Kt2)을 향상시키고, 스퓨리어스 노이즈(spurious noise)를 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 전극층을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 전극층을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유효 전기기계 결합 계수(effective electromechanical coupling coefficient)의 제곱 값(Kt2)을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퓨리어스 노이즈의 피크치(Spurious Noise_Peak)를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 삽입 손실(Insertion Loss)를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 감쇄(Attenuation) 특성을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 품질 계수를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할부 또는 오목부의 총 길이에 대한 프레임 전극 또는 볼록부의 총 길이의 비율에 따른 유효 전기기계 결합 계수의 제곱 값(Kt2) 및 병렬 품질 계수(Qp)를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 전극층을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 전극층을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유효 전기기계 결합 계수(effective electromechanical coupling coefficient)의 제곱 값(Kt2)을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퓨리어스 노이즈의 피크치(Spurious Noise_Peak)를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 삽입 손실(Insertion Loss)를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 감쇄(Attenuation) 특성을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 품질 계수를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할부 또는 오목부의 총 길이에 대한 프레임 전극 또는 볼록부의 총 길이의 비율에 따른 유효 전기기계 결합 계수의 제곱 값(Kt2) 및 병렬 품질 계수(Qp)를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 상면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기(10)는 박막 체적 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR)일 수 있으며, 도 1을 참조하면, 기판(110), 절연층(120), 에어 캐비티(112), 멤브레인(130), 공진부(135) 및 프레임 전극층(190)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 실리콘 기판으로 구성될 수 있고, 기판(110)의 상면에는 절연층(120)이 마련되어, 기판(110)과 공진부(135)를 전기적으로 격리시킬 수 있다.
절연층(120)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O2), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나를 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 하나의 공정을 이용하여 기판(110) 상에 형성될 수 있다.
에어 캐비티(112)는 절연층(120) 상에 형성될 수 있다. 에어 캐비티(112)는 공진부(135)가 소정 방향으로 진동할 수 있도록 공진부(135)의 하부에 위치한다. 에어 캐비티(112)는 절연층(120) 상에 에어 캐비티 희생층 패턴을 형성한 다음 에어 캐비티 희생층 패턴상에 멤브레인(130)을 형성한 후 에어 캐비티 희생층 패턴을 에칭하여 제거하는 식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
멤브레인(130)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O2), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나를 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 하나의 공정을 이용하여 에어 캐비티(112) 및 절연층(120) 상에 형성될 수 있다.
절연층(120)과 에어 캐비티(112) 사이에는 식각 저지층이 추가적으로 형성될 수 있다. 식각 저지층은 희생층 패턴을 제거하기 위한 식각 공정으로부터 기판(110) 및 절연층(120)을 보호하고, 식각 저지층 상에 다른 여러 층이 증착되는데 필요한 기단 역할을 할 수 있다.
공진부(135)는 제1 전극층(140), 압전층(150) 및 제2 전극층(160)을 포함할 수 있다. 제1 전극층(140), 압전층(150) 및 제2 전극층(160)은 순차적으로 적층될 수 있다.
제1 전극층(140)은 절연층(120)의 일측 상부로부터 에어 캐비티(112) 상부의 멤브레인(130)으로 연장되어 형성되고, 압전층(150)은 에어 캐비티(112) 상부의 제1 전극층(140) 상에 형성되고, 제2 전극층(160)은 절연층(120)의 타측 상부로부터 에어 캐비티(112) 상부의 압전층(150) 상에 형성될 수 있다. 제1 전극층(140), 압전층(150) 및 제2 전극층(160)의 수직 방향으로 중첩된 공통 영역은 에어 캐비티(112)의 상부에 위치할 수 있다.
제1 전극층(140) 및 제2 전극층(160)은 금(Au), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 및 이리듐(Ir) 중 하나 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
압전층(150)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 질화 알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 중 하나로 형성될 수 있다. 또한, 압전층(150)은 희토류 금속(Rare earth metal)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 압전층(150)은 희토류 금속을 1~20at% 만큼 포함할 수 있다.
공진부(135)는 활성 영역과 비활성 영역으로 구획될 수 있다. 공진부(135)의 활성 영역은 제1 전극층(140) 및 제2 전극층(160)에 무선 주파수 신호와 같은 전기 에너지가 인가되는 경우 압전층(150)에서 발생하는 압전 현상에 의해 소정 방향으로 진동하여 공진하는 영역으로, 에어 캐비티(112) 상부에서 제1 전극층(140), 압전층(150) 및 제2 전극층(160)이 수직 방향으로 중첩된 영역에 해당한다. 공진부(135)의 비활성 영역은 제1 전극층(140) 및 제2 전극층(160)에 전기 에너지가 인가되더라도 압전 현상에 의해 공진하지 않는 영역으로, 활성 영역 외측의 영역에 해당한다.
공진부(135)는 압전 현상을 이용하여 특정 주파수를 가지는 무선 주파수 신호를 출력하는데, 구체적으로 공진부(135)는 압전층(150)의 압전 현상에 따른 진동에 대응하는 공진 주파수를 가지는 무선 주파수 신호를 출력할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시되지 않았으나, 체적 음향 공진기(10)는 제1 전극층(140) 및 제2 전극층(160)에 전기적 신호를 인가하기 위한 전극 패드를 더 포함할 수 있고, 전극 패드 이외의 구성이 외부로 노출되는 것을 방지하기 위한 보호층을 추가적으로 포함할 수 있다. 보호층은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열의 절연 물질을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 전극층(140) 및 제2 전극층(160)에 무선 주파수 신호와 같은 전기 에너지가 인가되는 경우 압전층(150)에서 발생하는 압전 현상에 의해 음향파(acoustic wave)가 생성되는데, 이 때 부수적으로 제2 전극층(160)에서 측면파(lateral wave)가 발생한다. 상기 부수적으로 발생하는 측면파(lateral wave)를 포획(trap)하지 못하는 경우, 음향파(acoustic wave)의 손실(loss)이 발생하여 공진기의 품질 계수(quality factor)가 저하될 수 있다.
측면파(lateral wave)를 포획(trap)하기 위하여, 활성 영역의 외주부를 따라 고리 형태의 전극층을 형성하는 경우, 품질 계수(quality factor)를 향상시킬 수 있으나, 유효 전자기계 결합 계수의 제곱 값(Kt2)이 저하되고, 스퓨리어스 노이즈(spurious noise)가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공진부(135)의 활성 영역의 외주부를 따라 이격 배치되는 복수의 프레임 전극을 포함하는 프레임 전극층(190)을 마련하거나, 공진부(135)의 활성 영역의 외주부을 따라 교대로 형성되는 복수의 오목부 및 볼록부를 포함하는 프레임 전극층(190)을 마련하여, 유효 전자기계 결합 계수의 제곱 값(Kt2)을 향상시키고, 스퓨리어스 노이즈(spurious noise)를 저감할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 전극층을 나타낸 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 전극층(190)은 복수의 프레임 전극(190a-190h)을 포함할 수 있다. 복수의 프레임 전극(190a-190h)은 공진부(135)의 활성 영역 내에서 활성 영역의 외주부를 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이 때, 복수의 프레임 전극(190a-190h) 중 인접하는 프레임 전극 간에 배치되는 영역은 분할부로 지칭될 수 있다. 일 예로, 복수의 프레임 전극(190a-190h)의 폭은 3~5㎛일 수 있다.
도 3을 참조하면, 복수의 프레임 전극(190a-190h)이 8개 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 프레임 전극의 수는 변경될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 전극층을 나타낸 사시도이다.
도 4을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 전극층(190)은 복수의 오목부 및 볼록부를 포함할 수 있다. 복수의 오목부 및 볼록부는 공진부(135)의 활성 영역 내에서 활성 영역의 외주부를 따라 교대로 형성될 수 있고, 복수의 볼록부 각각의 두께는 복수의 오목부 각각의 두께 보다 두꺼울 수 있다. 일 예로, 복수의 오목부 및 볼록부의 폭은 3~5㎛일 수 있다.
도 4를 참조하면, 복수의 오목부 및 볼록부가 각각 8개 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 복수의 오목부 및 볼록부의 수는 변경될 수 있다.
하기의 표 1은 공진부의 활성 영역에 연속적으로 연결되는 프레임 전극층이 형성되는 비교예(Ref) 및 본 발명의 실시예(Case 1-9)의 수치를 나타내는 표이고, 하기의 표 2는 공진부의 활성 영역에 연속적으로 연결되는 프레임 전극층이 형성되는 비교예(Ref) 및 본 발명의 실시예(Case 1-9)의 유효 전기기계 결합 계수(effective electromechanical coupling coefficient)의 제곱 값(Kt2), 스퓨리어스 노이즈의 피크치(Spurious Noise_Peak), 병렬 품질 계수(Qp) 및 직렬 품질 계수(Qs)를 측정한 결과를 나타내는 표이다.
| 길이 A[㎛] | 개수 B | 길이 C[㎛] | 길이 D[㎛] | 비율 E[%] | |
| Ref | 0 | 0 | 0 | 314 | 0 |
| Case 1 | 10 | 20 | 200 | 114 | 175.44 |
| Case 2 | 10 | 10 | 100 | 214 | 46.73 |
| Case 3 | 10 | 5 | 50 | 264 | 18.94 |
| Case 4 | 12 | 16 | 192 | 122 | 157.38 |
| Case 5 | 12 | 8 | 96 | 218 | 44.04 |
| Case 6 | 12 | 4 | 48 | 266 | 18.05 |
| Case 7 | 8 | 24 | 192 | 122 | 157.39 |
| Case 8 | 8 | 12 | 96 | 218 | 44.04 |
| Case 9 | 8 | 6 | 48 | 266 | 18.05 |
| Kt2[%] | SN_Peak[dB] | Qp | Qs | |
| Ref | 5.8274 | 0.1776 | 835.15 | 94.292 |
| Case 1 | 5.9104 | 0.1635 | 671.77 | 95.999 |
| Case 2 | 5.8816 | 0.1669 | 750.81 | 91.771 |
| Case 3 | 5.8527 | 0.1572 | 752.66 | 90.469 |
| Case 4 | 5.883 | 0.1554 | 697.95 | 84.715 |
| Case 5 | 5.8534 | 0.1653 | 788.81 | 97.37 |
| Case 6 | 5.8245 | 0.1793 | 817.52 | 87.007 |
| Case 7 | 5.8845 | 0.1501 | 661.17 | 89.575 |
| Case 8 | 5.8556 | 0.1398 | 734.57 | 93.544 |
| Case 9 | 5.8267 | 0.1446 | 751.09 | 97.182 |
상기 표 1에서 길이 A는 공진부(135)의 활성 영역의 외주부의 길이를 314[㎛]인 경우, 도 3의 프레임 전극층의 분할부 각각의 길이 또는 도 4의 프레임 전극층의 오목부 각각의 길이를 나타내고, 개수 B는 도 3의 프레임 전극층의 분할부의 개수 또는 도 4의 프레임 전극층의 오목부의 개수를 나타낸다. 길이 C는 길이 A와 개수 B의 곱에 따라 산출되는 길이를 나타내는 것으로써, 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부의 총 길이를 나타내고, 길이 D는 공진부(135)의 도 3의 프레임 전극 또는 도 4의 볼록부의 총 길이를 나타낸다. 또한, 비율 E는 길이 C / 길이 D의 비를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유효 전기기계 결합 계수(effective electromechanical coupling coefficient)의 제곱 값(Kt2)을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5(a)는 프레임 전극층의 실시예들(Case1-9) 및 공진부의 활성 영역에 연속적으로 연결되는 프레임 전극층이 형성되는 비교예(Ref)의 유효 전기기계 결합 계수의 제곱 값을 나타낸 그래프이고, 도 5(b)는 프레임 전극층의 실시예들(Case1-9)에서, 분할부 또는 오목부의 총 길이에 따른 유효 전기기계 결합 계수의 제곱 값을 나타낸 그래프이다. 도 5(b)에서 선(Line)은 분할부 또는 오목부의 총 길이를 기준으로 산출되는 유효 전기기계 결합 계수의 제곱 값의 평균값을 나타낸 그래프이다.
도 5(a)를 참조하면, 실시예 Case 6 및 9과 비교예 Ref는 유효 전기기계 결합 계수의 제곱 값이 대략 동일하고, 이 외의 실시예 Case 1, 2, 3, 4, 5, 7, 및 8는 비교예 Ref보다 유효 전기기계 결합 계수의 제곱 값이 크다. 또한, 도 5(b)을 참조하면, 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부의 총 길이가 길수록 전기기계 결합 계수의 제곱 값이 크다.
도 5(a) 및 5(b)에 도시된 그래프로부터 도출되는 결과를 종합하면, 분할부 또는 오목부를 가지는 프레임 전극층을 형성하는 경우 전반적으로 전기기계 결합 계수의 제곱 값이 향상되는 것을 알 수 있다.
또한, 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부의 개수의 변화 보다는 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부의 총 길이의 변화에 따라 전기기계 결합 계수의 제곱 값이 변화하는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부의 총 길이가 길수록 전기기계 결합 계수의 제곱 값이 커지게 되어, 공진기의 효율이 상승할 수 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퓨리어스 노이즈의 피크치(Spurious Noise_Peak)를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6(a)는 프레임 전극층의 실시예들(Case1-9) 및 공진부의 활성 영역에 연속적으로 연결되는 프레임 전극층이 형성되는 비교예(Ref)의 스퓨리어스 노이즈의 피크치를 나타낸 그래프이고, 도 6(b)는 프레임 전극층의 실시예들(Case1-9)에서, 분할부 또는 오목부의 총 길이에 따른 스퓨리어스 노이즈의 피크치를 나타낸 그래프이다. 도 6(b)에서 선(Line)은 분할부 또는 오목부의 총 길이를 기준으로 산출되는 스퓨리어스 노이즈의 피크치의 평균값을 나타낸 그래프이다.
도 6(a)를 참조하면, 실시예 Case 6와 비교예 Ref는 스퓨리어스 노이즈의 피크치가 대략 동일하고, 이 외의 실시예 Case 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 및 9는 비교예 Ref보다 스퓨리어스 노이즈의 피크치가 작다. 또한, 6(b)을 참조하면, 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부의 총 길이가 변화하는 경우에도 스퓨리어스 노이즈의 피크치는 대략 동일하다.
도 6(a) 및 6(b)에 도시된 그래프로부터 도출되는 결과를 종합하면, 분할부 또는 오목부를 가지는 프레임 전극층을 형성하는 경우 비교예 Ref에 비하여 전반적으로 스퓨리어스 노이즈의 피크치가 저감하는 것을 알 수 있다.
또한, 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부의 총 길이 및 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부의 개수의 변화 보다는 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부가 특정 길이를 가지는 경우에 스퓨리어스 노이즈의 피크치가 현저히 낮아질 수 있다. 구체적으로, Case 7-9는 다른 실시예 및 비교예에 비해서 스퓨리어스 노이즈의 피크치가 현저히 낮은 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 삽입 손실(Insertion Loss)를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7(a)는 프레임 전극층의 실시예들(Case1-9) 및 공진부의 활성 영역에 연속적으로 연결되는 프레임 전극층이 형성되는 비교예(Ref)의 삽입 손실(Insertion Loss)을 나타낸 그래프이고, 도 7(b)는 프레임 전극층의 실시예들(Case1-9)에서, 분할부 또는 오목부의 총 길이에 따른 삽입 손실(Insertion Loss)을 나타낸 그래프이다. 도 7(b)에서 선(Line)은 분할부 또는 오목부의 총 길이를 기준으로 산출되는 삽입 손실(Insertion Loss)의 평균값을 나타낸 그래프이다.
도 7(a)를 참조하면, 실시예 Case 1-9는 비교예 Ref와 삽입 손실(Insertion Loss)이 대략 동일하고, 도 7(b)을 참조하면, 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부의 총 길이가 변화하는 경우에도 삽입 손실(Insertion Loss)은 대략 동일하다.
도 7(a) 및 7(b)에 도시된 그래프로부터 도출되는 결과를 종합하면, 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부의 개수 및 총 길이는 삽입 손실과 특정 경향성을 가지지 않는다. 다만, 분할부 또는 오목부를 가지는 프레임 전극층을 형성하는 경우에도 비교예 Ref에 비하여 삽입 손실을 변동시키지 않아서 활성 영역의 공진부에 고리 형태의 전극층이 형성되지 않은 체적 음향 공진기와 대비하여 볼 때, 체적 음향 공진기의 품질 계수(quality factor)를 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 감쇄(Attenuation) 특성을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 8은 프레임 전극층의 실시예들(Case1-9) 및 공진부의 활성 영역에 연속적으로 연결되는 프레임 전극층이 형성되는 비교예(Ref)의 감쇄 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8를 참조하면, 실시예 Case 3 및 6과 비교예 Ref는 감쇄 특성이 대략 동일하고, 이 외의 실시예 Case 1, 2, 4, 5, 7, 8, 및 9는 비교예 Ref보다 감쇄 특성이 낮은 것을 알 수 있다.
표 1, 표 2 및 도 8을 참조하면, 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부의 개수의 변화 보다는 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부의 총 길이의 변화에 따라 감쇄 특성이 변화하는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부의 총 길이가 짧아질 수록 감쇄 특성이 향상될 수 있다. 구체적으로, Case 3 및 6은 다른 실시예 보다 감쇄 특성이 우수하고, 비교예와 대략 동일한 성능을 확보하는 것을 확인할 수 있다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 품질 계수를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9(a) 및 도 9(b)는 도 8은 프레임 전극층의 실시예들(Case1-9) 및 공진부의 활성 영역에 연속적으로 연결되는 프레임 전극층이 형성되는 비교예(Ref)의 병렬 품질 계수(Qp) 및 직렬 품질 계수(Qs)를 나타낸 그래프이다.
도 9(a)를 참조하면, 실시예 Case 5 및 6과 비교예 Ref는 병렬 품질 계수가 대략 동일하고, 이 외의 실시예 Case 1-4, 7, 8, 및 9는 비교예 Ref보다 병렬 품질 계수가 낮은 것을 알 수 있다.
또한, 도 9(b)를 참조하면, 실시예 Case 1, 5 및 9과 비교예 Ref는 직렬 품질 계수가 대략 동일하고, 이 외의 실시예 Case 2-4, 및 6-8는 비교예 Ref보다 직렬 품질 계수가 낮은 것을 알 수 있다.
도 9(a) 및 9(b)에 도시된 그래프로부터 도출되는 결과를 종합하면, 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부의 개수 및 총 길이는 병렬 및 직렬 품질 계수와 특정 경향성을 가지지 않는다. 다만, Case 5와 같이, 프레임 전극층의 분할부 또는 오목부가 특정 길이, 개수 및 총 길이를 가지는 경우에 병렬 및 직렬 품질 계수를 향상시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할부 또는 오목부의 총 길이에 대한 프레임 전극 또는 볼록부의 총 길이의 비율에 따른 유효 전기기계 결합 계수의 제곱 값(Kt2) 및 병렬 품질 계수(Qp)를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할부 또는 오목부의 총 길이에 대한 프레임 전극 또는 볼록부의 총 길이의 비에 대한 유효 전기기계 결합 계수의 제곱 값(Kt2)을 측정한 결과를 나타내는 그래프이고,
도 10(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할부 또는 오목부의 총 길이에 대한 프레임 전극 또는 볼록부의 총 길이의 비에 대한 병렬 품질 계수(Qp)를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 10(a) 및 도 10(b)에서 선(Line)은 유효 전기기계 결합 계수의 제곱 값의 평균값 및 병렬 품질 계수의 평균값을 나타낸다.
도 10(a), 표1 및 표 2를 참조하면, 비율이 20~200%인 경우에 비교예(Ref)에 비하여, 유효 전기기계 결합 계수의 제곱 값(Kt2)이 증가하는 것을 알 수 있다. 다만, 도 10(b), 표1 및 표 2를 참조하면, 비율이 200% 이상 증가하는 경우에 병렬 품질 계수가 급격하게 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다. 도 11 및 도 12의 필터에 채용되는 복수의 체적 음향 공진기 각각은 도 1에 도시된 체적 음향 공진기에 대응할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터(1000)는 래더 타입(ladder type)의 필터 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 필터(1000)는 복수의 체적 음향 공진기(1100, 1200)를 포함할 수 있다.
제1 체적 음향 공진기(1100)는 입력 신호(RFin)가 입력되는 신호 입력단과 출력 신호(RFout)가 출력되는 신호 출력단 사이에 직렬 연결될 수 있고, 제2 체적 음향 공진기(1200)는 상기 신호 출력단과 접지 사이에 연결될 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터(2000)는 래티스 타입(lattice type)의 필터 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 필터(2000)는 복수의 체적 음향 공진기(2100, 2200, 2300, 2400)를 포함하여, 밸런스드(balanced) 입력 신호(RFin+, RFin-)를 필터링하여 밸런스드 출력 신호(RFout+, RFout-)를 출력할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110: 기판
112: 에어 캐비티
120: 절연층
130: 멤브레인
135: 공진부
140: 제1 전극층
150: 압전층
160: 제2 전극층
190: 프레임 전극층
112: 에어 캐비티
120: 절연층
130: 멤브레인
135: 공진부
140: 제1 전극층
150: 압전층
160: 제2 전극층
190: 프레임 전극층
Claims (18)
- 기판;
상기 기판 상부에 순차적으로 적층되는 제1 전극층, 압전층 및 제2 전극층을 포함하고, 활성 영역 및 비활성 영역으로 구획되는 공진부; 및
상기 활성 영역 내에서 상기 활성 영역의 외주부를 따라 이격 배치되는 복수의 프레임 전극을 포함하는 프레임 전극층; 을 포함하고,
상기 프레임 전극층은, 상기 복수의 프레임 전극 중 인접하는 프레임 전극 사이에서 형성되는 복수의 분할부를 더 포함하고,
상기 복수의 분할부의 길이에 대한 상기 복수의 프레임 전극의 길이의 비는 20~200%인 체적 음향 공진기.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 분할부의 총 길이가 길수록 전기기계 결합 계수의 제곱 값이 상승하는 체적 음향 공진기.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 활성 영역은 상기 제1 전극층, 상기 압전층 및 상기 제2 전극층이 수직 방향으로 중첩된 영역에 해당하는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 각각은,
금(Au), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 및 이리듐(Ir) 중 하나 또는 이들의 합금으로 형성되는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서, 상기 압전층은,
질화 알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 및 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 중 하나로 형성되는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 압전층은 희토류 금속을 포함하고, 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제8항에 있어서,
상기 압전층은 상기 희토류 금속을 1~20at% 만큼 포함하는 체적 음향 공진기.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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