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격자형 및 평형 구조를 가지는 박막공진 여파기에 관한 연구
김건욱,구명권,육종관,박한규 한국전자파학회 2002 한국전자파학회논문지 Vol.13 No.10
본 논문에서는 2 GHz 대역의 격자형 및 평형 구조를 가지는 박막공진 여파기를 설계, 제작하고 분석하였다. 단위공진자의 앞전물질은 AIN를 사용하였고, 전극도체로는 백금을 사용하였으며, 하부도체와 기판사이에 공기층이 있는 구조로 제작되었다. 제작된 여파기들은 크기가 작고 낮은 삽입손실과 격자형의 경우 약 15 dB, 평형 구조의 경우 약 30 dB 정도의 선택도를 가진다. 격자형 및 평형 구조는 사다리형 구조와 같이 실리콘 기판위에 제작되었으며, 사다리형 구조에 비해 넓은 대역폭을 가지며 평형구조의 경우 이외의 튜닝과정 없이 RF 여파기로 사용될 수 있다. In this paper, thin film bulk acoustic resonator(TFBAR) lattice and balanced type filter topologies are designed and fabricated. Aluminium nitride and platinum are used for piezoelectric material and top and bottom electrodes, respectively. Air-gap is placed to avoid silicon substrate loading effect and the performance of these lattice and balanced filters is compared with ladder filters. These filters have selectivity over 15 dB for lattice type and 30 dB for balanced type and reveal wider bandwidth of the ladder filters. For balanced type filters, minor tuning procedure is not needed and they are readily available for RF filter in wireless applications.
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기판상의 인덕터를 이용한 박막 공진 여파기의 대역 외 저지특성 개선 연구
김종수,구명권,육종관 한국전자파학회 2004 한국전자파학회논문지 Vol.15 No.3
본 논문에서는 기판상의 인덕터가 박막공진 여파기의 성능에 미치는 영향을 고찰하기 위하여 두 종류의 사다리형 박막공진 여파기를 설계 및 제작하였다. 여파기를 이루고 있는 박막공진기들의 압전물질은 AIN이고, 전극은 백금(Pt)으로 이루어졌으며 기판에 의한 오버모드(overmode) 현상을 제거하기 위하여 air-gap 형태로 제작되었다. 듀플렉서를 이루고 있는 송신용 여파기의 특성을 보이기 위해 4개의 직렬 공진기와 2개의 병렬 공진기로 이루어진 사다리형 4/2단 여파기가 제작되었으며, 수신용 여파기의 성능을 보이기 위해서는 3/4단으로 제작되었다. 여파기의 성능을 개선하기 위해 사용된 기판상의 인덕터들은 2 ㎓ 대역에서 약 5∼9 정도의 Q값 특성을 보였으며, 인덕터가 연결된 여파기는 연결되지 않은 경우에 비해 약 10∼12 ㏈ 정도의 개선된 대역외 저지특성을 보였다. In this paper, two types of thin nim bulk acoustic resonator(TFBAR) ladder filters are desisted and fabricated to analyze the effects of on-wafer inductor integration. To suppress the overmode phenomenon a 1 $\mu\textrm{m}$ thick air-gap is fabricated under the TFBAR and aluminum nitride is used for piezoelectric material, while platinum is employed for the top and bottom electrodes. The Tx filter in a duplexer, which usually has a steeper skirt characteristics o the right side of the passband, is designed with four serial and two shunt resonators, namely, a 4/2 stage. Similarly, the Rx filter is devised with a 3/4 stage to create a mirrored image of the Tx filter passband characteristics. Fabricated on-wafer spiral inductors with underpass reveals the Q factor of 5~9 at 2 ㎓. Inductor integrated filters have approximately 10 to 12 ㏈ out-of-band rejection improvement, when compared to the original filters.
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김종수,구명권,육종관 한국전자파학회 2004 한국전자파학회논문지 Vol.15 No.1
본 논문에서는 박막공진기에 대한 새로운 모델링 기법을 제안하고, 등가회로를 이루고 있는 각 수동소자들 값에 대한 정확한 공식을 소개하였다. 제안된 새로운 모델은 박막공진기의 물리적 수직 구조 특성을 잘 표현하고 있는 Mason모델에 대해 유전체 손실을 표현할 수 있는 저항 성분을 추가한 뒤, 임피던스 특성을 기반으로 한 단순화 과정을 통해 유도되었다. 제안된 모델은 기존의 Modified Butterworth-Van Dyke(MBVD) 모델과 비슷한 형태로 표현되지만 최적화 변수가 3개에 불과하기 때문에 측정값에 대한 훨씬 정확하고 빠른 커브 피팅(curve fitting)을 수행 할 수 있으며, 공진주파수나 반공진주파수와 같은 설계자의 의도를 반영 할 수 있는 변수들로 구성되기 때문에 여파기나 전압제어 발진기 등을 설계하는데 있어서 편리하게 이용될 수 있다. In this paper, a new modeling methodology of thin film bulk acoustic resonator(TFBAR) is presented and the formulations of each lumped element in the model are also introduced. The new model is based upon the Mason model that is a reasonable model to explain the physical characteristics of unit TFBAR. After simplifying the modified Mason model with an additional dielectric loss term, the new model similar to Modified Butterworth-Van Dyke(MBVD) model is complete. The proposed model has three optimization variables which is half of the MBVD model. As a result, the curve fittings for the measured data are much faster and more accurate than any other conventional models. Moreover, it is very useful to design the bandpass filters or voltage controlled oscillators due to the design parameters, such as resonant and anti-resonant frequency, which can reflect the intentions of designer in the model.
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