国外简讯

AlN/Si声表面波器件 SAW器件的一个新的发展分支是与半导体相结合的集成化技术。在Si片上溅射ZnO薄膜以激励和传播SAW已进行过大量的工作。AlN也是一种适用于SAW器件的压电薄膜材料,而且它的化学稳定性、机械强度、声速和机电耦合系数可能还优于ZnO膜,这就使得AlN膜有可能用作单片SAW器件以取代ZnO。 AlN膜的生长方法较多,如CVD法、RF溅射等。这些方法都要求基片温度在1000℃以上。在较低温度下在玻璃和兰宝石基片成功地沉积AlN膜,只是在最近才用反应溅射实现的。美国珀杜大学电工系L.G.Pearce等人用有磁控阴极的MRC-8620型RF平面溅射系统沉积了高度取向的AlN膜,并制成了几种新型的AlN/Si SAW器件。     

沿两种材料间的Zno膜传播的界面声波

本文介绍了沿夹于两种材料之间的ZnO膜传播的界面声波(BAW)的理论和实验结果。从理论上获得了其传播速度、机电耦合系数(K~2)和其位移与ZnO膜标称厚度之间的色散曲线。也计算出了其延时温度系数(TCD),它在一特定膜厚时变为零。当三种材料的材秆参数都能满足本研究所获得的特定条件时,则只存在界面声波。这种波存在的范围比作者另外介绍的斯通利波存在的范围大些。为了验证存在界面波的理论预言,对SiO_2/ZnO/SiO_2结构进行了实验研究。通过溅射技术在熔融石英基片上制备了一层ZnO膜和一层较厚的SiO_2层。然后用叉指换能器激励和接收沿ZnO层传播的界面声波。其传播损耗实际上与瑞利波的值一样,表明了该系统的固有模式。由这些结果我们可以预期将来制作的SAW器件可不用任何外壳封装。     

制作在AlN外延膜上的零温度系数SAW器件

为将零温度系数SAW器件与有源半导体器件集成在一块芯片上,需采用新的薄膜技术,这种结构拟称为Si/蓝宝石或Si基片射频集成电路(RFIC)。AlN薄膜由于具有高的SAW速度,所以适用于工作频率达千兆赫以上的SAW器件。已制成了工作频率达1GHz以上的AlN/蓝宝石结构的零温度系数SAW延迟线。本文讨论下述研究工作的近况:(1)材料生长及AlN材料常数的估价;(2)SAW传播损耗及色散与频率和膜厚的关系;(3)AlN薄膜的质量对延时温度系数的影响;(4)AlN薄膜在RF电路集成化中的潜在应用;(5)温度对SAW相关器性能的影响。     

国外简讯

十年前,日本便已开始制作民用市场需要的FM立体声和TV接收机用SAW器件。1975年村田采用PZT压电陶瓷基片首先制成FM立体声调谐10.7MHz SAW滤波器。接着东芝等公司采用三种基本材料(LiNb0_3、LiTaO_3和PZT)制成彩电用45MHz、58MHzSAW滤波器,其中东芝采用温度系数好和成本低的LiTaO_3单晶作基片。村田与京都大学协作首先采用平面磁控溅射大量生产ZnO/玻璃层状结构作基片制作TV用SAW滤波器。迄今累计这种ZnO薄膜滤波器已突破1亿只。     

ZnO薄膜声表面波电视中频滤波器

本文简要介绍了ZnO薄膜的制作,ZnO/玻璃层状结构这种SAW基片材料的几个主要性能以及ZnO薄膜SAW TV IF滤波器的制作和应用。     

高频SAW器件的高精度频率调整

UHF以上高频高精度声表面波(SAW)器件,是CATV和光通信等新型装置的关键器件.本文主要叙述500—1000MHz SAW器件的高精度频率调整.在制有SAW元件的石英基片上用磁控溅射法沉积一层超薄的SiO_2膜,通过控制膜的厚度和物理性质精确调整SAW器件的工作频率.把紫外光照射到这种超薄膜上,石英基片上的SAW相速发生变化,便能进行频率调整.在UHF频带内调整精度可达±10kHz,而器件的插入损耗的增加在1dB以下.     

基于ZnO/Si结构的声表面波器件设计研究

微机电系统(MEMS)工艺已被广泛用于制造各种硅基薄膜器件.声表面波(SAW)器件是性能优良的MEMS器件.该文利用多物理耦合场软件COMSOL Multiphysics仿真了氧化锌/硅(ZnO/Si)结构SAW谐振器,并得到其S11参数.对应于仿真,该文制造了该种结构的SAW器件.实验所用的ZnO通过射频磁控溅射制备,所制备的ZnO具有良好的(002)取向.实验测得的ZnO/Si结构SAW器件的中心频率为111.6 MHz,与仿真结构接近.     

ZnO薄膜对溅射参数的依赖关系以及制作在ZnO／InP上的SAW器件

为了弥补InP基材料的压电性,促使单片声—光器件和系统的应用,采取在InP基片上沉积具有择优取向和微细结构的高质量ZnO薄膜.研究了ZnO薄膜质量与RF溅射参数的关系.得到的最佳沉积条件是:基片温度250℃,溅射功率350W,氧含量20vol%.实验证实了在ZnO/InP结构上制得中心频率为105MHz的SAW器件.     

高频高性能声表面波器件

声表面波(SAW)器件是VHF-UHF频段中信息和传输系统的高性能关键器件.SAW器件用基片材料,包括压电常数和声速大的在蓝宝石上外延生长的ZnO单晶薄膜、温度稳定性好的石英和控制元件分散性实现高精度的SiO_2薄膜等.由于采用了三个换能器结构、抽指加权和假电极指等设计法,获得了高Q、低损耗、高稳定和高精度的SAW器件.这些器件和电路元件混合集成,可制成小型的滤波器、振荡器和FM解调器并应用于CATV、卫星广播、汽车电话和TV调谐器等方面.     

单片式SAW卷积器/相关器初步探讨

ZnO/SiO_2/Si单片式SAW卷积器/相关器是一种层状结构的固态器件,具有坚实、小型、量轻、工作电压低、受环境干扰小、可程序化程度高以及能实时处理多种信号等优点.我们对ZnO/SiO_2/Si单片式结构的声卷积器/相关器进行了初步探索,器件技术指标为:中心频率60(或70)MHZ、带宽4MHz、卷积效率-63—65dBm、动态范围40dB、最小输入功率小于1dBm.本文简述器件研制过程,分析了提高卷积效率的可能性,提出了减小直接耦合信号的途径.随着器件性能的进一步提高,有可能在今后获得应用.     

基于ZnO/Al2O3缓冲层制备耐高温SAW器件电极

为了声表面波(SAW)器件能在高温环境(不小于1 000 ℃)中工作,该文设计并在La3Ga5SiO14压电衬底上制作Pt/ZnO/Al2O3多层复合薄膜电极,利用ZnO/Al2O3组合缓冲层增强了Pt薄膜电极在极端高温条件下的导电稳定性。制备的SAW器件在经历3次1 000 ℃高温热处理后仍保持稳定的回波损耗系数S11。实验结果表明,ZnO/Al2O3组合缓冲层结构在提高SAW器件电极高温导电稳定性方面具有一定的潜在应用价值。     

文摘选辑

(一)表声面波技术061 LiTaO_3单晶的SAW器件—(Hito-shi Hirano)《Ferroelectrics》421/4(1982)203—14用LiTaO_3单晶制作的SAW TV-IF滤波器,TV广播发射机用VSB滤波器,VTR调谐器用SAW谐振器等,都大量生产和投入实用.它们具有比用其它基片材料低的温度特性,传播损耗小、假响应小并有良好的重现性和可靠性.适用于信息处理和通信系统的要求.当SAW在X-切片上沿着Y-112°传播时,体波假响应信号可抑制到-40dB以下,温度系数～18ppm/℃.耦合系数(k~2)～0.75%.(声)     

AlN/PZT复合压电薄膜层SAW激励与传播研究

该文在单晶硅基底上设计了AlN/PZT复合压电薄膜层声表面波(SAW)器件,采用有限元法(FEM)研究了复合压电材料厚度(PZT厚度h_PZT和AlN厚度h_AlN)对AlN/IDT/PZT/Si结构中零阶、一阶SAW的相速度、机电耦合系数和电极反射系数的影响,根据色散特性得到最优化薄膜厚度。结果表明,AlN/IDT/PZT/Si结构中,当h_PZT =0.025λ,h_AlN=λ时,零阶、一阶SAW都能取得最高相速度(分别为5 582 m/s和5 711 m/s),适用于高频器件设计;在h_PZT=0.2λ,h_AlN=0.1λ时,零阶SAW波的机电耦合系数最大(为21.55%),但此时相速度最小(仅为2 890 m/s),适用于移动通信领域宽带低损耗SAW滤波器和延迟线结构信号处理器件的设计。     

零温度系数的AlN/Al_2O_3声表面波延迟线

研究了SAW延时与AlN膜(用有机金属化学蒸发沉淀法在Al_2O_3基片上生长的)的温度关系.当SAW沿着[1100]Al_2O_3方向传播时,AlN/Al_2O_3的延时温度系数随KH增加而降低,其中K是波数,H是AlN膜的厚度.我们在一定的KH值下成功地获得了零温度系数的声表面波延迟线.     

高可靠ZnO薄膜SAW TV奈氏滤波器

本报告叙述ZnO薄膜SAW TV接收机奈氏(Nyquist)滤波器及TV台解调器.滤波器由层状结构组成.溅射ZnO压电薄膜沉积在硼硅玻璃基片上,Al叉指电极插在ZnO膜和玻璃基片之间,而Al对向电极沉积在ZnO膜表面 ZnO膜的厚度大约是SAW波长的3%,变迹用改变对向电极形状来实现.找到了降低TV-VIF滤波器不可避免的插入损耗的先进的SAW设计,因此VIF级可以在没有任何前置放大器的情况下工作.精确的设计实现TV台的标准解调器;在通带内振幅平坦度0.05dB而群延迟波纹为10ns,这些滤波器显示出10ppm/℃和100ppm/25,000小时的漂移这样极好的频率稳定性.这种SAW滤波器目前正在生产.     

在兰宝石上射频溅射ZnO单晶薄膜的结构及SAW特性

用射频溅射法已在兰宝石的(O001)和(0112)面上外延生长了ZnO单晶薄膜.研究了这些薄膜的晶体结构和电特性.对兰宝石(0112)面上沿ZnO薄膜C轴传播的SAW测量了包括相速度,耦合系数,传播损耗及延迟温度系数等声表面波(SAW)特性.通过中心频率为1050兆赫的滤波器证明了这种结构对于高频SAW器件的可用性.     

4.4千兆赫ZnO单晶膜/兰宝石SAW滤波器

在兰宝石(Al_2O_3)基片上采用ZnO单晶膜已研制成4.4千兆赫SAW滤波器.ZnO膜是用R.F.磁控溅射技术生长的.发现ZnO/Al_2O_3结构的SAW特性与理论值很一致.滤波器系由0.5微米宽的双电极叉指换能器构成.尽管电极宽度较宽,但是由于器件用了具有极高相速的西沙瓦波和通过双电极产生三次谐波,故能在这样高的频率下工作,滤波器的3分贝带宽为50兆赫,在匹配条件下的插入损耗为16分贝.     

声表面波谐振器传播状态的ANSYS仿真

为描述声表面波的传播状态,利用ANSYS软件对声表面波(SAW)谐振器进行了仿真。在对声表面波产生机理和SAW谐振器工作原理分析的基础上,建立了SAW谐振器仿真模型,讨论了网格划分不同对仿真结果精度的影响,得出了在每个SAW波长尺寸内划分30～40个网格可以得到较精确的仿真结果。对不同长度声孔径的声表面波谐振器进行了仿真分析,得出了声表面波只在固体表面1～2个波长深度范围内传播的仿真效果图,与理论分析有很好的一致性。最后对IDT/ZnO/金刚石/Si结构的声表面波器件进行了仿真,得出该结构声表面波器件SAW传播速度与ZnO的厚度成反比,其大小是IDT/ZnO结构器件SAW传播速度的2～3倍。     

文摘选辑

(一)声表面波技术168 在Si片上产主SAW的最佳换能器设计——(Ghijsen W.J.)《Sens. Actuators》 31(1982)51—62介绍一种在多层介质/Si上产生SAW均匀叉指换能器的最佳设计方法.通过从源到换能器最大平均功率变换的匹配条件导出的简单关系获得叉指换能器的几何形状.这种设计程序已经应用到一些ZnO/SiO_2/Si和CdS/SiO_2/Si层状介质的换能器结构上.     

使用LiTaO_3单晶的SAW器件

用LiTaO_3单晶片制成了诸如SAW电视中频滤波器、电视广播发射机残余边带滤波器及用于视频磁带录像调谐器的SAW谐振器等多种SAW器件.这些器件现已投入批量生产和实际应用.它们的突出特点是温度稳定性好、传输损耗小、杂波响应小、重复性可靠性高并且适于批量生产.这一些远优于用其它材料作基片的器件,能很好地满足信息处理和通讯系统电子线路设计的要求.在这些成就中,在X切LiTaO_3晶体基片上发现的一种传输方向以及SAW级的LiTaO_3单晶生长技术的改进都起了极重要的作用.当SAW在X切的基片上沿旋转Y112°传播时,体波响应可抑制到-40分贝以下并且有很低的温度系数(～18ppm/℃)和适当的耦合系数(K~2约为0.75%).用铂铑坩埚和提拉技术沿X轴生成的SAW级的LiTaO_3单晶长达130毫米,直径达62—75毫米.