《电讯技术》专题资料《时间频率技术》题要（二十一）

薄膜体声波滤波器的材料、设计及应用（蒋松涛） 薄膜体声波谐振器及滤波器具有工作频率高、工艺简单、尺寸小、易于集成等优点,成为目前应用于高频通信前置滤波器的首选。系统介绍了用于薄膜体声波谐振器的几种主要材料（AIN,ZnO,PZT）的具体特点、制备工艺及薄膜体声波谐振器与滤波器的结构、设计及其应用。     

PZT材料在射频滤波器中的应用

锆钛酸铅 (PZT)材料有着优良的压电性能 ,其薄膜具有高机电耦合系数、高品质因数的特点 ,适合于制作低插损、大带宽的射频 (RF)滤波器。文中介绍了 RF体声波滤波器的原理、结构和 PZT的材料特性 ,探讨了PZT薄膜的制备、退火、刻蚀工艺的选择与优化 ,并在此基础上设计了应用 PZT薄膜的体声波滤波器 ,模拟了该器件的性能     

C波段宽带薄膜体声波滤波器设计及验证

介绍了一种适用于三维堆叠的凸点式晶圆级封装的小型化C波段宽带薄膜体声波滤波器的设计方法,并进行了工艺验证。通过对压电层薄膜进行钪掺杂、材料参数提取、结构模型优化实现了相对带宽大于5%的薄膜体声波滤波器设计。通过表面硅基微机电系统(MEMS)工艺制备与凸点式晶圆级封装实现滤波器制备。研制出标称频率5 800 MHz、插入损耗小于2.8 dB、阻带抑制大于40 dBc、体积仅1.0 mm×1.0 mm×0.35 mm的C波段宽带薄膜体声波滤波器。     

薄膜体声波谐振器技术

以微加工技术制作的薄膜体声波谐振器以及由它连接组成的滤波器为重点,介绍了其工作原理、结构模型以及相关参数,提出了一种薄膜体声波谐振器设计,并模拟了其构成射频带通滤波器的频率特性。     

基于硅表面加工工艺的射频体声波滤波器研究

计算并讨论了由电极－压电薄膜－电极的三明治结构组成的体声波谐振器在有衬底情况下的阻抗，特别说明了厚的支撑膜对滤波器性能的严重影响。同时比较了在制作体声波滤波器时硅的体加工工艺和表面加工工艺的优劣，给出了利用硅的表面加工工艺制作的射频体声波滤波器的设计。     

一种体声波滤波器仿真设计分析

文中着重阐述了基于微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）技术制造的薄膜体声波谐振器／滤波器，简述了它的结构及原理，分析了其主要特征参数和设计方法，并设计了中心频率为2．4GHz，带宽为100MHz的带通滤波器，展示了薄膜体声波谐振器／滤波器的突出性能，为通信MEMS技术的微型化发展提供了更广阔的道路。     

大于3 GHz超宽带FBAR滤波器结构设计与仿真

该文提出了一种获得相对带宽约为70.61%的基于氮化铝薄膜的超宽带薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器的设计方法,即在中心频率为6.5 GHz下滤波器的带宽为4.835 GHz。仿真分析表明,通过串并联电感的方式,并在电感端串并联电容,可消除因增加电感而带来的谐波谐振点干扰对带通的影响,实现了FBAR滤波器的超宽带。该工作开辟了设计和制作带宽超过3 GHz的超宽带体声波滤波器的新途径。     

微型FBAR滤波器芯片

薄膜体声波谐振器(FBAR)技术,是一种基于声体波谐振的新技术。当一交变射频电压施加于两电极之间时,在压电薄膜内形成交变电场。通过压电薄膜的逆压电效应产生的机械形变激发体声波、在两电极间来回反射,当体声波的传播为半波长或半波长的奇数倍时发生谐振。和声表面波滤波器相比,FBAR滤波器具有体积小、带外抑制高、     

Band 40波段体声波滤波器的设计北大核心

射频(RF)滤波器在4G移动通信(如Band 40波段)中具有广泛应用。描述了基于薄膜体声波谐振器(FBAR)技术的RF滤波器的设计和制作方法。体声波滤波器是由FBAR以T型结构级联的方式实现的。在滤波器的设计过程中,为了使仿真结果更接近于实际情况,采用考虑电极和衬底间耦合效应的改进的Mason模型对FBAR进行性能仿真和优化。最后,在8英寸(1英寸=2.54 cm)CMOS工艺线上对此滤波器进行了流片。测试结果表明,Band 40波段的体声波滤波器具有低的通带插入损耗(小于3 dB)、高的带外抑制(大于40 dB)和快速滚降特性。     

一种射频体声波滤波器的版图设计与仿真

射频体声波滤波器品质因子高,尺寸小,其性能已超过声表面波滤波器,将其替代传统的射频滤波器极具性能和价格优势。本文建立了适用于体声波滤波器性能分析的巴特沃斯—范戴克（MBVD）模型,采用梯形级联方式设计了一种射频体声波滤波器的版图。在此基础上以中心频率为1.99GHz,带宽56MHz的体声波滤波器为例,对不同连接级数梯形滤波器的插入损耗、阻带抑制进行了仿真与分析讨论,在4阶滤波器中其带外衰减达到了-29.708dB。采用微机电机械系统工艺制备的2阶和3阶滤波器传输特性的测试曲线与仿真结果基本吻合,表明射频体声波滤波器具有广泛的应用前景。该模拟结果可作为射频体声波滤波器设计的一个重要参考。     

基于Sagnac干涉仪的级联型梳状滤波器

密集波分复用(DWDM)系统光信道数量的增加,使得与DWDM技术有关的各种光学滤波器技术成为当前光纤通信领域的研究热点.高双折射(HiBi)光纤环具有易于制作、性能稳定以及良好的滤波特性等特点,近年来受到广泛关注;通过增加Sagnac环内HiBi光纤和偏振控制器的个数,或者采用多个HiBi光纤Sagnac环的级联形式,...     

低插损窄带型10.7MHz压电陶瓷滤波器的研制

介绍了低插损窄带型10.7 MHz压电陶瓷滤波器的一种设计制作方法。结合压电陶瓷能陷模理论,通过对滤波器分割电极设计和制造工艺控制技术的研究,强调了工艺控制的重要性。产品达到日本村田同类产品水平,对国产化窄带型10.7 MHz压电陶瓷滤波器的研发和生产具有十分重要的意义。认为选用高Qm值压电陶瓷材料、分割电极和耦合电容的设计、焊接和点蜡工艺的控制等是研制低插损窄带型10.7 MHz压电陶瓷滤波器的重点。     

PZT薄膜的制备及其与MEMS工艺的兼容性

用溶胶-凝胶技术在Pt/Ti/SiO2/Si上制备了PZT薄膜,并采用剥离技术与热处理的方法解决了Pt电极的图形化,在结晶热处理前,利用PZT腐蚀液对PZT进行图形化腐蚀.分别用SEM,XRD,EDX对电极和PZT薄膜的相貌、相结构以及化学组分进行了分析.结果表明:所制备的PZT薄膜具有完全的钙钛矿型结构;这种图形化的工艺方法大大改善了电极和PZT的图形化条件,在不影响电极和PZT性能的同时,提高了电极和PZT的图形质量;底电极和PZT的图形化过程,避免了强酸长时间的腐蚀,大大提高了PZT薄膜的制备与MEMS工艺的兼容性.     

直写成型制备的3-3型PZT压电复合材料及其性能

3-3型压电复合材料在超声波传感器、水下声学检测等领域有着广泛的应用。锆钛酸铅(PZT)陶瓷通过复合有望制备具有低介电常数、低脆性等优点的复合材料。采用直写成型技术制备了 PZT 三维木堆结构支架, 结合浸渍法填充环氧树脂制备了3-3型PZT/环氧树脂压电复合材料。研究了陶瓷相体积分数对3-3型PZT/环氧树脂压电复合材料的介电、压电、铁电性能的影响,并对比了 PZT陶瓷支架与 PZT/环氧树脂复合材料的介电与压电性能。研究结果表明,随着陶瓷相体积分数的增加,复合材料的介电常数、压电常数及剩余极化强度都会增大, PZT支架具有更大的介电常数、压电常数、压电电压常数;当陶瓷相体积分数为36%时,PZT 支架与 PZT/环氧树脂的压电电压常数分别达到151．0mV·m/N 与104．0mV ·m/N。PZT/环氧树脂复合材料同时具备了压电陶瓷的硬度、电性能,以及聚合物的柔韧性、低密度等优势,其应用前景良好。     

PbZr0.52Ti0.48O3薄膜红外椭圆偏振光谱研究

用磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2 /Si衬底上制备了PbZr0 .52 Ti0 .4 8O3(PZT)薄膜 .XRD结果表明经过退火后的PZT薄膜呈现多晶结构 .通过红外椭圆偏振光谱仪测量了λ为 2 .5～ 12 .6 μm范围内PZT薄膜的椭偏光谱 ,采用经典色散模型拟合获得PZT薄膜的红外光学常数 ,同时拟合得到未经处理的PZT薄膜和退火后PZT薄膜的厚度分别为 45 4.2nm和 45 0 .3nm .最后通过拟合计算得到结晶PZT薄膜的静态电荷值为 |q|=1.76 9± 0 .0 2 4.这说明在磁控溅射法制备的PZT薄膜中 ,电荷的转移是不完全的 .     

先驱体法制备PZT/ZrO2复合陶瓷材料

研究了一种新的制备PZT／ZrO2复合陶瓷材料的方法。借助B位先驱体法，首先合成亚稳态的钙钛矿固溶体，在高温下ZrO2相从固溶体中析出得到PZT／ZrO2复合陶瓷材料。在冷却过程中，已在PZT晶粒内析出的ZrO2相发生四方到单斜的相变，伴随该相变的体积膨胀会对晶界产生压应力，起到强化晶界的作用，从而使陶瓷材料的力学性能得到明显提高。     

一种新型集成微麦克风和扬声器的设计

基于现有的硅基Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）铁电薄膜的制备工艺,提出了一种用于微麦克风和扬声器的新型ＰＺＴ悬臂式振膜结构。对这种悬臂结构的结构参数进行了优化设计,并对其灵敏度的声输出进行了理论分析。结果表明采用这种ＰＺＴ悬臂式结构的微麦克风和扬声器的性能有望超过以往文献中报道过的微麦克风和扬声器。     

Pattern transfer of nano-scale ferroelectric PZT gratings by a reversal nanoimprint lithography

Nanoscale PZT gratings are successfully transferred to a Pt substrate using reversal nanoimprint technique without any chemical etch processes. The transfer process is preliminarily studied by measuring the surface topography of PZT coated on templates before transferring as well as the transferred patterns on substrates. Piezoelectric force microscopy (PFM) and Raman spectroscopy are used to investigate the transferred PZT nanostructures after annealing. Good ferroelectric and structural properties have been demonstrated by the transferred PZT nanostructures, indicating that this reversal imprint technique is applicable for forming nanoscale PZT domains, which may lead to the manufactures of high density data storage devices at economic cost.     

硅基PZT压电薄膜微传感器的结构设计和实验研究

对硅基锆钛酸铅(PZT)压电薄膜微传感器进行了结构和版图设计.根据MEMS加工工艺和标准硅基IC工艺的特点,获得了硅基PZT压电薄膜微悬臂梁结构系统工艺流程中的关键工艺技术和典型工艺条件.对PZT压电薄膜的制备和微细图形化进行了较为详细的实验研究,最后成功地制备出硅基PZT压电薄膜微传感器样品.这对集成化芯片系统的进一步发展打下了良好的实验基础.