射频薄膜体声波谐振器的研制和分析

研制了一种采用氮化硅/二氧化硅/氮化硅复合膜作为支持薄膜的高Q薄膜体声波谐振器. 当采用单层氮化硅膜或二氧化硅膜作为谐振器的支持薄膜时,由于残余应力的作用,释放完的薄膜往往会出现褶皱的现象,极大地降低了薄膜体声波谐振器的Q值;上述复合膜结构有效地解决了这个问题. 采用直流磁控溅射法制备了氧化锌压电薄膜,X射线衍射结果表明制备的氧化锌薄膜具有很好的c轴择优取向,意味着氧化锌薄膜具有较好的压电性. S参数测试结果表明该薄膜体声波谐振器在0.4~2.6GHz的频率范围内具有3个明显的谐振模式,计算了这些谐振模式的串联谐振频率、并联谐振频率、有效机电耦合系数和Q值. 在这3个模式中,第3个谐波模式的工作频率约为2.4GHz,具有最高的Q值（约为500) ,可用来制备2.4GHz的低相噪射频振荡源.     

射频薄膜体声波谐振器的研制和分析

研制了一种采用氮化硅/二氧化硅/氮化硅复合膜作为支持薄膜的高Q薄膜体声波谐振器.当采用单层氮化硅膜或二氧化硅膜作为谐振器的支持薄膜时,由于残余应力的作用,释放完的薄膜往往会出现褶皱的现象,极大地降低了薄膜体声波谐振器的Q值;上述复合膜结构有效地解决了这个问题.采用直流磁控溅射法制备了氧化锌压电薄膜,X射线衍射结果表明制备的氧化锌薄膜具有很好的c轴择优取向,意味着氧化锌薄膜具有较好的压电性.S参数测试结果表明该薄膜体声波谐振器在0.4～2.6GHz的频率范围内具有3个明显的谐振模式,计算了这些谐振模式的串联谐振频率、并联谐振频率、有效机电耦合系数和Q值.在这3个模式中,第3个谐波模式的工作频率约为2.4GHz,具有最高的Q值(约为500),可用来制备2.4GHz的低相噪射频振荡源.     

高品质因数薄膜体声波谐振器的仿真与制备

该文研究了双层反射结构对薄膜体声波谐振器性能的影响。采用有限元方法建立了以氮化硅为支撑层,氮化铝为压电层,钼为电极的器件模型。首先探究反射层的宽度对输入阻抗的影响,为了进一步验证仿真结果,制备了空腔型薄膜体声波谐振器。研究结果表明,当反射层的宽度为0.5 μm时,器件的品质因数将得到极大增强。     

LiNbO_3单晶薄膜体声波谐振器的研制

该文介绍了一种采用智能截割(Smart Cut~(TM))技术制备的单晶铌酸锂(LiNbO_3)薄膜体声波谐振器。采用COMSOL有限元仿真软件从材料和结构两方面对LiNbO_3薄膜体声波谐振器进行优化设计,以实现高机电耦合系数,并通过Smart Cut~(TM)工艺方法制备了高性能Z切-LiNbO_3单晶薄膜作为谐振器的压电层,最终得到LiNbO_3薄膜体声波谐振器的谐振频率为3 847.5 MHz,反谐振频率为3 986.25 MHz,插入损耗为1.81 dB,谐振器有效机电耦合系数达到8.3%。     

体声波复合谐振器新结构的研究

本文报道了一种由氧化锌薄膜和多晶硅膜片构成的体声波复合谐振器的新结构，与传统制作在硅支撑膜片上的压电复合谐振器不同，多晶硅支撑膜采用表面微机械技术获得，因而是完全平面工艺，不需要双面光刻和背面腐蚀。采用Ｓ枪磁控反应溅射在多晶硅膜片上获得了ｃ轴取向良好的氧化锌薄膜。所得的谐振器的基波工作频率在５６０ＭＨｚ左右，而尺寸小于２５０×２５０μｍ２。     

低温漂薄膜体声波谐振器研究

该文介绍了一种基于空腔结构的温度补偿型薄膜体声波谐振器(TC-FBAR).通过在压电层上方生长SiO2温度补偿层,实现谐振器的低温漂.未采用温度补偿的薄膜体声波谐振器,其频率温度系数约为—25×10—6/℃.通过适当的膜层结构设计,可使其频率温度系数在±3×10—6/℃.结果表明,由于温度补偿层的增加,导致器件总体压电...     

AlN薄膜体声波谐振器性能分析

采用体硅微细加工工艺制备了背空腔型AlN薄膜体声波谐振器。研究了压电层、上电极及支撑层厚度对谐振器性能的影响。测试结果表明,谐振器所用AlN压电薄膜具有(002)择优取向,器件频率特性良好。当上电极、压电层、底电极和支持层的厚度分别为110,2600,110,200nm时,谐振频率为1.759GHz,机电耦合系数3.75%,品质因数79.5。结合Mason等效电路模型模拟分析与实验结果,分析了各层厚度对频率特性的影响机理。     

适用于FBAR的ZnO薄膜制备及压电特性分析

采用射频磁控溅射法在Al电极层上制备了适用于 薄膜体声波谐振器(FBAR)的ZnO薄膜, 研究了溅射功率对ZnO薄膜择优取向、压电响应和极化分布的影响。X射线衍射(XRD)测试结 果 表明,在一定范围内,随着溅射功率的增大,ZnO薄膜的择优取向和结晶质量得到提高;但 溅射功率过大,ZnO薄膜的择优取向变差。压电响应力显微镜(PFM)测量表明,溅射功率对薄 膜的压电性能和极化取向也有很大影响, 在所制备的薄膜中,多数晶粒的自发极化方向均垂直向上,表明所制备ZnO薄膜的表面主要 为O 截止;压电响应的振幅与薄膜的结晶质量和择优取向相关,在溅射功率为150W条件下制备的ZnO 在垂直于表面方向上表现出最大压电响应振幅,同时薄膜极化取向分布的一致性最好。     

AlN薄膜体声波谐振器的制备与性能分析

采用直流磁控反应溅射,在Pt电极上沉积了AlN压电薄膜,并制备了以SiO2为声反射层的体声波谐振器。用X-射线衍射(XRD)、电镜扫描(SEM)、原子力显微镜(AFM)测试表明,制备出的AlN薄膜具有高c轴择优取向、良好的柱状晶结构以及平滑的表面;用网络分析仪测试体声波谐振器得到较好的频率特性,即串、并联谐振频率分别为1.22 GHz1、.254 GHz,机电耦合系数为6.68%,带宽20 MHz。     

单晶LNBAW谐振器有限元仿真研究

利用离子注入剥离法(CIS)制备的铌酸锂(LN)压电薄膜可用于制备体声波(BAW)器件,近年来备受关注.滤波器的指标与谐振器的性能密切相关,但基于LN单晶薄膜的BAW谐振器,对其结构的仿真优化还未有较深入的报道.该文以LN单晶薄膜为核心压电层材料,构建了固态反射型(SMR)单晶薄膜谐振器有限元仿真模型,对其压电层厚度和...     

Design and fabrication of a MEMS Lamb wave device based on ZnO thin film

This paper presents the design and fabrication of a Lamb wave device based on ZnO piezoelectric film. The Lamb waves were respectively launched and received by both Al interdigital transducers.In order to reduce the stress of the thin membrane,the ZnO/Al/LTO/Si₃N₄/Si multilayered thin plate was designed and fabricated.A novel method to obtain the piezoelectric constant of the ZnO film was used.The experimental results for characterizing the wave propagation modes and their frequencies of the Lamb wave device indicated that the measured center frequency of antisymmetric A₀ and symmetric S₀ modes Lamb wave agree with the theoretical predictions.The mass sensitivity of the MEMS Lamb wave device was also characterized for gravimetric sensing application.     

基于ZnO薄膜的MEMS Lamb波微器件的设计与制造

MEMS Lamb波超声器件是传感器、执行器和谐振器等应用中非常重要的器件。本文设计并制作了基于ZnO薄膜的Lamb波微器件。Lamb波分别由Al叉指电极发射和接收。为了减小膜片的残余应力,本文设计并制造了ZnO/Al/LTO/Si3N4/Si多层薄板。提出并使用了一种新的获得ZnO薄膜压电常数的方法。器件的波传播模式及频率的测量结果表明反对称A0模式和对称S0模式Lamb波的中心频率与理论估计相符。本文还测量了用于重量分析的MEMS Lamb波器件的的质量灵敏度。     

Al薄膜对(002)ZnO/Al/Si结构基片中ZnO薄膜特性影响的实验研究

采用射频磁控溅射法沉积制备了(002)ZnO/A l/Si复合结构。研究了Al薄膜对(002) ZnO/Al/Si复合结构的声表面波器件(SAWD)基片性能影响以及当ZnO 薄膜厚度一定时的Al膜最佳厚度。采用X射线衍射(XRD)对Al和ZnO薄膜进行了结构表征 ,采用 扫描电镜(SEM)对ZnO薄膜进行表面形貌表征,并从薄膜生长机理角度进行了分析。结果 表明,加Al薄膜有利于ZnO薄膜按(002)择优取向生长,并且ZnO 薄膜的结晶性能提高;与(002)ZnO/Si结构基片相比,当Al薄膜 厚为100nm时,(002)ZnO/Al/Si结构中ZnO薄 膜的机电耦合系数提高 了65%。     

氧化锌压电薄膜传感器设计理论研究

利用压电薄膜和表面微机械技术可实现新型的氧化锌簿膜器件。本文分析了氧化锌薄膜表面微机械器件中氧化锌的压电效应，微机械结构的应力分布，以及压电感应电荷与器件尺寸的关系。这些结果可为器件的设计提供理论依据。     

L-MBE法制备以ZnO为沟道层的薄膜晶体管

采用激光分子束外延法(L-MBE)在SiNx/Si(111)衬底上制备了高质量的ZnO薄膜,用X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对薄膜的晶体结构、表面形貌进行了表征,结果表明ZnO薄膜有高度的c轴择优取向,薄膜表面平整致密.并以ZnO薄膜为沟道层制作了薄膜晶体管(ZnO-TFT),该晶体管工作在n沟道增强模式,阈值电压为17.5V,电子的场迁移率达到1.05cm2/(V·s).     

表面微机械结构的氧化锌压电薄膜器件的工艺研究

本文对表面微机械结构的氧化锌压电薄膜器件的关键工艺进行了研究。研究了表面微机械工艺，探索了合适的工艺规范。对如何在表面微机械结构上采用Ｓ枪磁控反应溅射生长出ｃ轴定向的ＺｎＯ薄膜工艺进行了研究。     

ZnO薄膜的激光光声效应

本文分析了ZnO薄膜的光声效应,推导了在一维条件下光声信号与压电系数、介电系数、热导、比热、调制频率之间的关系。实验表明光声信号的幅度和调制频率、入射光功率之间的理论分析吻合较好。同时还计算了ZnO薄膜的压电系数e_(33)=0.817e/m~2,e_(31)=-0.43e/m~2。     

Self‐Compensated Insulating ZnO‐Based Piezoelectric Nanogenerators

Remarkable enhancement of piezoelectric power output from a nanogenerator (NG) based on a zinc oxide (ZnO) thin film is achieved via native defect control. A large number of unintentionally induced point defects that act as n‐type carriers in ZnO have a strong influence on screening the piezoelectric potential into a piezoelectric NG. Here, additional oxygen molecules bombarded into ZnO lead to oxygen‐rich conditions, and the n‐type conductivity of ZnO is decreased dramatically. The acceptor‐type point defects such as zinc vacancies created during the deposition process trap n‐type carriers occurring from donor‐type point defects through a self‐compensation mechanism. This unique insulating‐type ZnO thin film‐based NGs (IZ‐NGs) generates output voltage around 1.5 V that is over ten times higher than that of an n‐type ZnO thin film‐based NG (around 0.1 V). In addition, it is found that the power output performance of the IZ‐NG can be further increased by hybridizing with a p‐type polymer (poly(3‐hexylthiophene‐2,5‐diyl):phenyl‐C₆₁‐butyric acid methyl ester) via surface free carrier neutralization.     

纳米Si／SiNx薄膜的制备及对Nd∶YAG激光器的被动调Q

为了研究纳米硅镶嵌氮化硅薄膜材料的被动调Q特性,采用射频磁控反应溅射法结合热退火处理在单晶硅衬底上制备该薄膜,用该样品作为可饱和吸收体,在凹－平腔中实现了氙灯抽运Nd∶YAG激光器的被动调Q运转,在抽运重复频率1Hz情况下获得脉宽最小可达19ns的调Q单脉冲输出。并且研究了该薄膜结构特性、激光器参数,如抽运电压、腔长对调Q脉冲输出性能产生的影响。在此基础上,对实验现象产生的原因做了分析讨论。结果表明,纳米硅镶嵌氮化硅薄膜有一定的调Q效果,具有潜在的研究及应用价值。     

The fabrication of thin-film bulk acoustic wave resonatorsemploying a ZnO/Si composite diaphragm structure using porous siliconlayer etching

Thin-film bulk acoustic wave resonators (FBARs) are used in monolithic microwave integrated circuits (MMICs) for semiconductor devices. FBARs are more attractive than surface acoustic wave resonators since they have the advantages of small size, low cost, and mass-production ability. In this letter, an FBAR with an air gap is fabricated by a surface micromachining technique which utilizes porous silicon layer (PSL) etching. This FBAR has a forward reflection coefficient of -18.912 dB when the thickness of the ZnO thin film measures 1 μm. The FBAR is composed of a piezoelectric zinc oxide (ZnO) thin film and top and bottom electrode thin films of Au(1000 Å)/Ni-Cr(50 Å). The ZnO thin film is deposited by RF magnetron sputtering. This fabrication process is compatible with conventional IC processes, thereby enabling the development of monolithic-integrated FBAR's on Si or GaAs substrates