基于ZnO压电薄膜的柔性声表面波器件

提出并制备了基于聚酰亚胺柔性衬底的声表面波(SAW)器件。在柔性聚酰亚胺衬底上低温反应磁控溅射沉积了ZnO压电薄膜;采用X射线衍射仪,扫描电子显微镜,原子力显微镜等设备对ZnO薄膜进行了检测,结果表明:ZnO薄膜晶粒呈柱状生长并且(002)择优取向,膜粗糙度小于9nm,适合制作压电器件。在柔性衬底上制备了基于ZnO压电薄膜的SAW器件,该器件表现出良好的谐振性能。采用矢量网络分析仪检测器件的传输曲线,实验结果与仿真结果具有很好的一致性。随着波长减小,谐振频率和相速度增加,当ZnO厚度为4μm,波长为8μm时,器件的谐振频率为268MHz,相速度为2 144m/s,机电耦合系数为1.1%;当ZnO厚度增加时,此叠层结构的声表面器件的叠层声速也增加。     

独特谐振模式下薄膜体声波谐振器的设计

计算了四层复合结构的薄膜体声波谐振器(FBAR)的输入阻抗谱,各层采用的材料分别是Al/AlN/Al/Si,其尺寸为0.8 μm/1.9 μm/0.8 μm/100 μm,得出其有效机电耦合系数k²_eff随谐振模式的分布情况,从而得到最大k²_eff的独特谐振模式在1~2 GHz为第40阶谐振模式。从理论上探讨了各层的尺寸及材料属性对该独特谐振模式及其频移的影响,以及串联谐振品质因数FOM等滤波器设计的主要性能参数在该模式下的分布情况。实验结果表明,工作在独特谐振模式下的FBAR的性能依赖于各层材料尺寸,当压电层厚度从0.2 μm变到4.3 μm时,特殊谐振模式频率从1.2 GHz增加到4.8 GHz;当基底厚度变厚时,有效机电耦合系数从3.2%变到0.8%,串联品质因数从2 000变到700;而电极变厚后,有效机电耦合系数趋于一个稳定值。这些数据在实际设计过程中对滤波器的微调具有参考意义。     

Na+掺杂ZnO薄膜的结构和电学性能

以醋酸锌为溶质、碳酸钠为钠源,采用溶胶-凝胶法在Si〈100〉衬底上制备了钠掺杂ZnO薄膜,掺杂浓度分别为0,0.018,0.036,0.045,0.063和0.09 mol/L.研究了钠掺杂后ZnO晶胞尺寸和表面形貌的变化规律,用霍尔效应仪测试了试样的载流子浓度及导电类型,分析了材料的拉曼光谱与试样内部缺陷浓度的关系.结果表明:Na 离子可进入ZnO晶格取代Zn2 ,导致晶胞变大,同时ZnO薄膜由n-型转变为p-型导电;当Na 掺杂浓度达0.045 mol/L时,其电阻率为75.7Ω·cm,空穴浓度2.955×1017 /cm3.     

NaOH对硅基薄膜体声波谐振器的背腔刻蚀研究

薄膜体声波谐振器(FBAR)在无线通信领域具有十分广阔的发展和应用前景。该文主要针对薄膜体声波谐振器背腔湿法刻蚀工艺进行了研究。通过改变Na OH浓度以及刻蚀温度对硅进行了湿法刻蚀,研究了硅的刻蚀速率以及刻蚀表面的粗糙度Ra。研究表明硅刻蚀速率随温度呈指数变化,在Na OH质量分数为33%时刻蚀速率最快,同时刻蚀表面粗糙度最小。在此质量分数条件下,刻蚀速率可达1μm/min,刻蚀表面粗糙度小于5 nm。该刻蚀工艺可以满足谐振器背腔刻蚀过程中对硅以及支撑层表面质量的要求。     

基于SH-SAW谐振器的无线温度传感器研究北大核心CSCD

基于128°YX铌酸锂压电衬底设计制作了窄带、高Q值的水平剪切声表面波(SH-SAW)谐振器,研究了其温度特性,并基于该谐振器制作了无线温度传感器。研究结果表明,该SH-SAW谐振器在常温至250℃内保持良好的谐振性能,频率温度系数为-24.33 kHz/℃。基于该SH-SAW的无线温度传感器在常温至250℃温度范围内实现了温度的准确无线测试,测温误差为0.93%,且具有良好的重复性。     

基于SH-SAW谐振器的无线温度传感器研究

基于128°YX铌酸锂压电衬底设计制作了窄带、高Q值的水平剪切声表面波(SH-SAW)谐振器,研究了其温度特性,并基于该谐振器制作了无线温度传感器。研究结果表明,该SH-SAW谐振器在常温至250℃内保持良好的谐振性能,频率温度系数为-24.33 kHz/℃。基于该SH-SAW的无线温度传感器在常温至250℃温度范围内实现了温度的准确无线测试,测温误差为0.93%,且具有良好的重复性。     

基于MEMS技术的微波(RF)滤波器的设计

微波MEMS(RF-MEMS)滤波器是一种基于硅微加工技术的新型器件.由于RF-MEMS器件具有体积小、承受功率大、性能优良、成本低以及易于与后续的电路集成等突出优点,因此,由薄膜体声波谐振器(FBAR)构成的RF-MEMS滤波器在微波通讯系统的射频前端将取代传统的声表面波(SAW)滤波器.从以MEMS技术制作的薄膜体声波谐振器(FBAR)为基本单元构成梯子式(Ladder type)射频滤波器的原理出发,对滤波器的性能和设计进行分析,并对实际滤波器中的问题进行了较详细的探讨.     

多孔金电极敏感加强型AlN基体声波传感器对重金属Hg~(2+)的检测

该研究制备的多孔金电极敏感加强型AlN基薄膜体声波传感器谐振频率为1. 214 58 GHz,利用Hg~(2+)核酸适配体修饰金电极,形成Hg~(2+)生物敏感层。通过T-Hg~(2+)-T双碱基对结构特异性俘获目标物Hg~(2+)离子,对Hg~(2+)在50～1 000 n Mol/L浓度范围内器件频率大小进行了实时监测。实验发现,在100～1 000 n Mol/L浓度范围内,器件频率漂移量和Hg~(2+)浓度之间呈线性关系,检测灵敏度约为677. 07 Hz/nMol/L,器件灵敏度高,选择性好。     

高功率体声波谐振器的自热效应及其修正

为了在高功率体声波谐振器的设计中考虑自热效应的影响,提出一种声-电磁-热多物理场协同仿真方法 ,来模拟自热导致的频率偏移,并针对此频率偏移的消除问题,提出了相应的修正方案。首先,由常用的Mason模型设计出满足谐振频率要求的初始谐振器。接着,通过声-电磁-热多物理场协同仿真得到自热导致的频率偏移。然后,初步调整压电层厚度,来抵消此频率偏移。最后,对调整后的谐振器迭代进行声-电磁-热多物理场协同仿真,以确定压电层厚度的调整量。结果表明:自热效应会导致高功率体声波谐振器的谐振频率明显下偏(谐振器案例的频率偏移量为3 MHz),通过减薄压电层厚度(案例中为1.7nm)可彻底消除此频率偏移。所提出的高功率体声波谐振器的修正方案能有效地解决自热效应导致的谐振频率偏移问题。     

反应磁控溅射法制备ZnO/Al(O)/ZnO薄膜的光学和电学性能

采用反应磁控溅射法,通过控制中间层沉积时的氧气流量,在聚对苯二甲酸乙二醇酯基底上制备了ZnO/Al(O)/ZnO薄膜,研究了氧气流量对Al(O)薄膜的微观形貌、表面粗糙度,以及对ZnO/Al(O)/ZnO薄膜光学和电学性能的影响。结果表明:随着氧气流量的增加,铝在ZnO薄膜表面由三维岛状生长转变为二维层片状生长,Al(O)薄膜表面粗糙度先增大后减小再增大,当氧气流量为6.7×10~(-3)cm~3·s~(-1)时最小;随着氧气流量的增加,ZnO/Al(O)/ZnO薄膜在较长波长范围内的透过率增大,方阻增大,霍尔迁移率和载流子浓度下降;综合考虑光学和电学性能,适宜的氧气流量为6.7×10~(-3)cm~3·s~(-1)。     

掺杂CuO的（1-x）Ca0.61Nd0.26TiO3+xNd(Mg1/2Ti（1/2）)O3复合陶瓷的微波介电性能

采用固相合成法制备了掺杂CuO的(1-x)Ca0.61Nd0.26TiO3+xNd(Mg1/2Ti1/2)O3微波介质复合陶瓷材料,研究了不同成分复合陶瓷烧结后的密度、微观结构以及介电性能的变化规律。结果表明:随着x值的增大,复合陶瓷的介电常数呈下降趋势,Q.f值逐渐升高,谐振频率温度系数由正变为负,且在0.3相似文献   

多晶硅薄膜电学参数的温度特性分析

本文研究了不同掺杂浓度下多晶硅薄膜的迁移率、应变系数等电学参数与温度的关系。通过霍尔迁移率的测试,给出了硼掺杂多晶硅薄膜电阻在25～150℃温度下的电阻率、霍尔迁移率、应变系数的温度特性,从理论上分析它们的变化规律。     

柔性声表面波器件的波模式分析

用反应磁控溅射法在柔性聚酰亚胺衬底上沉积了ZnO压电薄膜,并制备了基于ZnO压电薄膜的柔性声表面波(SAW)器件。制备的柔性SAW器件显示了良好的谐振性能,而且展现出两个波模式:模式0和模式1。当波长为32μm,ZnO厚度为4μm时,SAW器件的模式0和模式1的谐振频率分别为34.4MHz和158.5MHz,对应声速为1 100.8m/s和5 072m/s。模式0为已知的瑞利波,模式1为新的高频模式。沉积了不同厚度的ZnO薄膜制备柔性SAW器件,进一步分析了薄膜厚度对SAW器件和模式1的影响。分析认为该高频模式不是传统硬质衬底上SAW器件产生的Sezawa波,而是S_0兰姆波,并且是有衬底情况下的S_0兰姆波。文中还采用Comsol仿真分析了新的高频模式1的粒子振动位移,结果和S_0兰姆波粒子振动位移一致,从而验证了其为广义兰姆波的正确性。     

In/Sb掺杂SnO_2纳米薄膜的H_2S气敏特性

采用溶胶-凝胶浸渍提拉法(Sol-Gel Dip-Coating, SGDC)制备SnO_2纳米晶薄膜气敏传感器.较系统地研究了掺杂量、镀膜层次和热处理温度等制备工艺对薄膜表面形貌、晶粒大小及气敏性能的影响.研究结果表明:铟的最佳掺杂量为4at%,最佳镀膜层数为7层,最佳热处理温度为600 ℃.气敏传感器最佳工作温度为165 ℃,在此工作温度下,薄膜的灵敏度分别为26.3(137 ppm H_2S)和2.5(2.74 ppm H_2S),薄膜的响应恢复时间较短分别为8 s和22 s,对H_2S气体有较好的选择性.     

MEMS谐振器刚度非线性特性及其表征

为了准确表征微电子机械系统(MEMS)谐振器在大振幅运动时的行为特性,建立了刚度非线性MEMS谐振器集总参数模型,并创建了一整套MEMS谐振器非线性特性的表征方法和测试系统。搭建了基于锁相环和自动增益控制的MEMS谐振器闭环工作电路,分析了不同驱动振幅下,MEMS谐振器的工作状态。推导建立了工作振幅、工作频率与MEMS谐振器刚度非线性之间的数量关系。最后,基于衰减模式和稳定振荡模式两种工作形态,实际测量了MEMS谐振器的无阻尼自然谐振频率和刚度非线性。结果显示:无阻尼自然谐振频率和刚度非线性系数的测量重复性分别为18.6×10-6和1.50%。针对实测的MEMS谐振器无激励振幅自衰减曲线,分别用理想二阶系统谐振器模型和刚度非线性谐振器模型进行残差分析。结果显示后者的残差要比前者的残差小9.5%,表明刚度非线性MEMS谐振器模型更接近真实情况,也验证了该刚度非线性特性表征方法的准确性。基于该方法,测量了MEMS谐振器刚度非线性系数和无阻尼自然谐振频率的温度特性,得到的无阻尼自然谐振频率的温度系数为-0.487Hz/℃,线性拟合度达99.964%。     

Mg含量对N掺杂MgZnO薄膜的光电性能和N掺杂行为的影响

利用射频磁控溅射技术,在相同流量的氮气、氩气混合气体条件下,在石英基片上溅射获得了不同Mg含量的N掺杂MgxZn1-xO薄膜,并研究了Mg含量对N的掺杂行为和薄膜光电性能的影响。结果显示,在N掺杂MgxZn1-xO薄膜中,随着Mg含量的增加,薄膜的电阻率增加,载流子浓度下降;X射线电子能谱中位于395eV左右的N1s峰强逐渐减弱、甚至消失;Raman光谱中与受主NO相关的位于272cm-1、642cm-1左右的振动峰也随之减弱、消失。得到的结果表明:在N和O的化学势相同的条件下,薄膜中Mg含量对N的掺杂行为有一定的影响,随着Mg含量的增加,受主NO的掺杂浓度降低,N的掺杂状态发生变化;N掺杂MgxZn1-xO薄膜中Mg含量低时,存在NO与(N2)O两种状态;Mg含量高时,薄膜中只存在(N2)O一种形式。     

用于液相生物量检测的单片阵列QCM传感器

设计并制作了一种单片集成的阵列式QCM(石英晶体微天平)传感器,介绍了设计思想和方法,用网络分析仪对实验器件进行了分析.阵列传感器设计成分时扫描激励的工作模式,通过选通电路对阵列各单元进行扫描激励,实现各单元的依次工作,避免了各谐振器单元之间可能的振动耦合,从而可以在单个石英晶片上集成尽可能多的器件.该阵列式QCM传感器加工工艺简单,频率一致性好,平均频率稳定度达到±0.2ppm/h.     

压电传感器材料的铁电特性研究

本文采用溶胶-凝胶工艺制备了不同Mn离子掺杂浓度的PZT薄膜.研究了不同掺杂浓度对压电传感器薄膜铁电特性的影响.试验结果表明当Mn离子含量较少时,Mn在PZT中主要表现施主掺杂特性,薄膜铁电性能提高;而当浓度增大时,薄膜性能降低.     

硅微机械音叉式谐振器

应用体硅微机械加工技术,制作了一种双端固定音叉式谐振器。它在音叉的两个臂上连接了梳齿电容结构,用来驱动音叉臂在硅片平面内侧向、反相振动,同时检测音叉的振动频率。当驱动力的频率等于音叉的固有频率时,音叉产生谐振。此时,检测梳齿电容输出的电流最大。用有限元方法对谐振器进行了模态分析和结构优化。音叉臂长800μm,宽5μm,梳齿电容齿长25μm,结构层厚度为80μm,在30V交流电压激励下,测得其谐振频率为25kHz。当音叉受到轴向力的作用时,音叉的固有频率会发生变化,根据这一原理,设计了谐振式加速度计。用有限元分析软件对加速度计工作情况仿真,估算其灵敏度约为2Hz/g。这种音叉式谐振器结构和工艺简单,性能可靠,成本较低,对于进一步研究微机电系统谐振器件具有重要意义。     

用于微机电系统运动检测的激光差动多普勒技术

提出了能够检测微机电系统器件面内瞬时运动的方法，建立了测量微机电系统谐振器面内运动速度和位移的差动激光多普勒系统。在光路中引入了电荷耦合器件监控系统，可以观察被测器件微小结构的调整和振动情况。使用信号处理电路从光电接收器输出的高频调制信号中分离出多普勒信号，并用时频分析算法从多普勒信号中提取出速度信息，再通过积分获得位移。测量了微机电系统谐振器的面内振动，测量结果的离散度误差为2．512μm。