射频系统中MEMS谐振器和滤波器

介绍了目前国内外射频系统中所涉及的静电梳状谐振器、自由梁谐振器、薄膜声体波谐振器、腔结构谐振器、平行谐振器结构HF带通滤波器、折叠梁MF滤波器、分布传输线可调滤波器等MEMS谐振、滤波器件.对这些器件的结构原理、制造方法以及性能指标作了分析.把这些器件的性能指标和目前射频系统中谐振器、滤波器的性能要求进行比较,分析了这些器件的应用前景.最后,对基于MEMS技术的射频谐振器、滤波器发展作出展望.     

分子印迹型薄膜体声波谐振毒品检测传感器

针对毒品探测的需求,对高灵敏度、高选择性及可工作于液相环境中的传感器进行了研究,利用分子印迹技术(MIT),结合薄膜体声波谐振器(FBAR)和微流体(micro fluidics)技术构造了新型传感器.首先,阐述了用分子印迹技术制作FBAR吸附层材料的原理,利用分子印迹技术制备了对特定毒品分子具有专一吸附性的印迹材料,将其作为吸附层涂覆在基于微机电系统(MEMS)及微流体技术的FBAR上.根据压电方程和运动学方程推导出了FBAR压电振子的等效电路及电学端口输入阻抗公式,构建了以AIN为压电材料的微流体结构FBAR毒品检测传感器模型.对该结构的FBAR传感器进行了理论研究和公式推导,并在理论模型的基础上进行了仿真实验,得到了单位面积质量响度达0.8pg/Hz·cm2的FBAR传感器.得到的实验结果远高于石英晶体微天平这一传统的质量敏感型传感器,可实现对溶液中毒品分子的快速检测.     

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。     

小波变换及其在MEMS谐振器运动轨迹的特征提取中的应用

为测量微电机械系统(MEMS)谐振器的动态特性参数,根据MEMS谐振器运动图像的特点,将小波变换应用于MEMS谐振器运动轨迹的特征提取中.基于模糊图像合成技术,利用小波变换对MEMS谐振器的模糊运动图像进行了增强及降噪处理,并结合传统的图像处理方法,提取MEMS谐振器的运动轨迹,最终获得了MEMS谐振器的特性参数,从而可为MEMS器件的设计提供重要参考.实验结果表明,利用小波变换的方法获得了更好的测量精度,测量重复性误差为100nm.     

Mg掺杂对ZnO基体声波谐振器性能的影响

文中利用Mg掺杂ZnO压电膜制备了薄膜体声波谐振器,在较低浓度Mg掺杂时,器件机电耦合系数有微弱增大;当掺杂浓度过高时,机电耦合系数呈下降趋势。当掺杂Mg元素质量分数为2.23%时,器件在20～100℃内的温度频率系数为-26.0 ppm/℃,比之前纯ZnO基薄膜体声波谐振器的温度频率系数值-69.5 ppm/℃下降了很多。     

片上集成MEMS射频滤波器

研究采用MEMS工艺技术制造可在硅集成电路片上集成的射频滤波器.MEMS工艺技术实现了高性能嵌入式螺管电感和金属-绝缘层-金属电容元件的集成制造.整个微加工制造工艺为低温工艺,可与CMOS集成电路工艺实现后端集成.基于此工艺,设计和实现了应用于5 GHz射频频段的微小化的片上集成滤波器,包括一种低通滤波器和一种带通滤波器.测试结果表明,5阶低通滤波器的 -1.5 dB 转折频率在5.3 GHz频率,从直流到5 GHz频率的插入损耗小于1.06 dB.实现的带通滤波器为两阶谐振耦合式,在中心频段5.3 GHz的最小插入损耗为4.3 dB,通带内的回波损耗大于13 dB.研究结果表明:该微加工技术适用于无源器件和滤波器电路的CMOS后端集成,适合高性能射频片上系统的应用.     

用于微机电系统的微型带阻滤波器

为了实现微机电系统微波信号滤波,开发了适用于微机电系统的小尺寸左右手复合传输线微波带阻滤波器,对该滤波器的原理、结构特点、加工工艺等进行了研究。根据左手材料理论,介绍了具有蛇形槽单元的滤波器结构。以蛇形槽结构的一个单元为例,对比传统插指电容左手单元结构,提取了蛇形槽的等效电路,并分析了蛇形槽结构单元的优点,即在相同的面积内,可以获得更大的等效电路参数。最后,结合溅射、光刻、电铸、刻蚀等MEMS技术,设计了器件的加工工艺。使用MEMS工艺,加工了主体尺寸5 mm×7 mm的器件。相移常数的仿真和实验结果表明,在高频带部分(2.1~5.2 GHz)的相移常数为负(左手区),相速度与群速度方向相反,左手区的相对带宽为82.7%。结果显示,与其他设计相比,本文设计的器件尺寸小,左手区的相对带宽大,可以提供更大的工作频带范围     

基于模糊集与小波技术的MEMS平面运动测量

实现对MEMS的微结构平面运动幅值提取和分析,为提高MEMS器件的性能和可靠性分析提供重要参考。在连续光照明条件下,提出了一种基于模糊集图像增强技术与小波变换边缘检测技术相结合的MEMS运动幅值测量方法。该方法通过模糊集技术对MEMS运动模糊特征带进行图像增强及降噪处理,并结合小波变换技术提取MEMS谐振器的运动幅值。通过扫频实验获得MEMS谐振器的平面运动幅值响应曲线。实验结果表明,该方法的测量重复性误差优于55 nm。     

一种基于电容加载环形谐振器的可调谐滤波器

为了实现多频段射频信号的同时处理,提出了一种基于电容加载环形谐振器的双频可调谐带通滤波器。在对环形谐振器等效电路进行分析的基础上给出了可变电容加载的环形谐振器结构形式,实现了对谐振频率的调谐;然后对可调滤波器的端口电抗特性进行了分析,设计了实现双频可调谐滤波器;最后设计加工了工作于330~400 MHz之间的双频可调谐滤波器,两个通频带之间可以独立调谐,并且通带互相之间的影响很小。     

基于机器微视觉的MEMS平面微运动测试技术

随着微电子机械系统(MEMS)研究的深入和产业化的需求,检测技术在MEMS中的重要性越来越大。基于机器微视觉原理组建MEMS动态测试系统,在此系统之上,提出模糊图像合成技术对MEMS器件的平面微运动特性如谐振器的运动幅度、谐振频率等重要参数进行了测试,给出了测量结果,并对测试结果进行了分析和讨论。