ZnO薄膜体声波谐振器性能分析和研制

采用射频网络法分析了ZnO薄膜体声波谐振器的谐振特性,并考虑了介质声损耗对品质因数Q值的影响。采用硅体刻蚀工艺在硅基片上制备了以ZnO薄膜为压电膜的薄膜体声波谐振器,并对器件的性能进行了测试。将实验与理论分析结果进行对比,发现实验器件的谐振频率与理论值一致,但器件Q值却比理论值低,进一步的分析揭示了实际器件Q值偏低的原因。     

2.8 GHz薄膜体声波谐振器的研究

通过采用微机电系统(MEMS)和微声电子方法,研究了硅基片上横膈膜结构薄膜体声波谐振器(FBAR).器件的串联谐振频率f_s＝2.75 GHz,并联谐振频率f_p＝2.8 GHz,插入损耗IL=-3.7 dB,并联谐振频率品质因子Q_p=260,有效机电耦合系数K_(eff)~2=4.5%.     

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.     

1.8GHz AlN薄膜体声波谐振器的研制

提出了基于AlN压电薄膜多层结构的1.8 GHz射频薄膜体声波谐振器(FBAR),并进行了研究。采用修正后的MBVD等效电路模型对器件的谐振特性进行了分析和模拟。给出了采用半导体加工工艺制备器件的工艺流程,并实际制做谐振器样品,样品的测试结果:器件的串联谐振频率fs和并联谐振频率fp分别为1.781和1.794 GHz,相应的有效机电耦合系数为1.8%;串联谐振频率处和并联谐振频率处的Q值分别为308和246。该谐振器样品实际尺寸为0.45 mm×0.21 mm×0.5 mm,可以用来制备高性能的滤波器、双工器和低相噪射频振荡器等。     

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。     

薄膜体声波谐振器及其应用

综合阐述薄膜体声波谐振器技术,简要介绍了薄膜体声波谐振器技术及其发展历程,对其物理模型和等效电路模型进行了回顾,对该器件的三种结构和及其制作方法进行了分析,并讨论了其使用的压电材料和电极材料,最后给出了该器件在微波领域的典型应用和相关指标.     

薄膜体声波谐振器电极效应研究

运用传输线路法推导了薄膜体声波谐振器(Thin Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR)的输入阻抗公式.利用输入阻抗公式,研究了不同材料FBAR构成中电极材料和厚度对FBAR有效机电耦合系数的影响,FBAR最大有效机电耦合系数优化理论.由结论可知,FBAR的有效机电耦合系数随电极的厚度和密度变化明显,在低密度电极材料时,电极厚度增大明显降低了FBAR的有效机电耦合系数;同时,在电极厚度较厚时,电极密度越大越有利于获取高的有效机电耦合系数.所得结论,可应用于FBAR设计与优化中.     

氧化锌薄膜体声波谐振器制作重复性和均匀性

通过磁控溅射靶材的成分调控和一系列优化过的微电子机械系统(MEMS)工艺,成功研制了基于氧化锌(ZnO)压电薄膜的固体装配型薄膜体声波谐振器(FBAR)。通过使用性能优异的靶材,所得到的器件谐振性能良好。在同一种工艺条件下得到多个硅片的中心处FBAR的谐振频率为2.365～2.379 GHz,具有较好的重复性。并且,同一硅片不同位置的器件性能还具有优异的均匀性,S_(11)的平均相对误差很小。尤其谐振频率可以控制在2.359～2.410 GHz,相比之前的1.8～2.4 GHz,其均匀性有了明显的提升。同一硅片上9个FBAR谐振频率的平均相对误差能够低至0.256%。     

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%。     

基于微流体技术的FBAR微质量传感器

基于微机电系统(MEMS)技术的薄膜体声波谐振器(FBAR)在无线通讯领域取得了巨大的成功后,由于其具备厚度薄,体积小,与IC兼容及谐振频率和灵敏度都远高于传统的微质量传感器(如石英晶体微天平)等优势,逐渐在微生物分子检测方面崭露头角.由于微生物分子大都生存于液体环境,而纵波模式下FBAR微质量传感器在液体环境中声波损耗大,其品质因数Q值只有3.53.因此,该文在分析了纵波模式下FBAR微质量传感器在气相和液相环境中的特性后,针对液相环境中传感器Q值较低问题,设计了一种具有微通道的FBAR微质量传感器,使其Q值达到30.85,增加了近9倍,从而提升了纵波模式下FBAR微质量传感器对液体中微生物分子检测的性能.     

薄膜声体波谐振器(FBAR)的研究进展

综述了国内外FBAR技术的研究现状和进展。分析了基于空气腔和布拉格反射层两种主流FBAR的结构、工作原理和建模方法。阐述了适用于FBAR的压电薄膜材料、电极材料以及布拉格反射层材料的选择。并介绍了作为FBAR主要应用的射频滤波器和双工器的拓扑结构和设计方法,以及制备FBAR器件时需克服的关键技术等问题。     

掺镁ZnO基薄膜体声波谐振器的制备和性能研究

固体装配型薄膜体声波谐振器(FBAR)机械强度好,尺寸小,可在硅片上三维立体集成,灵敏度大,在未来的通信设备制作高带通滤波器和物联网传感器中展现出广泛的应用前景。通过射频磁控溅射系统制备了以掺镁ZnO(MgxZn1-xO)作为压电层的固体装配型薄膜体声波谐振器,研究了掺镁ZnO对薄膜体声波谐振器谐振性能的影响。利用场发射扫描电镜(FESEM)对FBAR的结构进行了微观表征。比较了不同掺镁ZnO靶材对于晶向和谐振性能的影响。通过优化条件,制备出了性能优越的FBAR,其谐振频率在1.8~2.4GHz,品质因数(Q)可达800,回波损耗可达-30dB。     

薄膜体声波谐振器的研究与仿真

随着5G通信技术的发展,射频前端器件趋向于集成化、微型化,使得薄膜体声波谐振器(FBAR)技术成为通信领域的研究热点之一。该文对FBAR谐振单元选择不同阶数的梯形级联方式,通过射频仿真软件ADS建立MBVD等效电路模型,实验仿真其性能参数输出曲线,设计出频带区间在工信部规划的5G通信频段(4.8～5.0 GHz)标准内的高频窄带滤波器。实验仿真结果表明,所设计的FBAR频带在4.849～4.987 GHz,增加FBAR单元的级联阶数可以提高带外抑制,其插入损耗很小,满足5G通信系统对滤波器的性能参数要求。     

一种基于柔性基底的薄膜体声波谐振器

为了能有效解决柔性基底体声波谐振器热稳定性不足及功率容量不足等问题,该文提出了一种新型的基于柔性基底的薄膜体声波谐振器。该谐振器的硅衬底上开设有一定数量的垂直上凸型结构,该结构既能有效抑制寄生模量,又能减小器件最高稳态温度和最大热应力。通过有限元分析软件Comsol Multiphics对谐振器进行仿真,结果表明,器件每增加一个上凸型结构,其最高稳态温度下降了4 ℃,最大热应力下降了1×104 GPa。与以往的柔性基底薄膜体声波谐振器相比,它具有更好的热传导能力和热应力稳定性。