杂模抑制薄膜体声波谐振器的仿真分析

该文研究了电极边界阶梯结构对薄膜体声波谐振器(FBAR)杂波的影响。采用有限元仿真法讨论了阶梯结构宽度尺寸对杂波的抑制效果,结合振型分析该结构能抑制声波能量的泄露,提高器件品质因数。为了进一步验证仿真结果,实验制备了FBAR器件。测试结果表明,当该阶梯结构凸起宽度为3μm,凹陷宽度为1.5μm时,谐振器杂波被有效抑制,反谐振频率处的品质因数约增大100。     

双阶梯型薄膜体声波谐振器有限元仿真分析

为了抑制薄膜体声波谐振器(FBAR)的寄生谐振同时满足5G通信的高频需求,基于Comsol Multiphysics仿真软件建立薄膜体声波谐振器的二维和三维有限元模型,研究了压电材料、电极横向尺寸和电极形状对寄生谐振的影响,并讨论了电极框架结构对FBAR并联谐振频率(f_p)处的品质因数(Q_p)的影响。基于分析,提出并设计了一种双阶梯电极框架结构的FBAR,该结构的FBAR以AlN为压电材料,电极形状为五边形,中心频率为3.504 GHz,串联谐振频率为3.467 GHz,并联谐振频率为3.541 GHz,Q_p为1591。Q_p与未优化的FBAR相比提高了19.2%,实现了对寄生谐振的有效抑制。     

体声波谐振器MASON模型改进的方法

为了更精确的模拟薄膜体声波谐振器(FBAR)特性,提出了一种改进FBAR Mason模型的方法。首先采用有限元仿真法将FBAR压电层的机械损耗和介质损耗考虑在内进行仿真。得到的导纳曲线数据利用等效介电常数法导入FBAR的电磁模型中,可以模拟FBAR电极的欧姆损耗和引线损耗等,仿真得到FBAR的阻抗曲线。通过阻抗曲线拟合的方式提取MBVD模型参数。借鉴MBVD模型参数改进FBAR的Mason模型。对比拟合结果发现,FBAR电磁模型的仿真结果在串联谐振点处向左偏移。推测是由于电磁模型中引入寄生参数,故在改进的Mason模型中加入寄生电感参数后仿真,此时仿真所得的FBAR阻抗特性曲线与电磁模型仿真结果曲线吻合,验证了猜想,且得到了较精确的FBAR Mason模型。     

C波段横向激励薄膜体声波谐振器设计与制备

针对未来移动通信对射频前端器件提出的多频率、高集成新要求,开展了兼具声表面波(SAW)谐振器和薄膜体声波谐振器(FBAR)技术特点的新型横向激励兰姆波谐振器研究。该文介绍了基于c 轴择优取向氮化铝(AlN)压电薄膜的C波段横向激励薄膜体声波谐振器(XBAR)的结构设计、参数优化和制备方法,并进行了工艺验证。通过剥离和刻蚀等步骤制备了谐振频率4.464 GHz、品质因数3 039、品质因数与频率之积(f ×Q )达到1.56×1013 GHz、面积小于0.12 mm2 的低杂波XBAR谐振器,并仿真分析了其用于射频滤波器的可行性。该研究为进一步研制多频率、高集成的小型化XBAR滤波器组件提供了有效的设计技术和工艺技术支撑。     

一种新型电调FBAR结构的仿真分析

针对目前薄膜体声波谐振器(FBAR)调谐范围小的问题,提出了一种新型电调FBAR结构,在传统FBAR的压电薄膜和底电极之间引入一层n型掺杂AlN半导体(n-AlN)薄膜。利用COMSOL Multiphysics对新型FBAR进行建模仿真计算,得到其谐振频率为1.92 GHz,阻抗特性曲线中存在寄生谐振峰,通过调整顶电极厚度进行优化,结果表明,当顶电极厚为0.1μm时,寄生谐振峰消失,此时器件谐振频率为1.976 GHz,且顶电极厚度调整后器件整体性能有较大提升。对优化后的新型FBAR进行电调仿真分析,得到其调谐量为600 kHz/V,比传统FBAR的150 kHz/V有很大的提高,另外,仿真结果显示,谐振频率与外加调谐电压呈指数正相关。     

一种MEMS体声波硅谐振器的设计

设计了一种基于SOI衬底工艺的MEMS体声波硅谐振器及其制造方法。利用有限元分析软件对该谐振器进行了模态分析,并针对提高品质因数Q,研究了其损耗机制。结果表明：谐振频率可达108MHz,且取决于硅材料特性和器件尺寸,而品质因数则决定于支撑损耗。最后,从振动模态和传输线模型角度出发,提出了减少支撑损耗提高Q值的可行性方法,包括将支撑梁放置在振动节点处、梁长度设置为弹性波长的1/4及在衬底端设置声波反射器。     

FBAR有效机电耦合系数的影响因素分析

针对有效机电耦合系数(k2eff)的两种影响因素-薄膜体声波谐振器(FBAR)的电极/压电层厚度比与压电层薄膜的c轴取向,分别建立了厚度比可变与c轴取向可变的三层复合结构的FBAR三维仿真模型。以一个谐振频率为2.185GHz的FBAR谐振器作为分析案例,通过仿真得出,设计得到的膜层厚度比为0.206时,虽然FBAR的k2eff略有下降,但此时Mo电极厚为0.247μm,AlN压电层厚为1.119 7μm,使得FBAR电学性能较好,工艺制备复杂度及时间降低。另外,c轴倾斜角度为3°时,会使FBAR的k2eff下降,同时FBAR阻抗特性曲线产生较强的寄生谐振,这会引起FBAR横向能量泄露,恶化FBAR滤波器的带内插损。因此,在制备AlN薄膜时应该严格把握各项工艺参数。此外,通过适当放宽FBAR谐振器谐振频率增量能使k2eff具有一定冗余量来弥补工艺制备引起的k2eff下降。     

薄膜体声波谐振器有限元仿真与设计

为了抑制薄膜体声波谐振器的寄生谐振,建立了薄膜体声波谐振器的二、三维有限元模型。通过频率响应仿真,分析了不同电极结构的谐振器在中心频率处的振动位移分布情况和频率响应曲线,评估了不同电极结构对谐振器寄生振动的影响,并完成谐振器电极结构的优化设计,实现了谐振器寄生振动抑制。根据仿真优化结果表明,设计并制作了工作频率在1.873GHz的薄膜体声波谐振器,谐振器插入损耗0.7dB,无明显寄生谐振,对设计进行了验证。     

自顶向下贯穿腐蚀制备空腔型FBAR的方法

牺牲层释放是空腔型薄膜体声波谐振器(FBAR)工艺中形成空腔结构的关键步骤,牺牲层释放的效果直接决定了空腔型FBAR的谐振特性。根据空腔型FBAR中气隙的功能和结构特点,提出了自顶向下贯穿腐蚀牺牲层制备镂空空腔型FBAR的创新工艺方法。为验证该方法的可行性,采用MATLAB对牺牲层腐蚀的恒扩散系数(CDC)模型进行数值迭代,采用Silvaco软件对其腐蚀过程进行仿真,根据仿真结果提出释放窗口的优化设计;采用ANSYS软件对镂空FBAR的谐振特性进行有限元仿真分析,对比常规FBAR发现,镂空FBAR具有较好的谐振特性,且其阻抗零点、阻抗极点频率向高频段漂移,有效机电耦合系数和品质因数降低。     

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。     

瘦素有望成为诊治肿瘤的一个关键点

对瘦素与肿瘤的最新研究进展进行综述,并阐明瘦素参与调节肿瘤发生、发展的可能机制,它可能有望成为早期诊治肿瘤的一个关键点。     

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%.     

薄膜体声波谐振器Mason模型参数的提取方法

为了正确分析和设计薄膜体声波谐振器(FBAR)器件,需要对谐振器Mason模型中的仿真参数(如机电耦合系数、介电常数及粘滞系数等)进行准确提取。通过简谐近似,在Mason模型中引入了厚度方向位移的横向分量,提高了参数提取的准确性。使用谐振器开路和短路图形的散射参数,提取了探针及测试焊盘的等效电路参数,对谐振器进行去嵌。根据拟合得到的模型参数,仿真了中心频率为5.43 GHz的滤波器。结果表明,采用该方法提取的模型参数仿真结果和滤波器探针测试曲线的通带形状吻合较好。     

Approach to improve ZnO-based FBAR devices

Presented is a new technique to improve the resonance characteristics of film bulk acoustic-wave resonator (FBAR) devices. The FBAR devices were fabricated on multilayer Bragg reflectors into which ultra-thin chromium (Cr) adhesion layers were inserted, followed by several kinds of thermal annealing processes. This technique resulted in excellent device improvement in terms of return loss and Q-factors.     

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%。     

基于薄膜体声波谐振器的高灵敏度质量传感器

提出了一种针对于生物传感应用的薄膜体声波谐振(Thin film bulk acoustic resonator,FBAR)质量传感器。薄膜体声波谐振器谐振频率非常高(GHz数量级),同时具有很高的品质因数,因此基于这种器件的质量传感器具有非常高的质量灵敏度。提出了三对全金属Al-W层作为布拉格声学反射层的FBAR,采用AlN作为压电层,制备出了固态装配型FBAR传感器。通过淀积不同厚度Al层顶电极,对器件的质量灵敏度进行了分析,得到质量传感器串联谐振频率在2.8GHz附近,质量响应度达到5×10-4ng/Hz/cm2,可以实现分子量级的质量传感。     

C波段WLP薄膜体声波滤波器的研制

该文研制了一种晶圆级封装(WLP)的C波段薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器。采用一维Mason等效电路模型对谐振器进行设计,并使用HFSS对电磁封装模型进行优化,再在ADS中对滤波器进行仿真优化设计,得到阶梯型结构的FBAR滤波器。采用空腔型结构并制备出FBAR滤波器芯片,同时利用覆膜工艺对FBAR裸芯片进行覆膜和电镀等WLP工艺,得到WLP的FBAR器件。测试结果表明,滤波器的中心频率为6.09 GHz,中心插损为2.92 dB,通带插损为3.4 dB,带宽为112 MHz,带外抑制大于40 dB。     

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。