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.     

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。     

氧化锌薄膜体声波谐振器的研制

介绍了一种薄膜体声波谐振器和它的制备流程.该谐振器采用氧化锌压电薄膜作为压电材料,通过从硅片背部体刻蚀硅衬底的方法得到谐振器的支持层.为了避免残余应力引起的支持层起皱现象,采用氮化硅/二氧化硅/氮化硅复合膜作为支持层.采用直流磁控溅射的方法制备氧化锌压电薄膜,X射线衍射结果显示,氧化锌压电薄膜C轴择优取向明显,衍射峰半高宽为0.227 3°,显示出较好的结晶质量;扫描电镜观察到氧化锌垂直于薄膜表面的柱形晶粒结构,薄膜表面平整、致密.采用HP8753D射频网络分析仪对该薄膜体声波谐振器样品进行了测试,结果表明,谐振器具有明显的厚度伸缩振动模式,其基频在750 MHz左右,二次谐频在1.5 GHz左右.进一步提高氧化锌压电薄膜的性能,该谐振器可用于射频振荡源和射频前端滤波器中.     

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。     

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。     

AIN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AIN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AIN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。     

薄膜体声波谐振器的热学分析

采用有限元分析软件Comsol Multiphics构建谐振器三维模型,研究器件结构、材料对其热性能的影响。固态装配型谐振器(SMR)有更好的热传导能力与热应力稳定性。在SMR器件中增加一层SiO2,其最高稳态温度上升7℃。器件最高稳态温度随其谐振区面积的减小而迅速增大。当器件换用高热导率材料时,器件最高稳态温度及其随热耗散功率增加而增大的幅度明显降低。     

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。     

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%.     

微声薄膜耦合谐振滤波器的仿真与设计

基于Mason模型,建立了微声薄膜耦合谐振滤波器的等效电路,实现了滤波器的快速仿真设计。将耦合谐振滤波器与梯形结构微声薄膜滤波器级联,改善了滤波器的矩形度、带外抑制等特性,并通过优化设计,提高了级联滤波器的相位线性度。     

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。     

微声薄膜耦合谐振滤波器有限元建模与仿真

针对一维等效电路仿真模型不能对滤波器振动模式进行仿真的局限性,建立了微声薄膜耦合谐振滤波器二维和三维的有限元模型,仿真分析了滤波器在对称谐振频率和反对称谐振频率下的振动模式,并通过频率响应分析得到了滤波器的S参数.仿真结果表明,采用有限元分析法可实现微声薄膜耦合谐振滤波器几何参数以及电极结构的优化设计.