高性能AlN薄膜体声波谐振器的研究

报道了一种空气隙型S波段薄膜体声波谐振器,该谐振器采用一维Mason模型进行仿真,电极材料选用Mo,压电薄膜材料选用AlN,通过对AlN薄膜制备条件的优化,得到了半高宽为3.32°的AlN压电薄膜,并用于研制薄膜体声波谐振器。测试结果表明,其串联谐振频率和并联谐振频率分别为2 185 MHz和2 217 MHz,有效机电耦合系数(kt2)为3.56%,在串联谐振频率和并联谐振频率处的品质因数(Q)值分别为1 571.89和586.62,kt2Q达到了55.96。根据实测结果提取了MBVD模型的参数,并将实测结果与MBVD拟合结果进行了对比,两者吻合得很好。     

AlN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AlN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AlN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。     

基于AlN压电层的薄膜体声波谐振器

以AlN薄膜为压电层,采用体硅微细加工工艺制备了背空腔型结构薄膜体声波谐振器.材料测试结果表明,在优化溅射工艺下沉积的AlN薄膜具有(002)择优取向及良好的柱状晶结构.扫描电镜表征证实所制得的空腔背部平滑且各向异性较好.用网络分析仪测试可知,最终所制得的谐振器具有较好的频率特性:谐振频率为2.537GHz,机电耦合系数为3.75%,串、并联品质因数分别为101.8和79.7.     

基于AlN压电层的薄膜体声波谐振器

以AlN薄膜为压电层,采用体硅微细加工工艺制备了背空腔型结构薄膜体声波谐振器.材料测试结果表明,在优化溅射工艺下沉积的AlN薄膜具有(002)择优取向及良好的柱状晶结构.扫描电镜表征证实所制得的空腔背部平滑且各向异性较好.用网络分析仪测试可知,最终所制得的谐振器具有较好的频率特性:谐振频率为2.537GHz,机电耦合系数为3.75%,串、并联品质因数分别为101.8和79.7.     

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。     

初应力对FBAR厚度剪切模态谐振特性的影响

研究了含初应力压电薄膜体声波谐振器（FBAR）厚度剪切振动的谐振特性。利用含初应力压电材料的压电弹性基本方程,推导出理想FBAR在正弦激励电压作用下的振动方程。然后根据边界条件,求出问题的解, 得到了串联和并联谐振频率,并讨论了初应力对谐振频率、带宽和有效机电耦合系数的影响。给出了具体的数值算例,所得结果对于提高和改善FBAR的性能有参考意义。     

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%。     

Si基薄膜体声波谐振器(FBAR)技术研究

介绍了目前国际上主流的薄膜体声波谐振器(FBAR)技术,分析了FBAR谐振器的结构设计和压电薄膜选取方案。依托Si基半导体工艺平台,采用牺牲层技术完成了空气腔的制作,利用磁控反应溅射技术制备的高质量(002)AlN薄膜作为压电材料,基于FBAR多层立体结构,实现了空气腔型FBAR谐振器的制作工艺,实际制作了FBAR谐振器样品。实测FBAR谐振器样品典型指标:Q值≥300,谐振频率为1.46 GHz,谐振频率覆盖L波段。测试结果验证了设计方案及工艺路径的正确性与可行性,为后续产品的研发提供了技术基础。     

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。     

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。     

压电MEMS兰姆波器件技术的最新进展与展望

兰姆波谐振器(LWR)作为一种新兴的压电微机电系统(MEMS)声学器件,同时具有高工作频率、高机电耦合系数、高品质因数值及低功耗等特点,其制造工艺与集成电路工艺兼容,可在单片晶圆上实现多频率器件。基于LWR的声学滤波器是实现高性能射频前端组件的有效解决方案之一,能够满足未来通信设备多频率及集成化的发展要求,其相关研究已成为微声器件领域的热点。该文简要介绍了兰姆波的基本原理,综述了近年来基于氮化铝(AlN)薄膜和铌酸锂薄膜(LNOI)的压电MEMS兰姆波器件研究取得的最新成果,并讨论了压电MEMS兰姆波器件的发展趋势。     

L波段薄膜体声波谐振器纵波谐振频率计算

薄膜体声波谐振器(FBAR)电极层和压电层的厚度、材料是影响谐振频率的主要因素,确定各层的厚度和材料可得到期望的谐振频率。通过推导FBAR纵向运动应力方程,得到各层厚度、材料、频率参数与角频率相关的公式;采用MATLAB对FBAR各层应力和位移的边界、连续性条件方程组的行列式进行牛顿迭代,得到各层的频率参数。将确定的各层厚度、材料参数值及由牛顿迭代得到的频率参数值代入公式,可以得出谐振频率为1.453 8GHz。采用ADS对具有与公式计算相同厚度、材料的FBAR进行纵向振动Mason模型等效电路仿真,得到仿真模型的谐振频率为1.463GHz。仿真验证结果表明,谐振频率公式计算值和模型仿真值较近,可采用频率公式计算L波段FBAR纵波谐振频率。     

薄膜体声波谐振器调频工艺研究

薄膜体声波器件具有体积小及性能高等优势,相关产品已被广泛应用于移动通信市场。薄膜体声波谐振器(FBAR)电极层和压电层等声学层的厚度、材料是影响谐振频率的主要因素。该文分析了FBAR调频的必要性、原理及扫描刻蚀的工作方式,研究了调频层薄膜在不同刻蚀功率时对器件频率的影响。通过对FBAR器件进行调频,频率均匀性提高了6.5倍,频率分散性得到显著改善。     

SiO2/W反射叠层的分布电容对体波谐振器的影响

该文使用SiO₂和金属材料钨（W）构造布喇格反射叠层,将其应用于由横向电场激励体声波谐振器（XBAR）,并分析了金属层对谐振器性能的影响。所设计的谐振器以128°YX-切铌酸锂为压电层,Al为电极,SiO₂和W为周期层叠结构,单晶硅作为衬底的固态装配型谐振器（SMR）,利用叉指电极换能器（IDT）激发出A1模式。首先计算声阻抗层厚度对SiO₂/W叠层传输系数的影响,得到中心频率为3.7 GHz的布喇格阻带。横波（主模）在经过叠层时被反射,纵波（杂模）则部分地泄露到衬底。由于钨具有电导性,致使IDT与钨之间形成并联分布电容,改变了原有的电场分布,导致谐振器的耦合系数下降。通过实验测试谐振器的实际性能,获得耦合系数为12%。虽然W具有高声阻抗,但分布电容的影响恶化了电气参数。     

GMM和SAW谐振器复合磁传感器设计与分析

提出了一种新的超磁致伸缩材料(GMM)和声表面波(SAW)谐振器构成的复合磁传感器,将磁场中GMM的应力应变传递到SAW谐振器上,改变其谐振频率,检测谐振频率进行磁场测量。推导了复合磁传感器在磁场中的频率响应及磁场-频率偏移量关系,并对传感器的静态特性进行了测试。分析表明该传感器为低通系统,截止频率约为14.34Hz。实验验证了复合传感器的最高静态灵敏度可达到190Hz/Oe。     

A tunable filter with collinear acoustooptical TE-TM modeconversion in a GaAs-AlAs multiquantum-well waveguide

We investigate theoretically an acoustooptic tunable filter (AOTF) based on TE-TM mode conversion by collinear acoustooptic interaction, using the high form birefringence that occurs in a GaAs-AlAs multiquantum-well (MQW) rib waveguide. Mode conversion is achieved using a transverse piezoelectric surface acoustic wave. We propose to use a piezoelectric layer (ZnO or AlN) of 6-mm symmetry, which can be deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition. The c axis is then parallel to the plane of the layer. Under this condition, a transverse piezoelectric surface acoustic wave excited by inderdigital electrodes can propagate within the GaAs-AlAs MQW optical waveguide. TE-TM conversion is then possible with a relatively low acoustic frequency (some tens of megahertz), yielding a high diffraction efficiency and a figure of merit 14 times higher than that of conventional LiNbO₃ filters based on AOTFs     

低频小型化兰姆波谐振器的研究

针对低频声学器件的小型化、大带宽问题,该文基于Y切-铌酸锂压电薄膜激发了反对称A0兰姆波模式,并采用有限元法对A0模式进行了结构设计与理论分析。研究了铌酸锂切型、电极材料、金属化比及膜层厚度变化对声速和机电耦合系数等性能的影响。结果表明,特定结构下,与常规声表面波相比,A0模式兰姆波声速较小,机电耦合系数较大,有利于低频声学滤波器小型化设计。通过研究不同结构对谐振器A0模式兰姆波的横向模态的影响,实现了杂波抑制。     

单晶LN BAW谐振器有限元仿真研究

利用离子注入剥离法(CIS)制备的铌酸锂(LN)压电薄膜可用于制备体声波(BAW)器件,近年来备受关注。滤波器的指标与谐振器的性能密切相关,但基于LN单晶薄膜的BAW谐振器,对其结构的仿真优化还未有较深入的报道。该文以LN单晶薄膜为核心压电层材料,构建了固态反射型(SMR)单晶薄膜谐振器有限元仿真模型,对其压电层厚度和布喇格反射层厚度进行了设计,并重点针对谐振器上电极的台阶结构进行了二维模型仿真,为高频LN BAW滤波器的制备提供了理论依据。