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.     

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.     

电极对薄膜体声波谐振器性能的影响

采用有限元分析软件COMSOL Multiphysics仿真了三维结构的谐振器,探讨了不同的顶电极形状对谐振器性能的影响。有效机电耦合系数(k2teff)随电极-压电层厚度比增大而减小,其中电极形状为三角形的谐振器在厚度比为0.05时获得最大k2teff(5.73%)。品质因数Q值变化趋势与k2teff相反,由三角形电极在厚度比为0.25时,获得最大Q值为1 314。不同电极形状的谐振器的优值随电极-压电厚度比先增大后减小,最大值为65.4,由正方形电极在比值为0.15时获得。     

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。     

LiNbO3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%。     

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。     

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.     

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。     

高次谐波声体波谐振器

简要介绍了高次谐波声体波谐振器的独特优越性和发展概况。用有关高次谐波声体波谐振器的设计理论进行了设计。报道了对高次谐波声体波谐振器的实验研究，给出了超高频和Ｌ波段高Ｑ值高次谐波声体波谐振器的实验结果。     

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。     

缓冲层和外部电阻抗对薄膜体声波谐振器频率特性的影响

通过在AlN薄膜体声波谐振器上引入压电缓冲层和外部电阻抗来调节谐振器的频率特性,在考虑了缓冲层和外部电阻抗后,得到薄膜谐振器的输入电阻抗公式,并用来描述器件的机电行为。通过计算阻抗-频率谱评估了薄膜谐振器的频率特性和有效机电耦合系数k2eff,研究了缓冲层和外部电阻抗包括电阻、电感、电容对薄膜谐振器的阻抗-频率谱的影响。计算结果表明,外部电阻抗的引入可根本上改变薄膜谐振器的共振频率,且对k2eff有重要的影响。     

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。     

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。