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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

薄膜体声波谐振器微加速度计惯性力敏特性

研究了由硅微质量块-悬臂梁惯性力敏结构和氮化铝(AlN)薄膜体声波谐振器(FBAR)检测元件集成的FBAR微加速度计表头的惯性力敏特性。采用有限元(FEA)静力学仿真,得到惯性力载荷作用下硅微悬臂梁上的应力分布;选取最大应力值作为载荷,基于第一性原理计算纤锌矿AlN的弹性系数与应力的关系式,预测惯性力载荷作用下AlN弹性系数的最大变化量;采用谐响应分析,预测FBAR微加速度计的加速度-谐振频率偏移特性。分析得到：惯性力载荷作用下,FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移,灵敏度约为数kHz/g;其加速度增量-谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。     

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。     

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。     

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。     

基于裸芯片覆膜的薄膜体声波滤波器

该文研制了一种空腔型的薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器裸芯片.利用FBAR一维Mason等效电路模型对谐振器进行设计,然后采用实际制作的谐振器模型形成阶梯型结构FBAR滤波器,利用ADS软件对FBAR滤波器裸芯片进行优化设计.仿真结果表明,FBAR滤波器裸芯片尺寸为1 mm×1 mm×0.4 mm,滤波器的中心频率为...