BaxSr1-xTiO3薄膜可調(diào)體聲波諧振器的研究.pdf

1、隨著通信技術(shù)向多頻段、多模式方向的發(fā)展，迫切需要小型化且能夠工作于不同頻段的壓控可調(diào)濾波器。傳統(tǒng)壓電材料，如AlN、ZnO和PZT等制備的薄膜體聲波諧振器（FBAR）要實現(xiàn)可調(diào)非常困難，而且可調(diào)范圍小、速度慢、功率承載能力差。PZT可調(diào)薄膜體聲波諧振器同時存在滯后效應(yīng)等缺點，嚴(yán)重影響器件速度和性能。與傳統(tǒng)的壓電材料相比，BaxSr1-xTiO3(BST)鐵電薄膜在室溫下屬于中心對稱結(jié)構(gòu)，不具有壓電性；在外加偏壓的作用下，由于電致伸縮效應(yīng)

2、，對稱中心結(jié)構(gòu)遭到破壞，能夠誘導(dǎo)出壓電性?；谶@種特性制備出可調(diào)諧的薄膜體聲波諧振器和濾波器。
　　本論文采用Mo/SiO2構(gòu)成固態(tài)封裝型（SMR）的Bragg反射層，進(jìn)行了鈦酸鍶鋇（BST）薄膜體聲波諧振器的研究。研究的主要結(jié)果如下：
　?。?）采用ADS仿真軟件對固態(tài)封裝（SMR）型BST薄膜體聲波諧振器進(jìn)行了仿真，并設(shè)計了諧振頻率為3 GHZ的BST可調(diào)FBAR器件。仿真結(jié)果表明：厚度為1/4波長的3組Mo/SiO2交

3、疊而成的Bragg反射層能夠?qū)ST諧振器的聲漏損起到很好的隔離效果，F(xiàn)BAR器件具有良好的性能。
　?。?）采用電子束蒸發(fā)、射頻磁控濺射及微細(xì)加工工藝完成了Bragg反射層由SiO2/Mo組成固態(tài)封裝（SMR）型Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜體聲波諧振器的制備。在60 V的外加偏壓作用下，機(jī)電耦合系數(shù)kt2達(dá)到8.09％，串聯(lián)諧振頻率相對可調(diào)約-2.3%。
　?。?）研究了不同結(jié)構(gòu)和面積大小對BST薄膜體聲波諧振器性能的

4、影響，結(jié)果表明：較薄的測試引線產(chǎn)生的歐姆損耗和寄生電感是導(dǎo)致BST薄膜體聲波諧振器性能惡化的主要原因；小面積的BST薄膜體聲波諧振器具有更強(qiáng)的電致伸縮效應(yīng)，其原因是靜態(tài)電容對動態(tài)Lm，Cm和Rm的影響。
　?。?）研究了不同上電極材料（Pt、Al、Au和Mo）的BST薄膜體聲波諧振器，并針對Al上電極研究了不同厚度對諧振器的影響，討論了歐姆損耗和機(jī)械負(fù)載對BST薄膜體聲波諧振器性能的影響。結(jié)果表明：BST薄膜體聲波諧振器的可調(diào)，品

5、質(zhì)因數(shù)均被上電極的歐姆損耗和機(jī)械負(fù)載壓制。歐姆損耗是串聯(lián)諧振頻率點能量損耗的主要機(jī)制；機(jī)械負(fù)載損耗是并聯(lián)諧振頻率點能量損耗的主要機(jī)制。
　?。?）采用BVD模型對BST薄膜體聲波諧振器進(jìn)行了參數(shù)提取。并以此為基礎(chǔ)采用ADS電路仿真軟件設(shè)計了具有良好可調(diào)性的T型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的BST FBAR濾波器。在5 V的外加偏壓下，該濾波器的中心頻率為3.085 GHz；在40 V的偏壓下，中心頻率為3.0 GHz，帶寬為50 MHz，帶外衰減為2