新型電調(diào)薄膜體聲波諧振器(FBAR)研究.pdf

1、隨著微電子產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，特別是可穿戴設(shè)備的興起，市場(chǎng)對(duì)電子元器件的要求越來越嚴(yán)苛。薄膜體聲波諧振器(FBAR)作為一種高頻器件，擁有很小的體積以及極高的品質(zhì)因數(shù)，已逐漸被應(yīng)用于無線收發(fā)電路。同時(shí)，基于FBAR器件的各類傳感器通常具有很高的靈敏度，受到了國內(nèi)外研究人員的關(guān)注?？梢灶A(yù)見，在未來微電子產(chǎn)品中，F(xiàn)BAR必將發(fā)揮更大的作用。
　　本文基于實(shí)驗(yàn)室超凈間微納加工平臺(tái)，研究制備了高性能的FBAR器件。同時(shí)，從市場(chǎng)應(yīng)用需求出發(fā)，提

2、出了一種新型的電調(diào)FBAR結(jié)構(gòu)，并基于該結(jié)構(gòu)，提出了多種新型的實(shí)際應(yīng)用方案。具體的研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　1、獲得了成熟穩(wěn)定的背刻蝕FBAR制備工藝。依托實(shí)驗(yàn)室MEMS工藝環(huán)境，成功制備出了諧振頻率在1～3GHz的背刻蝕型FBAR器件。經(jīng)測(cè)試制得的器件Q值普遍在500以上，最好的器件Q值高達(dá)2068。
　　2、研究了FBAR的本征電調(diào)特性及其機(jī)理。對(duì)于工作頻率約為1.5GHz的FBAR，測(cè)試得到直流偏壓會(huì)引起15kHz/V

3、或30kHz/V的頻率偏移，據(jù)此推出了直流偏壓對(duì)ZnO彈性系數(shù)的影響為+0.03％@+10V，并從壓電系數(shù)角度分析了出現(xiàn)上述兩種結(jié)果的原因，驗(yàn)證了FBAR的本征電調(diào)機(jī)理。
　　3、提出了新型的電調(diào)FBAR器件。通過在FBAR壓電層和電極之間引入了一層半導(dǎo)體ZnO薄層，創(chuàng)造性的將肖特基勢(shì)壘二極管和FBAR壓電振蕩堆結(jié)合在一起，極大的提升了FBAR的電調(diào)能力。通過制備與測(cè)試，得到了調(diào)諧范圍達(dá)200kHz/V的電調(diào)FBAR器件，遠(yuǎn)大于F

4、BAR的本征電調(diào)結(jié)果。同時(shí)，提出了新型電調(diào)FBAR的等效模型，該模型與測(cè)試結(jié)果吻合的很好，為進(jìn)一步研究提供了理論工具。
　　4、提出了新型電調(diào)FBAR的多種應(yīng)用。包括(1)基于它的紫外光(UV)傳感器，在1mW/cm2光強(qiáng)下，頻率響應(yīng)為140kHz，而傳統(tǒng)FBAR在同樣光強(qiáng)下，僅有40kHz的頻率響應(yīng)，靈敏度有了很大的提升。(2)基于其電調(diào)能力提出了一種可以單芯片集成的溫度補(bǔ)償和頻率自校準(zhǔn)方案，實(shí)現(xiàn)了FBAR的性能優(yōu)化。(3)本文