基于ZnO压电薄膜体声波谐振器制备研究

发布时间：2017-08-08 12:31

  本文关键词：基于ZnO压电薄膜体声波谐振器制备研究

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【摘要】：近年来,随着智能手机和平板电脑不断地走进人们的生活,基于薄膜体声波谐振器(FBAR)的滤波器和双工器在无线移动通信系统中应用广泛。与此同时,FBAR质量传感器因尺寸小、灵敏度高、成本低等特点也受到外界越来越多的关注。论文首先叙述了FBAR的发展状况和基本理论,使用Mason等效电路模拟了理想和实际FBAR器件的阻抗特性,研究了压电材料的厚度、电极的厚度、谐振区域的面积对FBAR阻抗特性的影响,为后面FBAR结构参数的设计奠定理论基础。同时,设计了FBAR器件各层材料的版图结构和尺寸大小。之后重点研究了FBAR器件的制作工艺。结合实验室的情况,采用体硅微加工工艺进行了器件的制作,并成功的制作出Al-ZnO-Al的背空腔型FBAR。通过X射线衍射(XRD)表征了ZnO压电薄膜的择优取向。使用射频网络分析仪测量了纵波FBAR器件的频率响应,测得FBAR的串联谐振频率(sf)和并联谐振频率(pf)分别是1.546 GHz和1.590 GHz,与使用Mason等效电路仿真的理论值很接近。根据测试结果,计算了FBAR的有效机电耦合系数(2effK)和品质因数(Q)分别是6.83%和350。最后,当FBAR封装之后,研究了它的质量传感特性,主要是通过在FBAR的背面溅射不同厚度的氧化锌薄膜来实现的。从谐振频率随氧化锌薄膜厚度变化的曲线中,可以看到串、并谐振频率随着氧化锌薄膜厚度的增加而线性减少,同时测得FBAR的质量灵敏度(mS)为1116.552cm/g,与mS的理论值1166.862cm/g相接近,大约是传统石英晶体微天平质量灵敏度的80倍。
【关键词】：FBAR 质量传感器 质量灵敏度
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN65
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 研究背景及意义8-10
• 1.2 FBAR国内外发展10-11
• 1.3 论文研究的内容11-12
• 第2章 FBAR基础12-20
• 2.1 压电理论12-14
• 2.1.1 压电效应12-13
• 2.1.2 压电方程13-14
• 2.2 FBAR的工作原理14-17
• 2.2.1 工作原理14-15
• 2.2.2 器件优值15-16
• 2.2.3 器件的材料16-17
• 2.3 FBAR结构17-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 FBAR的等效电路模型及仿真20-34
• 3.1 FBAR的等效电路模型20-25
• 3.1.1 Mason等效电路模型20-23
• 3.1.2 BVD等效电路模型23-24
• 3.1.3 MBVD等效电路模型24-25
• 3.2 FBAR仿真25-30
• 3.2.1 Mason模型的ADS库25-27
• 3.2.2 理想和实际FBAR器件的阻抗特性27-30
• 3.3 FBAR性能的模拟分析30-32
• 3.3.1 压电材料的厚度对FBAR阻抗特性的影响30-31
• 3.3.2 顶电极的厚度对FBAR阻抗特性的影响31
• 3.3.3 谐振区域的面积对FBAR阻抗特性的影响31-32
• 3.4 FBAR结构的优化设计32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 FBAR的制备和测试34-47
• 4.1 FBAR的制备工艺简介34-36
• 4.1.1 背空腔型FBAR34-35
• 4.1.2 空气隙型FBAR35-36
• 4.2 背空腔型FBAR的制备36-42
• 4.2.1 第一次FBAR的制备36-38
• 4.2.2 第二次FBAR的制备38-42
• 4.3 FBAR器件的性能测试42-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 FBAR质量传感特性研究47-54
• 5.1 典型的声波质量传感器47-49
• 5.1.1 体声波质量传感器（QCM）47-48
• 5.1.2 表面声波（SAW）质量传感器48-49
• 5.2 FBAR微质量传感器的工作原理49-51
• 5.2.1 Sauerbrey方程50-51
• 5.2.2 质量灵敏度51
• 5.3 质量负载对FBAR谐振频率的影响51-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第6章 结论54-55
• 参考文献55-58
• 在学研究成果58-59
• 致谢59

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本文编号：640014