FBAR微加速度计设计

发布时间：2017-08-13 08:25

  本文关键词：FBAR微加速度计设计

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【摘要】：FBAR微加速度计是微惯性技术与RF MEMS技术交叉的新型电声谐振式微加速度计,可望满足对微加速度计性能、可靠性和可制造性的综合要求。本文旨在解决FBAR微加速度计的4个关键基础问题:力敏机理、结构设计、温度补偿和集成制造工艺,为FBAR微加速度计的开发奠定坚实的理论基础。针对目前对FBAR力敏机理认识的不足,从具有纤锌矿结构的Al N压电薄膜弹性常数-应力特性的第一性原理计算入手,分析应力致FBAR谐振频率偏移的力敏机理,提出了FBAR微分-综合法建立FBAR力敏特性的的多尺度计算仿真模型。针对现有的两种FBAR微加速度计表头构架可制造性较差的问题,提出了膜片上FBAR结构的微加速度计表头新结构,实现了从惯性力到膜片应力、再从膜片应力到FBAR谐振频率偏移的两级换能器的集成化。设计了该结构表头的实例,并分析得到其灵敏度可达数KHz/g。针对温度造成FBAR谐振频率漂移的问题,采取了在FBAR中增加温度补偿层的元件级方法以及在表头中设置参考FBAR的系统级方法,经分析验证,可以显著提高膜片上FBAR结构微加速度计的温度稳定性。根据表头结构参数设计结果和MEMS体硅微加工工艺约束条件,设计了膜片上FBAR结构的微加速度计表头的微加工工艺流程及版图。制备了膜片上通孔型Al N FBAR的工艺样品,并完成了样品基本性能的测试与表征,验证了膜片上FBAR结构设计及其微加工工艺的可行性。
【关键词】：微加速度计 薄膜体声波谐振器 力敏机理 表头结构 温度补偿
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH824.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-19
• 1.1 课题研究背景及研究意义8-9
• 1.2 微加速度计研究现状概况9-15
• 1.3 技术路线15-17
• 1.4 主要研究内容17-18
• 1.5 本文组织安排18-19
• 2 机理研究19-44
• 2.1 表头的工作原理19-24
• 2.1.1 惯性力敏结构的力学特性19-21
• 2.1.2 FBAR的电声谐振特性21-24
• 2.3 FBAR各膜层材料选择24-25
• 2.4 FBAR的力敏机理25-28
• 2.5 力敏特性多尺度计算仿真模型28-42
• 2.5.1 表头的有限元模型31-34
• 2.5.2 FBAR的Mason电学模型34-39
• 2.5.3 FBAR微分-综合仿真分析模型39-42
• 2.6 辅助设计软件介绍42-43
• 2.6.1 射频仿真软件ADS42
• 2.6.2 有限元仿真软件ANSYS42-43
• 2.6.3 集成电路设计工具L-Edit43
• 2.7 本章小结43-44
• 3 结构设计44-56
• 3.1 膜片上FBAR结构44-48
• 3.2 膜片上FBAR结构力学特性48-51
• 3.3 膜片上FBAR结构电声谐振特性51-52
• 3.4 表头灵敏度分析52-55
• 3.5 本章小结55-56
• 4 温度补偿设计56-67
• 4.1 FBAR谐振频率影响因素56-61
• 4.1.1 温度-频率漂移机理58-59
• 4.1.2 温度-频率漂移特性仿真59-61
• 4.2 元件级温度补偿方法61-62
• 4.3 系统级温度补偿方法62-66
• 4.4 本章小结66-67
• 5 工艺设计67-77
• 5.1 工艺流程67-71
• 5.2 关键工艺71-73
• 5.3 加工版图73-76
• 5.4 本章小结76-77
• 6 测试与表征77-85
• 6.1 测试77-80
• 6.2 表征80-82
• 6.3 结果与讨论82-84
• 6.4 本章小结84-85
• 结论85-87
• 1. 论文的主要工作85-86
• 2. 论文的创新点86
• 3. 后续工作展望86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-93
• 攻读硕士期间发表的学术论文及研究成果93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 高杨;周斌;何移;何婉婧;;具有二氧化硅温度补偿层的薄膜体声波谐振器的建模与分析(英文)[J];强激光与粒子束;2015年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王焕友;二元化合物半导体的晶格动力学和热力学性质的第一性原理研究[D];中南大学;2008年

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本文编号：666338