薄膜体声波传感器的有限元仿真与分析

发布时间：2019-08-06 12:41

【摘要】：薄膜体声波滤波器(FBAR)传感器的性能受结构和材料特性的影响很大。该文利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件,建立了FBAR传感器的二维、三维有限元结构模型。用氮化铝和氧化锌材料作为压电薄膜对建立的模型做了固体力学和静电学仿真分析,得到了FBAR传感器的谐振频率、导纳特性曲线和谐振频率处的位移分布情况。通过分析发现氮化铝压电薄膜阻抗特性曲线更平滑,而氧化锌压电薄膜存在明显的寄生谐振峰的问题。针对氧化锌压电薄膜存在的寄生谐振峰进行了优化,仿真分析了电极边长尺寸和电极厚度对寄生谐振的影响,实现了对寄生谐振峰的有效抑制。
【图文】：

．７１０６．１０００１０６．１２０７１０６．１０００１０６．１１０６．１２０９．５００００００４４．８００００００４４．８００００００４４．６由于各膜层厚度与结构尺寸的差距较大，为了便于观察和计算，故对结构设置了完美匹配层（ＰＭＬ）。在利用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ进行有限元模型仿真前，还需对结构进行映射网格剖分。网格剖分的疏密程度直接影响仿真的结果。因此，设置网格要兼顾计算量和精度。设置的网格值不影响仿真结果时即视为合适的网格大校二维结构网格划分图如图３所示。三维结构网格划分图如图４所示。图３二维结构网格划分图图４三维结构网格划分图完成结构网格划分后，在频域的研究中完成设置仿真扫频范围，然后进行有限元仿真计算分析。仿真过程中，为了得到更精确的结果，可以通过加大频域的搜索范围来获取特征频率值。经过仿真计算，可以得到该ＦＢＡＲ传感器的导纳特性曲线图，如图５所示。由图可见，，ＡｌＮ薄膜、ＺｎＯ薄膜ＦＢＡＲ传感器的特征频率分别为１．６６１ＧＨｚ、８１２．５ＭＨｚ。图５导纳特性曲线图为了验证在特征频率下ＦＢＡＲ传感器结构的可行性，分别对两种ＦＢＡＲ传感器结构做形变位移８０２压电与声光２０１７年
【作者单位】： 中北大学电子测试技术重点实验室;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室;四川大学电气信息学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51675493)
【分类号】：TP212

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本文编号：2523551