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《浙江大学》 2015年
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新型电调薄膜体声波谐振器(FBAR)研究

卞晓磊  
【摘要】:随着微电子产业的不断发展,特别是可穿戴设备的兴起,市场对电子元器件的要求越来越严苛。薄膜体声波谐振器(FBAR)作为一种高频器件,拥有很小的体积以及极高的品质因数,已逐渐被应用于无线收发电路。同时,基于FBAR器件的各类传感器通常具有很高的灵敏度,受到了国内外研究人员的关注。可以预见,在未来微电子产品中,FBAR必将发挥更大的作用。 本文基于实验室超净间微纳加工平台,研究制备了高性能的FBAR器件。同时,从市场应用需求出发,提出了一种新型的电调FBAR结构,并基于该结构,提出了多种新型的实际应用方案。具体的研究内容和成果如下: 1、获得了成熟稳定的背刻蚀FBAR制备工艺。依托实验室MEMS工艺环境,成功制备出了谐振频率在1-3GHz的背刻蚀型FBAR器件。经测试制得的器件Q值普遍在500以上,最好的器件Q值高达2068。 2、研究了FBAR的本征电调特性及其机理。对于工作频率约为1.5GHz的FBAR,测试得到直流偏压会引起15kHz/V或30kHz/V的频率偏移,据此推出了直流偏压对ZnO弹性系数的影响为+0.03%@+10V,并从压电系数角度分析了出现上述两种结果的原因,验证了FBAR的本征电调机理。 3、提出了新型的电调FBAR器件。通过在FBAR压电层和电极之间引入了一层半导体ZnO薄层,创造性的将肖特基势垒二极管和FBAR压电振荡堆结合在一起,极大的提升了FBAR的电调能力。通过制备与测试,得到了调谐范围达200kHz/V的电调FBAR器件,远大于FBAR的本征电调结果。同时,提出了新型电调FBAR的等效模型,该模型与测试结果吻合的很好,为进一步研究提供了理论工具。 4、提出了新型电调FBAR的多种应用。包括(1)基于它的紫外光(UV)传感器,在1mW/cm2光强下,频率响应为140kHz,而传统FBAR在同样光强下,仅有40kHz的频率响应,灵敏度有了很大的提升。(2)基于其电调能力提出了一种可以单芯片集成的温度补偿和频率自校准方案,实现了FBAR的性能优化。(3)本文还提出了一种可以实现全频段调谐的电调FBAR滤波器阵列结构。这些应用都具有很大的市场前景。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN629.1

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【参考文献】
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