薄膜体声波谐振器及其应用

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1、设计，5开发Designanddevelopment薄膜体声波谐振器及其应用池志鹏，赵正平，吕苗，杨瑞霞(1．河北工业大学信息工程学院，天津300130；2．河北半导体研究所微米纳米中心，石家庄050051)摘要：综合阐述薄膜体声波谐振器技术，简要介绍了薄膜体声波谐振器技术及其发展历程，对其物理模型和等效电路模型进行了同顾，对该器件的三种结构和及其制作方法进行了分析，并讨论了其使用的压电材料和电极材料，最后给出了该器件在微波领域的典型应用和相关指标。关键词：体声波；谐振器；滤波器中图分类号：TN713．3文献标识码：A文章编号：1003—353X(2006)05—0377—05Thin

2、FilmBulkAcousticResonatorsandApplicationsCHIZhi—peng，ZHAOZheng—ping’一，LvMiao，YANGRui—xia’(1．SchoolofInformationEngineering．HebeiUniversityofTechnology，Tianjin3O0130．China2．Micro／NanoTechnologyCenter．HebeiSemiconducforResearchInstitute．Shijiazhuang050051，China)Abstract：Thethinfilmbulkacousticreso

3、natorsfFBAR)technologywassurveyed．AfterageneralandhistoricalintroductiontoFBAR．areviewoftwotypesofmodelsFBARwasgiven．Threedevicestructuresandtheirfabricationswereanalyzed，andthesuitablepiezoelectricmaterialsandelectrodematerialsforFBARwerediscussed．Finally．anoverviewofthemostimportantmicrowaveap

4、plicationsisgiven，alongwithrelevantperformancedata．Keywords：bulkacoustic；resonatorfilter时，FBAR器件开始引起业界的广泛关注。1引言随着无线通讯技术，特别是第三代通信系统和2FBAR的理论分析蓝芽技术的迅速发展，工作在射频波段的通讯器件薄膜体声波谐振器技术的发展前身应该是工作的微型化、低功耗、集成化及高性能越来越受到人在厚度伸缩式模式下的石英谐振器，但由于石英不们的重视。其中与超大规模集成电路工艺兼容的薄能被加工成所需更薄厚度，其最高谐振频率一般只膜体声波谐振器(FBAR)最引人注目，它具有能达到

5、500MHz，于是人们将注意力转移到可以生频率高、Q值高、体积小、承受功率大、换能效长为微米级别厚度的压电薄膜。随着微电子机械系率高等诸多优点，己成为研究的热点之一。FBAR统和压电薄膜技术的发展，高性能UHF波段FBAR器件早在1982年开始出现在文献[1】中，但当时并谐振器的制作成为可能。没有引起人们的重视。在2001年，FBAR技术首FBAR的结构同石英谐振器相同，如图1所示。次以双工器的形式出现在PCS中的蜂窝电话中，到它是由上下平面金属电极和夹在它们中间的一层压2002年，安捷伦公司开始大规模生产FBAR，此电薄膜材料组成。当电压施加在电极上时，压电材料由于逆压电效应产生机械

6、形变并在薄膜内激励出基金项目：AsIC国防重点实验室资助项目(51432050205DZ2304)May2006SemiconductorTechnologyVo1．31No．5377。c，七=／p／(cE+／￡S)分别为压电薄膜的箝制电容、机电耦合系数和波矢量。FBAR的特性阻抗z．()最大和最小时对应的图1FBAR典型结构图频率值，分别为FBAR的并联谐振频率和串联谐振频率，从而可进一步计算有效机电耦合系数K2。体声波，并在两电极平面之间来回反射，形成机械由于Mason模型使用物体的材料参数和物理结谐振，谐振基频波长等于压电薄膜厚度的两倍。构描述FBAR的特性阻抗，与当前微波仿真软

7、件设由于FBAR压电材料中体声波传播速度一般是计的要求不兼容，其应用范围受到了一定的限制。5000~10000m／s，比表面声波快，因而其结构可以制作得更加精细，例如频率在1．6GHz谐振器可以做2．2MBVD模型到厚度仅为31．tITI，电极厚度为0．31．tITI，典型面MBVD(modifiedbutterworth．vandyke)模型是积为0．25mm×0．25mm。如图2所示的等效电路模型。C．反映了压电材料FBAR谐振器性能的参数