传输矩阵法研究薄膜体声波谐振器

薄膜体声波谐振器(FBAR)以其工作频率高、体积小、便于集成和低插损等优良特性而得到广泛应用,对薄膜体声波器件理论设计与优化的研究成为研究热点.本文引入传输矩阵法研究薄膜体声波谐振器,利用该方法推导薄膜体声波谐振器的输入阻抗公式,并利用该公式研究了Al/AlN/Al结构的FBAR的谐振频率、有效机电耦合系数和谐振品质因数.结果证明,该阻抗公式可有效的用来设计或评价FBAR的谐振频率、有效机电耦合系数和谐振品质因数等重要参数.     

基于AlN压电层的薄膜体声波谐振器

以AlN薄膜为压电层,采用体硅微细加工工艺制备背空腔型结构薄膜体声波谐振器.材料测试结果表明,在优化溅射工艺下沉积的AlN薄膜具有(002)择优取向及良好的柱状晶结构.扫描电镜表征结果证实所制得空腔背部平滑且各向异性较好.用网络分析仪测试可知,所制得的谐振器具有较好的频率特性:谐振频率为2.537 GHz,机电耦合系数3.75%,串、并联品质因数分别为101.8、79.7.     

Ipsu薄膜体声波器件及其在通信系统中的应用

薄膜体声波谐振器（FBAR）采用一种先进的谐振技术,它是通过压电薄膜的逆压电效应将电能量转换成声波而形成谐振,这一谐振技术可以用来制作薄膜频率整形器件等先进元器件.本文系统介绍了FBAR的结构、工作原理及其在现代通信系统中的应用.     

用一维Mason模型模拟薄膜体声波谐振器研究

采用一维Mason模型,研究体声波谐振器的频率特性,探讨压电薄膜AlN和上电极膜厚对谐振频率的影响,研究谐振区域的面积和声能在衬底中的损耗对品质因数的影响.     

横向电场激励的剪切波AlN薄膜体声波谐振器

为了检测液体中的微量物质,研究了横向电场激励的剪切波固体装配型AlN薄膜体声波谐振器.器件以c轴择优取向的AlN薄膜作为压电层,电场由平行于压电薄膜表面的平行电极激发,三周期的1/4波长SiO2/W层交替排列构成了布拉格反射层.通过有限元分析计算了电场分布,设计了平行电极参数.结果表明：AlN薄膜具有良好的c轴择优取向,器件实现了稳定的2 GHz频率的单纯剪切波谐振,器件的品质因数Qs和Qp分别为434和393,等效机电耦合系数K2eff为0.97%,有效的横向电场激励和布拉格反射层的选频作用对纵波的抑制明显.这种谐振器非常有利于作为在液体环境中工作的生化传感器.     

基于Mo/SiO2布拉格声反射器的体声波谐振器的制备及其性能分析

采用射频反应磁控溅射法在p型(100)单晶硅衬底上交替沉积Mo/SiO2薄膜作为布拉格声学反射层,通过原子力显微镜(AFM)及扫描电子显微镜(SEM)分别表征声反射层薄膜的表面和截面形貌,研究溅射工艺条件对SiO2薄膜微观形貌的影响.采用MEMS工艺流程制备基于c轴择优取向AlN压电薄膜的SMR型谐振器.并对谐振器的S11参数进行测试分析,得到谐振器的中心频率为1.7 GHz,表明实验所制备的SMR型谐振器在质量传感方面具有一定的应用前景.     

一、三模纵向耦合谐振滤波器高频边瓣的改进

传统的一、三模纵向耦合谐振滤波器在频率响应的高端部分有一个固有的隆起,严重地影响了器件的性能,限制了该器件的应用范围.为了改进器件的性能,利用单端对谐振器的反谐振峰将其作为陷波器用以抑制传统的一、三模纵向耦合谐振滤波器的高端边瓣.首先,利用COM理论,在42°Y-XLiTaO3基片上,分析了单端对谐振器以及一、三模纵向耦合谐振滤波器与之串联的频率特性.然后,优化了单端对谐振器以及一、三模纵向耦合谐振滤波器的结构,并在42°Y-X LiTaO3基片上对改进前后的结构进行了实验.理论和实验结果一致表明,通过改进,传统的一、三模纵向耦合谐振滤波器的高端边瓣得到了有效的抑制.进一步在实验上将两个相同器件级联,获得了接近40 dB的高频边瓣抑制,比改进前的器件提高了8～10 dB的高端边瓣抑制量.     

基于PZT薄膜的高频压电式微机械超声换能器的仿真与制备

压电式微机械超声换能器(PMUT)是当前生物医学超声成像领域的研究热点.锆钛酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃,PZT)压电薄膜是近年来微机械超声换能器使用的核心压电材料.基于PZT压电薄膜,使用有限元软件COMSOL Multiphysics创建了三维有限元仿真模型,并在(0,1)模态下研究了压电薄膜结构的几何参数,其谐振频率达到22.12 MHz,有效机电耦合系数(k_eff²)为5.13%.采用光刻和刻蚀方法制备了PZT压电薄膜的PMUT单元原型器件.该器件的空腔结构完整,谐振频率在(0,1)模态下为25.87 MHz,仿真与测试结果相似,振动模态较纯,振动位移性能较好.研究结果表明:采用PZT压电薄膜的PMUT在高分辨率、高频医学超声成像中具有较好的应用前景.     

基于氧化铝薄膜的压电水听器的研制

提出了基于AlN压电薄膜结构的单电极水听器,将A1N的压电特性与MEMS微加工技术相结合。采用COMSOL对器件在20~100Hz低频范围内谐振特性进行分析和仿真,得出压电薄膜优化厚度0.8~1.0μm,振动薄膜直径100μm。给出了器件制备工艺流程,采用ICP精准刻蚀A1N薄膜提高成品率,并对实际样品进行高静水压等环境适应性测试。单个水听器阵列结构是40×40,实际尺寸为7×7mm,可以用来制备高性能的水听器集成系统。     

基于氮化铝薄膜的压电水听器的研制

为将氮化铝(Al N)的压电特性与微电子机械系统(microelectro mechonical system,MEMS)的微加工技术相结合,研制基于Al N压电薄膜结构的单电极水听器。通过采用COMSOL仿真方法研究了器件在20～100 Hz低频范围内谐振特性,结果表明压电薄膜优化厚度0. 8～1. 0μm,振动薄膜直径100μm。给出了器件制备工艺流程,采用感应耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)精准刻蚀A1N薄膜提高成品率,并对实际样品进行高静水压等环境适应性测试。单个水听器阵列结构是40×40,实际尺寸为7 mm×7 mm,可见Al N薄膜可以用来制备高性能的水听器集成系统。     

北斗卫星导航系统体声波滤波器设计

随着无线通讯市场对微型化通信设备需求的增长,普通的声表面波滤波器已经无法满足集成化需求,一种具有更高谐振频率和稳定性的体声波滤波器应运而生。本文以薄膜体声波滤波器为模型,在ADS仿真基础上设计出了适用于北斗B1频点的窄带滤波器。滤波器频带范围为1550Mhz~1570Mhz,带外抑制48.8dB,插损3.1dB可以有效屏蔽GPS L1频段信号的干扰。     

低温烧结改性PbTiO3压电陶瓷制备工艺研究

研究了添加少量低熔物SiO2作烧结促进剂的的低温烧结改性PbTiO3压电陶瓷的制备工艺,确定出能充分挖掘其优良性能的较佳工艺参数。在此工艺扌制备的陶瓷具有低烧结温度、高压电活性、大压电各向异性、高机械品质因数等优点,可应用于叠层压电降压变压器、叠层压电陶瓷滤波器等叠层压电器件方面。     

压电和声波理论及器件技术

正2015年全国压电和声波理论及器件技术研讨会(2015 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves,and Device Applications,SPAWDA2015)于2015年10月30日~11月2日在山东济南召开。会议由中国力学学会(CSTAM)、中国声学学会(ASC)和IEEE超声、铁电体与频率控制学会(UFFCs)主办,山东大学晶体材料国家重点实验室和物理学院联合承办。会议议题包括:压电和铁电材料(陶瓷、晶体、薄膜和微纳米等)、压电理论(包括微纳米压电理论)、声波理论(表面波和声体波等)、压电器件设计与分析(谐振器、传感器、换能器、MEMS/NEMS等压电器件)、超声学、压电器件的加工与制造技术(包括     

声表面波瓦斯传感器高压电薄膜研究

我国煤矿瓦斯事故频发,造成大量人员伤亡和国有资源流失.声表面波瓦斯传感器体积小、工作稳定,能够有效提高煤矿瓦斯监、检能力,减少瓦斯事故.声表面波瓦斯传感器的灵敏度主要取决于压电薄膜的压电系数及机械品质因数,因而高压电系数、高机械品质因数的压电薄膜对于制备高性能声表面波瓦斯传感器具有重要意义.文中通过磁控溅射法沉积PMnN-PZT三元系铁电薄膜,所得薄膜具有高压电性及较高的机械品质因数,有望应用于声表面波瓦斯传感器制备.     

ZnO薄膜的制备和研究进展

ZnO作为一种新型的宽禁带半导体材料，具有很好的化学稳定性和热稳定性，抗辐射损伤能力强，在光电器件、压电器件、表面声波器件等诸多领域有着很好的应用潜力．本文介绍了ZnO薄膜的基本性质以及喷雾热分解、脉冲激光沉积、金属有机物化学气相沉积等制备ZnO薄膜的技术和方法，并着重介绍了在ZnO紫外受激发射和p型掺杂等方面的研究进展．     

MnSb系压电陶瓷材料sol—gel法合成工艺研究

采用sol-gel工艺制备了钙钛矿结构的锆钛酸铅压电陶瓷材料(PZT)，用先驱体合成法制得了PMS、PZN，然后以制得的PZT、作为基料，与PMS、PZN一起合成PMZN压电陶瓷，探讨了PZT、制备工艺对材料结构和性能的影响．结果表明：sol-gel法合成PZT粉制备的PMZN系压电陶瓷材料具有机电耦合系数高，介质损耗小，介电常数与机械品质因数适中等特点：sol-gel工艺降低了材料的烧结温席．改善了材料的介电与压电性能．提高了谐振频率．     

基于COM模型的声表面波滤波器仿真和设计

介绍了基于耦合模(COM)模型的声表面波(SAW)器件的仿真方法,并将这种仿真方法分别运用于模拟简单和复杂SAW器件.在此基础上,进行了SAW滤波器的设计研究:首先设计了一个中心频率与梯形滤波器相同或相近的纵向耦合双模谐振器型滤波器(DMS),然后将梯形滤波器与DMS滤波器进行多种方式的级联,并对级联后的器件进行模拟分析,最后通过比较得到性能较好的高带外抑制RF滤波器.     

YBCO/LAO和YBCO/MgO超导薄膜的微波性质

利用微带谐振技术研究了YBa2Cu3O7/LaAlO3 (YBCO/LAO)和YBa2Cu3O7/MgO (YBCO/MgO)超导薄膜的微波响应.通过测量微带谐振器的共振频率、有载品质因数、插入损耗与温度之间的依赖关系,分析了超导薄膜的微波特性,获得了超导薄膜在绝对零度时的穿透深度λ0.对于YBCO/LAO,λ0=265nm;对于YBCO/MgO,λ0=280nm.本文还利用微带谐振器研究了YBCO/LAO和YBCO/MgO超导薄膜的微波表面电阻.     

基于共面波导传输线的铁电薄膜可调带通滤波器

铁电薄膜的介电常数强烈地依赖于所施加电场强度的大小。基于这一原理,提出一种新颖的基于共面波导传输线结构的铁电薄膜可调带通滤波器。滤波器的输入输出采用抽头线的方式分别与谐振器相接,外加电压通过滤波器的输入输出端口直接施加到谐振器处的铁电薄膜上,用以改变铁电薄膜的介电常数,从而改变谐振器的谐振频率,实现带通滤波器通带频率的移动。这种新型结构的铁电薄膜可调带通滤波器具有结构紧凑、尺寸小及施加外加偏压容易等优点。仿真结果表明:铁电薄膜的介电常数在外加偏压下从250减小到200时,带通滤波器的传输特性曲线的形状基本保持不变,通带的中心频率从9.95GHz增加到10.04GHz,其3dB带宽保持在0.13GHz,反射损耗始终小于-20dB。     

MEMS兰姆波谐振器驱动的石墨烯场效应管

随着消费者对电子器件要求的提高,电子器件需要在面积不变的情况下拓展与优化功能.一个典型的案例是将压电MEMS谐振器与IC电路集成,谐振器驱动的晶体管可以表现出独特的性能.之前研究的器件基本都是基于表面波谐振器,但器件频率低,体积大,无法利用半导体工艺将二者集成在一起.为解决上述缺点,设计制作了一种由MEMS兰姆波谐振器驱动的石墨烯场效应管.借助声电流效应,MEMS谐振器产生的兰姆波将石墨烯中的载流子进行了传输,设置于声波传播路径上的一对电极可以检测出电流值,且底部的栅极可以调节电流的大小.通过仿真,预测了谐振器的工作模式,在3 GHz以内主要有A_0、S_0、S_13种工作模式.经过微加工技术得到的兰姆波谐振器电学特性与仿真吻合,且A_0、S_0、S_1这3种模式都成功驱动石墨烯产生了声电流,其中,2.9 GHz(S1模式)是已有报道中能够激发出声电流的最高频率.以S0模式激发的声电流为主要研究对象的结果表明:声电流大小与输入射频功率呈正相关性,但由于谐振器功率承载能力有限,二者表现出了非线性关系;栅极电压由于改变了石墨烯中载流子迁移率与电导率,最终成功调制了声电流的大小;兰姆波谐振器驱动石墨烯晶体管工作频率更高,体积更小,成功验证了一种新的芯片集成的方法.