论文部分内容阅读
随着无线通讯技术的高速发展,通讯终端多功能化(如GPS导航、数据传输等)的市场需求日异强烈,以及星载、机载、弹载等电子系统对元器件体积、功耗等因素的严格要求,研制具有高Q值、微型化、集成化特点的高性能频率器件成为无线通讯发展的关键部分。提出一种基于PZT压电效应薄膜体声波谐振器,对高性能频率器件的发展具有重要的意义。论文深入讨论了薄膜体声波谐振器的工作机制,详细地阐述了FBAR器件基本电学等效模型及建模方法,借助ADS电学仿真、Comsol有限元仿真,研究了压电材料厚度及种类,电极材料种类及形状,谐振区域面积等物理结构对FBAR阻抗特性的影响。基于仿真结果优化设计了器件尺寸,最优尺寸下分析谐振中心区域压电层的位移分布,结合PZT压电薄膜应变范围,论证器件结构可行性,结合MEMS加工工艺,确定器件加工技术路线,完成版图设计。采用sol-gel技术完成了PZT压电薄膜晶圆级异质集成,得到了成膜致密、取向性良好、厚度均匀的压电薄膜,最优匹配了FBAR器件的材料属性要求。采用MEMS体硅、平面加工工艺完成了薄膜体声波谐振器基础芯片制备,针对支撑层释放工艺成品率低的技术瓶颈,创新性地提出了TMAH气相刻蚀方法,实现体硅加工的高均匀性、低粗糙度的阵列平面一体化刻蚀,解决了高质量薄膜释放湿法刻蚀技术难题。最后,自主搭建测试平台初步完成原型样机S参数测试实验。实验结果表明,基础芯片串联谐振频率fs=1.147GHz,并联谐振频率fp=1.209GHz,带宽为62MHz,器件机电耦合系数k2tff=12.65%,与仿真结果差距较小,得到了较满意的实验结果。