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嵌入式电极侧向场激励FBAR若干问题的研究

冯斌

  薄膜体声波谐振器(FBAR)具有谐振频率和质量灵敏度高,尺寸小及与CMOS工艺兼容等特点,这些特点使FBAR技术成为制备生物化学传感器的理想技术。但是常规FBAR技术在应用于液态环境时尚存在一些如寄生波多及Q值低等缺陷。为了解决以上缺陷,我们提出了全新的嵌入式电极侧向场激励FBAR,该谐振器工作于纯剪切波模式,所以在液态环境下可以保持较高的Q值。 本论文的主要研究内容如下:①对嵌入式电极侧向场激励FBAR进行数学建模;②利用ANSYS设计仿真嵌入式电极侧向场激励FBAR有限元模型;③系统地研究衬底温度对反应溅射沉积AlN薄膜的结构性能和沉积速率的影响,同时研究了室温下紫外线辅助射频反应磁控溅射沉积AlN薄膜的工艺技术;④利用MEMS技术制备了嵌入式电极侧向场激励FBAR。 本论文的主要研究成果如下: 1.成功地推导并得到了嵌入式电极侧向场激励FBAR的数学模型,证明了其工作于纯剪切波模式,并重新定义了相应的剪切波声速和机电耦合系数的计算公式。 2.首次对嵌入式电极侧向场激励FBAR模型进行了ANSYS有限元仿真分析。在此基础上,创新性地分析了嵌入式电极的设计原理并提出了相应的设计遵循公式,申请并获得了“国家自然科学基金青年基金”支持。 3.系统地研究了衬底温度对直流和射频反应磁控溅射制备的AlN薄膜的沉积速率和结构性能的影响。适当的衬底温度下直流和射频反应磁控溅射都可制备得到c轴择优取向较好的AlN压电薄膜,但在同等条件下直流反应磁控溅射获得的薄膜性能更好。适当地控制反应溅射参数,在常温下可以利用直流反应磁控溅射制备得到c轴择优取向较好的AlN压电薄膜。相关的成果发表于SCI收录的杂志《Journal of ELECTRONIC MATERIALS》上。 4.创新性地研究了室温下紫外线辅助射频反应磁控溅射制备取向可控的AlN压电薄膜。在室温下紫外线辅助沉积薄膜时,只要功率足够高就可以制备得到高c轴择优取向的AlN薄膜;而在高功率下,将氮气和氩气流量比增加到80/40sccm时,可以制备得到(100)择优取向的AlN薄膜。相关的成果发表于SCI收录的杂志《Materials Letters》上。 5.与清华大学合作将FBAR器件在低温(低于350℃)工艺下直接集成到了CMOSIC上。相关成果发表于 RF MEMS, Resonators, and Oscillators 的国际会议上。 6.首次成功制备了布拉格型嵌入式电极侧向场激励FBAR,其谐振频率为1.61GHz。 本论文所涉及的研究对FBAR传感器在生物化学传感领域的应用具有积极的推动作用。……   
[关键词]:薄膜体声波(FBAR)谐振器;侧向场激励;嵌入式电极;剪切波模式;布拉格;氮化铝(AlN);反应磁控溅射
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2013年