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薄膜体声波谐振器的力敏特性研究(英文)

强激光与粒子束 2015年第2期27卷 97-102页

作者：何婉婧高杨李君儒黄振华西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010 中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621999 重庆大学新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室重庆400044 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044

薄膜体声波谐振器(FBAR)力传感器作为一种新型的谐振式传感器,力敏特性是其设计原理。以FBAR微加速度计为例研究了工作在纵波模式,采用具有纤锌矿结构的AlN作为压电薄膜的FBAR,施加应力载荷后,其弹性常数改变导致FBAR谐振频率偏移的力... 详细信息

薄膜体声波谐振器(FBAR)力传感器作为一种新型的谐振式传感器,力敏特性是其设计原理。以FBAR微加速度计为例研究了工作在纵波模式,采用具有纤锌矿结构的AlN作为压电薄膜的FBAR,施加应力载荷后,其弹性常数改变导致FBAR谐振频率偏移的力敏特性。首先,采用有限元(FEA)静力学仿真,得到惯性力载荷作用下集成在硅微悬臂梁上的压电薄膜的应力分布;选取最大应力值作为载荷,基于第一性原理计算纤锌矿AlN的弹性系数与应力的关系式,预测惯性力载荷作用下AlN弹性系数的最大变化量。其次,采用谐响应分析,对比空载和不同惯性力载荷作用下FBAR微加速度计的谐振频率和偏移特性,预测FBAR微加速度计的加速度-谐振频率偏移特性。最后仿真分析得到:惯性力载荷作用下,FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移,灵敏度约为数kHz/g;其加速度增量-谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。

关键词：微电子机械系统薄膜体声波谐振器力敏特性谐振频率偏移

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薄膜体声波谐振器的伽马辐照敏感机理分析

强激光与粒子束 2017年第7期29卷 67-72页

作者：王宇航高杨韩宾吕军光西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010 中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621999 中国科学院高能物理研究所核探测与核电子学国家重点实验室北京100049

实验证明薄膜体声波谐振器(FBAR)用于检测伽马辐照是可行的,但未对敏感机理进行深入研究。针对这一问题,根据两种不同的FBAR结构,提出了不同机理来解释FBAR在伽马辐照下谐振频率偏移的原因。其中结构一FBAR为四层叠层结构(金属层-压电层... 详细信息

实验证明薄膜体声波谐振器(FBAR)用于检测伽马辐照是可行的,但未对敏感机理进行深入研究。针对这一问题,根据两种不同的FBAR结构,提出了不同机理来解释FBAR在伽马辐照下谐振频率偏移的原因。其中结构一FBAR为四层叠层结构(金属层-压电层-氧化层-金属层),伽马辐照之后,会在辐照敏感层(氧化层)形成一个电压,相当于给压电层施加了一个直流电压,从而使谐振频率发生偏移;结构二与结构一不同的是,结构二FBAR在氧化层和压电层之间有一半导体层,辐照之后在氧化层中形成的电压改变了半导体的表面势,使半导体空间电荷层电容发生改变,从而改变谐振频率。通过仿真得到两种不同机理的结果,并与相关文献的测试结果对比,发现频率偏移的趋势和频率偏移量的数量级是相同的,因此提出来的两种机理是可行的。

关键词：薄膜体声波谐振器伽马辐照频率偏移空间电荷层电容

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薄膜体声波谐振器的结构参数优化分析

传感技术学报 2008年第2期21卷 292-296页

作者：张翊包达群郭航厦门大学萨本栋微机电研究中心福建厦门361005

建立了微型薄膜体声波谐振器的等效电路模型,研究其整体频率响应特性。提出的等效电路模型考虑了氧化锌压电薄膜两端电极和作为支撑层的氮化硅薄膜对谐振器整体性能的影响,将它们作为传输线引入到等效电路当中。运用PSPICE软件研究了谐... 详细信息

建立了微型薄膜体声波谐振器的等效电路模型,研究其整体频率响应特性。提出的等效电路模型考虑了氧化锌压电薄膜两端电极和作为支撑层的氮化硅薄膜对谐振器整体性能的影响,将它们作为传输线引入到等效电路当中。运用PSPICE软件研究了谐振器各结构层的尺寸参数对谐振器谐振频率、品质因数和有效机电耦合系数的影响,并讨论了使用不同材料的电极,谐振器品质因数的变化情况。基于以上分析,对谐振器的结构参数进行优化,获得薄膜体声波谐振器性能的提高。

关键词：薄膜体声波谐振器压电等效电路模型结构参数优化

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薄膜体声波谐振器性能模型参数的提取方法

强激光与粒子束 2016年第6期28卷 175-179页

作者：蔡洵高杨黄振华西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010 中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621999 重庆大学新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室重庆400044

薄膜体声波谐振器(FBAR)性能模型包含两个关系式:一个是FBAR有效机电耦合系数与其形状因子(面积与周长之比)的关系式,另一个是FBAR品质因数与其形状因子的关系式。前一个关系式中的参数为FBAR边缘区域的等效宽度,后一个关系式中的参数... 详细信息

薄膜体声波谐振器(FBAR)性能模型包含两个关系式:一个是FBAR有效机电耦合系数与其形状因子(面积与周长之比)的关系式,另一个是FBAR品质因数与其形状因子的关系式。前一个关系式中的参数为FBAR边缘区域的等效宽度,后一个关系式中的参数为表征FBAR横向声能泄漏的因子。为使性能模型用于不同膜层结构、材料及制备工艺的FBAR,建立FBAR性能模型参数的提取流程。以一种5层复合结构的FBAR为例,在同一晶片上,制备多个不同形状因子的FBAR。针对其中一个五边形FBAR,在ADS软件中通过Mason电路模型仿真得到其性能值(有效机电耦合系数和品质因数);再使用矢量网络分析仪和射频探针台实测其性能值。将仿真与实测得到的性能值代入FBAR性能模型,解算出这两个参数。确定参数之后,使用FBAR性能模型预测同一晶片上其它不同性能因子FBAR的有效机电耦合系数和品质因数,预测值的相对误差在3%之内,验证了该参数提取流程的有效性。

关键词：薄膜体声波谐振器性能模型形状因子有效机电耦合系数品质因数

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薄膜体声波谐振器的热学分析

压电与声光 2016年第1期38卷 1-4页

作者：张睿焦向全马晋毅杜波钟慧石玉电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室四川成都610054 中国电子科技集团公司第二十六研究所重庆400060

采用有限元分析软件Comsol Multiphics构建谐振器三维模型,研究器件结构、材料对其热性能的影响。固态装配型谐振器(SMR)有更好的热传导能力与热应力稳定性。在SMR器件中增加一层SiO2,其最高稳态温度上升7℃。器件最高稳态温度随其谐振... 详细信息

采用有限元分析软件Comsol Multiphics构建谐振器三维模型,研究器件结构、材料对其热性能的影响。固态装配型谐振器(SMR)有更好的热传导能力与热应力稳定性。在SMR器件中增加一层SiO2,其最高稳态温度上升7℃。器件最高稳态温度随其谐振区面积的减小而迅速增大。当器件换用高热导率材料时,器件最高稳态温度及其随热耗散功率增加而增大的幅度明显降低。

关键词：薄膜体声波谐振器有限元热学分析 COMSOL 大功率

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薄膜体声波谐振器的电磁兼容性分析

压电与声光 2015年第1期37卷 1-5页

作者：高杨周斌何移何婉婧李君儒中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621999 西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010 重庆大学新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室重庆400044

随着薄膜体声波谐振器(FBAR)工作频率及FBAR器件集成度的不断提高,FBAR器件的电磁干扰问题显得尤为突出。常用电学模型和有限元模型都假定FBAR中的电磁场为无源准静态场,无法仿真模型的相关电磁特性。使用HFSS高频电磁仿真软件建立了FBA... 详细信息

随着薄膜体声波谐振器(FBAR)工作频率及FBAR器件集成度的不断提高,FBAR器件的电磁干扰问题显得尤为突出。常用电学模型和有限元模型都假定FBAR中的电磁场为无源准静态场,无法仿真模型的相关电磁特性。使用HFSS高频电磁仿真软件建立了FBAR的三维电磁仿真模型,采用一个包含声场特性的等效介电常数,实现了FBAR电磁场分布、电磁场耦合与压电效应的一体化仿真。分析了高频电磁场分布及电磁场耦合对谐振特性的影响,通过优化FBAR与临近元件的间距及采用不同介电常数的基板材料,减小了电磁场耦合的干扰。

关键词：薄膜体声波谐振器电磁兼容电磁场耦合等效介电常数高频电磁仿真

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薄膜体声波谐振器温度-频率漂移特性分析

压电与声光 2014年第2期36卷 171-175页

作者：周斌高杨何移李君儒何婉婧西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010 中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621900 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044

薄膜体声波谐振器(FBAR)的谐振频率会受外界环境温度的影响而产生漂移,对于FBAR滤波器而言,这种温度-频率漂移特性会导致其中心频率、插入损耗、带内纹波等性能发生变化,降低其在电学应用中的可靠性。应用ANSYS有限元分析软件,对一个典... 详细信息

薄膜体声波谐振器(FBAR)的谐振频率会受外界环境温度的影响而产生漂移,对于FBAR滤波器而言,这种温度-频率漂移特性会导致其中心频率、插入损耗、带内纹波等性能发生变化,降低其在电学应用中的可靠性。应用ANSYS有限元分析软件,对一个典型Mo-AlN-Mo结构的FBAR进行温度-频率漂移特性的仿真,在-50^+150℃温度范围内得到其温度频率系数为-33.6×10-6/℃。通过在FBAR结构中添加一层正温度系数的补偿层,分析了补偿层厚度对FBAR温度-频率漂移特性、谐振频率和机电耦合特性的影响。设计的温度补偿FBAR其温度频率系数为0.872×10-6/℃,比未添加补偿层时有很大改善。

关键词：薄膜体声波谐振器温度-频率漂移温度频率系数谐振频率机电耦合有限元分析

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薄膜体声波谐振器调频工艺研究

压电与声光 2018年第2期40卷 162-164页

作者：彭兴文徐阳杜波张永川司美菊刘娅何西良卢丹丹中国电子科技集团公司第二十六研究所重庆400060

薄膜体声波器件具有体积小及性能高等优势,相关产品已被广泛应用于移动通信市场。薄膜体声波谐振器(FBAR)电极层和压电层等声学层的厚度、材料是影响谐振频率的主要因素。该文分析了FBAR调频的必要性、原理及扫描刻蚀的工作方式,研究了... 详细信息

薄膜体声波器件具有体积小及性能高等优势,相关产品已被广泛应用于移动通信市场。薄膜体声波谐振器(FBAR)电极层和压电层等声学层的厚度、材料是影响谐振频率的主要因素。该文分析了FBAR调频的必要性、原理及扫描刻蚀的工作方式,研究了调频层薄膜在不同刻蚀功率时对器件频率的影响。通过对FBAR器件进行调频,频率均匀性提高了6.5倍,频率分散性得到显著改善。

关键词：薄膜体声波谐振器调频频率分散性离子束

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薄膜体声波谐振器横向杂散模式三维仿真分析

压电与声光 2017年第3期39卷 327-330页

作者：张玲玲刘梦伟李鉴宫俊杰汪承灏中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190

利用有限元分析软件ANSYS建立了FBAR三维振动模型,分析了不同有效区域形状(方形、圆形、非正五边形)、不同有效区域面积(10 000μm^2、15 625μm^2、22 500μm^2、30 625μm^2、40 000μm^2)和不同压电层材料(AlN、ZnO)对其横向杂散模... 详细信息

利用有限元分析软件ANSYS建立了FBAR三维振动模型,分析了不同有效区域形状(方形、圆形、非正五边形)、不同有效区域面积(10 000μm^2、15 625μm^2、22 500μm^2、30 625μm^2、40 000μm^2)和不同压电层材料(AlN、ZnO)对其横向杂散模式的影响,得到了阻抗特性曲线及不圆度(NC)。有效区域形状为非正五边形时,得到最平滑的阻抗曲线和最小的NC值为0.015 1;有效区域面积为40 000μm^2时得到最小的NC值为0.005 5;在相同谐振频率(1.76GHz)下,用ZnO作压电材料时得到较小的NC值为0.012 9。

关键词：薄膜体声波谐振器谐响应横向杂散模式有限元