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fbar及其紫外传感器的研究

FBAR及其紫外传感器的研究

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作者：胡娜娜浙江大学

学位级别：硕士

薄膜体声波谐振器(fbar)由于工作频率高、插入损耗小、功率容量大、体积小、能与CMOS工艺兼容等特点,满足了现代通信系统的要求,被广泛的研发和应用。目前,fbar在滤波器、双工器、振荡器方面的应用已经商业化,并且由于其高灵敏度和高可... 详细信息

薄膜体声波谐振器(fbar)由于工作频率高、插入损耗小、功率容量大、体积小、能与CMOS工艺兼容等特点,满足了现代通信系统的要求,被广泛的研发和应用。目前,fbar在滤波器、双工器、振荡器方面的应用已经商业化,并且由于其高灵敏度和高可靠性等特点被用在质量、压力、湿度、生物化学等传感领域,但是目前基于fbar紫外传感的研究相对匮乏,器件性能也不尽人意。本文设计、制造、表征了多种新颖的fbar紫外光传感器结构,以期获得更高灵敏度的紫外传感器。本文首先研究了背腔刻蚀结构fbar射频器件的制备工艺,从压电振荡堆各层薄膜材料的选择和设计,到工艺研发和器件具体实现等各方面,研究了该工艺的标准制备流程,并且针对实验中存在的问题进行总结,同时提出相应的解决方案,论文获得了稳定成熟的制备工艺,所制备的fbar谐振频率在1.56±0.02GHz,Q值为750±50,最佳达到950,温度系数为-59.48±5ppm/℃。在此基础上,论文重点研究了fbar紫外光传感器,设计了传感器结构,建立了器件模型,对该器件的紫外光传感特性进行了测试,针对频率偏移量偏小的问题,提出了使用Au、AZO以及栅格状电极结构的解决方案,测试得出器件频率偏移量分别为：频率偏移量为：40KHz、50KHz、40KHz～50KHz。论文还研究了基于PET柔性fbar器件,使用COMSOL软件研究了衬底厚度对谐振频率点的影响,同时在实验方面探讨了电极材料对谐振性能的影响,以Au代替A1,得到fbar器件的串并联谐振频率1.18±0.05GHz和1.21±0.05GHz,有效机电耦合系数为0.148%,Q值为150.48,fbar器件的谐振性能得到改善。针对PET基底上fbar器件谐振性能较羞的问题,提出了滤波器结构的fbar,并在仿真以及实验结论两方面证明了它的可行性。论文对柔性fbar射频器件的紫外传感和弯曲特性进行了测试和分析,紫外传感特性测试结果由于谐振性能不佳使其不如硅衬底上理想,但弯曲特性测试结果表明fbar器件在数次弯曲之后仍能很好的工作。论文的最后,设计并实现了fbar柔性射频滤波器,其带宽为80MHz,工作频率1.25GHz。在今后的研究中仍需在结构以及工艺两方面来改善其性能。

关键词：薄膜体声波谐振器 fbar紫外传感器频率偏移量滤波器结构柔性fbar AZO

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