FBAR滤波器仿真及AlN压电薄膜研究

摘要

FBAR(film bulk acoustic resonator)滤波器具有小型化、高Q值、高工作频率、较大的功率容量和可集成性等优点,它是替代SAW(surface acoustic wave)滤波器的下一代滤波器,也是被业界认为最有可能实现射频模块全集成化的滤波器。
　　基于FBAR谐振单元的基本原理,本文研究了不同机电耦合系数下AlN-FBAR单元的阻抗特性,仿真了电极厚度修正对器件工作频率的影响;建立了Au-AlN-Mo结构FBAR单元的Mason模型,并根据建立的模型和最简单的阶梯型滤波器结构,研究了串并联单元的面积比以及滤波器级联节数对滤波器性能的影响,得到了具有较好传输性能的5节级联滤波器结构,在此基础上研究了引入介质损耗后5节级联滤波器的传输特性,优化后FBAR滤波器仍具有优异性能;针对FBAR滤波器,研究了机电耦合系数变化对滤波器传输特性的影响,估算出了机电耦合系数可允许的变化范围,为研制高取向度的氮化铝压电薄膜提供了理论指导。
　　根据 FBAR滤波器的仿真计算结果,本文研究了获取高取向度AlN薄膜的方法,研究了薄膜的表面粗糙度、成分和薄膜表面形貌和界面形貌,并研制出了C轴取向、摇摆曲线半高宽为4.5°的高取向度AlN压电薄膜,满足FBAR滤波器的技术要求。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 FBAR谐振单元及滤波器工作原理

1.3 FBAR技术的研究现状

1.4课题的研究意义和内容

2 FBAR滤波器的仿真性研究

2.1 FBAR谐振单元的阻抗特性

2.2 Au-AIN-Mo结构FBAR谐振单元的Mason电路模型

2.3 FBAR滤波器的仿真性研究

3 FBAR用AlN压电薄膜的研制

3.1 C轴高取向AlN压电薄膜研制工艺

3.2功率和退火对AlN薄膜表面粗糙度的影响

3.3氮气和氩气比对AlN薄膜化学计量比的影响

3.4 功率和靶-基间距对AlN薄膜结晶和沉积速率的影响

4 总结及展望

4.1 总结

4.2 展望

致谢

参考文献

附录