第ｚ９卷第４５１２００７年８月
压电与声光
ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＥＣＴＲＩＣＳ８ＬＡＣＯＵｓＴ００ＰＴＩＣＳ
ＶｏＬ２９ＮＯ．４Ａｕｇ．２００７
文章编号：１００４—２４７４（２００７）０４—０３７９—０４
薄膜体声波谐振器（ＦＢＡＲ）技术及其应用
何
摘
杰，刘荣贵，马晋毅
（四川压电与声光技术研究所，重庆４０００６０）
要：薄膜体声波器件具有体积小，成本低，品质因数（Ｑ）高，功率承受能力强，频率高且与ＩＣ技术兼容等特
点，适合于工作在１～１０ＧＨｚ的ＲＦ系统应用，有望在未来的无线通讯系统中取代传统的声表面波（ｓＡｗ）器件和微波陶瓷器件。该文综合阐述了薄膜体声波技术的基本原理、最新发展及应用。分析了ＦＢＡＲ器件的三种结构及其制作方法。还简要讨论了薄膜体声波技术的未来发展趋势及面临的挑战。
关键词：薄膜体声波谐振器；Ｑ值；功率承受能力；高频应用；ＩＣ技术中图分类号：ＴＮ６５
文献标识码：Ａ
ＴｈｉｎＦｉｌｍＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃ
Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ（ＦＢＡＲ）Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＨＥＪｉｅ，ＬＩＵＲｏｎｇ－ｇｕｉ，ＭＡＪｉｎ－ｙｉ
ａｎｄＡｃｏｕｓｔｏ－ｏｐｔｉｃ
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Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｈｍｆｄｍｂｕｌｋａｃｏｕｓｔｉｃｗａｖｅｄｅｖｉｃｅｓｈａｖｅｔｈｅ
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ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．
Ｋｅｙｗｏ州ｂ：ＦＢＡＲ；Ｑ－ｖａｌｕｅ；ｐｏｗｅｒｈａｎｄｌｉｎｇ
ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ；ＩＣ－ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
随着现代无线通讯技术，特别是３Ｇ通讯技术的迅速发展及无线终端的多功能化（如ＧＰＳ接收机、无线接人系统和高速语音、数据、图文与图像传输等），工作在射频波段的通讯器件的微型化，低功耗，低成本，集成化及高性能越来越受到人们的重视。传统的射频频率器件的解决方案主要是采用声表面波（ＳＡＷ）技术和微波陶瓷技术。微波陶瓷器件成本低，器件性能高，但体积较大。ＳＡＷ器件的电性能比微波陶瓷器件好，可再制性高，选择性好，体积小，但插入损耗大，功率承受能力小，性能随温度变化漂移［１］。且微波陶瓷器件和ＳＡＷ器件均不能与硅集成技术兼容，难以实现系统的微型化和低功耗［２］。近年来，微电子机械系统（ＭＥＭＳ）技术的发展带来了精细的加工手段，这使系统向微型化方向发展［３］。基于ＭＥＭＳ技术的薄膜体声波谐振器（ＦＢＡＲ）［１１正是解决系统微型化和低功耗的关键技术。由于体声波的传播速度比ＳＡＷ的传播速度快，所以ＦＢＡＲ具有频率高（可达１～１０ＧＨｚ），体积小，换能效率高等优点。利用ＦＢＡＲ可制作滤波器、双工器、振荡器等多种高性能小体积表面贴装型微波器件，其电性能已达３Ｇ移动通讯的要求。此外，ＦＢＡＲ技术与半导体工艺兼容，易与射频系统前
收疆日期：２００７－０６－０６
作者曹介：何杰（１９６８－），男，四川南部人，工程师。
端集成，从而实现射频系统的微型化。由于３Ｇ通讯技术及其发展要求采用单芯片解决方案，因此，ＦＢＡＲ技术是一种更可靠、更有效的“系统单芯片集成”解决方案，有望在未来的无线通讯系统中取代传统的ＳＡＷ器件和微波陶瓷器件，具有广阔的应用前景。
１
ＦＢＡＲ的原理及基本结构
ＦＢＡＲ是一种利用声学谐振实现电学选频的器
件。工作区由金属底电极一压电膜一金属上电极组成，器件工作于能陷一厚度振动模式，工作频率与压电材料的厚度成反比，如图１所示。
图１ＦＢＡＲ的基本结构
ＦＢＡＲ的基本工作原理：当电信号加载到ＦＢＡＲ上时，器件中的压电薄膜通过逆压电效应将电信号转变为声信号，器件特定的声学结构对不同频率的声信号呈现出选择性，其中在器件内满足声
波全反射条件的声信号将在器件内实现谐振，而不
万方数据
３８０
莲泡毒黪巍２００７皴
满足谐振条件的声信号就会衰减，在频谱上与谐振声信号频率相差越多的声信号裘减越快。最后，在器件内幅度相位殴产生差舅麴声信号又通过压嗽薄膜筹毙铡瑰转变成输出电信号，邃样ＦＢＡＲ最终就表现出对电信号的选频作用。ＦＢＡＲ与工作在千赫兹～兆赫兹憋晶振孛晶体谐振器及陶瓷滤渡器中瓣陶瓷谐振器的工稼原理是相同的。不同的是，～方瑟，ＦＢＡＲ鼢攫激膜厚度在微米羹级，扶磷使其工作频率可提高到吉赫兹级。另一方面，由于压电膜太薄，使ＦＢＡＲ不可能象晶体谐振器那样由压电晶片暮承托上下迄极，因她ＦＢＡＲ必须有一个衬底，热工时先将金属岚瞧极蒸发或溅射到衬底上，然后在魄极上沉积压电薄貘，最詹再在蘧毫薄膜上形成金
属上电极。
ＦＢＡＲ的等效电路模型～般采用改进的巴特沃辫一范戴克（ＭＢＶＤ）模鍪，魏圈２掰示。其憾频嚷廑如图３所示，其中＾和五为并联糯串联谐振频率。
一皇协
叫刖图２
ＦＢＡＲ黪ＭＢＶＤ模型
瓣３ＭＢＶＤ壤燮熬强羧璃应爱
有效机电耦合系数是孙和晶质因素Ｑ是衡量ＦＢＡＲ性能最重要的指标，鼠
壹酝一等ｆ艇了生｛
（１）‘￡、
，
Ｑ一蛩
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（２）
器件的惫孙对器件性能的影响在插损及＾和氕阕鹇带宽掰方瑟。磊毫越大，捶损越小，带宽越大。蠢纛燕要由压电膜树料的机电藕禽系数ｋ：决定，弱
前瘸于ＦＢＡＲ豹糕电膜材料主要有Ａ１Ｎ耩ＺｎＯ两种。这两种材料的主要性能参数如表１所永。由表可稽逛，Ａ１Ｎ材料除ｋ：略小予ＺｎＯ外，其健方西都优予ＺｎＯ，且ＡｔＮ与半导体工艺兼容，因此产品级的ＦＢＡＲ器件都采用ＡｌＮ誊｜料。表中鼹种材料的蠢：值都是在膜材料中晶粒ｃ轴取礴生长良好的情况下才具有的，而制备ｆ轴取向良好的压电膜是研制Ｆ转ＡＲ的裁提稷蒸确。
万
方数据袭１Ａ１Ｎ和ＺｎＯ的主要性能参数对比
除腰电膜材料的ｋ；值外，对器件的愚：。会产生重要影响的因素ｊ丕包括电极材料戆耱类、器度等。
Ｑ主要由器件的声泄露决定。声泄露越少，Ｑ值越大，器终的摇擐越小，ＦＢＡＲ滤波器戆逶带拐焦就越陡。不同研究者研制的ＦＢＡＲ器件在Ｑ德上的差异较大。在ＦＢＡＲ器件造成声泄露的主要原蠢是誊季褒。衬褒麴存在提供了声瀵露的通道，如何在结构上阻断或减弱衬底造成的声泄露，从而掇离器终豹Ｑ篷，是ＦＢＡＲ疆铡熬另外一个重要课题。
迄今为止，实现ＦＢＡＲ有横膈膜型、空气腔型和反射阵型三种结构（见图４）。树底材料一般选用离阻的巍材料，黻防噍赢电极静电澄箨或干扰。
图４
ＦＢＡＲ的三种基本结构
横膈膜型是ＦＢＡＲ研究早期采用较多的一种结构，它是裂焉Ｓｉ誊砉辩的各淘异瞧，首先通过
ＭＥＭＳ方法对衬底树糕进行定向刻蚀，形成厚度为尼徽岽浮酶横藤膜，然麓在横膈膜送域钊备电檄秽压电薄膜。横膈膜结构的主要缺点：
（１）由于相比于工佟区域面积大褥多的衬底的移涂造成结构稳定性降低，可靠梭下降。
（２）出于横腈膜厚度对于压电膜厚度的比德避大，造戏较大懿声灌缮，献藤雩｜莛Ｑ毽降低。
空气腔型是目前用于产品最成功的结构形式，它是在娜王完电极和压电膜后通过移除它们下方的牺牲层鸯考料形成空气腔以此来减小声泄露。与横膈貘结构襁毙，该结构孛空气腔面积与工捧区面积接近ｌ：ｌ，丽横膈貘厚度匀疆电膜簿度之院可远小于１，从而在结构稳定性和Ｑ值都较横膈膜结构有很
大提离。
第４期
何杰等：薄膜体声波谐振器（ＦＢＡＲ）技术及其应用
３８１
反射阵型是基于布喇格谐振腔原理工作的结构形式。一方面，因声波会沿着衬底传播，故可在衬底上设置多个反射层，将声波能量尽量反射回去，当满足布喇格谐振条件时，声波就可在压电膜和反射层中形成驻波，从而实现谐振。另一方面，在声波传播过程中，当声阻抗不连续时，声波就会产生反射。声阻抗差异越大，反射效率越高。因此，在反射层材料的选择上，要采用声阻抗差异大的材料，金属Ｗ和Ｓｉ０：是目前通用的材料。而反射层的厚度要满足布喇格谐振条件，即１／４波长。反射阵型在工艺上看似简单，但器件Ｑ值完全依赖于反射层膜厚的精确控制和各膜层良好的一致性。
２
ＦＢＡＲ的应用及发展趋势
２．１
应用
目前ＦＢＡＲ的主要应用领域有ＰＣＳ、ＣＤＭＡ和Ｗ—ＣＤＭＡ用射频滤波器和双工器，ＧＰＳ接收机用滤波器及ＦＢＡＲ振荡器等。
２．１。１
ＦＢＡＲ滤波器
采用ＦＢＡＲ技术实现的滤波器具有工作频率高（１～１０ＧＨｚ）、损耗低（Ｑ值达１０００）、温度稳定性好，功率承受能力强（３Ｗ），体积小的特点。为提高频率选择性，将多个不同谐振频率的ＦＢＡＲ级联就可满足射频滤波器的技术要求［４］。目前，ＦＢＡＲ滤波器一般采用梯形结构、桥式结构及梯形结构和桥式结构的组合［５］三种基本结构，如图５所示。
ＦＢＡＲ
荔
输入
（Ｉ）梯形结构拓扑图（ｂ）桥式结构拓扑图
矗
输入
ＦＢＡＲ
ＦＢＡＲ
（ｃ）组合桥式・梯形滤波器的拓扑结构图５
ＦＢＡＲ滤波器网路拓扑结构
梯形ＦＢＡＲ滤波器结构是ＦＢＡＲ滤波器主要采用的结构，此结构的ＦＢＡＲ滤波器具有陡峭的抑制响应，但对无用频带的抑制较低。桥式结构采用的ＦＢＡＲ比梯形结构采用的ＦＢＡＲ多，因为根据传输函数，桥式结构需两个谐振器才能产生一个极和一个传输零点。桥式结构ＦＢＡＲ滤波器具有较低的滚降系数，但无用频带抑制比梯形结构更高。Ｗ—ＣＤＭＡ射频前端用ＦＢＡＲ滤波器拓扑结构是组合了梯形和桥式ＦＢＡＲ滤波器结构，采用这种组合结ＦＢＡＲ双工器
双工器在通讯系统中具有关键作用。目前，采
万
方数据用ＦＢＡＲ技术实现的双工器主要用于ＰＣＳ，ＣＤＭＡ移动通讯。通过组合发射（Ｒｘ）滤波器和接收（Ｒｘ）滤波器可以构成双工器。图６为ＥＰＣＯＳ公司设计的概念验证性ＰＣ孓ＣＤＭＡ双工器结构图。该双工器的大小为３．８
ｍｍ×３．８ｍｍＸｌ．１
ｍｍ，阻带特性
达到了１０ＧＨｚ，特性阻抗为５０Ｑ，频率温度系数
（ＴＣＦ）为一２０×１０一６／Ｋ［６１。
低噪声放大器
功率放大器
图６双工器拓扑结构
２．１．３
ＦＢＡＲ振荡器
无线通讯对低抖动率时钟和振荡器有广泛需求，在５００ＭＨｚ～５ＧＨｚ频段内，基于ＦＢＡＲ技术实现的振荡器在器件大小，性能和成本等方面具有目前使用的声表面波振荡器和陶瓷振荡器无可比拟的优势，是声表面波和陶瓷振荡器理想的替代品。图７为采用串联谐振体声波谐振器振荡器原理图，其实现的频率达２ＧＨｚ，大小为２．８
ｍｍ×２ｍｍ，工
作电流为１．２～１．５ｍＡ，工作电压大于２．７Ｖ，相位噪声在１０ｋＨｚ和１００Ｈｚ漂移时分别为一９９ｄＢｃ／
Ｈｚ和一１２０ｄＢｃ／Ｈｚ。器件可集成在系统封装的射
频器件内［７］。
图７
ＦＢＡＲ振荡器原理图
ＦＢＡＲ技术的发展趋势
利用ＦＡＢＲ技术可实现滤波器、双工器及振荡
器这样的高性能小体积微波器件，且可将ＦＢＡＲ器成（ＳｏＣ）技术
ＦＢＡＲ技术在实现射频器件的小型化方面是一Ｇ通讯系２．２
构的ＦＢＡＲ滤波器可实现无用频带的高度隔离且在接近通带的地方实现陡峭的响应。２．１．２件和低噪声功率放大器（ＬＮＡ）、混频器等器件进行集成，从而研制出更高性能和更小体积的射频系统。２．２．１片上集成电路ＦＢＡＲ技术和系统单芯片集
大技术突破，然而，目前ＦＢＡＲ和辅助电路是单独制作的，通过键合工艺组装，因此，要进一步降低射频前端的体积仍面临一些问题。为满足３统对射频部件的微型化，低成本，集成化要求，提出
３８２
压电与声光
了片上集成电路（Ａｂｏｖｅ－ＩＣ）ＦＢＡＲ技术［８３。这种集成技术可进一步降低高性能射频前端的体积和成本，使未来的“系统单芯片集成（ＳｏＣ）”成为可能。
图８为采用ＢｉＣＯＭＳ和片上集成电路技术实现的验证性体声波滤波器射频前端。其电路包括一个单端输入ＬＮＡ（可直接与双工器的单Ｒｘ通道连接），后接一个中等插损的单一差分单片平衡一不平衡变换器来驱动频率为２．１４ＧＨｚ的体声波带通滤波器。滤波器的输出连接到一个全差分混频器，混频器使射频信号向下变频至基带频率。整个射频前端的芯片面积仅２．４４ｍｍ２（包括体声波滤波器）［２］。
图８采用ＢＩＣＭＯＳ和片上集成电路技术实现的
ＦＢＡＲ滤波器射频前端
片上集成电路ＦＢＡＲ技术的开发为３Ｇ射频系统集成提供了可能性。图９为未来射频前端系统集成的验证性解决方案，采用这种方案可满足市场要求减少收发机和其他通讯电路外部无源元件数量的要求。然而，这种方案在技术实现上仍需解决的问题：
（１）如何实现功率放大器的集成。（２）单一差分体声波双工器的设计。
（３）如何设计滤波ＬＮＡ以提高Ｔｘ和Ｒｘ链接之间的隔离度（磁和基片耦合）［９｜。
瓣
零
中
频收发机
图９
系统单芯片集成射频前端
２．２．２
ＦＢＡＲ技术的高频应用
ＦＢＡＲ技术未来的另一个发展方向将是更高频段的应用。目前，大量的研究集中于工作在Ｌ波段和Ｓ波段的ＰＣＳ、Ｗ—ＣＤＭＡ用ＦＢＡＲ器件的设计、制作及Ｃ波段应用上。这些应用都是基于ＦＢＡＲ的基本谐振模式，这就限制了滤波器的最大工作频率。如果采用更高次谐波模式，ＦＢＡＲ滤波器就可工作在更高频段上（Ｋｕ，Ｋ和Ｋａ波段）。此外，采用更高次谐波谐振模式还可降低谐振器的机电耦合系数，从而限制滤波器的相对通带，这样，滤波器就适合于极小窄带选择应用。高次谐波模式的应用将会为体声波器件开辟新的应用领域。
３
ＦＢＡＲ技术面临的挑战
ＦＢＡＲ技术目前面临的挑战主要是设计和工艺
制作。从设计上说，目前ＦＢＡＲ采用的等效电路模
万
方数据型有Ｍａｓｏｎ模型［１０３和ＭＢＶＤ模型‘１１］，但这两种模型都是一维模型。Ｍａｓｏｎ模型采用物体的材料参数和物理结构来描述ＦＢＡＲ的特性阻抗，与当前微波电路仿真软件设计的要求不兼容，结果使其应用范围受到了一定限制。ＭＢＶＤ模型是目前普遍采用的等效电路模型，它使用３６个集总参数元件来描述ＦＢＡＲ，便于达到一定的滤波器频率响应指标而对电路参数进行分析和优化电路参数的目的。但ＭＢＶＤ模型只能模拟ＦＢＡＲ谐振频率附近的阻抗特性，并不能给出整个频域的特性阻抗。采用这样的一维模型虽然能够获得谐振效应，电极负载效应和反射器叠层效率这样的直接信息，但却难以对横向振动模式和结构的几何图形产生的寄生现象进行有效预测。因此，必须开发出更复杂的算法以实现三维的互相耦合的电、声模拟从而达到要求的精度。
从工艺制作上说，首先，要制备一致性好，可靠
２｜。同时，良好的压电膜仅是实现器件高性能的基础之一，在结构上实现最小的声泄露从而保证器件具有较高Ｑ值是工艺面临的另率，必须通过控制各个堆积层，电极层和谐振层的拓扑结构来限制器件的大小；最后，为了能实现与声表面波器件的成本优势，未来的ＦＢＡＲ器件必须采用
ｃｍ晶片实现量产，这会给薄膜的沉积工艺带
３
结束语
ＦＢＡＲ技术涉及声波器件、材料、ＩＣ制造工艺、
微电机系统（ＭＥＭＳ）和无线通讯应用等众多学科，是一个多学科交叉的研究领域。本文综述了ＦＢＡＲ技术的基本原理和应用，分析了ＦＢＡＲ器件的三种基本结构及其制作方法，讨论了ＦＢＡＲ技术未来的发展趋势及面临的挑战。目前，ＦＢＡＲ器件的电性能已达３Ｇ移动通讯的要求，具有广阔的应用前景。当前世界许多国家都在积极研究ＦＢＡＲ技术，期望实现射频系统．的集成化，微型化和低成本。虽然ＦＢＡＲ技术的研究取得了相当突破，但在如何实现ＦＢＡＲ器件的三维模拟及薄膜的制备工艺上仍有许多问题有待探索和解决。参考文献：
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ｊｅｃｔｓ［Ｃ］．Ｖａｎｃｏｕｖｅｒ
Ｃａｎａｄａ：ＩＥＥＥ
ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓＳｙｍ’
ｐｏｓｉｕｍ，２００６：３４１—３５０．
（下转第３８５页）
性高，具有可重复性耦合系数ｋ：的ＺｎＯ和Ａ１Ｎ薄膜是具有挑战性的［１一个难题。其次，为了尽可能地降低电容间耦合效２０．３２
来极大困难和压力。
第４期
魏巍等：一种新型１２０ＭＨｚ微机补偿泛音晶体振荡器
３８５
补偿后
频率能较好地解决此问题。
这种振荡器设计方法打破了传统高频温度补偿晶体振荡器的设计局限，对晶体振荡器稳定度的进一步提高以及高频低相噪晶体振荡器的补偿十分有利，极具应用推广价值。参考文献：
Ｅ１３赵声衡．石英晶体振荡器ＩＭ］．湖南：湖南大学出版社，
万方数据
薄膜体声波谐振器(FBAR)技术及其应用
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
何杰， 刘荣贵， 马晋毅， HE Jie， LIU Rong-gui， MA Jin-yi四川压电与声光技术研究所,重庆,400060压电与声光
PIEZOELECTRICS & ACOUSTOOPTICS2007，29(4)1次
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薄膜体声波谐振器是基于MEMs制造技术而迅速发展起来的器件,由于其具有频率高、体积小、承受功率大、Q值高、并与集成电路工艺兼容等诸多优点,它成为无线通信应用领域最具有潜力的器件之一.MEMS制造技术贯穿于体声波谐振器的整个制备工艺过程.是实现FBAR器件的基础工艺.本文简要阐述了薄膜体声波谐振器的工作原理,介绍了其三种结构制备的各自特点.并结合 MEMS 制造技术对各个结构的制作工艺进行了详细分析和探讨,最后对FBAR器件的主要封装技术进行了简要介绍.
6.会议论文 汤亮. 郝震宏. 乔东海 2.17GHz高Q射频薄膜体声波谐振器的研制 2008
消费类电子产品和个人通讯系统市场的快速扩张，引起了对无线通信系统(如掌上电脑、手机、导航系统、卫星通信以及各种数据通信)的极大需求。制备高性能、小尺寸、低成本的单芯片射频系统成为目前研究的一个热点。薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)是最近几年来研究很热的一种采用MEMS技术实现的射频谐振器。本文主要研制了一种谐振频率高达2。17GHx的射频薄膜体声波谐振器，其尺寸为1。2×1。2×0。3mm3，Q值达到972。
7.会议论文 莫绍孟. 赵建军. 吴光敏. 陈剑鸣 材料尺寸属性对薄膜体声波谐振器性能的影响探讨 2008
近年来，迅速发展扩大的现代无线通信市场呼唤着一种新兴的技术和器件，来满足RF系统更微型化，低功耗，高Q值，工作在1GHz至10GHz的性能需求。FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)具备低功耗，低插损，小体积等众多优点，是目前唯一有望与CMOS工艺兼容和集成的射频滤波器技术。本文使用传输矩阵法推导了FBAR的输入阻抗，并就各层不同的材料尺寸对FBAR的性能影响进行探讨。结果表明，各层物理属性决定着整个FBAR的性能，是实际制备过程中工作频率调整的理论依据。
8.期刊论文 赵继德. 李应良. 魏德芳. ZHAO Ji-de. LI Ying-lian. WEI De-fang 软件无线电中RF-MEMS元件 -激光杂志2008,29(6)
本文分析了软件无线电系统中的MEMS(Micro-Electric-Machine-Systems)解决方案、及其可应用于软件无线电系统中的MEMS器件,主要有对称锥形弯曲缝隙微带天线、用于G波段的微尺度宽频天线、微机械自适应帖片天线、高Q值、双频段MEMS开关、薄膜体声波谐振器、腔结构微机械谐振器、分布式MEMS传输线微机械滤波器等典型的MEMS器件,这些器件克服了普通射频器件体积大,功耗高等缺点,有望在软件无线电系统中得到应用.最后,对MEMS器件在软件无线电系统中的应用做了展望.
9.学位论文 宁金叶 FBAR用AlN薄膜的MOCVD制备 2009
与传统的介质滤波器和声表滤波器(SAW)相比，基于薄膜体声波谐振器(FBAR)技术的滤波器具有体积小、工作频率高、插入损耗低、带外抑制大、Q值高、功率容量大、温度系数低、抗静电冲击能力强以及与半导体工艺兼容等优点，作为GHz频段带通滤波器的一种解决方案，FBAR已显示出广阔的应用前景。
压电薄膜是FBAR研制的关键，氮化铝(AlN)由于具有介电损耗小、机电耦合系数高、热膨胀系数与Si、GaAs等常用半导体材料相近等优异性质，而成为FBAR研制的首选材料。从目前的研究结果来看，AlN薄膜的质量极大地影响着FBAR及其滤波器的性能，其中，AlN薄膜的织构程度、结晶完整性对FBAR器件性能的影响最大，为此，人们围绕如何生长单-c轴取向的AlN薄膜开展了大量研究。
本论文采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法，在蓝宝石衬底、Mo/Si衬底以及ZrN/Si衬底上沉积AlN薄膜，系统研究了工艺参数等对AlN薄膜晶体结构、微观组织、介电性能与压电特性的影响规律，主要研究成果如下：
首先，本论文在蓝宝石(0001)衬底上采用MOCVD生长AlN薄膜，系统研究了衬底温度、三甲基铝(TMA)和氨气(NH3)的流量、反应室总压等工艺参数对AlN薄膜取向的影响规律，通过优化工艺参数，成功制备出了高度c轴取向、具有六方纤锌矿结构的AlN外延薄膜；其(0002)衍射峰的摇摆曲线半高宽(FWHM)达到了0.10°，AlN与Al2O3的面内关系为AlN[3013]//Al2O3[3329]；椭圆偏振法测量出AlN薄膜的折射率介于2.0到2.4之间。
其次，本论文采用直流磁控溅射法在Si(111)基片上生长Mo薄膜，在优化条件下成功制备出了(110)择优取向的Mo薄膜。在此基础上，本论文进一步在Mo/Si衬底上采用MOCVD生长AlN薄膜，在950℃到1050℃的温度范围内成功制备出了c轴择优取向的AlN薄膜；介电常数介于8.9到11.8之间；损耗介于1.0％到2.0％之间；压电系数介于2.1到2.9之间。
最后，由于Mo电极上生长的AlN介电损耗过大，本论文选择ZrN作为新的底电极材料。通过优化射频磁控溅射工艺在Si基片上获得了(111)取向的ZrN薄膜。随后以ZrN/Si为衬底，在1000℃到1050℃的温度范围内采用MOCVD生长了c轴择优取向的AlN薄膜。研究结果显示：与在Mo/Si衬底上生长的AlN薄膜相比，由于AlN薄膜与ZrN之间的晶格失配度小，以ZrN为底电极所生长的AlN薄膜具有更加优良的介电性能与压电性能。AlN薄膜介电常数介于8.3到8.6之间；其损耗介于0.1％到0.6％之间；压电系数介于2.8到3.1之间。
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第ｚ９卷第４５１２００７年８月
压电与声光
ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＥＣＴＲＩＣＳ８ＬＡＣＯＵｓＴ００ＰＴＩＣＳ
ＶｏＬ２９ＮＯ．４Ａｕｇ．２００７
文章编号：１００４—２４７４（２００７）０４—０３７９—０４
薄膜体声波谐振器（ＦＢＡＲ）技术及其应用
何
摘
杰，刘荣贵，马晋毅
（四川压电与声光技术研究所，重庆４０００６０）
要：薄膜体声波器件具有体积小，成本低，品质因数（Ｑ）高，功率承受能力强，频率高且与ＩＣ技术兼容等特
点，适合于工作在１～１０ＧＨｚ的ＲＦ系统应用，有望在未来的无线通讯系统中取代传统的声表面波（ｓＡｗ）器件和微波陶瓷器件。该文综合阐述了薄膜体声波技术的基本原理、最新发展及应用。分析了ＦＢＡＲ器件的三种结构及其制作方法。还简要讨论了薄膜体声波技术的未来发展趋势及面临的挑战。
关键词：薄膜体声波谐振器；Ｑ值；功率承受能力；高频应用；ＩＣ技术中图分类号：ＴＮ６５
文献标识码：Ａ
ＴｈｉｎＦｉｌｍＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃ
Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ（ＦＢＡＲ）Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＨＥＪｉｅ，ＬＩＵＲｏｎｇ－ｇｕｉ，ＭＡＪｉｎ－ｙｉ
ａｎｄＡｃｏｕｓｔｏ－ｏｐｔｉｃ
ａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
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Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６０，Ｃｈｉｎａ）
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ｖｉｅｗｏｆｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＦＢＡＲｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｉｔｓｎｅｗ
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ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．
Ｋｅｙｗｏ州ｂ：ＦＢＡＲ；Ｑ－ｖａｌｕｅ；ｐｏｗｅｒｈａｎｄｌｉｎｇ
ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ；ＩＣ－ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
随着现代无线通讯技术，特别是３Ｇ通讯技术的迅速发展及无线终端的多功能化（如ＧＰＳ接收机、无线接人系统和高速语音、数据、图文与图像传输等），工作在射频波段的通讯器件的微型化，低功耗，低成本，集成化及高性能越来越受到人们的重视。传统的射频频率器件的解决方案主要是采用声表面波（ＳＡＷ）技术和微波陶瓷技术。微波陶瓷器件成本低，器件性能高，但体积较大。ＳＡＷ器件的电性能比微波陶瓷器件好，可再制性高，选择性好，体积小，但插入损耗大，功率承受能力小，性能随温度变化漂移［１］。且微波陶瓷器件和ＳＡＷ器件均不能与硅集成技术兼容，难以实现系统的微型化和低功耗［２］。近年来，微电子机械系统（ＭＥＭＳ）技术的发展带来了精细的加工手段，这使系统向微型化方向发展［３］。基于ＭＥＭＳ技术的薄膜体声波谐振器（ＦＢＡＲ）［１１正是解决系统微型化和低功耗的关键技术。由于体声波的传播速度比ＳＡＷ的传播速度快，所以ＦＢＡＲ具有频率高（可达１～１０ＧＨｚ），体积小，换能效率高等优点。利用ＦＢＡＲ可制作滤波器、双工器、振荡器等多种高性能小体积表面贴装型微波器件，其电性能已达３Ｇ移动通讯的要求。此外，ＦＢＡＲ技术与半导体工艺兼容，易与射频系统前
收疆日期：２００７－０６－０６
作者曹介：何杰（１９６８－），男，四川南部人，工程师。
端集成，从而实现射频系统的微型化。由于３Ｇ通讯技术及其发展要求采用单芯片解决方案，因此，ＦＢＡＲ技术是一种更可靠、更有效的“系统单芯片集成”解决方案，有望在未来的无线通讯系统中取代传统的ＳＡＷ器件和微波陶瓷器件，具有广阔的应用前景。
１
ＦＢＡＲ的原理及基本结构
ＦＢＡＲ是一种利用声学谐振实现电学选频的器
件。工作区由金属底电极一压电膜一金属上电极组成，器件工作于能陷一厚度振动模式，工作频率与压电材料的厚度成反比，如图１所示。
图１ＦＢＡＲ的基本结构
ＦＢＡＲ的基本工作原理：当电信号加载到ＦＢＡＲ上时，器件中的压电薄膜通过逆压电效应将电信号转变为声信号，器件特定的声学结构对不同频率的声信号呈现出选择性，其中在器件内满足声
波全反射条件的声信号将在器件内实现谐振，而不
万方数据
３８０
莲泡毒黪巍２００７皴
满足谐振条件的声信号就会衰减，在频谱上与谐振声信号频率相差越多的声信号裘减越快。最后，在器件内幅度相位殴产生差舅麴声信号又通过压嗽薄膜筹毙铡瑰转变成输出电信号，邃样ＦＢＡＲ最终就表现出对电信号的选频作用。ＦＢＡＲ与工作在千赫兹～兆赫兹憋晶振孛晶体谐振器及陶瓷滤渡器中瓣陶瓷谐振器的工稼原理是相同的。不同的是，～方瑟，ＦＢＡＲ鼢攫激膜厚度在微米羹级，扶磷使其工作频率可提高到吉赫兹级。另一方面，由于压电膜太薄，使ＦＢＡＲ不可能象晶体谐振器那样由压电晶片暮承托上下迄极，因她ＦＢＡＲ必须有一个衬底，热工时先将金属岚瞧极蒸发或溅射到衬底上，然后在魄极上沉积压电薄貘，最詹再在蘧毫薄膜上形成金
属上电极。
ＦＢＡＲ的等效电路模型～般采用改进的巴特沃辫一范戴克（ＭＢＶＤ）模鍪，魏圈２掰示。其憾频嚷廑如图３所示，其中＾和五为并联糯串联谐振频率。
一皇协
叫刖图２
ＦＢＡＲ黪ＭＢＶＤ模型
瓣３ＭＢＶＤ壤燮熬强羧璃应爱
有效机电耦合系数是孙和晶质因素Ｑ是衡量ＦＢＡＲ性能最重要的指标，鼠
壹酝一等ｆ艇了生｛
（１）‘￡、
，
Ｑ一蛩
』ｐ
（２）
器件的惫孙对器件性能的影响在插损及＾和氕阕鹇带宽掰方瑟。磊毫越大，捶损越小，带宽越大。蠢纛燕要由压电膜树料的机电藕禽系数ｋ：决定，弱
前瘸于ＦＢＡＲ豹糕电膜材料主要有Ａ１Ｎ耩ＺｎＯ两种。这两种材料的主要性能参数如表１所永。由表可稽逛，Ａ１Ｎ材料除ｋ：略小予ＺｎＯ外，其健方西都优予ＺｎＯ，且ＡｔＮ与半导体工艺兼容，因此产品级的ＦＢＡＲ器件都采用ＡｌＮ誊｜料。表中鼹种材料的蠢：值都是在膜材料中晶粒ｃ轴取礴生长良好的情况下才具有的，而制备ｆ轴取向良好的压电膜是研制Ｆ转ＡＲ的裁提稷蒸确。
万
方数据袭１Ａ１Ｎ和ＺｎＯ的主要性能参数对比
除腰电膜材料的ｋ；值外，对器件的愚：。会产生重要影响的因素ｊ丕包括电极材料戆耱类、器度等。
Ｑ主要由器件的声泄露决定。声泄露越少，Ｑ值越大，器终的摇擐越小，ＦＢＡＲ滤波器戆逶带拐焦就越陡。不同研究者研制的ＦＢＡＲ器件在Ｑ德上的差异较大。在ＦＢＡＲ器件造成声泄露的主要原蠢是誊季褒。衬褒麴存在提供了声瀵露的通道，如何在结构上阻断或减弱衬底造成的声泄露，从而掇离器终豹Ｑ篷，是ＦＢＡＲ疆铡熬另外一个重要课题。
迄今为止，实现ＦＢＡＲ有横膈膜型、空气腔型和反射阵型三种结构（见图４）。树底材料一般选用离阻的巍材料，黻防噍赢电极静电澄箨或干扰。
图４
ＦＢＡＲ的三种基本结构
横膈膜型是ＦＢＡＲ研究早期采用较多的一种结构，它是裂焉Ｓｉ誊砉辩的各淘异瞧，首先通过
ＭＥＭＳ方法对衬底树糕进行定向刻蚀，形成厚度为尼徽岽浮酶横藤膜，然麓在横膈膜送域钊备电檄秽压电薄膜。横膈膜结构的主要缺点：
（１）由于相比于工佟区域面积大褥多的衬底的移涂造成结构稳定性降低，可靠梭下降。
（２）出于横腈膜厚度对于压电膜厚度的比德避大，造戏较大懿声灌缮，献藤雩｜莛Ｑ毽降低。
空气腔型是目前用于产品最成功的结构形式，它是在娜王完电极和压电膜后通过移除它们下方的牺牲层鸯考料形成空气腔以此来减小声泄露。与横膈貘结构襁毙，该结构孛空气腔面积与工捧区面积接近ｌ：ｌ，丽横膈貘厚度匀疆电膜簿度之院可远小于１，从而在结构稳定性和Ｑ值都较横膈膜结构有很
大提离。
第４期
何杰等：薄膜体声波谐振器（ＦＢＡＲ）技术及其应用
３８１
反射阵型是基于布喇格谐振腔原理工作的结构形式。一方面，因声波会沿着衬底传播，故可在衬底上设置多个反射层，将声波能量尽量反射回去，当满足布喇格谐振条件时，声波就可在压电膜和反射层中形成驻波，从而实现谐振。另一方面，在声波传播过程中，当声阻抗不连续时，声波就会产生反射。声阻抗差异越大，反射效率越高。因此，在反射层材料的选择上，要采用声阻抗差异大的材料，金属Ｗ和Ｓｉ０：是目前通用的材料。而反射层的厚度要满足布喇格谐振条件，即１／４波长。反射阵型在工艺上看似简单，但器件Ｑ值完全依赖于反射层膜厚的精确控制和各膜层良好的一致性。
２
ＦＢＡＲ的应用及发展趋势
２．１
应用
目前ＦＢＡＲ的主要应用领域有ＰＣＳ、ＣＤＭＡ和Ｗ—ＣＤＭＡ用射频滤波器和双工器，ＧＰＳ接收机用滤波器及ＦＢＡＲ振荡器等。
２．１。１
ＦＢＡＲ滤波器
采用ＦＢＡＲ技术实现的滤波器具有工作频率高（１～１０ＧＨｚ）、损耗低（Ｑ值达１０００）、温度稳定性好，功率承受能力强（３Ｗ），体积小的特点。为提高频率选择性，将多个不同谐振频率的ＦＢＡＲ级联就可满足射频滤波器的技术要求［４］。目前，ＦＢＡＲ滤波器一般采用梯形结构、桥式结构及梯形结构和桥式结构的组合［５］三种基本结构，如图５所示。
ＦＢＡＲ
荔
输入
（Ｉ）梯形结构拓扑图（ｂ）桥式结构拓扑图
矗
输入
ＦＢＡＲ
ＦＢＡＲ
（ｃ）组合桥式・梯形滤波器的拓扑结构图５
ＦＢＡＲ滤波器网路拓扑结构
梯形ＦＢＡＲ滤波器结构是ＦＢＡＲ滤波器主要采用的结构，此结构的ＦＢＡＲ滤波器具有陡峭的抑制响应，但对无用频带的抑制较低。桥式结构采用的ＦＢＡＲ比梯形结构采用的ＦＢＡＲ多，因为根据传输函数，桥式结构需两个谐振器才能产生一个极和一个传输零点。桥式结构ＦＢＡＲ滤波器具有较低的滚降系数，但无用频带抑制比梯形结构更高。Ｗ—ＣＤＭＡ射频前端用ＦＢＡＲ滤波器拓扑结构是组合了梯形和桥式ＦＢＡＲ滤波器结构，采用这种组合结ＦＢＡＲ双工器
双工器在通讯系统中具有关键作用。目前，采
万
方数据用ＦＢＡＲ技术实现的双工器主要用于ＰＣＳ，ＣＤＭＡ移动通讯。通过组合发射（Ｒｘ）滤波器和接收（Ｒｘ）滤波器可以构成双工器。图６为ＥＰＣＯＳ公司设计的概念验证性ＰＣ孓ＣＤＭＡ双工器结构图。该双工器的大小为３．８
ｍｍ×３．８ｍｍＸｌ．１
ｍｍ，阻带特性
达到了１０ＧＨｚ，特性阻抗为５０Ｑ，频率温度系数
（ＴＣＦ）为一２０×１０一６／Ｋ［６１。
低噪声放大器
功率放大器
图６双工器拓扑结构
２．１．３
ＦＢＡＲ振荡器
无线通讯对低抖动率时钟和振荡器有广泛需求，在５００ＭＨｚ～５ＧＨｚ频段内，基于ＦＢＡＲ技术实现的振荡器在器件大小，性能和成本等方面具有目前使用的声表面波振荡器和陶瓷振荡器无可比拟的优势，是声表面波和陶瓷振荡器理想的替代品。图７为采用串联谐振体声波谐振器振荡器原理图，其实现的频率达２ＧＨｚ，大小为２．８
ｍｍ×２ｍｍ，工
作电流为１．２～１．５ｍＡ，工作电压大于２．７Ｖ，相位噪声在１０ｋＨｚ和１００Ｈｚ漂移时分别为一９９ｄＢｃ／
Ｈｚ和一１２０ｄＢｃ／Ｈｚ。器件可集成在系统封装的射
频器件内［７］。
图７
ＦＢＡＲ振荡器原理图
ＦＢＡＲ技术的发展趋势
利用ＦＡＢＲ技术可实现滤波器、双工器及振荡
器这样的高性能小体积微波器件，且可将ＦＢＡＲ器成（ＳｏＣ）技术
ＦＢＡＲ技术在实现射频器件的小型化方面是一Ｇ通讯系２．２
构的ＦＢＡＲ滤波器可实现无用频带的高度隔离且在接近通带的地方实现陡峭的响应。２．１．２件和低噪声功率放大器（ＬＮＡ）、混频器等器件进行集成，从而研制出更高性能和更小体积的射频系统。２．２．１片上集成电路ＦＢＡＲ技术和系统单芯片集
大技术突破，然而，目前ＦＢＡＲ和辅助电路是单独制作的，通过键合工艺组装，因此，要进一步降低射频前端的体积仍面临一些问题。为满足３统对射频部件的微型化，低成本，集成化要求，提出
３８２
压电与声光
了片上集成电路（Ａｂｏｖｅ－ＩＣ）ＦＢＡＲ技术［８３。这种集成技术可进一步降低高性能射频前端的体积和成本，使未来的“系统单芯片集成（ＳｏＣ）”成为可能。
图８为采用ＢｉＣＯＭＳ和片上集成电路技术实现的验证性体声波滤波器射频前端。其电路包括一个单端输入ＬＮＡ（可直接与双工器的单Ｒｘ通道连接），后接一个中等插损的单一差分单片平衡一不平衡变换器来驱动频率为２．１４ＧＨｚ的体声波带通滤波器。滤波器的输出连接到一个全差分混频器，混频器使射频信号向下变频至基带频率。整个射频前端的芯片面积仅２．４４ｍｍ２（包括体声波滤波器）［２］。
图８采用ＢＩＣＭＯＳ和片上集成电路技术实现的
ＦＢＡＲ滤波器射频前端
片上集成电路ＦＢＡＲ技术的开发为３Ｇ射频系统集成提供了可能性。图９为未来射频前端系统集成的验证性解决方案，采用这种方案可满足市场要求减少收发机和其他通讯电路外部无源元件数量的要求。然而，这种方案在技术实现上仍需解决的问题：
（１）如何实现功率放大器的集成。（２）单一差分体声波双工器的设计。
（３）如何设计滤波ＬＮＡ以提高Ｔｘ和Ｒｘ链接之间的隔离度（磁和基片耦合）［９｜。
瓣
零
中
频收发机
图９
系统单芯片集成射频前端
２．２．２
ＦＢＡＲ技术的高频应用
ＦＢＡＲ技术未来的另一个发展方向将是更高频段的应用。目前，大量的研究集中于工作在Ｌ波段和Ｓ波段的ＰＣＳ、Ｗ—ＣＤＭＡ用ＦＢＡＲ器件的设计、制作及Ｃ波段应用上。这些应用都是基于ＦＢＡＲ的基本谐振模式，这就限制了滤波器的最大工作频率。如果采用更高次谐波模式，ＦＢＡＲ滤波器就可工作在更高频段上（Ｋｕ，Ｋ和Ｋａ波段）。此外，采用更高次谐波谐振模式还可降低谐振器的机电耦合系数，从而限制滤波器的相对通带，这样，滤波器就适合于极小窄带选择应用。高次谐波模式的应用将会为体声波器件开辟新的应用领域。
３
ＦＢＡＲ技术面临的挑战
ＦＢＡＲ技术目前面临的挑战主要是设计和工艺
制作。从设计上说，目前ＦＢＡＲ采用的等效电路模
万
方数据型有Ｍａｓｏｎ模型［１０３和ＭＢＶＤ模型‘１１］，但这两种模型都是一维模型。Ｍａｓｏｎ模型采用物体的材料参数和物理结构来描述ＦＢＡＲ的特性阻抗，与当前微波电路仿真软件设计的要求不兼容，结果使其应用范围受到了一定限制。ＭＢＶＤ模型是目前普遍采用的等效电路模型，它使用３６个集总参数元件来描述ＦＢＡＲ，便于达到一定的滤波器频率响应指标而对电路参数进行分析和优化电路参数的目的。但ＭＢＶＤ模型只能模拟ＦＢＡＲ谐振频率附近的阻抗特性，并不能给出整个频域的特性阻抗。采用这样的一维模型虽然能够获得谐振效应，电极负载效应和反射器叠层效率这样的直接信息，但却难以对横向振动模式和结构的几何图形产生的寄生现象进行有效预测。因此，必须开发出更复杂的算法以实现三维的互相耦合的电、声模拟从而达到要求的精度。
从工艺制作上说，首先，要制备一致性好，可靠
２｜。同时，良好的压电膜仅是实现器件高性能的基础之一，在结构上实现最小的声泄露从而保证器件具有较高Ｑ值是工艺面临的另率，必须通过控制各个堆积层，电极层和谐振层的拓扑结构来限制器件的大小；最后，为了能实现与声表面波器件的成本优势，未来的ＦＢＡＲ器件必须采用
ｃｍ晶片实现量产，这会给薄膜的沉积工艺带
３
结束语
ＦＢＡＲ技术涉及声波器件、材料、ＩＣ制造工艺、
微电机系统（ＭＥＭＳ）和无线通讯应用等众多学科，是一个多学科交叉的研究领域。本文综述了ＦＢＡＲ技术的基本原理和应用，分析了ＦＢＡＲ器件的三种基本结构及其制作方法，讨论了ＦＢＡＲ技术未来的发展趋势及面临的挑战。目前，ＦＢＡＲ器件的电性能已达３Ｇ移动通讯的要求，具有广阔的应用前景。当前世界许多国家都在积极研究ＦＢＡＲ技术，期望实现射频系统．的集成化，微型化和低成本。虽然ＦＢＡＲ技术的研究取得了相当突破，但在如何实现ＦＢＡＲ器件的三维模拟及薄膜的制备工艺上仍有许多问题有待探索和解决。参考文献：
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Ｌ
Ｍ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｔｈｉｎ—ｆｉｌｍ
ｒｅｓｏｎａｔｏｒｔｅｃｈ—ｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥＭｉｃｒｏｗａｖｅＭａｇａｚｉｎｅ，２００３，４（４
ＳＰＥ
（ＩＳＳ））：３３３—３３６．
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Ｍ，ｅｔａ１．ＢＡＷｔｅｃｈ—
ｎｏｌｏｇｉｅｓ：ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｎｏｎｓｗｘｔｈｍＭＡＲ—ＴＩＮＡ，ＭＩＭＯＳＡａｎｄＭＯＢＩＬＩＳＩＳＴＥｕｒｏｐｅａｎＰｒｏ—
ｊｅｃｔｓ［Ｃ］．Ｖａｎｃｏｕｖｅｒ
Ｃａｎａｄａ：ＩＥＥＥ
ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓＳｙｍ’
ｐｏｓｉｕｍ，２００６：３４１—３５０．
（下转第３８５页）
性高，具有可重复性耦合系数ｋ：的ＺｎＯ和Ａ１Ｎ薄膜是具有挑战性的［１一个难题。其次，为了尽可能地降低电容间耦合效２０．３２
来极大困难和压力。
第４期
魏巍等：一种新型１２０ＭＨｚ微机补偿泛音晶体振荡器
３８５
补偿后
频率能较好地解决此问题。
这种振荡器设计方法打破了传统高频温度补偿晶体振荡器的设计局限，对晶体振荡器稳定度的进一步提高以及高频低相噪晶体振荡器的补偿十分有利，极具应用推广价值。参考文献：
Ｅ１３赵声衡．石英晶体振荡器ＩＭ］．湖南：湖南大学出版社，
万方数据
薄膜体声波谐振器(FBAR)技术及其应用
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
何杰， 刘荣贵， 马晋毅， HE Jie， LIU Rong-gui， MA Jin-yi四川压电与声光技术研究所,重庆,400060压电与声光
PIEZOELECTRICS & ACOUSTOOPTICS2007，29(4)1次
参考文献(12条)
1. LAKIN L M A review of the thin-film resonator technology 2003(04)
2. KERHERVE E. ANCEY P. AID M BAW technologies:development and applications within MARTINA,MIMOSA andMOBILIS IST European Projects 2006
3. 李应良. 潘武 射频系统中MEMS谐振器和滤波器[期刊论文]-光学精密工程 2004(02)4. 陈炜 薄膜体声波滤波器FBAR的研究与建模 2005
5. SHIRAKAMA A A. PHAM J M. JARRY P Design of FBAR filters at high frequency bands 2006
6. HEINZE H. SCHMIDHAMMER E. DIEKMANN C 3.8 mm×3.8 mm PCS-CDMA duplexer incorporating thin filmresonator technology 2004
7. VANHELMONT F. PHILIPPE P. MILSOM R F A 2 GHz reference oscillator incorporating a temperaturecompensated BAW resonator 2006
8. ELBRECHT L. AAIGNER R. LIN C I Integration of bulk acoustic wave filters:concepts and trendsIntl2004
9. DUBOIS M A Monolithic above-IC resonator technology for integrated architectures in mobile andwireless communication 2006(01)
10. LAKIN K M Modeling of thin film resonators and filters 1992
11. LARSON J. BRADLEY P. WARTENBER G Modified butterworth-van dyke circuit for FBAR resonators andautomated measurement system 2000
12. RICH R FBAR-from technology development to production 2004
相似文献(9条)
1.期刊论文 汤亮. 郝震宏. 乔东海. 汪承灏. TANG Liang. HAO Zhen-hong. QIAO Dong-hai. WANG Cheng-hao ZnO薄膜体声波谐振器性能分析和研制 -压电与声光2008,30(4)
采用射频网络法分析了ZnO薄膜体声波谐振器的谐振特性,并考虑了介质声损耗对品质因数Q值的影响.采用硅体刻蚀工艺在硅基片上制备了以ZnO薄膜为压电膜的薄膜体声波谐振器,并对器件的性能进行了测试.将实验与理论分析结果进行对比,发现实验器件的谐振频率与理论值一致,但器件Q值却比理论值低,进一步的分析揭示了实际器件Q值偏低的原因.
2.期刊论文 汤亮. 郝震宏. 乔东海. TANG Liang. HAO Zhen-hong. QIAO Dong-hai 2.4GHz射频薄膜体声波谐振器的研制 -功能材料与器件学报2009,15(1)
提出了基于ZnO压电薄膜多层结构的2.4GHz射频薄膜体声波谐振器,并进行了研究.采用修正后的Mason等效电路模型对器件的谐振特性进行了分析和模拟.给出了采用MEMS工艺制备器件的工艺流程,并利用射频网络分析仪对实验器件进行了测试.利用多点数值拟合的方法消除射频测试中引入的寄生分布参数,提取出器件的实际参数:器件的串联谐振频率fs和并联谐振频率fp分别为2.3714GHz和2.3772GHz,相应的有效机电耦合系数为0.598%;串联谐振频率处和并联谐振频率处的Q值分别为500.3和425.5,f·Q值乘积达到1.2×1012.该谐振器器件的有效直径为200μm,样品实际尺寸为1.2mm×1.2mm×0.3mm,可用来制备体积小、高性能和低相噪的射频振荡器.
3.会议论文 汤亮. 郝震宏. 乔东海 基于薄膜体声波谐振器的低相噪射频振荡器设计 2008
在硅基上制备了谐振频率约为2.4GHz的薄膜体声波谐振器,该谐振器在串联谐振频率处的Q值为500.3,在并联谐振频率处的Q值为425.5.基于该FBAR器件,设计了一种低相噪射频振荡器,该振荡器的振荡频率为2.374GHz,输出功率为-6.53dBm,二次谐频为4.748GHz,输出功率为-34.77dBm.二次谐波的输出功率比基波的输出功率低28.24dBm.该振荡器在10KHz频偏处的相位噪声为-107.572dBc/Hz,在100KHz频偏处的相位噪声为-130.713dBc/Hz.该相位噪声比LC振荡器的相位噪声要好得多。
4.期刊论文 谢和平. 张树人. 杨成韬. 张洪伟. 叶井红. XIE Heping. ZHANG Shuren. YANG Chengtao. ZHANG Hongwei.
YE Jinghong 薄膜体声波谐振器的研究进展 -材料导报2006,20(z2)
薄膜体声波滤波器作为一种发展高频滤波器的全新解决方案,比声表面波滤波器(SAWF)、陶瓷介质滤波器具有更高的Q值,低的损耗和在高频时具备更高的功率承受能力.介绍了薄膜体声波谐振器的研究历史和研究概况,薄膜体声波谐振器的原理和3种典型结构,具体阐述了薄膜体声波谐振器的关键技术及其材料体系的要求.
5.会议论文 黄光俊. 石玉. 杨杰. 赵宝林. 钟慧 薄膜体声波谐振器 (FBAR)的结构制备工艺研究 2008
薄膜体声波谐振器是基于MEMs制造技术而迅速发展起来的器件,由于其具有频率高、体积小、承受功率大、Q值高、并与集成电路工艺兼容等诸多优点,它成为无线通信应用领域最具有潜力的器件之一.MEMS制造技术贯穿于体声波谐振器的整个制备工艺过程.是实现FBAR器件的基础工艺.本文简要阐述了薄膜体声波谐振器的工作原理,介绍了其三种结构制备的各自特点.并结合 MEMS 制造技术对各个结构的制作工艺进行了详细分析和探讨,最后对FBAR器件的主要封装技术进行了简要介绍.
6.会议论文 汤亮. 郝震宏. 乔东海 2.17GHz高Q射频薄膜体声波谐振器的研制 2008
消费类电子产品和个人通讯系统市场的快速扩张，引起了对无线通信系统(如掌上电脑、手机、导航系统、卫星通信以及各种数据通信)的极大需求。制备高性能、小尺寸、低成本的单芯片射频系统成为目前研究的一个热点。薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)是最近几年来研究很热的一种采用MEMS技术实现的射频谐振器。本文主要研制了一种谐振频率高达2。17GHx的射频薄膜体声波谐振器，其尺寸为1。2×1。2×0。3mm3，Q值达到972。
7.会议论文 莫绍孟. 赵建军. 吴光敏. 陈剑鸣 材料尺寸属性对薄膜体声波谐振器性能的影响探讨 2008
近年来，迅速发展扩大的现代无线通信市场呼唤着一种新兴的技术和器件，来满足RF系统更微型化，低功耗，高Q值，工作在1GHz至10GHz的性能需求。FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)具备低功耗，低插损，小体积等众多优点，是目前唯一有望与CMOS工艺兼容和集成的射频滤波器技术。本文使用传输矩阵法推导了FBAR的输入阻抗，并就各层不同的材料尺寸对FBAR的性能影响进行探讨。结果表明，各层物理属性决定着整个FBAR的性能，是实际制备过程中工作频率调整的理论依据。
8.期刊论文 赵继德. 李应良. 魏德芳. ZHAO Ji-de. LI Ying-lian. WEI De-fang 软件无线电中RF-MEMS元件 -激光杂志2008,29(6)
本文分析了软件无线电系统中的MEMS(Micro-Electric-Machine-Systems)解决方案、及其可应用于软件无线电系统中的MEMS器件,主要有对称锥形弯曲缝隙微带天线、用于G波段的微尺度宽频天线、微机械自适应帖片天线、高Q值、双频段MEMS开关、薄膜体声波谐振器、腔结构微机械谐振器、分布式MEMS传输线微机械滤波器等典型的MEMS器件,这些器件克服了普通射频器件体积大,功耗高等缺点,有望在软件无线电系统中得到应用.最后,对MEMS器件在软件无线电系统中的应用做了展望.
9.学位论文 宁金叶 FBAR用AlN薄膜的MOCVD制备 2009
与传统的介质滤波器和声表滤波器(SAW)相比，基于薄膜体声波谐振器(FBAR)技术的滤波器具有体积小、工作频率高、插入损耗低、带外抑制大、Q值高、功率容量大、温度系数低、抗静电冲击能力强以及与半导体工艺兼容等优点，作为GHz频段带通滤波器的一种解决方案，FBAR已显示出广阔的应用前景。
压电薄膜是FBAR研制的关键，氮化铝(AlN)由于具有介电损耗小、机电耦合系数高、热膨胀系数与Si、GaAs等常用半导体材料相近等优异性质，而成为FBAR研制的首选材料。从目前的研究结果来看，AlN薄膜的质量极大地影响着FBAR及其滤波器的性能，其中，AlN薄膜的织构程度、结晶完整性对FBAR器件性能的影响最大，为此，人们围绕如何生长单-c轴取向的AlN薄膜开展了大量研究。
本论文采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法，在蓝宝石衬底、Mo/Si衬底以及ZrN/Si衬底上沉积AlN薄膜，系统研究了工艺参数等对AlN薄膜晶体结构、微观组织、介电性能与压电特性的影响规律，主要研究成果如下：
首先，本论文在蓝宝石(0001)衬底上采用MOCVD生长AlN薄膜，系统研究了衬底温度、三甲基铝(TMA)和氨气(NH3)的流量、反应室总压等工艺参数对AlN薄膜取向的影响规律，通过优化工艺参数，成功制备出了高度c轴取向、具有六方纤锌矿结构的AlN外延薄膜；其(0002)衍射峰的摇摆曲线半高宽(FWHM)达到了0.10°，AlN与Al2O3的面内关系为AlN[3013]//Al2O3[3329]；椭圆偏振法测量出AlN薄膜的折射率介于2.0到2.4之间。
其次，本论文采用直流磁控溅射法在Si(111)基片上生长Mo薄膜，在优化条件下成功制备出了(110)择优取向的Mo薄膜。在此基础上，本论文进一步在Mo/Si衬底上采用MOCVD生长AlN薄膜，在950℃到1050℃的温度范围内成功制备出了c轴择优取向的AlN薄膜；介电常数介于8.9到11.8之间；损耗介于1.0％到2.0％之间；压电系数介于2.1到2.9之间。
最后，由于Mo电极上生长的AlN介电损耗过大，本论文选择ZrN作为新的底电极材料。通过优化射频磁控溅射工艺在Si基片上获得了(111)取向的ZrN薄膜。随后以ZrN/Si为衬底，在1000℃到1050℃的温度范围内采用MOCVD生长了c轴择优取向的AlN薄膜。研究结果显示：与在Mo/Si衬底上生长的AlN薄膜相比，由于AlN薄膜与ZrN之间的晶格失配度小，以ZrN为底电极所生长的AlN薄膜具有更加优良的介电性能与压电性能。AlN薄膜介电常数介于8.3到8.6之间；其损耗介于0.1％到0.6％之间；压电系数介于2.8到3.1之间。
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下载时间：2011年2月21日