基于氮化铝(AlN)薄膜的薄膜体声波谐振器(FBAR)研究

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随着光刻技术及微纳米加工技术的发展,薄膜体声波谐振器(Thin film bulkacoustic wave resonator FBAR)得到了高速发展。作为一种近几年发展起来的新型MEMS器件,FBAR在无线通信、传感器等领域的发展前景得到了广大科研人员的关注。精确建模是设计高性能FBAR器件的关键。本文重点对薄膜体声波器件的仿真模拟进行了研究,旨在为薄膜体声波器件的制作提供高精度的仿真模型。本文内容主要有BAW理论,FBAR的Mason模型、BVD模型、以及MBVD模型的推导过程;影响FBAR性能的主要因素分析;FBAR的有限元仿真等内容。主要工作有:在深入理解体声波理论的基础上,对FBAR器件的Mason模型、BVD模型、及MBVD模型进行了理论推导,用Matlab软件对理想FBAR的谐振性能进行了初步的模拟,在此基础上,对复合结构的FBAR器件的阻抗性能进行了模拟分析,并讨论了FBAR阻抗性能的影响因素。借助有限元分析软件Comsol,我们模拟分析了FBAR器件的基础模型,分析了压电薄膜的压电耦合特性、压电体在电场作用下的变形情况,以及电场在压电体内部的分布等;模拟分析了压电体的固有频率(特征频率),以及在一定的频域范围内的谐振特性。此外,在实验室条件下,制备出了高C轴取向的AlN薄膜,并对其进行了AFM表面形貌测试及XRD晶向取向测试。测试的结果表表明:实验所得的AlN薄膜在晶向方面质量很高,适合FBAR器件的要求。但其表面平整度及颗粒均匀性不高,达不到制备FBAR器件的要求。
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