AlN薄膜腔声谐振滤波器的设计与制备

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无线通信技术的迅猛发展对频率器件提出了微型化、低功耗、高性能等要求。传统射频频率器件的解决方案主要是微波介质陶瓷和声表面波(SAW)技术。前者虽有较好的性能,但体积太大;后者体积虽小,但存在着工作频率不高、插入损耗较大、功率容量较低等缺点。薄膜体声波谐振滤波器(FBAR filter)既综合了介质陶瓷性能优越和SAW体积较小的优势,又克服两者的缺点,其工作频率高、功率容量大、损耗低、体积小,是目前唯一有望集成的射频滤波器技术,正成为国内外研究的热点。   为了模拟器件性能和指导器件的制备,本文从基本的压电方程和运动学方程出发,推导了谐振器的一维Mason等效电路模型与MBVD模型,利用射频仿真软件(AdvancedDesign System,ADS)对FBAR滤波器进行电路设计与仿真,模拟了器件的频率特性,为器件的制备与分析奠定了理论基础。   AIN压电薄膜作为薄膜腔声谐振器的优选压电材料,是器件制作的材料基础。本文采用射频磁控反应溅射技术,通过优化溅射工艺条件,在Mo电极上沉积出了重复性好的高质量c轴择优取向AIN薄膜,薄膜X射线衍射仅呈现(002)峰,且有良好的柱状晶结构,平滑的表面,适于器件应用的需要。   采用MEMS工艺制备了具有三明治结构的背空腔型体声波谐振器。在谐振器的基础上制备了3级梯形结构的薄膜腔声谐振滤波器,利用高频网络分析仪和微波探针台测试其频率特性,所制备的滤波器结构完整,图形整齐,并得到滤波器的带宽为180MHz,带外衰减为-10.12dB,插入损耗为-5.15dB。
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