【摘 要】
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本文进行了绝缘硅上压电薄膜（Thin-film Piezoelectric-on-Silicon,TPoS）器件的研究。基于微机电系统加工技术进行TPoS谐振器、滤波器的设计与制作以及滤波器带宽扩展的技术研究与验证。TPoS谐振器作为兰姆波谐振器的一种独特结构,具有兰姆波器件低功耗、小尺寸以及适中的机电耦合系数等特点的同时,还具备较高品质因数、高功率容量以及较稳定的机械结构等优点。此外,TPoS谐
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本文进行了绝缘硅上压电薄膜（Thin-film Piezoelectric-on-Silicon,TPoS）器件的研究。基于微机电系统加工技术进行TPoS谐振器、滤波器的设计与制作以及滤波器带宽扩展的技术研究与验证。TPoS谐振器作为兰姆波谐振器的一种独特结构,具有兰姆波器件低功耗、小尺寸以及适中的机电耦合系数等特点的同时,还具备较高品质因数、高功率容量以及较稳定的机械结构等优点。此外,TPoS谐振器的制作工艺能够与传统CMOS工艺兼容并且能够实现单芯片多频率输出,因此近年来得到广泛的关注。本文首先对TPoS谐振器的基本原理进行了深入的研究,包括机电转换、振动模式以及设计加工与测试。基于研究结果,在单个芯片上成功设计并加工了多种频率的TPoS谐振器,均显示出较高的Q值以及较低的动态电阻。并且,以滤波器设计的需求为导向,重点对TPoS谐振器的精准频率控制技术进行了研究,验证了通过TPoS谐振器悬垂的调整实现其谐振频率的精准控制,同时对谐振器其它性能参数的影响较小。之后,本文分别以双端口TPoS谐振器和单端口TPoS谐振器进行梯形滤波器的设计。利用双端口TPoS谐振器设计并制作了工作频率为208 MHz的中频窄带滤波器,并对测试结果进行分析,通过外加电感对滤波器性能进行仿真,最终仿真优化后的滤波器具有较低的插入损耗和较好的陡降系数。此外,利用单端口TPoS谐振器在单芯片上设计了拥有多个中心频率的梯形滤波器组,利用高Q值谐振器提升滤波器性能,比相同中心频率的SAW滤波器缩小了近一个数量级的面积。最后,针对TPoS谐振器滤波器带宽较小的问题,本文成功设计并制造了一种基于谐振器的固有电容构成了三元件匹配网络的带宽可扩展滤波器,验证了该技术在多频率范围内的可行性,并且显示出高达20倍的带宽扩展能力。
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