新型側(cè)向場(chǎng)激勵(lì)薄膜體聲波諧振器的研究.pdf

1、薄膜體聲波諧振器(FBAR)作為一種新穎的射頻MEMS器件，近年來受到了廣泛的關(guān)注與研究。由于FBAR具有體積小、諧振頻率高、與CMOS工藝兼容等特點(diǎn)，已在無線通信領(lǐng)域（濾波器、雙工器等射頻器件）取得了巨大的商業(yè)成功。同時(shí)，F(xiàn)BAR因諧振頻率高而具有優(yōu)異的傳感靈敏特性，在微質(zhì)量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、以及生物傳感器領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，F(xiàn)BAR傳感器正逐漸成為FBAR技術(shù)新的研究熱點(diǎn)。
　　FBAR器件按照體聲波模式可分

2、為縱波模式FBAR和剪切波模式FBAR。由于液體對(duì)縱波衰減較大但對(duì)剪切波幾乎無衰減，因此剪切波模式FBAR更適合于應(yīng)用在液相環(huán)境下的生物傳感。FBAR的剪切波激勵(lì)方式主要有厚度方向激勵(lì)和側(cè)向場(chǎng)激勵(lì)兩種。相比于需要控制壓電薄膜c軸傾斜生長(zhǎng)角度的厚度方向激勵(lì)FBAR，側(cè)向場(chǎng)激勵(lì)FBAR的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，且制備工藝重復(fù)性較好，被認(rèn)為是最有前景的生物傳感技術(shù)之一。為了提高器件的Q值，得到純剪切波模式的FBAR，本論文探索研究了電極嵌入式結(jié)構(gòu)的側(cè)向

3、場(chǎng)激勵(lì)FBAR器件。論文的主要工作和取得的成果如下：
　　1、詳細(xì)綜述了國(guó)內(nèi)外FBAR技術(shù)的研究現(xiàn)狀，在分析傳統(tǒng)縱波模式FBAR聲電特性的基礎(chǔ)上，理論推導(dǎo)了側(cè)向場(chǎng)激勵(lì)FBAR的聲場(chǎng)分布及電學(xué)諧振特性。
　　2、利用COMSOL Multiphysics有限元仿真軟件，對(duì)三種新穎聲學(xué)壓電器件進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析。1）柔性襯底上的聲表面波器件;2）以聚酰亞胺為支撐層的任意襯底上的FBAR器件;3）電極嵌入式結(jié)構(gòu)的側(cè)向場(chǎng)激勵(lì)FBA

4、R器件。其中前兩者進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真預(yù)測(cè)表現(xiàn)出良好的一致性。對(duì)于電極嵌入式結(jié)構(gòu)的側(cè)向場(chǎng)激勵(lì)FBAR，本論文進(jìn)行了詳細(xì)的建模分析，系統(tǒng)研究了電極間距、電極寬度、電極對(duì)數(shù)及嵌入深度對(duì)器件性能的影響，得到了優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。
　　3、研究了側(cè)向場(chǎng)激勵(lì)FBAR器件的制備工藝?；诜抡娼Y(jié)果設(shè)計(jì)了一系列側(cè)向場(chǎng)激勵(lì)FBAR器件的掩模板，并利用微納加工平臺(tái)制備了基于ZnO壓電薄膜的背刻蝕型結(jié)構(gòu)側(cè)向場(chǎng)激勵(lì)FBAR器件，網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得