【摘要】：該文分析了熱釋電效應產生的機理,極化強度與溫度變化的關系,進而分析了鉭酸鋰和鈮酸鋰的熱釋電效應,這兩種材料是制作聲表面波濾波器的基片材料。取3只128°鈮酸鋰白片樣品數進行試驗,當溫度變化時,熱釋電效應引起靜電放電一般約為6V,但有1只器件在溫度變化到-50℃左右時,會出現振蕩波形峰-峰值約在25V的最大波形,這些靜電會對聲表面波器件本身或后級電路造成嚴重影響。通過分析靜電放電失效模式,提出了器件防靜電的方法。最后,驗證了聲表面波濾波器使用還原基片用于防靜電的方案。
【圖文】：

圖１熱釋電效應形成的原理極化電荷量由極化強度決定。極化強度受溫度變化決定，極化強度變化量（ΔＰｓ）為ΔＰｓ＝Ｐ!ΔＴ（１）式中：ΔＴ為溫度變化量；Ｐ為熱釋電系數（材料決定的常數）。當晶體表面溫度變化時，其極化強度隨之變化，晶體表面的極化電荷也將產生變化，如圖２所示。圖中，ＴＣ為居理溫度。圖２熱釋電材料極化強度與溫度的關系２聲表濾波器的基片材料自發(fā)極化是指因物質本身的結構在某個方向上正、負電荷中心不重合而固有極化。一般情況下，晶體的自發(fā)極化產生的表面束縛電荷被吸附在晶體表面上的自由電荷所屏蔽，當溫度發(fā)生變化時，自發(fā)極化發(fā)生變化，從而釋放出表面吸附的部分電荷。晶體冷卻時，電荷極化與加熱時相反。熱釋電材料是一種壓電材料，是不具有中心對稱性的晶體。過去聲表濾波器常用基片材料有鉭酸鋰（ＬｉＴａＯ３，簡稱ＬＴ）和鈮酸鋰（ＬｉＮｂＯ３，簡稱ＬＮ），這兩種片子簡稱白片。所有采用ＬｉＴａＯ３和ＬｉＮｂＯ３晶片的聲表面波器件都具有弱熱釋電效應，在溫度變化，特別是在溫度突變時，常規(guī)基片的表面會產生、積累靜電荷，積累到一定程度后會釋放靜電波形，釋放靜電波形的電壓與熱釋電系數、溫度變化率、極化面積大小有關：Ｕ＝ρ×Ａ×ｄＴｄｔ×ＲＬ（２）式中：ρ為熱釋電系數；ｄＴｄｔ為溫度變化率；Ａ為極化面積；ＲＬ為基片材料的體電阻。如果生產過程中芯片未建立靜電釋放通道，靜電對芯片指條影響較大。因此，我們在生產過程中均采用了防靜電處理措施，但器件在作溫循實驗時也會出現熱釋電效應。表１為ＬｉＮｂＯ３和ＬｉＴａＯ３的一?

其接觸到接地電位時，ＩＣ內部的靜電便會由ＩＣ內部流出，，造成放電現象，這就是ＣＤＭ放電，簡稱充電放電模式。聲表濾波器在做溫變試驗時，基片材料的熱釋電效應造成了靜電燒傷。因為器件的封裝尺寸很小，其電容和電感值很小（約為５ｐＦ，１０ｎＨ），故放電時間極短，電流能在１ｎｓ內達到很高。若保護電路不能及時導通，則靜電荷通過元器件結構中的寄生電容進行放電，ＩＣ閘極氧化層易被損壞。放電示意圖如圖４所示。圖４放電示意圖４改進方法４．１增加聲表濾波器應提供靜電防護電路在使用熱釋電材料設計的聲面濾波器時，應考慮設計一條低阻抗放電通道的靜電防護電路，并能將電壓鉗位在一定水平。比如在聲表濾波器的后級并一個雪崩二極管，利用二極管反向雪崩擊穿特性，使靜電鉗位；或者，聲表濾波器的后級并聯一個幾百納亨的電感，目的是要求具有較快的導通速度和小的等效電容，以減小保護電路對電性能的影響。這樣就不會對后級電路產生嚴重影響，這在聲表行業(yè)幾十年來的應用中得到了驗證。４．２工藝上用還原片（黑片）替代現有的片子（白片）目前，國內外聲表專業(yè)同行大多數均對ＬＴ和ＬＮ晶片進行了去熱釋電處理，我們稱為黑片。理論上，去熱釋電處理的壓電基片（黑片）的體電阻比同類的白片約低３個數量級，極大地降低了靜電荷積累水平。采用這種黑化處理的基片制作的產品的靜電防護能力明顯提高；同時，去熱釋電處理后的晶片除顏色加深，體電阻降低外，其他物理性質未發(fā)生改變。我們從文獻［３－６］得到基片材料１２８°ＬｉＮｂＯ３黑片的熱電位差為５ｍＶ以下。為了驗證此結論，我們用１０００＃，厚０．５ｍｍ的基片材料ＬｉＮｂＯ
【作者單位】： 中國電子科技集團公司第二十六研究所;
【基金】：國家重大預研項目
【分類號】：TN65;TN713

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本文編號：2525812