發(fā)布時間：2017-03-26 08:13

  本文關鍵詞：新型側(cè)向場激勵薄膜體聲波諧振器的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：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,已在無線通信領域(濾波器、雙工器等射頻器件)取得了巨大的商業(yè)成功。同時,FBAR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、以及生物傳感器領域具有廣闊的應用前景,FBAR傳感器正逐漸成為FBAR技術(shù)新的研究熱點。FBAR器件按照體聲波模式可分為縱波模式FBAR和剪切波模式FBAR。由于液體對縱波衰減較大但對剪切波幾乎無衰減,因此剪切波模式FBAR更適合于應用在液相環(huán)境下的生物傳感。FBAR的剪切波激勵方式主要有厚度方向激勵和側(cè)向場激勵兩種。相比于需要控制壓電薄膜c軸傾斜生長角度的厚度方向激勵FBAR,側(cè)向場激勵FBAR的結(jié)構(gòu)較為簡單,且制備工藝重復性較好,被認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)向場激勵FBAR器件。論文的主要工作和取得的成果如下：1、詳細綜述了國內(nèi)外FBAR技術(shù)的研究現(xiàn)狀,在分析傳統(tǒng)縱波模式FBAR聲電特性的基礎上,理論推導了側(cè)向場激勵FBAR的聲場分布及電學諧振特性。2、利用COMSOL Multiphysics有限元仿真軟件,對三種新穎聲學壓電器件進行了系統(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)向場激勵FBAR器件。其中前兩者進行了相應的實驗驗證,實驗結(jié)果與仿真預測表現(xiàn)出良好的一致性。對于電極嵌入式結(jié)構(gòu)的側(cè)向場激勵FBAR,本論文進行了詳細的建模分析,系統(tǒng)研究了電極間距、電極寬度、電極對數(shù)及嵌入深度對器件性能的影響,得到了優(yōu)化的設計方案。3、研究了側(cè)向場激勵FBAR器件的制備工藝�；诜抡娼Y(jié)果設計了一系列側(cè)向場激勵FBAR器件的掩模板,并利用微納加工平臺制備了基于ZnO壓電薄膜的背刻蝕型結(jié)構(gòu)側(cè)向場激勵FBAR器件,網(wǎng)絡分析儀測得器件的諧振頻率在1.16 GHz左右,與仿真分析吻合良好,器件Q值可達470。利用0.4%稀鹽酸溶液對壓電層進行選擇性腐蝕,成功制得了電極嵌入式結(jié)構(gòu)的側(cè)向場激勵FBAR,器件的諧振頻率為741MHz, Q值為119。上述相關成果發(fā)表在《Scientific Reports》和《壓電與聲光》期刊上。
【關鍵詞】：薄膜體聲波諧振器(FBAR) 側(cè)向場激勵(LFE) 電極嵌入式結(jié)構(gòu) 氧化鋅(ZnO)
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN65
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 課題研究背景14-15
• 1.2 FBAR概述15-19
• 1.2.1 FBAR工作原理和特點15-17
• 1.2.2 FBAR主流結(jié)構(gòu)17-19
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-25
• 1.3.1 縱波模式FBAR的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3.2 剪切波模式FBAR的研究現(xiàn)狀20-25
• 1.4 論文的研究內(nèi)容和章節(jié)安排25-28
• 第二章 新型電極嵌入式結(jié)構(gòu)側(cè)向場激勵FBAR的建模28-44
• 2.1 固體中的平面聲波方程28-32
• 2.1.1 聲學基本方程28-31
• 2.1.2 聲波傳輸特性31-32
• 2.2 壓電體中的聲場與波32-36
• 2.2.1 壓電現(xiàn)象32-33
• 2.2.2 壓電方程33-36
• 2.3 縱波模式FBAR的理論模型36-40
• 2.4 電極嵌入式結(jié)構(gòu)側(cè)向場激勵FBAR的理論模型40-42
• 2.5 本章小結(jié)42-44
• 第三章 新型FBAR的有限元仿真44-68
• 3.1 材料選取44-46
• 3.2 COMSOL有限元仿真步驟46-48
• 3.3 柔性SAW器件有限元仿真48-55
• 3.4 新型結(jié)構(gòu)FBAR器件有限元仿真55-58
• 3.5 新型電極嵌入式結(jié)構(gòu)側(cè)向場激勵FBAR有限元仿真58-66
• 3.5.1 電極間距影響59-60
• 3.5.2 電極寬度影響60-62
• 3.5.3 多對電極影響62
• 3.5.4 電極嵌入深度影響62-66
• 3.6 本章小結(jié)66-68
• 第四章 新型電極嵌入式結(jié)構(gòu)側(cè)向場激勵FBAR的制備和測試68-86
• 4.1 實驗室制備FBAR設備及工藝68-76
• 4.1.1 磁控濺射系統(tǒng)68-73
• 4.1.2 紫外光刻機73-75
• 4.1.3 DRIE刻蝕設備75-76
• 4.2 側(cè)向場激勵FBAR的制備和測試76-82
• 4.2.1 側(cè)向場激勵FBAR掩模板設計77-78
• 4.2.2 側(cè)向場激勵FBAR的制備78-79
• 4.2.3 側(cè)向場激勵FBAR器件性能測試79-82
• 4.3 電極嵌入式結(jié)構(gòu)側(cè)向場激勵FBAR的制備和測試82-85
• 4.3.1 電極嵌入式結(jié)構(gòu)側(cè)向場激勵FBAR的制備82-83
• 4.3.2 電極嵌入式結(jié)構(gòu)側(cè)向場激勵FBAR的性能測試83-85
• 4.4 本章小結(jié)85-86
• 第五章 總結(jié)與展望86-88
• 5.1 論文的主要研究內(nèi)容86-87
• 5.2 論文的不足之處及展望87-88
• 參考文獻88-98
• 個人簡歷及在校期間所取得的科研成果98

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本文編號：268532