本文關(guān)鍵詞：基于ZnO壓電薄膜體聲波諧振器制備研究

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【摘要】：近年來,隨著智能手機和平板電腦不斷地走進人們的生活,基于薄膜體聲波諧振器(FBAR)的濾波器和雙工器在無線移動通信系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。與此同時,FBAR質(zhì)量傳感器因尺寸小、靈敏度高、成本低等特點也受到外界越來越多的關(guān)注。論文首先敘述了FBAR的發(fā)展?fàn)顩r和基本理論,使用Mason等效電路模擬了理想和實際FBAR器件的阻抗特性,研究了壓電材料的厚度、電極的厚度、諧振區(qū)域的面積對FBAR阻抗特性的影響,為后面FBAR結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計奠定理論基礎(chǔ)。同時,設(shè)計了FBAR器件各層材料的版圖結(jié)構(gòu)和尺寸大小。之后重點研究了FBAR器件的制作工藝。結(jié)合實驗室的情況,采用體硅微加工工藝進行了器件的制作,并成功的制作出Al-ZnO-Al的背空腔型FBAR。通過X射線衍射(XRD)表征了ZnO壓電薄膜的擇優(yōu)取向。使用射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀測量了縱波FBAR器件的頻率響應(yīng),測得FBAR的串聯(lián)諧振頻率(sf)和并聯(lián)諧振頻率(pf)分別是1.546 GHz和1.590 GHz,與使用Mason等效電路仿真的理論值很接近。根據(jù)測試結(jié)果,計算了FBAR的有效機電耦合系數(shù)(2effK)和品質(zhì)因數(shù)(Q)分別是6.83%和350。最后,當(dāng)FBAR封裝之后,研究了它的質(zhì)量傳感特性,主要是通過在FBAR的背面濺射不同厚度的氧化鋅薄膜來實現(xiàn)的。從諧振頻率隨氧化鋅薄膜厚度變化的曲線中,可以看到串、并諧振頻率隨著氧化鋅薄膜厚度的增加而線性減少,同時測得FBAR的質(zhì)量靈敏度(mS)為1116.552cm/g,與mS的理論值1166.862cm/g相接近,大約是傳統(tǒng)石英晶體微天平質(zhì)量靈敏度的80倍。
【關(guān)鍵詞】：FBAR 質(zhì)量傳感器 質(zhì)量靈敏度
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN65
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-12
• 1.1 研究背景及意義8-10
• 1.2 FBAR國內(nèi)外發(fā)展10-11
• 1.3 論文研究的內(nèi)容11-12
• 第2章 FBAR基礎(chǔ)12-20
• 2.1 壓電理論12-14
• 2.1.1 壓電效應(yīng)12-13
• 2.1.2 壓電方程13-14
• 2.2 FBAR的工作原理14-17
• 2.2.1 工作原理14-15
• 2.2.2 器件優(yōu)值15-16
• 2.2.3 器件的材料16-17
• 2.3 FBAR結(jié)構(gòu)17-19
• 2.4 本章小結(jié)19-20
• 第3章 FBAR的等效電路模型及仿真20-34
• 3.1 FBAR的等效電路模型20-25
• 3.1.1 Mason等效電路模型20-23
• 3.1.2 BVD等效電路模型23-24
• 3.1.3 MBVD等效電路模型24-25
• 3.2 FBAR仿真25-30
• 3.2.1 Mason模型的ADS庫25-27
• 3.2.2 理想和實際FBAR器件的阻抗特性27-30
• 3.3 FBAR性能的模擬分析30-32
• 3.3.1 壓電材料的厚度對FBAR阻抗特性的影響30-31
• 3.3.2 頂電極的厚度對FBAR阻抗特性的影響31
• 3.3.3 諧振區(qū)域的面積對FBAR阻抗特性的影響31-32
• 3.4 FBAR結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計32-33
• 3.5 本章小結(jié)33-34
• 第4章 FBAR的制備和測試34-47
• 4.1 FBAR的制備工藝簡介34-36
• 4.1.1 背空腔型FBAR34-35
• 4.1.2 空氣隙型FBAR35-36
• 4.2 背空腔型FBAR的制備36-42
• 4.2.1 第一次FBAR的制備36-38
• 4.2.2 第二次FBAR的制備38-42
• 4.3 FBAR器件的性能測試42-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第5章 FBAR質(zhì)量傳感特性研究47-54
• 5.1 典型的聲波質(zhì)量傳感器47-49
• 5.1.1 體聲波質(zhì)量傳感器（QCM）47-48
• 5.1.2 表面聲波（SAW）質(zhì)量傳感器48-49
• 5.2 FBAR微質(zhì)量傳感器的工作原理49-51
• 5.2.1 Sauerbrey方程50-51
• 5.2.2 質(zhì)量靈敏度51
• 5.3 質(zhì)量負(fù)載對FBAR諧振頻率的影響51-53
• 5.4 本章小結(jié)53-54
• 第6章 結(jié)論54-55
• 參考文獻55-58
• 在學(xué)研究成果58-59
• 致謝59

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5 T3朗;杝炳

本文編號：640014