本文關(guān)鍵詞：FBAR微加速度計(jì)設(shè)計(jì)

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【摘要】：FBAR微加速度計(jì)是微慣性技術(shù)與RF MEMS技術(shù)交叉的新型電聲諧振式微加速度計(jì),可望滿足對微加速度計(jì)性能、可靠性和可制造性的綜合要求。本文旨在解決FBAR微加速度計(jì)的4個(gè)關(guān)鍵基礎(chǔ)問題:力敏機(jī)理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、溫度補(bǔ)償和集成制造工藝,為FBAR微加速度計(jì)的開發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。針對目前對FBAR力敏機(jī)理認(rèn)識的不足,從具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的Al N壓電薄膜彈性常數(shù)-應(yīng)力特性的第一性原理計(jì)算入手,分析應(yīng)力致FBAR諧振頻率偏移的力敏機(jī)理,提出了FBAR微分-綜合法建立FBAR力敏特性的的多尺度計(jì)算仿真模型。針對現(xiàn)有的兩種FBAR微加速度計(jì)表頭構(gòu)架可制造性較差的問題,提出了膜片上FBAR結(jié)構(gòu)的微加速度計(jì)表頭新結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了從慣性力到膜片應(yīng)力、再從膜片應(yīng)力到FBAR諧振頻率偏移的兩級換能器的集成化。設(shè)計(jì)了該結(jié)構(gòu)表頭的實(shí)例,并分析得到其靈敏度可達(dá)數(shù)KHz/g。針對溫度造成FBAR諧振頻率漂移的問題,采取了在FBAR中增加溫度補(bǔ)償層的元件級方法以及在表頭中設(shè)置參考FBAR的系統(tǒng)級方法,經(jīng)分析驗(yàn)證,可以顯著提高膜片上FBAR結(jié)構(gòu)微加速度計(jì)的溫度穩(wěn)定性。根據(jù)表頭結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)果和MEMS體硅微加工工藝約束條件,設(shè)計(jì)了膜片上FBAR結(jié)構(gòu)的微加速度計(jì)表頭的微加工工藝流程及版圖。制備了膜片上通孔型Al N FBAR的工藝樣品,并完成了樣品基本性能的測試與表征,驗(yàn)證了膜片上FBAR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其微加工工藝的可行性。
【關(guān)鍵詞】：微加速度計(jì) 薄膜體聲波諧振器 力敏機(jī)理 表頭結(jié)構(gòu) 溫度補(bǔ)償
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH824.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 緒論8-19
• 1.1 課題研究背景及研究意義8-9
• 1.2 微加速度計(jì)研究現(xiàn)狀概況9-15
• 1.3 技術(shù)路線15-17
• 1.4 主要研究內(nèi)容17-18
• 1.5 本文組織安排18-19
• 2 機(jī)理研究19-44
• 2.1 表頭的工作原理19-24
• 2.1.1 慣性力敏結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性19-21
• 2.1.2 FBAR的電聲諧振特性21-24
• 2.3 FBAR各膜層材料選擇24-25
• 2.4 FBAR的力敏機(jī)理25-28
• 2.5 力敏特性多尺度計(jì)算仿真模型28-42
• 2.5.1 表頭的有限元模型31-34
• 2.5.2 FBAR的Mason電學(xué)模型34-39
• 2.5.3 FBAR微分-綜合仿真分析模型39-42
• 2.6 輔助設(shè)計(jì)軟件介紹42-43
• 2.6.1 射頻仿真軟件ADS42
• 2.6.2 有限元仿真軟件ANSYS42-43
• 2.6.3 集成電路設(shè)計(jì)工具L-Edit43
• 2.7 本章小結(jié)43-44
• 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)44-56
• 3.1 膜片上FBAR結(jié)構(gòu)44-48
• 3.2 膜片上FBAR結(jié)構(gòu)力學(xué)特性48-51
• 3.3 膜片上FBAR結(jié)構(gòu)電聲諧振特性51-52
• 3.4 表頭靈敏度分析52-55
• 3.5 本章小結(jié)55-56
• 4 溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)56-67
• 4.1 FBAR諧振頻率影響因素56-61
• 4.1.1 溫度-頻率漂移機(jī)理58-59
• 4.1.2 溫度-頻率漂移特性仿真59-61
• 4.2 元件級溫度補(bǔ)償方法61-62
• 4.3 系統(tǒng)級溫度補(bǔ)償方法62-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 5 工藝設(shè)計(jì)67-77
• 5.1 工藝流程67-71
• 5.2 關(guān)鍵工藝71-73
• 5.3 加工版圖73-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 6 測試與表征77-85
• 6.1 測試77-80
• 6.2 表征80-82
• 6.3 結(jié)果與討論82-84
• 6.4 本章小結(jié)84-85
• 結(jié)論85-87
• 1. 論文的主要工作85-86
• 2. 論文的創(chuàng)新點(diǎn)86
• 3. 后續(xù)工作展望86-87
• 致謝87-88
• 參考文獻(xiàn)88-93
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果93

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 高楊;周斌;何移;何婉婧;;具有二氧化硅溫度補(bǔ)償層的薄膜體聲波諧振器的建模與分析(英文)[J];強(qiáng)激光與粒子束;2015年01期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王煥友;二元化合物半導(dǎo)體的晶格動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究[D];中南大學(xué);2008年

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本文編號：666338