薄膜体声波谐振器的原理、设计与应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 无线通信系统的发展对射频器件的要求 3

1.2 薄膜体声波谐振器的原理和特点 4

1.3 薄膜体声波谐振器的结构和材料 5

1.3.1 薄膜体声波谐振器的结构 5

1.3.2 薄膜体声波谐振器的材料 7

1.4 薄膜体声波谐振器的研究进展 8

参考文献 13

第2章 固体中的平面波 19

2.1 固体中平面声波方程 21

2.1.1 弹性形变的基本方程 21

2.1.2 弹性体中的平面声波方程 23

2.2 各向同性介质中的平面声波 24

2.3 各向异性介质中的平面声波 25

2.3.1 色散关系和倒速度面 25

2.3.2 波方程求解举例 26

2.4 压电介质中的平面声波 28

2.5 六方晶系介质中的声平面波 30

参考文献 33

第3章 薄膜体声波谐振器的理论模型 35

3.1 理想薄膜体声波谐振器的电学阻抗 37

3.1.1 理想谐振器阻抗的解析表达 37

3.1.2 薄膜体声波谐振器的谐振频率 39

3.2 复合结构薄膜体声波谐振器的电学阻抗 41

3.2.1 声阻抗的定义 41

3.2.2 复合模型的边界条件 41

3.3 薄膜体声波谐振器的损耗和性能参数 43

3.4 薄膜体声波谐振器的机电等效模型 44

3.4.1 各层材料的等效模型 44

3.4.2 普适机电等效模型 47

3.4.3 谐振点附近的近似等效电路 50

3.5 谐振器材料和结构对性能的影响 51

3.5.1 电极材料和厚度的影响 51

3.5.2 支撑层和残余背硅层的影响 52

参考文献 54

第4章 压电薄膜的制备方法 55

4.1 真空蒸发淀积 57

4.1.1 真空蒸发淀积特点与蒸发过程 57

4.1.2 蒸发过程的重要参量 58

4.1.3 蒸发源的蒸气发射特性 59

4.1.4 加热源的类型 61

4.1.5 反应蒸发 62

4.1.6 分子束外延 62

4.2 溅射沉积 63

4.2.1 溅射的基本原理 63

4.2.2 溅射产额 65

4.2.3 反应溅射 65

4.2.4 射频溅射 67

4.2.5 磁控溅射 67

4.3 化学气相淀积 68

4.3.1 化学气相淀积的特点 68

4.3.2 化学气相淀积的基本过程和化学反应 68

4.3.3 金属有机气相化学淀积 69

4.3.4 CVD的装置 70

4.4 脉冲激光沉积技术 71

4.4.1 脉冲激光沉积的原理和特点 71

4.4.2 激光光源 72

4.4.3 沉积系统 73

参考文献 73

第5章 AIN薄膜的溅射沉积和刻蚀 77

5.1 射频磁控溅射制备AlN薄膜 79

5.1.1 AlN薄膜的制备工艺 79

5.1.2 射频功率对薄膜结构的影响 79

5.1.3 气氛压强和比例对薄膜晶体结构的影响 81

5.1.4 衬底温度对薄膜晶体结构的影响 83

5.1.5 AlN薄膜的微观形貌和成分 83

5.1.6 AlN薄膜的生长机制 84

5.1.7 溅射AlN薄膜的应力 85

5.2 在不同电极上沉积的AlN薄膜的结构特性 88

5.3 氟基气体对AlN薄膜的反应离子刻蚀 89

5.3.1 AlN薄膜的干法刻蚀方法 89

5.3.2 刻蚀速率 90

5.3.3 刻蚀图形形貌 92

5.3.4 氟基气体对AlN薄膜的刻蚀机理分析 93

5.4 AlN薄膜的湿法刻蚀 94

5.4.1 实验过程 94

5.4.2 薄膜织构和晶体质量对湿法刻蚀速率的影响 94

5.4.3 刻蚀反应的激活能 96

5.4.4 刻蚀图形形貌 96

参考文献 99

第6章 横膈膜型薄膜体声波谐振器 101

6.1 横膈膜型谐振器的结构和测试方法 103

6.1.1 横膈膜型谐振器的结构 103

6.1.2 测试器件的电极形状和测试方法 103

6.2 横膈膜型谐振器的制作过程 104

6.3 PZT压电薄膜的制备和性质 106

6.3.1 溶胶凝胶法制备PZT 106

6.3.2 PZT薄膜的结构和性质 108

6.4 横膈膜型谐振器的工艺过程 109

6.4.1 光刻工艺 109

6.4.2 PZT膜的刻蚀 111

6.4.3 二氧化硅的刻蚀 111

6.4.4 硅的刻蚀 112

6.5 PZT横膈膜型谐振器的性能测试 112

6.5.1 谐振器的测试结果 112

6.5.2 器件性能分析 114

参考文献 114

第7章 固体装配型体声波谐振器 115

7.1 固体装配型谐振器的设计 117

7.1.1 固体装配型谐振器的结构 117

7.1.2 固体装配型谐振器的理论模型 118

7.1.3 固体装配型谐振器频率响应的模拟 120

7.2 AlN固体装配型谐振器的制备 122

7.2.1 布拉格反射层 122

7.2.2 固体装配型谐振器的制备工艺 123

7.2.3 AlN薄膜的结构和形貌 124

7.2.4 多层薄膜的应力 126

7.3 固体装配型谐振器的性能测试 127

7.3.1 固体装配型谐振器的S11参数 127

7.3.2 固体装配型谐振器的阻抗特性 129

7.3.3 固体装配型谐振器的性能参数 130

参考文献 131

第8章 薄膜体声波谐振器在射频滤波器中的应用 133

8.1 薄膜体声波滤波器的基本拓扑结构 135

8.2 梯形拓扑结构的薄膜体声波滤波器 136

8.2.1 薄膜体声波滤波器的工作原理 136

8.2.2 梯形拓扑薄膜体声波滤波器的设计 137

8.2.3 声学耦合的薄膜体声波滤波器 138

8.3 PCS CDMA接收滤波器的设计实例 139

8.4 基于FBAR的双工器与振荡器 141

8.4.1 基于薄膜体声波谐振器的双工器 141

8.4.2 基于薄膜体声波谐振器的振荡器 142

8.4.3 FBAR的片上集成 142

参考文献 144

第9章 基于薄膜体声波谐振器的高灵敏传感器 147

9.1 压电石英晶体微天平传感器 149

9.1.1 石英晶体微天平 149

9.1.2 压电晶体的传感原理 149

9.1.3 压电晶体谐振传感器的测量方法 151

9.2 压电晶体传感器的敏感材料 152

9.2.1 吸附敏感材料的要求与作用机理 152

9.2.2 敏感材料的涂覆方法 153

9.2.3 压电晶体传感器的应用 153

9.3 碳纳米管敏感材料 156

9.3.1 碳纳米管的吸附性能 156

9.3.2 碳纳米管作为吸附层的应用 157

9.4 基于薄膜体声波谐振器的传感器 158

9.4.1 薄膜体声波谐振器的传感原理 158

9.4.2 传感器的MBVD电路 161

9.4.3 薄膜体声波谐振器的物质检测 161

9.4.4 基于薄膜体声波谐振器的其他检测 164

9.5 基于碳纳米管敏感材料的FBAR传感器 165

9.5.1 碳纳米管敏感层的形成方法 165

9.5.2 FBAR传感器的实例 165

9.5.3 传感器频率的质量敏感性 166

9.5.4 传感器对碳纳米管层沉积的频率响应 166

9.5.5 传感器对碳纳米管层吸附的频率响应 168

参考文献 168

索引 173