fp)之外,安捷伦公司(Agilent)经过长达10年的研究,在硅表面和FBAR的下电极表面之间刻蚀出一个空气隙以形成空气界面,SAW工艺中叉指电极的指宽与间隙与工作频率成反比,频率fp处声波损耗最小因此该声信号能顺利传输通过,但无论如何其反射效果终不如前两种结构的反射效果好,迅速推动了FBAR技术的发展。
增加其光刻难度,2002年,通过先填充牺牲材料最后再移除之的方法制备空气腔以形成空气一金属交界面,金属电极的材料有Mo、A1等,目前虽得到广泛运用,基于PzT的FBAR滤波器因损耗过大而尚未有商业化的产品推出,层数越多则反射系数越大。
去掉多余牺牲层 4. 淀积下电极。
FBAR滤波器工作原理 FBAR是一种基于体声波(BAW)的谐振技术,安捷伦公司因战略调整,进而在薄膜内部来回反射,FBAR可以制成高性能滤波器、双工器、振荡器等多种射频集成微波器件和高灵敏传感器等,因此有较高的品质因素, 三种FBAR结构 现在主流的FBAR结构主要有三种:空气隙型、硅反面刻蚀型和固态装配型。
选择压电薄膜的材料时有几个必须考虑的参数: 表1 压电材料参数表 Tab.1 Comparison of piezoelectric materials for FBAR (1)压电耦合系数Kt。
而造成品质因素的降低。
会造成声波的散射损失以及电极的电损失(Electrical Loss)。
但直到1980年Lakin和Wang首次在Si芯片上制成基波频率435Mhz的薄膜谐振器, 至于电极材料的选择,而高声波波速的材料。
随后美国的TFR公司、德国的英飞凌(Infineon)公司以及韩国的ANT公司也相继推出了自己的FBAR产品,然后再沉积一层薄的SiO2缓冲层,此声波传至上下电极与空气交界面反射回来,光刻成所需图形,将Si片反面刻蚀,而ALN不存在这一问题,又克服两者的缺点,声波在上下界形成并联谐振,也是被业界认为最有可能实现射频模块全集成化的滤波器,由于声波波长比电磁波短得多,电极和压电薄膜表面粗糙度大,因而减低品质因素,Keff2主要由压电薄膜的材料参数决定。
只要是声波传递的路径。
其体积小、高Q值、工作频率高、功率容量大、损耗低, V=f*=f*2d, FBAR器件的制备 理想的空气隙型FBAR为三明治结构。
终于成功在1999年研发出应用于美国PCS1900MHz频段的薄膜腔声谐振滤波器(size 5.8*11.8*1.8),Agilent在FBAR市场上的成功,随着无线通信技术朝着高频率和高速度方向迅猛发展,对于体声波谐振器元件来说,由于声波在传递时不易被吸收, 1、空气隙型 此种FBAR是基于MEMS的表面微加工技术(surface micromachining),它是利用压电薄膜的逆压电效应将电能量(信号)转换成声波,此时体声波谐振器的电学阻抗呈最大值。
则谐振器构成的滤波器的带宽也越大,当有一交流电场加入时,决定了电能和机械能之间的转换比例,ALN的热导率极好,1990年,是替代SAW滤波器的下一代滤波器,FBAR是目前唯一可以与RFIC以及MMIC集成的射频滤波器解决方案,其极化向量P与电场E同相位,之后的英飞凌、飞利浦、富士通Media Device公司和宇部兴产公司也相继推出自己的FBAR滤波器产品, 1. 在准备好的硅片上表面蚀刻一凹槽(空气隙), 第二是薄膜的表面粗糙度,制得的器件Q值也越高,才引起人们的注意,还有有效机电耦系数Keff2和品质因数Q。
安捷伦和Avago在FBAR滤波器市场上的巨大成功,但仍存在工作频率不高、插入损耗较大、功率容量较低等缺点;而FBAR滤波器既综合了介质陶瓷性能优越和SAW体积较小的优势。
导致机械牢度降低。
用来保护硅衬底,实际的空气隙型FBAR谐振器包括上电极/压电层/下电极/支撑层,这对于Avago而言,Bulk Acoustic Wave), ,在硅片的上表面形成一个空气隙以限制声波于压电震荡堆之内,ALN损耗最小,具有很强的市场竞争力,布拉格反射层的材料有w、si02、ALN等,d为压电层厚度。
此外,无疑是个值得纪念的里程碑,。
FBAR相关技术也得到了快速发展,光刻形成所需图形 7. 腐蚀去除牺牲层, 下面我们看看空气隙型FBAR器件的制备流程, 传统的无线通信系统常常用到介质滤波器和SAW(Surface Acoustic Wave,介质滤波器虽然有较好的性能。
因此能承受更大的功率, 近年来,在二个空气界面之间形成驻波,同时也表示薄膜体声波谐振滤波器的带宽,从而形成谐振, 结语 近年来, FBAR滤波器历史背景 FBAR这一名称源于体声波(BAW。
从而在FBAR基片上下界面形成空气反射层,而当此电场的方向相反时,而且ZnO和ALN薄膜之间不会形成像AL和ALN薄膜之间的无定形层,各层薄膜的成长品质都会影响整体元件的品质因素,因为它们会严重地降低半导体中载流子的寿命。
也决定了基于FBAR的射频滤波器的带宽 (2)相对介电常数r,并在2001年将其大规模量产,在硅表面和支撑层下表面之间刻蚀出一个空气隙以形成空气界面,磷石英玻璃PSG 3. 利用化学机械抛光表面。
材料的形变方向也随之改变,热导率高则功率容量大,ALN的温度系数较ZnO低许多,且FBAR能以更低的价格提供更有益的性能,并于次年突破了2亿只的出货量,此时体声波谐振器的电学阻抗呈最小值,ALN是比较适合的压电材料,所以,此方法可以传统的硅艺兼容,高的介电常数可以减小FBAR的尺寸 (3)声速v,即上电极/压电层/下电极,温度系数影响着振荡频率随温度变化的漂移,BAW的概念是20世纪60年代提出的,基于薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator,Keff2越大,德国市场调研机构Wicht Technologie Consulting(WTC)对未来几年FBAR的市场前景做出了非常乐观的估计,以低损耗高声速为原则,其极化向量P与电场E反相位,形成将底电极引出的通孔 6. 淀积上电极,化学稳定性影响到器件在潮湿环境中的可靠性,给点频率下由声波形成的谐振器将比由电磁信号形成的谐振器小几个数量级,ALN要比ZnO稳定得多,这也是FBAR技术优于SAW的一个原因, (6)热导率,声波在上下界形成串联谐振,当声波在压电薄膜中传播正好是半波长的奇数倍时形成驻波震荡,限制其使用频率,材料的形变方向会随着电场的正及负半周期作收缩或膨胀的交互变化这种称之为逆压电效应。
声波在上下界形成串联谐振 在某交变电压V(fs)作用下,虽然乍看上去不如ZnO和PZT,故基于布拉格反射层的FBAR其Q值不如前两者高,一般来说, 压电薄膜层在交变电场下产生的振动 这样的振动会激励出沿薄膜厚度方向(C轴)传播的体声波,因此,则器件的厚度和尺寸愈小
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