以四面体非晶碳为布拉格反射栅高声阻抗材料的固贴式薄膜体声波谐振器性能仿真分析.pdfVIP

助 锨 材 料 2012年第14期(43)卷 以四面体非晶碳为布拉格反射栅高声阻抗材料的固贴式 薄膜体声波谐振器性能仿真分析 陆晓欣 ，朱嘉琦，王 赛，刘 罡 ，刘远鹏，袁欣薇，霍施宇 (哈尔滨工业大学 复合材料与结构研究所 ，黑龙江 哈尔滨 150080) 摘 要 ： 为了提高固贴式薄膜体声波谐振器 (SMR) 晶体 的弹性模量最大 ，弹性波的传播速度最快。但 的电学和声学品质 ，实现 四面体非 晶碳 (ta—c)在体声 CVD沉积的多晶金刚石存在制备温度高、表面粗糙 、 波器件领域的新应用，建立 了以ta—C为布拉格反射栅 沉积面积小等缺点，造成无法与薄膜体声波谐振器其 高声阻抗材料的SMR模型 ，利用MathCAD仿真研究 它组成材料的制备工艺兼容 、表面磨削抛光加工困难 布拉格反射栅层数对该 SMR的谐振特性的影响以及 以及不能满足批量生产需要等 问题_】。因此 ，具有制 ta—C中sp。杂化含量和高／低声 阻抗层厚度偏差对 备温度低 (70℃)、表面光滑 (Ro．5nm)、沉积面积 SMR的品质因子 (Q值)的影响。结果表 明层数 的增 大 (均匀沉积面积达直径 30．48cm)等优点口 的四面 加提高了SMR的品质 ；ta—C薄膜 sp。杂化含量越高， 体非晶碳 (ta—c)就成 了最优选择。 达到饱和 Q值所需层数越少，当含量为 8O 时，至少 本文分别利用 ta—C和 SiO 作为布拉格反射栅的 需要 6层 (3对)布拉格反射层使 SMR达到优异 Q值 ； 高、低声阻抗材料 ，以A1N作为压 电材料，以Mo作为 距离压电堆越近的高／低声阻抗层 ，其厚度偏差对 Q 电极材料，建立了SMR模型 。利用 MathCAD分析了 值 的影响越大 ，从而实现 了高频率 (8GHz)低损耗 的 该布拉格层对 SMR性能 的影响 ，进一步讨论 了 taC SMR的设计。 中 sp。杂化含量 以及高／低声 阻抗材料层厚度 的误差 关键词： 固贴式薄膜体声波谐振器 ；四面体非晶碳 ； 对性能的影响，为制备以ta—C作为布拉格反射栅高声 布拉格反射栅 ；品质因子 阻抗材料的高频 SMR器件提供了理论基础 。 文!章编誊号号：TN713，。州， 文献标识码。A 2SMR模型的建立 ：1001—9731(2012)14—1872—04 …… 一 图1为 SMR模型 ，目标并联谐振频率为 8GHz， l 引 言 压电材料为 AlN，电极材料为 Mo，衬底材料为 Si，布 在现代无线通讯技术 的推进 中，高频微波元件 的 拉格反射栅材料为 ta—C和 SiO 。利用谐振要求 ，即 相关发展始终扮演着关键的角色。薄膜体声波谐振器 高／低声阻抗层厚度分别为声波在相应介质 中传播波 (FBAR)由于其频率高、Q值高、体积小、承受功率大、 长的1／4，设计器件 的参数为：A1N 的厚度为 420nm， 换能效率高、与超大规模集成 电路工艺兼容等突出的 Mo电极 厚度 为 50nm，ta—C(high sp。)的厚度 为 优点得到了科研工作者的广泛关注ll1_3_。 475nm，SiO 的厚度为 128nm，谐振面积为 3．6×10 固贴式薄膜体声波谐振器 (SMR)作为薄膜体声 ITI。衬底 的上层为高声阻抗材料 ta—C，ta—C的上层为 波谐振器的一种，其关键的结构是具有一个 由高／低声 低声阻抗材料 SiO ，重复交替迭代若干层后 ，到达下 阻抗材料迭加而成的布拉格反射栅 4『]。声波在布拉格 电极