FBAR的市场背景.docxVIP

随着第三代( 3G) 移动通信系统的发展, 对通信设备提出了新的要求, 在小型无线终端中,对于各种高性能滤波器/ 双工器的需求正不断增长。现有的小型无线终端主要采用陶瓷滤波器或声表面波滤波器( SAWF) , 陶瓷滤波器体积偏大, 声表面波滤波器( SAWF) 承受功率较低, 并且陶瓷滤波器和声表面波滤波器都不能与半导体芯片工艺兼容。薄膜体声波滤波器( FBAR) 是一种性能优良的RF 滤波器, 具有工作频率高, 承受功率大, 体积小且与半导体工艺兼容等显著优点, 是近年来此类器件研究与开发的一个热点随着民用领域移动通信技术的快速发展以及军用领域系统小型化、微型化的迫切需要，能与CMOS 工艺兼容并进而能与外围电路形成单芯片系统的谐振器在世界范围内得到了越来越多的关注。薄膜体声波谐振器( film bulk acoustic resonator，FBAR) 正是一种能CMOS 工艺兼容的器件，它具有高性能、小体积、高功率容量和高工作频率的特点，可以用来制备高性能的滤波器、双工器和低相噪射频振荡器等［1］。目前国外已有多家公司生产FBAR 滤波器及双工器产品，并成功地应用到了民用通信领域，比较著名的公司有Avago，Infineon，EPCOS，Philips 和Fujitsu 等。国内目前除一些高校有少量研发品，无正式产品及规模生产报道。消费类电子产品和个人通讯系统市场的快速扩张, 引起了对无线通信系统(如掌上电脑、手机、导航系统、卫星通信以及各种数据通信)的极大需求。制备高性能、小尺寸、低成本的单芯片射频系统成为目前研究的一个热点。在过去的几年中, 随着RFIC技术的迅速发展,一些以前用于通讯系统中的分立元器件(如低噪声放大器LNA 和中频滤波器IF等)已经可以采用射频集成电路的方式实现, 但是另一些元器件(如低相噪的射频振荡器RF Osc illator和射频前端滤波器RF F ilter等)却仍然难以采用射频集成电路的方式实现。另一方面, 随MEMS 技术的发展, 一些采用MEMS 技术制备的射频元器件(如射频开关RF Sw itch、射频电感RF Inductor和射频谐振器RF Resonator等)由于其具有的优良性能而获得广泛的研究和应用。薄膜体声波谐振器( F ilm Bu lk AcousticR esonator, FBAR)是最近几年来研究很热的一种采用MEMS技术实现的射频谐振器。它是制作在硅或砷化镓基片上, 主要由金属电极/压电薄膜/金属电极构成的一种器件。在某些特定的频率下, FBAR 器件表现出如石英晶振一样的谐振特性, 因此可被搭建成振荡器或滤波器应用于现代通讯系统中[ 1] [ 2] 。相对于传统用来构成带通滤波器及微波振荡源的LC 振荡器、介质谐振器及声表面波( SAW )器件而言, FBAR 器件除了具有小尺寸、低功耗、低插入损耗以及高工作频率( 0. 5 ~10GH z)的优点之外, 更重要的是它的制备工艺可以与CMOS工艺兼容, 因此可与外围电路构成单芯片系统, 这一点是上述所有传统器件不能做到的。在FBAR 器件的应用方面, Ag ilent公司的R.Ruby等人在2001年成功研制出了基于FBAR 的双工滤波器, 并促使Ag ilent公司在2002年的时候对其进行了商业化生产, 从而在世界范围内引起了对FBAR 研究的一个热潮[ 2] 。UC Berke ley 的Y HChee等人则制备了基于FBAR 器件的1. 9GH z低功耗射频振荡器, 该振荡器采用标准0. 13μm CMOS工艺制备外围电路, 功耗小于100??W, 为实现单芯片振荡器提供了参照[ 3] 。而在生物和化学传感方面, 美国南加州大学的H. Zhang等人利用FBAR 器件的高频率制备了基于FBAR的高灵敏度声谐振式质量传感器, 其质量灵敏度达到了726cm2 /g, 相当于标准石英晶体微量天平的50倍[ 4] 。随着W2CDMA 等第三代无线通讯技术的迅速发展,通信系统中高频段(0. 5～5 GHz) 谐振器和滤波器的需求越来越大。与传统的微波陶瓷谐振器和声表面波(SAW) 谐振器相比,薄膜体声波谐振器( FBAR) 具有体积小、损耗低、功率承受能力高等优势而备受关注[1 ] 。压电材料的选择及成膜质量是谐振器制作的关键,近年来,ZnO 和AlN 薄膜成为研究的热点。AlN 材料因其具有宽带隙、高击穿电压、高声速、高的机电耦合系数等优点[2 ] 而成为制作谐振器的优选材料。谐振器所用AlN 压电薄膜的成膜质量,包括(002) 面( c 轴) 择优取向质量及表面平滑度,受沉积工艺影响较大;另外与底电极材料的选取也有关, Morito Akiyama 等人的研究表明,AlN 薄膜在面心结构的Pt (111)