基于单晶铌酸锂薄膜的横向激励体声波器件研究.pdfVIP

摘要

通讯技术的迅速发展对射频滤波器提出了高频、宽带、小型化等更高的挑战，

体声波滤波器由于其工作频率高、器件尺寸小等优势被认为是上述挑战的解决方

案。声学滤波器是基于谐振器经过电学级联构成的，因此体声波谐振器是体声波滤

波器的最基本组成部分，经过多年研究，体声波谐振器衍生出多种结构，横向激励

体声波谐振器（Laterally-excitedbulkacousticwaveresonator，XBAR）作为近几年

出现的新型结构，采用声表面波器件的叉指电极结构提供电学激励，相较于薄膜体

声波谐振器工艺简单并具有明显的带宽优势。但是现在的XBAR器件也存在着诸

多问题，如杂散模态多、功率容量低、机械稳定性差等。

为了解决以上问题，本文采用有限元分析方法，建立了不同维度的仿真模型，

基于不同模型侧重点，首先研究了铌酸锂薄膜切型对于横向激励体声波谐振器机

电耦合系数的影响，并通过仿真分析了结构参数对于谐振器性能特别是杂散模态

的影响规律；为解决XBAR功率容量低，机械稳定性差等问题，研究了基于布拉

格反射层结构的横向激励体声波谐振器，并分析了金属材料不宜作为声阻抗层的

原因，确定了以介电材料作为高声阻抗层的布拉格反射层结构及其层数；为了抑制

谐振器的横向能量泄漏，给出了三种解决方法并分别进行原理分析和仿真验证。

基于以上有关横向激励体声波谐振器的分析结果设计了两个谐振器，通过级

联构成带宽为577MHz，中心频率为6.97GHz八阶滤波器。基于以上仿真设计结

果，本文设计了器件制备工艺流程并进行版图绘制，最终对制备得到的器件进行了

测试分析，并对本次仿真设计与器件制备中存在的问题进行了分析研究，所制备的

横向激励体声波谐振器并联谐振频率为6.342GHz，机电耦合系数为15.4%。虽然

本次制备的谐振器性能不如设计预期，但仍然展示了横向激励体声波器件在高频

大带宽领域的应用潜力，为后续研究提供了参考。

关键词：横向激励体声波谐振器，滤波器，布拉格反射层，铌酸锂薄膜

ABSTRACT

Therapiddevelopmentofcommunicationtechnologyhasputforwardhigher

challengestoRFfilters,suchashighfrequency,widebandandminiaturization.Dueto

theadvantagesofhighoperatingfrequencyandsmalldevicesize,bulkacousticwave

filtersareconsideredtobethesolutionstotheabovechallenges.Acousticfiltersarebased

onresonatorswhichareelectricalcascaded,sothebulkacousticwaveresonatoristhe

basicunitofbulkacousticwavefilters.Afteryearsofresearch,bulkacousticwave

resonatorshavederivedavarietyofstructures.Laterally-excitedbulkacousticwave

resonator(XBAR)isanewtypeofstructurethathasemergedinrecentyears.TheXBAR

usestheinterdigitaltransducerofacousticsurfacewavedevicestoprovideelectrical

excitation,whichhassimpleprocessandobviousbandwidthadvantagescomparedwith

thinfilmbulkacousticwaveresonators.However,therearestillmanyproblemsinthe