薄膜体声波谐振器的原理,设计与应用

《薄膜体声波谐振器的原理、设计与应用》内容简介：随着薄膜与微纳制造技术的发展，电子器件正向微型化、高密集复用、高频率和低功耗的方向迅速发展。近年来发展起来的薄膜体声波谐振器(FBAR)的工作频率比传统声表面波(SAW)器件、石英晶体谐振器和陶瓷介质器件都要高(可达1-10GHz)，又具有体积小、Q值更高、损耗低、功率承载性好、换能效率高等优点。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，在新一代无线通信系统和超微量生化检测领域具有广阔的应用前景。张亚非和陈达合著的这本《薄膜体声波谐振器的原理设计与应用》系统地阐述了FBAR的基本原理、设计方法、关键技术及其材料体系的要求，并对FBAR的重要应用技术进行了总结概括与深入分析。《薄膜体声波谐振器的原理设计与应用》可供从事谐振器理论和器件研究开发的专业技术人员阅读，也可供高等院校电子信息、通信系统、传感器检测、微电子学、微机电系统(MEMS)、自动化等领域的科技人员和相关专业师生阅读参考。 

第1章 绪论
1.1 无线通信系统的发展对射频器件的要求
1.2 薄膜体声波谐振器的原理和特点
1.3 薄膜体声波谐振器的结构和材料
1.3.1 薄膜体声波谐振器的结构
1.3.2 薄膜体声波谐振器的材料
1.4 薄膜体声波谐振器的研究进展
参考文献

第2章 固体中的平面波
2.1 固体中平面声波方程
2.1.1 弹性形变的基本方程
2.1.2 弹性体中的平面声波方程
2.2 各向同性介质中的平面声波
2.3 各向异性介质中的平面声波
2.3.1 色散关系和倒速度面
2.3.2 波方程求解举例
2.4 压电介质中的平面声波
2.5 六方晶系介质中的声平面波
参考文献

第3章 薄膜体声波谐振器的理论模型
3.1 理想薄膜体声波谐振器的电学阻抗
3.1.1 理想谐振器阻抗的解析表达
3.1.2 薄膜体声波谐振器的谐振频率
3.2 复合结构薄膜体声波谐振器的电学阻抗
3.2.1 声阻抗的定义
3.2.2 复合模型的边界条件
3.3 薄膜体声波谐振器的损耗和性能参数
3.4 薄膜体声波谐振器的机电等效模型
3.4.1 各层材料的等效模型
3.4.2 普适机电等效模型
3.4.3 谐振点附近的近似等效电路
3.5 谐振器材料和结构对性能的影响
3.5.1 电极材料和厚度的影响
3.5.2 支撑层和残余背硅层的影响
参考文献

第4章 压电薄膜的制备方法
4.1 真空蒸发淀积
4.1.1 真空蒸发淀积特点与蒸发过程
4.1.2 蒸发过程的重要参量
4.1.3 蒸发源的蒸气发射特性
4.1.4 加热源的类型
4.1.5 反应蒸发
4.1.6 分子束外延
4.2 溅射沉积
4.2.1 溅射的基本原理
4.2.2 溅射产额
4.2.3 反应溅射
4.2.4 射频溅射
4.2.5 磁控溅射
4.3 化学气相淀积
4.3.1 化学气相淀积的特点
4.3.2 化学气相淀积的基本过程和化学反应
4.3.3 金属有机气相化学淀积
4.3.4 CVD的装置
4.4 脉冲激光沉积技术
4.4.1 脉冲激光沉积的原理和特点
4.4.2 激光光源
4.4.3 沉积系统
参考文献

第5章 AlN薄膜的溅射沉积和刻蚀
5.1 射频磁控溅射制备AlN薄膜
5.1.1 AlN薄膜的制备工艺
5.1.2 射频功率对薄膜结构的影响
5.1.3 气氛压强和比例对薄膜晶体结构的影响
5.1.4 衬底温度对薄膜晶体结构的影响
5.1.5 AlN薄膜的微观形貌和成分
5.1.6 AlN薄膜的生长机制
5.1.7 溅射AlN薄膜的应力
5.2 在不同电极上沉积的A1N薄膜的结构特性
5.3 氟基气体对AlN薄膜的反应离子刻蚀
5.3.1 AlN薄膜的干法刻蚀方法
5.3.2 刻蚀速率
5.3.3 刻蚀图形形貌
5.3.4 氟基气体对AlN薄膜的刻蚀机理分析
5.4 AlN薄膜的湿法刻蚀
5.4.1 实验过程
5.4.2 薄膜织构和晶体质量对湿法刻蚀速率的影响
5.4.3 刻蚀反应的激活能
5.4.4 刻蚀图形形貌
参考文献

第6章 横膈膜型薄膜体声波谐振器
6.1 横膈膜型谐振器的结构和测试方法
6.1.1 横膈膜型谐振器的结构
6.1.2 测试器件的电极形状和测试方法
6.2 横膈膜型谐振器的制作过程
6.3 PZT压电薄膜的制备和性质
6.3.1 溶胶凝胶法制备PZT
6.3.2 PZT薄膜的结构和性质
6.4 横膈膜型谐振器的工艺过程
6.4.1 光刻工艺
6.4.2 PZT膜的刻蚀
6.4.3 二氧化硅的刻蚀
6.4.4 硅的刻蚀
6.5 PZT横膈膜型谐振器的性能测试
6.5.1 谐振器的测试结果
6.5.2 器件性能分析
参考文献

第7章 固体装配型体声波谐振器
7.1 固体装配型谐振器的设计
7.1.1 固体装配型谐振器的结构
7.1.2 固体装配型谐振器的理论模型
7.1.3 固体装配型谐振器频率响应的模拟
7.2 AlN固体装配型谐振器的制备
7.2.1 布拉格反射层
7.2.2 固体装配型谐振器的制备工艺
7.2.3 AlN薄膜的结构和形貌
7.2.4 多层薄膜的应力
7.3 固体 装配型谐振器的性能测试
7.3.1 固体装配型谐振器的S11参数
7.3.2 固体装配型谐振器的阻抗特性
7.3.3 固体装配型谐振器的性能参数
参考文献

第8章 薄膜体声波谐振器在射频滤波器中的应用
8.1 薄膜体声波滤波器的基本拓扑结构
8.2 梯形拓扑结构的薄膜体声波滤波器
8.2.1 薄膜体声波滤波器的工作原理
8.2.2 梯形拓扑薄膜体声波滤波器的设计
8.2.3 声学耦合的薄膜体声波滤波器
8.3 PCS CDMA接收滤波器的设计实例
8.4 基于FBAR的双工器与振荡器
8.4.1 基于薄膜体声波谐振器的双工器
8.4.2 基于薄膜体声波谐振器的振荡器
8.4.3 FBAR的片上集成
参考文献

第9章 基于薄膜体声波谐振器的高灵敏传感器
9.1 压电石英晶体微天平传感器
9.1.1 石英晶体微天平
9.1.2 压电晶体的传感原理
9.1.3 压电晶体谐振传感器的测量方法
9.2 压电晶体传感器的敏感材料
9.2.1 吸附敏感材料的要求与作用机理
9.2.2 敏感材料的涂覆方法
9.2.3 压电晶体传感器的应用
9.3 碳纳米管敏感材料
9.3.1 碳纳米管的吸附性能
9.3.2 碳纳米管作为吸附层的应用
9.4 基于薄膜体声波谐振器的传感器
9.4.1 薄膜体声波谐振器的传感原理
9.4.2 传感器的MBVD电路
9.4.3 薄膜体声波谐振器的物质检测
9.4.4 基于薄膜体声波谐振器的其他检测
9.5 基于碳纳米管敏感材料的FBAR传感器
9.5.1 碳纳米管敏感层的形成方法
9.5.2 FBAR传感器的实例
9.5.3 传感器频率的质量敏感性
9.5.4 传感器对碳纳米管层沉积的频率响应
9.5.5 传感器对碳纳米管层吸附的频率响应
参考文献
索引 

    电子频率控制器件在许多电子应用系统发展中至关重要。例如，随着各种形式的无线通信系统迅速发展，通信系统的一些频率控制组件已经运用集成电路技术实现了微型化，接收机中的低噪声放大器、发射机中的固态功率放大器、用于基带信号解调的合成锁相环电路、混频器和低频数字电路都可以集成到一个芯片中。整个收发机的尺寸主要是由大量分离的无源元件决定（如谐振器、滤波器、耦合器等），而不是由晶体管构成的有源元件决定。目前小带宽信道的大量增加和频段的日益拥挤，使通信系统对高品质和高频率控制器件的需求越来越大。
    在电子频率控制器件的诸多种类之中，射频谐振器和由其构成的滤波器占有十分重要的地位。前端滤波器用于保护接收机免受临近频段的干扰，输出滤波器则传输噪声的带宽。要使这些通信系统在信道选择时，接收端具有尽可能高的信噪比，在发送端对临近频段产生尽可能少的干扰，就需要使用高性能的谐振器和滤波器。而这些频率控制无源组件的大尺寸就意味着高功耗和低的信号传输效率，成为无线通信系统实现微型化和系统集成、降低功率和节约成本的瓶颈。另一方面，越来越多的功能模块被要求挤入到原本已不堪拥挤的无线终端中，这迫使在印刷电路板中占据大面积的射频收发机向微型化、集成化方向发展。同时，微型化的电子频率控制器件也应用到了高灵敏传感等新的领域。 ……