框架结构对薄膜体声波谐振器性能提升的研究

本文研究了框架结构(Frame)对薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR)提升性能的作用,从两种Frame结构对体声波能量的反射匹配基础理论出发,针对其功能特点,以实验的方式确定了低频和高频多组框架微结构的组合,对多组FBAR进行了版图绘制以及光刻流片,最终通过片上测试得到了所有分组的谐振器性能.对测试得到的性能进行了分组统计筛选,从测试结果来看,经过优选之后的Frame结构分组无论是对低频还是高频FBAR谐振器都具有提升性能的作用.对低频(1.7 GHz附近)FBAR来说,并联谐振品质因数可以提升1000以上.对高频(5.5 GHz附近)FBAR来说,并联谐振品质因数可以提升300以上.对横向寄生模式较强的高频FBAR,优选的Frame结构可以提升谐振器的横向寄生模式抑制,使串联谐振频率之下的阻抗相位波动减少5°以上.

双阶梯型薄膜体声波谐振器有限元仿真分析

为了抑制薄膜体声波谐振器(FBAR)的寄生谐振同时满足5G通信的高频需求,基于Comsol Multiphysics仿真软件建立薄膜体声波谐振器的二维和三维有限元模型,研究了压电材料、电极横向尺寸和电极形状对寄生谐振的影响,并讨论了电极框架结构对FBAR并联谐振频率(f_(p))处的品质因数(Q_(p))的影响。基于分析,提出并设计了一种双阶梯电极框架结构的FBAR,该结构的FBAR以AlN为压电材料,电极形状为五边形,中心频率为3.504 GHz,串联谐振频率为3.467 GHz,并联谐振频率为3.541 GHz,Q_(p)为1591。Q_(p)与未优化的FBAR相比提高了19.2%,实现了对寄生谐振的有效抑制。

杂模抑制薄膜体声波谐振器的仿真分析

该文研究了电极边界阶梯结构对薄膜体声波谐振器(FBAR)杂波的影响。采用有限元仿真法讨论了阶梯结构宽度尺寸对杂波的抑制效果,结合振型分析该结构能抑制声波能量的泄露,提高器件品质因数。为了进一步验证仿真结果,实验制备了FBAR器件。测试结果表明,当该阶梯结构凸起宽度为3μm,凹陷宽度为1.5μm时,谐振器杂波被有效抑制,反谐振频率处的品质因数约增大100。

薄膜体声波谐振器FBAR技术在滤波器的应用研究及其专利数据分析

本文简单介绍了薄膜体声波谐振器FBAR的具体结构、工作原理以及FBAR技术的应用,重点介绍了FBAR技术在滤波器的应用及其工作原理,梳理了常见的几种FBAR滤波器结构,最后通过检索分析,从多个角度对FBAR技术在滤波器应用领域的专利申请进行专利分析,为后续企业在该应用领域进行专利布局提供一定的参考价值。

S波段网格型FBAR滤波器的研制

介绍了一种单端口,端口阻抗为50Ω的S波段宽带薄膜体声波谐振器（FBAR）滤波器,该滤波器采用网格型结构的FBAR滤波器芯片级联巴伦芯片实现。对宽带FBAR滤波器芯片的设计过程、工艺实现过程进行了说明。采用0.35μm Ga As工艺实现了3~8 GHz频率范围的巴伦芯片,在FBAR滤波器芯片的中心频率处,幅度不平衡度为0.53 d B,相位不平衡度为0.55°。制备的FBAR滤波器通带频率范围为3 100~3 400 MHz,1 d B带宽约为369 MHz,在2 660 MHz和3 840 MHz处带外抑制分别为45.6 d Bc和41.3 d Bc,尺寸仅为12 mm×7 mm×2.9 mm。将实测结果与仿真结果进行了对比,两者一致性很好。

S波段低插损FBAR陷波器的研制

该文介绍了一种单端口、端口阻抗50Ω的S波段薄膜体声波谐振器(FBAR)陷波器,其采用了梯形拓扑结构与外围匹配电路相结合的方式。对FBAR陷波器芯片的设计过程、工艺实现进行了说明。测试制备的FBAR陷波器,其陷波频段为2399~2412 MHz,陷波抑制达35 dBc;通带频率分别为1800~2300 MHz和2500~2800 MHz,通带插损仅1 dB;3 dBc开口宽度为69 MHz。FBAR陷波器芯片尺寸为1.2 mm×1.2 mm×0.35 mm。结果表明,陷波器实测与仿真结果两者相吻合。

宽带FBAR滤波器的研制

采用阶梯型结构的薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器芯片和外匹配电路实现了一种输入输出端口阻抗均为50Ω的宽带FBAR滤波器。FBAR滤波器芯片采用自主的FBAR滤波器工艺实现,外匹配电路采用0.35μm GaAs工艺实现,并在该芯片上植球,采用倒装工艺将FBAR滤波器芯片与外匹配电路芯片进行异构集成。然后采用微组装工艺将异构集成芯片装配在标准陶瓷外壳中,外壳通过平行封焊工艺实现气密封装,体积仅为3.8 mm×3.8 mm×1.8 mm。测试结果显示,该滤波器通带频率范围为3 300~3 600 MHz, 1 dB带宽约为300 MHz,相对带宽为8.7%,插入损耗为1.41 dB,在3 250 MHz和3 650 MHz处带外抑制分别为16.5 dBc和48.2 dBc。将实测结果与仿真结果进行了对比,两者基本吻合。

薄膜体声波谐振器的研究进展

薄膜体声波滤波器作为一种发展高频滤波器的全新解决方案,比声表面波滤波器(SAWF)、陶瓷介质滤波器具有更高的Q值,低的损耗和在高频时具备更高的功率承受能力。介绍了薄膜体声波谐振器的研究历史和研究概况,薄膜体声波谐振器的原理和3种典型结构,具体阐述了薄膜体声波谐振器的关键技术及其材料体系的要求。

Band 40波段体声波滤波器的设计

射频(RF)滤波器在4G移动通信(如Band 40波段)中具有广泛应用。描述了基于薄膜体声波谐振器(FBAR)技术的RF滤波器的设计和制作方法。体声波滤波器是由FBAR以T型结构级联的方式实现的。在滤波器的设计过程中,为了使仿真结果更接近于实际情况,采用考虑电极和衬底间耦合效应的改进的Mason模型对FBAR进行性能仿真和优化。最后,在8英寸(1英寸=2.54 cm)CMOS工艺线上对此滤波器进行了流片。测试结果表明,Band 40波段的体声波滤波器具有低的通带插入损耗(小于3 dB)、高的带外抑制(大于40 dB)和快速滚降特性。

单晶薄膜体声波谐振器频率温度特性研究

采用离子注入剥离法转移制备了43°Y-切铌酸锂(LiNbO3,LN)单晶压电薄膜材料,以SiO2/Mo作为声反射结构制备了固态声反射型薄膜体声波器件。谐振器工作频率约为3 GHz,LN薄膜等效机电耦合系数达到14.15%。对谐振器的频率温度特性进行了表征,结果表明,尽管LN单晶的频率温度系数为(-70^-90)×10^-6/℃,但由于声反射结构中包含有正温度系数的SiO2层,谐振器的频率温度系数降至-18×10^-6/℃,这表明固态声反射结构能够有效抑制单晶LN薄膜的温漂,获得低频率温度系数的谐振器器件。

一种新型FBAR结构的设计

针对传统FBAR(Film Buck Acoustic Resonator)制备困难、成品率低的问题,提出一种新型FBAR结构(SU8-FBAR)。利用高分子聚合物材料SU8薄膜代替传统FBAR的支撑层和声波限制结构,增加了FBAR器件的机械强度,且易于制备,成品率较高。采用AlN作压电薄膜,分别以Mo、Pt、CNT、Al作为电极,利用Comsol Multiphysics仿真软件对SU8-FBAR的结构参数进行仿真优化。结果显示,当电极材料为CNT、上电极厚度为0.1μm、SU8薄膜厚度为5μm时,SU8-FBAR的综合性能最优:SU8-FBAR的品质因数(Q)值达到1210,几乎为传统FBAR Q值的3倍;机电耦合系数为0.063,高于传统FBAR的0.0425。该器件能检测到极小谐振频率的变化,可用于微生物传感领域。

基于MBVD模型的FBAR滤波器的仿真与研究

从MBVD等效电路模型出发,研究了三种不同级联方式下FBAR滤波器的滤波效果,同时选取了其中滤波效果更好、应用更为广泛的梯形结构,进一步分析不同级联阶数下梯形结构FBAR滤波器的带内插入损耗与带外抑制的变化趋势,并通过仿真分析设计得出符合5G通信频段(3.4-3.6GHz)标准的中心频率为3.5GHz,带宽为100 MHz的五阶梯形结构FBAR滤波器。

差分环行器的研究进展

基于时空调制(STM)的单端环行器因其输入信号和调制信号的混合,在接近所需频带处将受到互调产物(IMP)的影响,这些IMP不仅会对相邻通道造成干扰,还会限制调制参数。差分环行器通过匹配两个单端环行器,以180°相位差的调制信号分别调制两个单端环行器,从而消除IMP,有效地改善了环行器的插入损耗、带宽及功率容量等指标,提高了环行器的性能,并降低了对调制信号的要求。该文描述了差分环行器的基本原理,对差分环行器的电路结构、调制方式及测试方法进行了总结。对比分析表明,差分体声波(BAW)环行器在插入损耗、隔离度及功耗等方面表现出优异的性能,有望取代大多数商业系统中的铁氧体环行器。