基于氮化铝(AlN)薄膜的薄膜体声波谐振器(FBAR)研究.pdf

摘要

随着光刻技术及微纳米加工技术的发展，薄膜体声波谐振器(Thinfilmbulk

acousticwaveresonatorFBAR)得到了高速发展。作为一种近几年发展起来的新

型MEMS器件，FBAR在无线通信、传感器等领域的发展前景得到了广大科研人

员的关注。

精确建模是设计高性能FBAR器件的关键。本文重点对薄膜体声波器件的仿真

模拟进行了研，旨在为薄膜体声波器件的制作提供高精度的仿真模型。

本文内容主要有BAW理论，FBAR的Mason模型、BVD模型、以及MBVD

模型的推导过程；影响FBAR性能的主要因素分析；FBAR的有限元仿真等内容。

主要工作有：

在深入理解体声波理论的基础上，对FBAR器件的Mason模型、BVD模型、

及MBVD模型进行了理论推导，用Matlab软件对理想FBAR的谐振性能进行了

初步的模拟，在此基础上，对复合结构的FBAR器件的阻抗性能进行了模拟分析，

并讨论了FBAR阻抗性能的影响因素。

借助有限元分析软件ComsoL我们模拟分析了FBAR器件的基础模型，分析

了压电薄膜的压电耦合特性、压电体在电场作用下的变形情况，以及电场在压电

体内部的分布等；模拟分析了压电体的固有频率(特征频率)，以及在一定的频

域范围内的谐振特性。

此外，在实验室条件下，制备出了高C轴取向的A1N薄膜，并对其进行了

AFM表面形貌测试及XRD晶向取向测试。测试的结果表表明：实验所得的A1N

薄膜在晶向方面质量很高，适合FBAR器件的要求。但其表面平整度及颗粒均匀

性不高，达不到制备FBAR器件的要求。

关键词：AIN；Matlab；FBAR器件；有限元分析；Comsol

Abstract

Thedevelopingofthinfilmbulkacousticwaveresonatorisadvancedbythe

developmentofphotolithographyandmicro-nano-machiningtechnology.Asa

newly-developednewMEMSdeviceinrecentyears,FBARisgreatlyconcernedbya

lotofresearchersduetoitsdevelopingprospectinthefieldofwireless

communication,sensorandsoon.

Exactmodelingisthekeytodesignhigh-performanceFBARdevice.Thisthesis

focusesonthestudyofanalogsimulationofthinfilmbulkacousticwavedevicefor

thepurposeofprovidinghighly-accurateanalogsimulationtotheproductionofthin

filmbulkacousticwavedevice.

ThethesismainlyconsistsofBAWtheory,theMasonmodelofFBAR,BVD

model,thederivationprocessofMBVDmodel,theanalysisofthemainfactorswhich

wouldinfluencethepropertiesofFBAR,thefiniteelementsimulationofFBAR,etc.

Themainresearchfieldsinclude：

Basedonthethoroughunderstandingofthetheoryofbulkacousticwave,the

thesispresentsthetheoreticalderivationoftheMasonmodelofFBARdevice,BVD

modelandMBVDmodel,andc