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第1章 绪论1

1.1 无线通信系统的发展对射频器件的要求3

1.2 薄膜体声波谐振器的原理和特点4

1.3 薄膜体声波谐振器的结构和材料5

1.3.1 薄膜体声波谐振器的结构5

1.3.2 薄膜体声波谐振器的材料7

1.4 薄膜体声波谐振器的研究进展8

参考文献13

第2章 固体中的平面波19

2.1 固体中平面声波方程21

2.1.1 弹性形变的基本方程21

2.1.2 弹性体中的平面声波方程23

2.2 各向同性介质中的平面声波24

2.3 各向异性介质中的平面声波25

2.3.1 色散关系和倒速度面25

2.3.2 波方程求解举例26

2.4 压电介质中的平面声波28

2.5 六方晶系介质中的声平面波30

参考文献33

第3章 薄膜体声波谐振器的理论模型35

3.1 理想薄膜体声波谐振器的电学阻抗37

3.1.1 理想谐振器阻抗的解析表达37

3.1.2 薄膜体声波谐振器的谐振频率39

3.2 复合结构薄膜体声波谐振器的电学阻抗41

3.2.1 声阻抗的定义41

3.2.2 复合模型的边界条件41

3.3 薄膜体声波谐振器的损耗和性能参数43

3.4 薄膜体声波谐振器的机电等效模型44

3.4.1 各层材料的等效模型44

3.4.2 普适机电等效模型47

3.4.3 谐振点附近的近似等效电路50

3.5 谐振器材料和结构对性能的影响51

3.5.1 电极材料和厚度的影响51

3.5.2 支撑层和残余背硅层的影响52

参考文献54

第4章 压电薄膜的制备方法55

4.1 真空蒸发淀积57

4.1.1 真空蒸发淀积特点与蒸发过程57

4.1.2 蒸发过程的重要参量58

4.1.3 蒸发源的蒸气发射特性59

4.1.4 加热源的类型61

4.1.5 反应蒸发62

4.1.6 分子束外延62

4.2 溅射沉积63

4.2.1 溅射的基本原理63

4.2.2 溅射产额65

4.2.3 反应溅射65

4.2.4 射频溅射67

4.2.5 磁控溅射67

4.3 化学气相淀积68

4.3.1 化学气相淀积的特点68

4.3.2 化学气相淀积的基本过程和化学反应68

4.3.3 金属有机气相化学淀积69

4.3.4 CVD的装置70

4.4 脉冲激光沉积技术71

4.4.1 脉冲激光沉积的原理和特点71

4.4.2 激光光源72

4.4.3 沉积系统73

参考文献73

第5章 AIN薄膜的溅射沉积和刻蚀77

5.1 射频磁控溅射制备AlN薄膜79

5.1.1 AlN薄膜的制备工艺79

5.1.2 射频功率对薄膜结构的影响79

5.1.3 气氛压强和比例对薄膜晶体结构的影响81

5.1.4 衬底温度对薄膜晶体结构的影响83

5.1.5 AlN薄膜的微观形貌和成分83

5.1.6 AlN薄膜的生长机制84

5.1.7 溅射AlN薄膜的应力85

5.2 在不同电极上沉积的AlN薄膜的结构特性88

5.3 氟基气体对AlN薄膜的反应离子刻蚀89

5.3.1 AlN薄膜的干法刻蚀方法89

5.3.2 刻蚀速率90

5.3.3 刻蚀图形形貌92

5.3.4 氟基气体对AlN薄膜的刻蚀机理分析93

5.4 AlN薄膜的湿法刻蚀94

5.4.1 实验过程94

5.4.2 薄膜织构和晶体质量对湿法刻蚀速率的影响94

5.4.3 刻蚀反应的激活能96

5.4.4 刻蚀图形形貌96

参考文献99

第6章 横膈膜型薄膜体声波谐振器101

6.1 横膈膜型谐振器的结构和测试方法103

6.1.1 横膈膜型谐振器的结构103

6.1.2 测试器件的电极形状和测试方法103

6.2 横膈膜型谐振器的制作过程104

6.3 PZT压电薄膜的制备和性质106

6.3.1 溶胶凝胶法制备PZT106

6.3.2 PZT薄膜的结构和性质108

6.4 横膈膜型谐振器的工艺过程109

6.4.1 光刻工艺109

6.4.2 PZT膜的刻蚀111

6.4.3 二氧化硅的刻蚀111

6.4.4 硅的刻蚀112

6.5 PZT横膈膜型谐振器的性能测试112

6.5.1 谐振器的测试结果112

6.5.2 器件性能分析114

参考文献114

第7章 固体装配型体声波谐振器115

7.1 固体装配型谐振器的设计117

7.1.1 固体装配型谐振器的结构117

7.1.2 固体装配型谐振器的理论模型118

7.1.3 固体装配型谐振器频率响应的模拟120

7.2 AlN固体装配型谐振器的制备122

7.2.1 布拉格反射层122

7.2.2 固体装配型谐振器的制备工艺123

7.2.3 AlN薄膜的结构和形貌124

7.2.4 多层薄膜的应力126

7.3 固体装配型谐振器的性能测试127

7.3.1 固体装配型谐振器的S11参数127

7.3.2 固体装配型谐振器的阻抗特性129

7.3.3 固体装配型谐振器的性能参数130

参考文献131

第8章 薄膜体声波谐振器在射频滤波器中的应用133

8.1 薄膜体声波滤波器的基本拓扑结构135

8.2 梯形拓扑结构的薄膜体声波滤波器136

8.2.1 薄膜体声波滤波器的工作原理136

8.2.2 梯形拓扑薄膜体声波滤波器的设计137

8.2.3 声学耦合的薄膜体声波滤波器138

8.3 PCS CDMA接收滤波器的设计实例139

8.4 基于FBAR的双工器与振荡器141

8.4.1 基于薄膜体声波谐振器的双工器141

8.4.2 基于薄膜体声波谐振器的振荡器142

8.4.3 FBAR的片上集成142

参考文献144

第9章 基于薄膜体声波谐振器的高灵敏传感器147

9.1 压电石英晶体微天平传感器149

9.1.1 石英晶体微天平149

9.1.2 压电晶体的传感原理149

9.1.3 压电晶体谐振传感器的测量方法151

9.2 压电晶体传感器的敏感材料152

9.2.1 吸附敏感材料的要求与作用机理152

9.2.2 敏感材料的涂覆方法153

9.2.3 压电晶体传感器的应用153

9.3 碳纳米管敏感材料156

9.3.1 碳纳米管的吸附性能156

9.3.2 碳纳米管作为吸附层的应用157

9.4 基于薄膜体声波谐振器的传感器158

9.4.1 薄膜体声波谐振器的传感原理158

9.4.2 传感器的MBVD电路161

9.4.3 薄膜体声波谐振器的物质检测161

9.4.4 基于薄膜体声波谐振器的其他检测164

9.5 基于碳纳米管敏感材料的FBAR传感器165

9.5.1 碳纳米管敏感层的形成方法165

9.5.2 FBAR传感器的实例165

9.5.3 传感器频率的质量敏感性166

9.5.4 传感器对碳纳米管层沉积的频率响应166

9.5.5 传感器对碳纳米管层吸附的频率响应168

参考文献168

索引173