硅基反铁电材料相变应变致动高频、高Q薄膜体波谐振器基础研究

基本信息
批准号:51605449
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:何剑
学科分类:
依托单位:中北大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:曹慧亮,侯晓娟,刘立,王二伟,张鹏
关键词:
反铁电应变PLZT薄膜体波谐振器相变
结项摘要

Film bulk acoustic wave resonators (FBAR) play an important role in mass sensor, of which detection limit is determined by resonate frequency (f) and Q value. In this work, the antiferroelectric thin film (Pb,La)(Zr,Ti)O3(PLZT)is used as an electrostrictive layer in FBAR, and device escapes completely the dependence on the inverse piezoelectric effect due to the phase transition induced strain effect in PLZT, the operating frequency and Q value (especially the Q value in liquid) could be increased to a large extend due to the faster response, the lower internal loss and the larger strain (including the longitudinal strain and the transverse strain) in PLZT, which is novel method to enhance sensor sensitivity. The antiferroelectric FBAR has higher f and Q vaule (f≥10 GHz;Q in gas≥2500,Q in liquid≥500), compared to the f (1~3 GHz) and Q value (Q in gas~1000,Q in liquid≤100) of piezoelectric FBAR;Moreover, the better fatigue resistance antiferroelectric thin film renders the FBAR higher reliability and longer life. This project will study the heterogeneity integration and phase transition mechanism in PLZT thin film, and the resonation and theoretical model in FBAR, which can offer the mass sensor technology theory and method.

薄膜体波谐振器(FBAR)是用于微质量探测技术的核心器件,其谐振频率和Q值决定了探测极限。本项目采用反铁电薄膜(Pb,La)(Zr,Ti)O3(PLZT)作为FBAR的执行单元,利用其相变应变效应作为器件的致动机制,基于PLZT本身的快响应、低内耗和大应变(纵向和横向)等优势,使器件谐振频率和Q值得到大幅度提升(频率≥10 GHz;气相Q值≥2500,液相Q值≥500),突破了传统压电式FBAR谐振频率(1~3 GHz)和Q值(气相Q值~1000,液相Q值≤100)瓶颈,为FBAR敏感特性的增强提供了新思路。同时,反铁电薄膜PLZT优异的抗疲劳特性可进一步提高FBAR器件的可靠性和使用寿命。本项目针对PLZT反铁电薄膜的异质成膜机理和电致相变调控,以及FBAR器件的相变谐振特性和电学、力学模型等基础科学问题展开深入研究,为高灵敏微质量探测系统的开发和应用提供基础理论和关键技术支撑。

项目摘要

传统薄膜体声波谐振器利用材料压电效应实现声波振荡,其工作频率受限于压电层厚度。本课题组创新性地提出了基于反铁电材料的相变致动效应的薄膜体声波谐振器(FBAR),通过采用溶胶-凝胶工艺制备反铁电功能材料,实现了晶圆级薄膜的异质集成并进行性能表征,XRD测试表明该薄膜具有明显的111晶向,结合AFM和SEM分析,可以得到完整的表面形貌特性;在此基础上借助有限元分析软件COMSOL,对反铁电相变致动的FBAR器件特性进行模拟,建立FBAR三明治结构仿真模型,对激励电场、纵向和横向位移的各种振动模态进行三维分析,通过分析电场和声波传播的耦合情况和反铁电薄膜的电机耦合特性、反铁电体在电场作用下的变形情况,确定了谐振器的几何尺寸和单元结构参数,形成了高频PLZT反铁电薄膜体声波谐振器的工艺方案;绘制了基于反铁电功能材料的器件版图,通过光刻、刻蚀等MEMS工艺制备了基于三明治结构的功能器件,测试得到器件的串联谐振频率fs=1.147GHz,并联谐振频率fp=1.209GHz,带宽为62MHz,机电耦合系数K2=12.65%,为后期的应用拓展奠定了一定的基础。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

肥胖型少弱精子症的发病机制及中医调体防治

肥胖型少弱精子症的发病机制及中医调体防治

DOI:10.16368/j.issn.1674-8999.2018.12.569
发表时间:2018
2

外泌体在胃癌转移中作用机制的研究进展

外泌体在胃癌转移中作用机制的研究进展

DOI:10.12354/j.issn.1000-8179.2021.20201763
发表时间:2021
3

脉冲直流溅射Zr薄膜的微结构和应力研究

脉冲直流溅射Zr薄膜的微结构和应力研究

DOI:10.3788/AOS202141.1831001
发表时间:2021
4

早孕期颈项透明层增厚胎儿染色体异常的临床研究

早孕期颈项透明层增厚胎儿染色体异常的临床研究

DOI:
发表时间:2020
5

岩石/结构面劣化导致巴东组软硬互层岩体强度劣化的作用机制

岩石/结构面劣化导致巴东组软硬互层岩体强度劣化的作用机制

DOI:10.3799/dqkx.2019.110
发表时间:2019

何剑的其他基金

批准号:71863031
批准年份:2018
资助金额:30.00
项目类别:地区科学基金项目

相似国自然基金

1

电场诱导反铁电薄膜相变的热释电、电致应变研究

批准号:50572071
批准年份:2005
负责人:翟继卫
学科分类:E0206
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
2

铁电薄膜可开关式体声波谐振器基础研究

批准号:61102019
批准年份:2011
负责人:朱欣恩
学科分类:F0119
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
3

集成化射频高Q薄膜体声波谐振器

批准号:60936002
批准年份:2009
负责人:任天令
学科分类:F0407
资助金额:200.00
项目类别:重点项目
4

高频、高Q值、高稳定性SAW谐振器多层膜材料研究

批准号:50972105
批准年份:2009
负责人:杨保和
学科分类:E0203
资助金额:37.00
项目类别:面上项目