集成化射频高Q薄膜体声波谐振器

薄膜体声波谐振器（FBAR）作为一种应用前景广泛的射频器件，是目前最具竞争力的全芯片集成射频前端解决方案的核心器件。本项目提出了一种新型的可以单芯片集成的高Q值射频FBAR器件，该器件采用基于CMOS兼容工艺的气隙悬浮结构。主要研究内容包括：①AlN压电薄膜制备和FBAR集成工艺研究；②FBAR器件结构模型和设计方法研究；③采用CMOS兼容工艺实现新型FBAR器件，包括气隙悬浮结构纵波模式FBAR、单层电极结构剪切模式FBAR、堆叠气隙结构FBAR等；④采用上述新型高Q值FBAR，结合温度补偿和电流重用交叉耦合结构等技术，实现低功耗、低相噪、高稳定的CMOS集成FBAR振荡器。通过本项目的实施，有望获得具有自主知识产权的高性能集成化FBAR器件核心技术，提升我国RFIC领域的技术水平和国际竞争力，尤其对于新一代无线通信领域的RFIC集成技术具有重要推动作用。

薄膜体声波谐振器（FBAR）作为一种应用前景广泛的射频器件，是目前最具竞争力的全芯片集成射频前端解决方案的核心器件。针对当前FBAR器件集成性和工艺兼容性等问题，本项目开展了深入的研究工作，取得如下主要成果：.1.提出并验证了多元射频反应溅射动力学模型，设计了高磁能积的磁控溅射靶和正反馈系统，很好的控制了溅射的动态过程；并且在室温下，制备获得的AlN和ZnO薄膜具有优良的压电特性。在此基础上，进一步研发出了基于柔性PI衬底的FBAR和SAW压电薄膜器件技术。.2.从工艺兼容性和复杂性方面综合考虑，提出一种新型的在IC上集成的FBAR器件技术，为实现工艺简单、低成本的片上集成FBAR奠定了基础。建立了FBAR的理论分析等效模型，考虑力电耦合关系的Mason材料近似模型和一维声学传输线等效电路模型，利用ADS建立FBAR等效电路，获得不同材料和厚度组合下的FBAR器件谐振频率和等效耦合系数。.3.提出并研究了多种高Q值的FBAR谐振器及其工艺技术，建立了相关器件的工艺库和器件库，提出了新颖的高Q值柔性FBAR技术和传感器件。在高Q的FBAR的产业化工艺研究方面取得了一定进展，目前与华为和SMIC正在进行FBAR产业化研发中，预计明年实现试量产。.4.研究了改善FBAR的温度系数的技术，发现并提出了新颖的温度系数非线性的新现象和新机理，基于此提出了融合肖特基结的FBAR压电堆结构，该结果可以实现3.8MHz@2.4GHz*5V电调特性，该技术具有大的应用价值，目前已经获得专利授权。.5.研究了新颖的FBAR集成技术，提出了新颖的FBAR与CMOS电路集成的简单工艺，设计并获得了超低相噪的FBAR振荡器，有关技术指标处于国际先进水平。FBAR的相关应用技术，包括多模技术、镜像抑制、阻抗匹配和大功率技术等先后在华为上研所基站系统和海思多模手机多工器、浙江瑞能公司得到应用。.上述研究成果系统地给出了集成化射频高Q薄膜体声波谐振器的关键技术，提出了新的器件结构、仿真模型、制造工艺和系统集成等方案，对新一代无线通信领域的RFIC 集成技术具有重要推动作用。在国内外重要学术期刊和本领域重要国际会议发表论文48篇，其中在国际期刊发表论文31篇，在国际重要学术会议上发表论文17篇。培养研究生22名，申请国家发明专利17项。