氮化铝MEMS面内伸缩模态谐振器(CMR)的研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:feijj2002_99
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随着无线通讯技术水平的提高,无线通讯系统对于选频器件的需求日益朝着微型化、低功耗、高集成的方向发展,传统的射频器件已逐渐不能满足发展的需要。谐振器作为通讯系统中重要的信号处理单元,其研制直接制约着无线通讯系统的发展。本文研制了一种RFMEMS压电面内伸缩模态谐振器,该谐振器应用具有较大机电耦合系数的氮化铝薄膜为主要的功能性材料,将电极直接沉积在AlN薄膜表面以获得更高的机电转换效率,不仅具有尺寸小、成本低、集成度高的特点,其谐振频率可由面内尺寸定义,只要通过设计不同尺寸的版图,就可以在同一衬底上制备多频谐振器阵列,为实现单片式无线通信系统奠定基础。  文章在充分调研AlN面内伸缩模态谐振器的发展背景的基础上,主要对其工作机理、制备工艺及测试方法进行了研究,结合COMSOL有限元仿真设计了不同结构的谐振器件,通过微机械加工工艺制备得到了圆环、圆盘及耦合结构的谐振器,并对其进行了测试和结果分析,为制备高性能的RFMEMS器件打下了坚实的基础。本文的具体内容如下:  (1)研究了CMR器件的工作机理,借助COMSOL软件完成了圆环结构、圆盘及其耦合结构的仿真和结构设计,得到了相应的谐振频率和谐振模态,对器件的锚点、电极设置及耦合位置做了详细分析;  (2)AlN作为压电谐振器的主要功能性材料,直接影响器件的性能,因此,文章从薄膜材料的生长工艺、物性分析手段及刻蚀工艺三方面对AlN薄膜进行了研究,并且得到了具有很好(002)取向性的AlN薄膜,为器件的制备奠定了基础;  (3)根据器件的结构完成了工艺流程设计,利用体硅微机械加工工艺完成器件的制备,并就AlN材料及金属Mo的刻蚀、金属剥离中反转胶及负胶的光刻工艺及XeF2气体各向同性刻蚀硅悬空释放器件等关键工艺做了详细的说明。该套工艺普遍适用于“三明治”结构的AlN器件,对其他AlN MEMS器件的制备具有一定的指导意义;  (4)对制备得到的器件进行性能测试和结果分析,分别得到了其电学性能及频率温度特性。简要分析了影响器件性能的因素,并对实验中存在的问题提出了改进意见。
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