本書主要講述壓電薄膜體聲波諧振器(Film Bulk Acoustic Resonators，F(xiàn)BAR)的工作原理，推導(dǎo)FBAR 的電學(xué)阻抗表達(dá)式，由此構(gòu)建其Mason 模型，對其底電極、頂電極、壓電層的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及有效諧振面積對器件諧振頻率的影響進(jìn)行模擬仿真與驗證，并針對FBAR 的溫度漂移提出有效的溫度補(bǔ)償措施；其次介紹FBAR 的二維與三維建模過程，利用有限元分析法研究FBAR 的電極形狀、面積及器件結(jié)構(gòu)對諧振模態(tài)的影響，并從有限元分析中提取相關(guān)損耗參數(shù)，修正和提高M(jìn)ason 電學(xué)模型的精度；最后分析FBAR 濾波器的工作原理，從濾波器的級聯(lián)方式、串并聯(lián)FBAR 的有效諧振面積比、濾波器的級聯(lián)階數(shù)等方面進(jìn)行研究，給出FBAR 濾波器優(yōu)化設(shè)計過程。
本書可以作為從事FBAR 器件研究與設(shè)計，特別是FBAR 濾波器設(shè)計人員、微電子工程技術(shù)人員的參考用書，也可以作為相關(guān)專業(yè)研究生的參考用書。
吳秀山，從2003年就開始對模擬與射頻收發(fā)機(jī)的射頻前端集成電路進(jìn)行研究與設(shè)計工作。曾主持3項浙江省自然科學(xué)基金項目、參與國家自然科學(xué)基金4項和浙江省自然科學(xué)基金項目3項，以上項目均以集成電路設(shè)計及應(yīng)用為核心，SCI收錄論文5篇、EI收錄論文近20篇，授權(quán)國家發(fā)明專利5項。
第1章 緒論 1
1.1 無線通信技術(shù)及濾波器簡介 3
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 6
第2章 壓電薄膜體聲波諧振器與濾波器設(shè)計基本理論 23
2.1 壓電效應(yīng)與壓電方程 25
2.1.1 壓電效應(yīng) 25
2.1.2 壓電方程 26
2.2 聲波傳輸理論 28
2.2.1 普通彈性體的聲波傳輸 28
2.2.2 壓電體的聲波傳輸 32
2.3 FBAR 的工作原理及結(jié)構(gòu) 35
2.3.1 FBAR 的工作原理 35
2.3.2 FBAR 的結(jié)構(gòu) 36
2.4 FBAR 的主要性能指標(biāo) 37
2.4.1 品質(zhì)因數(shù) 37
2.4.2 有效機(jī)電耦合系數(shù) 38
2.5 FBAR 濾波器理論 39
2.5.1 二端口網(wǎng)絡(luò) 39
2.5.2 通信濾波器的主要性能指標(biāo) 41
2.5.3 FBAR 濾波器的原理分析 41
第3章 FBAR 的電學(xué)阻抗模型建立與設(shè)計分析 43
3.1 FBAR 的電學(xué)阻抗模型建立 45
3.1.1 FBAR 復(fù)合結(jié)構(gòu)下電學(xué)輸入阻抗解析式 45
3.1.2 壓電薄膜層的等效電路 47
3.1.3 普通聲學(xué)層的等效電路 48
3.2 ADS 簡介 50
3.2.1 ADS 工作窗口 51
3.2.2 S 參數(shù)仿真器設(shè)置 53
3.3 FBAR 模型建立示例 54
3.3.1 新建工程 55
3.3.2 建立FBAR 模型 55
3.4 FBAR 的完整Mason 模型建立及分析 59
3.4.1 不同壓電材料的影響分析 59
3.4.2 不同電極材料的影響分析 61
3.4.3 壓電層厚度影響分析 62
3.4.4 電極層厚度影響分析 63
3.4.5 有效諧振面積影響分析 63
3.4.6 電極層與壓電層的厚度比影響分析 65
第4章 FBAR 溫度補(bǔ)償效應(yīng)研究及電學(xué)熱模型建立 67
4.1 常見的溫度補(bǔ)償方法 69
4.2 考慮溫度效應(yīng)的電學(xué)模型的建立 70
4.3 溫補(bǔ)層設(shè)置及FBAR 結(jié)構(gòu)改進(jìn) 74
4.3.1 確定溫補(bǔ)層位置以及FBAR 的膜層結(jié)構(gòu) 74
4.3.2 確定溫補(bǔ)層厚度 76
4.3.3 FBAR 結(jié)構(gòu)參數(shù)的初步確定 77
第5章 FBAR 的有限元模型建立與設(shè)計分析 79
5.1 COMSOL Multiphysics 概述 81
5.1.1 有限元簡介 81
5.1.2 基礎(chǔ)物理場核心名詞 83
5.2 有限元仿真原理 84
5.3 二維模型建立與分析 87
5.3.1 二維建模過程 87
5.3.2 不同壓電材料的FBAR 仿真分析 89
5.3.3 不同橫向尺寸的FBAR 仿真分析 91
5.3.4 FBAR 二維有限元仿真的驗證 94
5.4 FBAR 有限元模型建立操作示例 96
5.4.1 COMSOL 仿真預(yù)處理 96
5.4.2 FBAR 模型建立 98
5.4.3 FBAR 材料設(shè)置 105
5.4.4 固體力學(xué)物理場參數(shù)設(shè)置 108
5.4.5 仿真后處理 116
5.5 三維模型建立與分析 118
5.5.1 三維建模過程 118
5.5.2 不同電極形狀的仿真研究 119
5.5.3 不同諧振面積的仿真分析 126
5.5.4 不同變跡角的仿真分析 129
5.5.5 不同F(xiàn)BAR 結(jié)構(gòu)的仿真分析 130
5.6 FBAR 電極負(fù)載結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計 133
5.7 壓電薄膜層的損耗提取及電學(xué)模型的改進(jìn) 136
第6章 基于FBAR 的微聲壓電薄膜濾波器設(shè)計 139
6.1 微聲壓電薄膜濾波器的設(shè)計指標(biāo) 141
6.2 FBAR 濾波器的結(jié)構(gòu)研究與分析 141
6.2.1 濾波器的級聯(lián)方式影響分析 142
6.2.2 串、并聯(lián)FBAR 的諧振面積比的影響分析 144
6.2.3 濾波器的級聯(lián)階數(shù)的影響分析 145
6.3 FBAR 濾波器的性能優(yōu)化 146
第7章 FBAR 濾波器的加工版圖及工藝 153
7.1 FBAR 單元版圖繪制 155
7.2 FBAR 濾波器版圖繪制 156
7.3 薄膜制備工藝 158
參考文獻(xiàn) 163
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