铁电薄膜可开关式体声波谐振器基础研究

为了解决认知无线电中可调滤波器库的关键技术，提出使用铁电薄膜的体声波谐振器，其具有自身可开关性，无需外加开关，谐振频率可调，体积小，易于集成等优点。为了进一步提高Q值，本课题提出一体化的优化方案，结合谐振器结构设计和薄膜沉积优化，耦合迭代两者数据。采用Mason模型和三维有限元计算，加上优化铁电薄膜损耗角和晶向一致性，提升Q值大于500，谐振频率为1至2GHz。同时为了提高器件的线性度，研究铁电薄膜中由电致伸缩性和非线性可变电容造成的非线性机理，通过简单的多个谐振器串联结构，降低每个谐振器的交流信号分压，以提高IIP3和OIP3值大于50dBm，媲美微机电系统器件。

铁电薄膜可开关式体声波谐振器基础研究项目从2011年开始，至2014年底结束。在这三年中项目研究了铁电薄膜可调器件的理论问题，着力研究其非线性的原因，并在此基础上验证了通过串并联结构来提高非线性的方法，此方法在电路仿真和实验中均取得与理论相一致的结论，这对铁电薄膜可开关是体声波谐振器提高非线性度具有同样有效的作用。除了对改善非线性度的基础理论研究以外，该项目也在可开关体声波谐振器上提出了新的设计思路，暨由传统的厚度决定谐振频率改为由平面尺寸决定谐振频率的平面模式体声波谐振器，该器件可以大大改善单晶圆上频率的一致性，通过不同的结构设计可以实现MHz至GHz谐振频率的谐振器，为进一步集成铁电薄膜可开关器件提供了关键的设计方案。在取得这些研究成果的同时，该项目的有些初步目标由于设备问题而未能完成，主要是缺少可靠的高温溅射沉积系统，所以立项初希望能做的沉积条件优化研究未能有效地开展，这部分的实验虽然已经和美国密西根大学紧密合作，但由于地理位置遥远，使用不便，加上设备不稳定工作，我们只能初步实现高温铁电薄膜的沉积，但更具体的优化实验无法在项目期内完成。根据立项时的预算，该项目经费使用合理，在该项目的支持下我们共发表了一篇EI会议论文和两篇SCI期刊论文。