《基於FBAR的紫外和紅外光感測器的研究》是依託浙江大學，由董樹榮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於FBAR的紫外和紅外光感測器的研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：董樹榮
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
薄膜體聲波諧振器（FBAR）在射頻電路以及感測器領域有著廣泛的套用。本項目提出了基於光電效應與壓電諧振效應相互耦合的FBAR紫外光感測器，以及基於熱釋電效應與壓電諧振效應相互耦合的FBAR紅外光感測器。研究上述兩種感測器的光電效應、熱釋電效應、溫度與壓電諧振效應多種耦合的工作機理，建立感測器的物理模型，基於此設計並提出新穎的高靈敏度的FBAR紫外光感測器和FBAR紅外光感測器結構。目前，關於光電效應、熱釋電效應、溫度與壓電諧振效應多種耦合工作原理的FBAR紫外和紅外光感測器研究未見報導。通過本項目的實施，有望獲得具有自主智慧財產權的高靈敏度、集成化的FBAR紫外和紅外光器件，對於推動其在醫療診斷、民用和軍用領域套用具有重要意義。
結題摘要
薄膜體聲波諧振器（FBAR）在射頻電路以及感測器領域有著廣泛的套用。本項目研究了基於光電效應與壓電諧振效應相互耦合的FBAR 紫外光感測器，對今後進一步研究這類型新型感測器提供了理論基礎和實驗數據。本項目有關成果先後在華為、SMIC等得到套用，發表國際學術期刊論文20篇。申請專利9項授權4項。主要結論如下： （1）研究了器件製備工藝和結構參數影響。①對比三種製備壓電薄膜工藝：磁控濺射、ALD+磁控濺射以及溶膠凝膠+磁控濺射。②對比兩種刻蝕工藝：濕法背刻蝕矽和DEEP RIE乾法刻蝕工藝。③對比不同電極：金屬Au、Al、Mo、Ti、Cr等以及非金屬導電氧化物的ITO、AZO和ZnO、石墨烯。④對比不同聲場結構的器件：縱波結構和側向場橫波結構。⑤對比不同金屬電極layout：全金屬、不同指條狀柵電極和鏤空電極。⑥對比不同工作狀態下的感測特性：不同表面載流子濃度、不同工作溫度和偏壓等。 （2）研究了FBAR 紫外光感測器和紅外光感測器特性。研究了感測器的不同波長的光靈敏度、溫度影響、穩定性和重複性、回響時間、疲勞、介質擊穿以及遲滯現象等非線性特性，獲得了一些有意義的結論。所製備的FBAR諧振頻率基本上在1.4-1.6GHz之間，Q值普遍在 950-1000左右，Q值最高可達1540，諧振點損耗最大-8dB，溫度係數TCF 為-59.48 ppm/℃。 （3）提出並驗證了器件工作機理，給出了器件模型和仿真器件庫單元。對於紫外光感測器，上電極與ZnO形成肖特基勢壘接觸二極體結構，該肖特基二極體與FBAR壓電堆形成混合器件結構，其中結電容與FBAR靜電容串聯、與FBAR動態電容並聯，肖特基結電阻與接觸電阻串聯，形成混合器件模型。對於紅外光感測器，其工作機理是FBAR的PZT及時壓電體也是熱電體，PZT的介電常數會隨著溫度而明顯變化，這樣FBAR的靜態電容會隨著溫度的變化，從而導致諧振頻率的偏移。 （4）提出了一些新器件，發現了新現象，主要是：①提出並建立了電調FBAR的新方法和機理，得到了實驗驗證，最大電調可達[email protected]，同時Q值保持在600以上。②提出並實現了新穎的柔性FBAR及其集成新工藝，對於打破安華高專利壁壘具有重要意義。③發現了ZnO的FBAR在射頻電壓作用下受激輻射特性。
