《嵌入式電極側向場激勵薄膜體聲波諧振器研究》是依託浙江大學，由金浩擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：嵌入式電極側向場激勵薄膜體聲波諧振器研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：金浩
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
側向場激勵薄膜體聲波諧振器（FBAR）作為一種新型的可工作於液相環境的射頻MEMS器件，是目前高靈敏度生物感測器中最具競爭力的方案，但是，該技術當前主要存在寄生模式較多、液體中Q值衰減較大等缺點。本項目提出了一種嵌入式電極側向場激勵的FBAR結構，通過寄生模式頻譜的搬移，實現高Q純剪下波諧振。主要研究內容及目標有：①研究側向場激勵FBAR器件的多物理場耦合、寄生模式以及結構對Q值的影響等機制，提出一種通過搬移寄生模式頻譜來獲得高Q純剪下波諧振模式的方法；②提出一種嵌入式電極側向場激勵高Q純剪下波諧振模式的FBAR結構，使其能適合於液相環境的生物感測套用。申請者已經對這種結構的FBAR進行了初步的理論分析與有限元研究，取得了一定的研究成果，驗證了其可行性。通過本項目的實施，有望獲得具有自主智慧財產權的高性能FBAR感測器的核心技術，對FBAR感測器在生物感測領域的套用具有推動作用。
結題摘要
薄膜體聲波諧振器（FBAR）是一種新興的射頻MEMS器件，在無線通信和生物感測領域具有廣泛的套用價值，本項目主要研究更適合感測套用的側向場激勵FBAR器件，提出並研究了一種嵌入式電極結構的側向場激勵FBAR，同時，對相關的FBAR和薄膜型聲表面波（SAW）器件也作了研究，並將研究領域拓展到目前比較熱門的柔性電子領域，實現了柔性FBAR和柔性SAW。項目主要研究內容包括：1、側向場激勵FBAR聲波傳輸與諧振機理；2、電極寬度、間距、對數、嵌入深度等參數對器件性能的影響；3、高c軸取向壓電薄膜的低溫反應磁控濺射生長機理及工藝參數最佳化；4、器件製備工藝；5、器件的電學性能與感測特性表征；6、柔性襯底對FBAR、SAW器件的影響。研究發現：1、側向場激勵FBAR中主諧振頻率附近的寄生雜波主要是由於表面電極結構中寄生雜波的基模頻率低於主諧振模式的頻率引起的，通過將電極嵌入壓電薄膜一定的深度，可移動寄生模式的頻率，實現主模純剪下波諧振；嵌入深度典型的值約100 nm；2、電極間距、寬度、嵌入深度分別影響主諧振模式的強度、寄生模式的數量及幅度、寄生模式的頻率，增加電極對數有利於提高主模諧振的強度；當ZnO約2微米厚時，最佳化的電極間距、寬度為20~40微米左右，對數需3對以上；3、低濺射氣壓、較高的濺射功率、合適的濺射反應氣體比、一定程度的膜厚、合適的襯底偏壓等因素均有利於低溫獲得高c軸取向的壓電薄膜，對於ZnO薄膜，典型的工藝參數為濺射氣壓2Pa、直流濺射功率200W、Ar:O2比100:50sccm、膜厚4微米、襯底偏壓-75V；4、採用lift-off和矽背刻蝕工藝可製得嵌入式電極側向場激勵FBAR，採用0.4%的稀鹽酸可腐蝕ZnO、形成電極嵌入所需的凹槽，但稀鹽酸與ZnO反應速度過快導致了腐蝕精度的較難控制和腐蝕後ZnO表面的不平整；5、採用網路分析儀和探針台可片上測量器件的電學特性，採用LabVIEW可自動化測試封裝後器件的感測特性；6、採用PI作支撐層，可在任意襯底上實現FBAR器件的製備，典型的PI厚度需9微米；7、獲得了諧振頻率為5.23GHz的柔性側向場FBAR，靈敏度分別為111.3ppm/(mW/cm2) 和34.7kHz/10%RH的柔性SAW紫外光、濕度感測器等。本項目的研究，對FBAR感測器、柔性壓電微納器件，以及集成套用等具有一定的科學意義和參考價值。
