此种FBAR是采用布拉格反射层技术限制声波于压电震荡堆之内。由一层四分之一波长厚度的高声学阻抗材料和一层四分之一波长厚度的低声学阻抗材料交替构成。层数越多则反射系数越大,制得的器件Q值也越高,但无论如何其反射效果终不如前两种结构的反射效果好,故基于布拉格反射层的FBAR其Q值不如前两者高。
FBAR器件的制备
理想的空气隙型FBAR为三明治结构,即上电极/压电层/下电极,在硅表面和FBAR的下电极表面之间刻蚀出一个空气隙以形成空气界面。实际的空气隙型FBAR谐振器包括上电极/压电层/下电极/支撑层,在硅表面和支撑层下表面之间刻蚀出一个空气隙以形成空气界面,从而在FBAR基片上下界面形成空气反射层,在二个空气界面之间形成驻波,将声波能量限制在FBAR基片中。
下面我们看看空气隙型FBAR器件的制备流程。
1. 在准备好的硅片上表面蚀刻一凹槽(空气隙),然后再沉积一层薄的SiO2缓冲层,用来保护硅衬底。
2. 填充牺牲层,如Ti,磷石英玻璃PSG
3. 利用化学机械抛光表面,去掉多余牺牲层
4. 淀积下电极,光刻成所需图形,然后用反应射频磁控溅射淀积高C轴取向的压电薄膜ALN
5. 使用RIE刻蚀技术刻蚀压电薄膜,形成将底电极引出的通孔
6. 淀积上电极,光刻形成所需图形
7. 腐蚀去除牺牲层,形成空气隙
适用于FBAR的材料分析
目前应用于FBAR压电薄膜的材料主要有ALN、ZnO和PzT,金属电极的材料有Mo、A1等,布拉格反射层的材料有w、si02、ALN等。
选择压电薄膜的材料时有几个必须考虑的参数:
表1 压电材料参数表
Tab.1 Comparison of piezoelectric materials for FBAR
参数 | ALN | ZnO | PZT |
Kt2/% | 6.5 | 7.5 | 8~15 |
εr | 9.5 | 9.2 | 80~400 |
纵向声道/(m·s-1) | 10 400 | 6 350 | 4 000~6 000 |
固有材料损耗 | 很低 | 低 | 高,且随频率递增 |
CMOS兼容性 | 兼容 | 不兼容 | 不兼容 |
沉积速率 | 高 | 中 | 低 |