周晓伟,吴秀山,孙 坚,徐红伟

(1. 中国计量大学 机电工程学院,浙江 杭州 310018;2. 浙江水利水电学院 电气工程学院,浙江 杭州 310018)

0 引言

随着现代通信技术迈入5G甚至6G时代,其网络传输速率和数据承载能力获得极大提升,但由于开放的通讯频段增多,工作频率较高,导致移动通讯终端对射频滤波器数量和性能的需求增加[1]。目前每部移动通信终端的射频滤波器数量已超过60个。随着技术的不断发展,射频滤波器的数量将超过100个,这对移动通讯终端内部空间的利用提出了新的挑战[2]。薄膜体声波谐振器(FBAR)构成的滤波器具有高工作频率、微型化、集成化和低功耗等优点,且其制备工艺与COMS工艺相兼容,因此,FBAR成为5G通讯系统的核心元件[3]。为了应对移动通讯终端内部紧张的空间以及射频前端元器件数量需求日趋增长的矛盾,FBAR器件必须小型化,同时在串联谐振频率(fs)和并联谐振频率(fp)处要求FBAR器件具有更高的品质因数(Q),以实现滤波器的高选择性和低插损。

除膜层厚度影响外,FBAR的性能主要还受谐振面积的影响。欧姆损耗导致品质因数Qs在fs处降低,而横向声波泄露导致品质因数Qp在fp处降低。减小FBAR器件尺寸,欧姆损耗降低,有助于提升Qs,但会降低Qp,影响滤波器的带内性能[4]。因此,在进行FBAR微型化研究与设计时,提高器件的Qp是重要指标之一。

常用的FBAR研究与设计方法主要是基于MBVD和Mason等一维模型,但一维模型仅考虑了声波的纵向传播,未考虑横向声波对器件的影响,而三维有限元模型可全面表征FBAR的电学特性,为FBAR器件的研究和设计提供了更准确的参考[5]。……