Электрически перестраиваемые резонаторы на объемных акустических волнах в структурах, содержащих слои сегнетоэлектрика в параэлектрическом состоянии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат наук Пташник, Сергей Викторович

• Пташник, Сергей Викторович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Пташник, Сергей Викторович

Оглавление

Введение

1 Обзор литературы

1.1 Вводная часть

1.2 Моделирование ОАВ-резонаторов

1.3 Области применения ОАВ-резонаторов

1.4 Перестраиваемые ОАВ-резонаторы

1.5 Выводы

2 Разработка математического аппарата для расчета электромеханических процессов в многослойных структурах

2.1 Постановка задачи

2.2 Общий вид решения и граничных условий

2.3 Вид .В-матриц в общем случае

2.4 Доопределение системы уравнений при вынужденных колебаниях

2.5 Доопределение системы при других методах включения слоев

2.6 Дополнительные замечания

2.7 Анализ существующих экспериментальных данных

2.8 Выводы

3 Переключение между собственными модами ОАВ-резонаторов путем варьирования полярностей управляющих напряжений на активных слоях

3.1 Примитивный резонатор и его собственные моды

3.2 Резонатор с двумя активными слоями

3.3 Резонатор с тремя активными слоями

3.4 Выводы по главе

4 Управление ОАВ-резонатором путем варьирования величин управляющих напряжений на активных слоях

4.1 Резонатор с четырьмя активными слоями

4.2 Общие принципы управления возбуждением мод

4.3 Переход от примитивных резонаторов к технологически осуществимым решениям

4.4 Выводы

Заключение

Список сокращений

Литература

А Примеры матричных записей для некоторых простейших случаев

А.1 Однослойная структура

А.2 Двухслойная структура (различные виды включения)

А.З Трехслойная структура (параллельное и последовательное включения)

Б Подходы к оценке эффективности возбуждения мод

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электрически перестраиваемые резонаторы на объемных акустических волнах в структурах, содержащих слои сегнетоэлектрика в параэлектрическом состоянии»

Введение

Актуальность темы исследования

СВЧ системы нового поколения для спутниковой навигации (такие как ГЛОНАСС и GPS), телекоммуникации (цифровая связь по стандартам IEEE 802.11 «Wi-Fi», IMT-2000 «3G» и IMT-Advanced «4G») и космической связи предъявляют жесткие требования к габаритам электронных устройств, в том числе, к размерам полосно-пропускающих фильтров. В указанных системах используются электроакустические фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Размеры встречно-штыревых электродов, необходимых для эффективного возбуждения поверхностных акустических волн в пьезоэлектрике, ограничивают как возможность создания сверхминиатюрных СВЧ фильтров, так и частотный диапазон таких устройств (до 2 ГГц) [1].

Альтернативой фильтрам на ПАВ являются фильтры на объемных акустических волнах (ОАВ), которые также получили широкое распространение в целом ряде фильтровых устройств благодаря значительно более широкому частотному диапазону (свыше 10 ГГц), более высоким уровням мощности обрабатываемого сигнала, и меньшим габаритным размерам [1, 2].

Однако, общим недостатком существующих на сегодняшний день фильтров на ПАВ и ОАВ является отсутствие электрической перестройки их частоты пропускания [2]. Актуальность данной проблемы также подтверждается патентами ряда крупных компаний, в частности, LG, Samsung, Nokia, Intel и др.

Одним из подходов к реализации перестройки является замена в резонаторе пленки традиционного пьезоэлектрика (AIN, ZnO) па пленку материала, проявляющего наведенный пьезоэффект под действием постоянного электрического поля (смещения), например, тита-ната бария-стронция, находящегося в параэлектрической фазе. Электрические, механические и пьезоэлектрические параметры такого материала зависят от величины управляющего напряжения. Манипулирование этой величиной позволяет добиться небольшой (порядка нескольких процентов) перестройки резонансной частоты устройства [2-4].

В настоящей работе предлагаются ОАВ-резонаторы, содержащие несколько (два и более) слоев подобного материала (активных слоев). Показано, что при помощи манипуляций полярностью приложенных к различным активным слоям управляющих электрических полей,

можно добиться скачкообразной перестройки резонансной частоты устройства на 100% и более, за счет селективного возбуждения в структуре тех или иных собственных акустических мод. Подобные резонаторы и созданные на их основе перестраиваемые фильтры станут более простой, дешевой и компактной альтернативой используемым в настоящее время банкам из нескольких не перестраиваемых фильтров на различные частотные диапазоны.

Цель диссертационной работы

Целью настоящей работы является исследование многослойных структур, содержащих слои сегнетоэлектрика в параэлектрическом состоянии, а также разработка методов управления такими структурами для создания перестраиваемых СВЧ резонаторов и фильтров с перестройкой по частоте порядка 100%.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• Разработан математический аппарат, моделирующий работу ОАВ-резонаторов с двумя и более активными слоями.

• Проведена апробация полученного аппарата на существующих экспериментальных данных.

• Рассмотрены механизмы перестройки между собственными акустическими модами в моделях резонаторов с двумя, тремя и четырьмя активными слоями.

• Проанализированы принципы, описывающие селективность возбуждения собственных акустических мод в структурах с произвольным количеством активных слоев.

• Разработаны рекомендации по проектированию перестраиваемых резонаторов.

Научная новизна работы

• Предложен новый принцип перестройки ОАВ-резонаторов, основанный на манипулировании как величинами, так и полярностями управляющих напряжений на нескольких слоях сегнетоэлектрика с наведенным пьезоэффектом.

• Представлена методика моделирования поведения ОАВ-резонаторов с произвольным числом активных слоев при различных величинах и полярностях управляющих напряжений на них.

• Теоретически описаны существующие экспериментальные данные, свидетельствующие о перестройке резонансных частот ОАВ-резонатора с двумя активными слоями, при изменении взаимной полярности управляющих напряжений на этих слоях.

• Сформулированы принципы, позволяющие управлять возбуждением собственных акустических мод при помощи манипуляций величинами и полярностями управляющих напряжений на активных слоях.

Обоснованность и достоверность

Корректность математического аппарата, используемого в настоящей работе, подтверждается существующими экспериментальными данными, свидетельствующими о перестройке резонансных частот ОАВ-резонатора с двумя активными слоями, при изменении взаимной полярности управляющих напряжений на этих слоях. Кроме того, в случае применения данного аппарата к структуре с одним активным слоем, он вырождается в хорошо известную классическую формулу [5], которая давно и успешно используется на практике.

Практическая значимость

• Показана возможность создания ОАВ-резонаторов, электрически перестраиваемых между несколькими собственными акустическими модами.

• Подготовлены рекомендации по проектированию таких резонаторов.

• Представлена математическая модель, позволяющая проектировать подобные резонаторы и оптимизировать их конструкционные параметры для получения требуемых выходных характеристик.

Научные положения, выносимые на защиту

• Математический аппарат, основанный на матричном представлении системы граничных условий электромеханических уравнений, позволяет проводить модельный анализ электрического и акустического отклика структур с произвольным числом пьезоэлектрических и не пьезоэлектрических слоев.

• Управление величинами смещающих напряжений на слоях сегнетоэлектрика с наведенным пьезоэффектом, в сочетании с манипулированием их полярностью, позволяет обеспечить селекцию возбуждаемых внешним СВЧ полем собственных мод акустических колебаний резонатора.

• Функция-критерий fl позволяет оценить эффективность возбуждения любой собственной моды акустических колебаний при различных сочетаниях величин и полярностей напряжений смещения на слоях сегнетоэлектрика с наведенным пьезоэффектом, что дает возможность разработки перестраиваемых резонаторов и фильтров с большим числом переключаемых рабочих частот.

• Наиболее эффективное возбуждение n-й собственной моды акустических колебаний обеспечивается в резонаторе, состоящем из п одинаковых по свойствам и толщине слоев сегнетоэлектрика с наведенным пьезоэффектом, при условии одинаковых величин и чередующихся полярностей смещающих напряжений на слоях. При этом также возбуждаются высшие собственные моды акустических колебаний с номерами, идущими с шагом 2п.

Апробация результатов исследования

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: 20-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (2010 г.), European Microwave Conference (2010 г.), XII международная конференция «Физика диэлектриков» (2011 г.), всероссийская научно-техническая конференция «Микроэлектроника СВЧ» 2012 и 2013 годов.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 статей, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК, 3 публикации в трудах научно-технических конференций, 2 патента на изобретение и 1 патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 60 наименований. Основная часть работы изложена на 108 страницах машинописного текста. Работа содержит 51 рисунок и 6 таблиц.

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Вводная часть

1.1.1 Пьезоэффект

Пьезоэлектрический эффект — возникновение поляризации диэлектрика (электрического поля в нем) под действием механических напряжений. Обратный пьезоэлектрический эффект — деформация материала под действием электрического поля [6].

Эти эффекты наблюдаются в классе кристаллических материалов, именуемых пьезоэлек-триками. Необходимым (но не достаточным) условием пьезоэффекта является отсутствие центра симметрии в кристаллической решетке вещества.

Помимо перечисленных эффектов, стоит отметить и эффект электрострикции, который наблюдается во всех материалах, независимо от кристаллической решетки. Проявляется он так же, как и обратный пьезоэффект — в виде деформации материала под действием электрического поля. Однако, при пьезоэффекте связь между величинами деформации и поля линейна, а при электрострикции — квадратична, и к тому же выражена гораздо слабее.

Также стоит упомянуть наведенный пьезоэффект, который наблюдается в некоторых материалах (например, сегнетоэлектриках в параэлектрической фазе). Такие материалы, при приложении к ним постоянного электрического поля, начинают вести себя как пьезоэлек-трики, т.е. в них наблюдаются прямой и обратный пьезоэффекты. В отсутствие смещающего поля, в этих материалах наблюдается только электрострикция. Внешнее поле нарушает симметрию кристаллической решетки, делая пьезоэффект возможным.

В дальнейшем, будут рассматриваться устройства, использующие прямой и обратный пьезоэффект для преобразования электромагнитной энергии в энергию механических (акустических) колебаний материала, и наоборот. Точнее говоря, подкласс этих устройств — резонаторы на объемных акустических волнах.

1.1.2 Устройства на ПАВ и ОАВ

До недавнего времени, наиболее распространенными СВЧ электронными устройствами, использующими прямой и обратный пьезоэффект для преобразований между электрическими и механическими волнами, были преобразователи и резонаторы на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Схематично преобразователь на ПАВ показан на рис. 1.1. Он представляет собой пленку пьезоэлектрика, нанесенную на подложку. Для ввода и снятия электрического сигнала используются группы параллельных электродов, как правило, организованные в виде встречно-штыревого преобразователя (ВШП). Такой преобразователь представляет собой две вложенные гребенки из электродов. При вводе сигнала между ними прикладывается разность потенциалов, что приводит к соответствующим деформациям пленки пьезоэлектрика. Обычно прикладываемый сигнал является периодическим, что приводит к возникновению на поверхности пьезоэлектрика волн деформаций. Эти волны подчиняются определенным законам дисперсии и, распространяясь, подвергаются определенным изменениям. В конечном счете, они достигают приемного ВШП, где по симметричному принципу преобразуются в электрический сигнал. С точки зрения внешней цепи, такое устройство может работать как СВЧ фильтр.

Резонатор на объемных акустических волнах (ОАВ) устроен иначе. Он представляет собой образец (как правило, кристалл или пленку) пьезоэлектрика, к которому подведены два металлических электрода. Конструкция практически аналогична обычному конденсатору. Однако специфика используемого диэлектрика позволяет получить более интересные характеристики, чем у конденсаторов на пассивных диэлектриках. При приложении к электродам СВЧ сигнала, в пьезоэлектрике возникают объемные акустические волны, которые, в конечном счете, преобразуются во вторичный СВЧ сигнал, который суммируется со входящим. Это приводит к возникновению резонансных особенностей (в частности, пиков) на частот-

а-

вход г-

пьезоэлектрик

Рисунок 1.1 — Преобразователь на поверхностных акустических волнах

ных зависимостях импеданса (Z) и адмиттанса (У). Резонаторы на ОАВ также могут быть использованы для создания фильтров. Типичный фильтр на ОАВ-резонаторах представляет собой одно или несколько Т- или П-образных звеньев, по три резонатора в каждом (при этом резонансная частота одного из них должна отличаться от частоты двух других).

Устройства на ПАВ и ОАВ отличаются как по своим параметрам (добротность, предел по мощности и частоте) [7, 8], так и технологическому процессу их изготовления, что в совокупности определяет области применения этих устройств — и ПАВ-, и ОАВ-устройства востребованы на современном рынке радиоэлектронных компонентов.

Фильтры и резонаторы на ПАВ относительно просты в изготовлении, так как требуют минимум технологических операций (подготовка подложки, нанесение и обработка пленки пьезоэлектрика, нанесение электродов ВШП). Кроме того, эти операции вполне типичны для технологических процессов изготовления интегральных схем, и поэтому не требуют существенных изменений в технологии. Поэтому устройства на ПАВ относительно дешевы и довольного легко вводятся в интегральные схемы. В частности, они широко используются в системах мобильной телефонии, основанных на стандартах GSM и CDMA. Тем не менее, отнюдь не все потребности рынка покрываются их возможностями. Растущий объем мобильных коммуникаций и необходимость передавать все больше информации требует постоянного увеличения рабочих частот и уменьшения интервала между используемыми частотными полосами. Кроме того, разрабатываются и все более мощные системы дальней связи, через передающие тракты которых проходят большие СВЧ мощности. И в конечном счете, устройства на ПАВ уже не отвечают техническим требованиям. В частности, они уже не так эффективны на высоких частотах (больше 2 ГГц) и больших мощностях, в частности, снижается добротность пьезоэлектрика (для ПАВ обычно используется нитрид алюминия), начинает сильно проявляться температурная зависимость частотных характеристик, что особенно неприятно с учетом перегрева электродов ВШП при подаче высоких мощностей. Кроме того, с нагревом растет и сопротивление электродов, что в конечном счете может привести к лавинообразному перегреву и разрушению устройства.

В то же время, резонаторы на ОАВ, хотя и требуют при изготовлении более сложных технических процессов, гораздо лучше работают на высоких частотах и высоких мощностях. Они вполне могут сохранять добротность порядка тысяч на частотах в 2 ГГц и выше, отличаются более высокой температурной стабильностью, могут нормально работать даже при сравнительно большой мощности. Тем самым они обеспечивают себе законную нишу в каче-

стве компонентов систем связи, работающих на высоких частотах и/или относительно больших расстояниях (WiMAX, GPS, WLAN, некоторые высокочастотные диапазоны CDMA).

1.1.3 Мембранные ОАВ-резонаторы, и резонаторы с брэгговским

зеркалом

Абсолютное большинство ОАВ-резонаторов можно разделить на два класса: мембранные резонаторы (в западной литературе именуемые free-standing membrane film bulk acoustic resonator, FBAR) и резонаторы на подложке с брэгговским зеркалом (solidly mounted bulk acoustic resonators, SMR).

Дело в том, что если просто нанести на обычную подложку (например, из кремния, или его оксида) слой пьезоэлектрика и электроды, то добротность полученного резонатора окажется совершенно неудовлетворительной. Значительная доля энергии будет покидать его в виде акустических волн и уходить в подложку.

В современной технологии выделяются два основных метода борьбы с этим эффектом, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки [9, 10]:

• Первый из этих путей предполагает удаление подложки из-под нижнего электрода. Таким образом, резонатор превращается в мембрану, закрепленную лишь по краям (как это можно обеспечить технологически — обсудим чуть ниже). Скорость звука и упругость для воздуха и материалов резонатора различаются на порядки, что создает эффективный барьер на пути распространения акустических волн. Резонаторы, созданные по этому принципу, именуются FBAR.

• Другой путь состоит в создании между подложкой и резонатором брэгговского зеркала, отражающего акустические волны обратно в резонатор. С практической точки зрения это означает последовательное нанесение нескольких слоев с различающимися значениями упругости и плотности, поверх которых уже формируется сам резонатор. Таким образом создаются SMR па ОАВ.

Очевидно, что БМЯ будут демонстрировать высокую добротность только на определенных частотах, в отличие от РВА11, способных хорошо работать в широких полосах частот. Также стоит отметить, что в Б МЛ существуют специфические проблемы с добротностью из-за сдвиговых волн. Впрочем, для этих проблем уже разработаны достаточно эффективные пути решения.

1.1.4 История развития мембранных ОАВ-резонаторов

Мембранные резонаторы на объемных акустических волнах были одновременно предложены в 1980 двумя независимыми группами ученых: группой Грудковского из United Technoligies [11] и группой Накамуры из Tohoku Univesity Japan [12]. В течение последующего десятилетия исследования в данной области велись целым рядом правительственных и коммерческих лабораторий во все мире.

В 1982 году вышла работа группы Лакина (TFR Inc.), посвященная тонкопленочным резонаторам и фильтрам на их основе [13], которая раскрывала широкий потенциал резонаторов на объемных акустических волнах. В частности, в ней особо подчеркивалась компактность подобных устройств. Последующая история полностью подтвердила высказанные в данной работе оптимистичные прогнозы — небольшие габариты ОАВ-резонаторов в сочетании с высокой эффективностью оказались востребованы в мобильных телефонах и позволили значительно уменьшить их габаритные размеры одновременно с увеличением функциональности.

Помимо небольших фирм (как упомянутая выше TFR), исследованиями в данной области занимались и крупные корпорации, такие как Westinghouse Electric [14, 15]. В 1988 году вышла книга Розенбаума [16], ставшая одной из первых фундаментальных работ в данной области.

В качестве пьезоэлектрика в первых ОАВ-резонаторах использовался оксид цинка, по причине предельной простоты технологии изготовления пьезоэлектрических пленок из этого материала. В качестве альтернативного материала, в 1981 году Лакин предложил использовать нитрид алюминия [17]. Технология создания пленок на основе этого материала была значительно сложнее и существовал довольно высокий риск получить пленку с очень

слабыми пьезоэлектрическими свойствами. Однако, серьезным аргументом против оксида цинка оказалась его химическая неустойчивость. С другой стороны, нитрид алюминия, при соответствующей доработке технологии, легко интегрировался в технологический процесс изготовления интегральных схем.

В 1993 году исследованиями в области мембранных ОАВ-резонаторов занялась компания Hewlett-Packard. До этого момента существовало общепринятое мнение, что пленка ориентированного оксида цинка (или нитрида алюминия) может быть выращена только на ориентированной подложке. Как правило, в качестве материала электродов использовались золото и алюминий. Исследователи из HP подошли к вопросу с другой стороны, сконцентрировавшись на использовании в качестве электродов молибдена и вольфрама. В качестве пьезоэлектрика выступал нитрид алюминия [18]. Создать вольфрамовые пленки с достаточно слабым уровнем механических напряжений не удалось из-за ограниченных возможностей существовавшего тогда оборудования. С молибденом все оказалось гораздо проще — уже первые попытки принесли вполне успешные результаты.

Важным критерием выбора материалов для ОАВ-резонаторов является высокая селективность травления материалов пьезослоя и электродов, позволяющая формировать топологию пьезоэлектрических пленок, не повреждая уже созданную топологию электродов, и наоборот. Сочетание молибдена и нитрида алюминия давало отличную селективность, что стало существенным аргументом в пользу такого выбора материалов. Кроме того, молибден обладает хорошими акустическими параметрами, включая очень высокую добротность (по сравнению с золотом и алюминием).

Помимо высокой добротности материалов, образующих резонатор, для достижения хорошей добротности всего резонатора в целом, также необходимо учитывать распространение акустических волн из резонатора в подложку. Для предотвращения этого эффекта, значительно снижающего добротность, из-под нижнего электрода резонатора удаляется подложка. Таким образом, обе границы резонатора, верхняя и нижняя, контактируют главным образом с воздухом. Значительная разница в плотности и упругости воздуха и контактирующих с ним внешних слоев резонатора (как правило, это металлические электроды), обеспечивает практически полное отражение волн от этих границ, в результате чего акустические волны концентрируются внутри резонатора, не распространяясь за его пределы.

Первые эксперименты в этой области начались в 1993 году, и предполагали сквозное травление подложки с обратной стороны при помощи гидроксида тетрилмети л аммония [19].

Несмотря на относительно успешные результаты, эта технология так и не нашла массового применения, из-за проблематичности ее интеграции в существовавшие на тот момент технологические процессы. Поиски сконцентрировались на технологиях, предполагающих обработку поверхности только с одной стороны, основанных на создании полостей между резонатором и подложкой.

В частности, была разработана технология, предполагающая нанесение на кремний слоя фосфор-силикатного стекла, в котором вытравливались щели, впоследствии заполнявшиеся вольфрамом. Поверх такой структуры наносился собственно резонатор, после чего слой стекла вытравливали окончательно (при помощи слабого раствора фтористого водорода). Оставшиеся вольфрамовые дорожки выполняли роль опор, удерживая края мембраны над подложкой. Такой подход позволил значительно упростить процесс создания мембранных ОАВ-резонаторов, сделав его пригодным для интеграции в промышленный цикл изготовления интегральных схем. При этом достигались требуемые граничные условия (отражение акустических волн) на обеих поверхностях резонатора. Впервые такой подход был реализован в 1994 году.

Впоследствии эта технология была изменена — вольфрам был исключен, его роль играла уже сама подложка, в которой вытравливались углубления на месте будущей мембраны. Эти углубления заливались фосфор-силикатным стеклом, наносились слои резонатора, после чего стекло удалялось при помощи химико-механической обработки поверхности (например, с гидроксидом калия). В таком виде технология создания мембранных ОАВ-резонаторов используется и по сей день.

Путь ОАВ-резонаторов к их современной рыночной нише был достаточно тернист. В 90-х годах прошлого века, на заре своего развития, они демонстрировали отнюдь не революционные характеристики, значительно отставая от существовавших тогда устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Технология ПАВ-резонаторов и фильтров к тому времени была уже хорошо отработана, и эти устройства широко применялись в системах мобильной связи и иной СВЧ электронике. Наиболее важным их преимуществом была предельная простота технологического процесса — достаточно было нанести пленку пьезоэлектрика, а поверх нее создать требуемую топологию электродов. В то время как для создания ОАВ-резонатора требовалось сформировать сначала нижний электрод и его подводящие дорожки, затем вырастить на нем пленку пьезоэлектрика, и сформировать поверх нее верхний электрод, также с подводящей дорожкой — и это не упоминая вышеописанных трудностей с со-

зданием полости под нижним электродом. Кроме того, характеристики первых мембранных резонаторов также уступали существовавшим на тот момент ПАВ-устройствам. С 1997 года по начало 1999 судьба дальнейшего развития направления мембранных ОАВ-резонаторов находилась под большим вопросом. Тем не менее, за этот период можно отметить и вполне успешные работы — например, в конце 1997 года был представлен полосно-пропускающий фильтр на частоту 5.2 ГГц, основанный на ОАВ-резонаторе. Этот фильтр продемонстрировал вполне удовлетворительные характеристики (хорошее пропускание в рабочей полосе и хорошее отражение за ее пределами).

Также примерно в это же время была представлена работа [20], показывающая, что при помощи «апподизации» (отклонений параллельности боковых границ резонатора) можно добиться эффективного подавления паразитных боковых мод. В то время, как основные колебания в резонаторе распространяются перпендикулярно поверхности пленки, боковые моды создают колебания вдоль этой поверхности, создавая паразитные резонансы и приводя к потерям энергии акустических колебаний, что также снижало добротность резонатора. Решение данной проблемы также стало существенным шагом вперед.

В 1998 году впервые прозвучали предложения использовать ОАВ-резонаторы в качестве элементов дуплексеров для мобильных телефонов. Поначалу эта задача казалась неразрешимой — среди всех фильтрующих элементов схемы мобильного телефона, к дуплексеру предъявлялись наиболее жесткие требования. Однако, в 1998 году сотрудники Hewlett-Packard не только создали дуплексер на основе ОАВ-резонатора, но и встроили его в схему мобильного телефона, после чего использовали этот телефон для звонка начальству с докладом об успешном завершении работы [21].

Чтобы понять значимость сделанного шага, нужно вспомнить, что в в серийных моделях телефонов на тот момент использовались крупногабаритные керамические дуплексоры. Замена их на компактные схемы на основе ОАВ-резонаторов, по сути, стала ключевым шагом в переходе от массивных сотовых телефонов 1990-х годов к компактным современным мобильным телефонам.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пташник, Сергей Викторович, 2014 год

Литература

1. RF bulk acoustic wave filters for communications / Ed. by K.-Y. Hashimoto. — Norwood, MA, USA: Artech House, 2009.

2. Gevorgian, S. Tuneable Film Bulk Acoustic Wave Resonators / S. Gevorgian, A. Tagantsev, A. K. Vorobiev. Engineering Materials and Processes. — London: Springer-Verlag, 2013.

3. Noeth, A. Electrical tuning of DC bias induced acoustic resonances in paraelectric thin films / A. Noeth, T. Yamada, A. K. Tagantsev // J. Appl. Phys. — 2008. - Vol. 104. — P. 094102.

4. Noeth, A. Tuning of direct current bias-induced resonances in micromachined Ba0.3Sr0.7TiO3 thin-film capacitors / A. Noeth, T. Yamada, V. Sherman // J. Appl. Phys. — 2007. — Vol. 102,- P. 114110.

5. Lakin, K. High-Q microwave acoustic resonators and filters / K. Lakin, G. Kline, K. McCarron // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. — 1993, —Dec. — Vol. 41, no. 12.— Pp. 2139-2146.

6. Mason, W. P. Piezoelectric crystals and their application to ultrasonics / W. P. Mason.— Van Nostrand Reinhold, 1950.

7. Aigner, R. SAW and BAW technologies for RF filter applications: A review of the relative strengths and weaknesses / R. Aigner // Proc. of IEEE Ultrasonics Symp. / IEEE. — 2008. — Pp. 582-589.

8. High-Q resonators using FBAR/SAW technology and their applications / M. Ueda, T. Nishihara, J. Tsutsumi et al. // Microwave Symposium Digest, IEEE MTT-S International. — 2005.

9. Ruby, R. Review and comparison of bulk acoustic wave FBAR, SMR technology / R. Ruby // Proc. of IEEE Ultrasonics Symp. / IEEE. - 2007. - Pp. 1029-1040.

10. Dubois, M.-A. Thin film btilk acoustic wave resonators: a technology overview / M.-A. Dubois // MEMSWAVE. - 2003. - Vol. 3. - Pp. 2-4.

11. Fundamental-mode VHF/UHF minature acoustic resonators and filters on silicon / T. Grudkowski, J. Black, T. Reeder et al. // Applied Physics Letters.— 1980.— Vol. 37.— Pp. 993-995.

12. Nakamura, K. A piesoelectic composite resonator consisting of a ZnO film on an anisotropically etched silicon substrate / K. Nakamura, H. Sasaki, H. Shimizu // Proc. of 1st Symp. of Ultrasonic Electronics, Tokyo. — 1980.

13. Lakin, K. Thin film resonators and filters / K. Lakin // Proc. of Ultrasonics Symposium. — 1982.

14. Recent advances in monolithic film resonator technology / M. Driscoll, R. Moore, J. Rosenbaum et al. // Proc. of Ultrasonics Symp. — 1986.

15. FBAR filters at GHz frequencies / C. Vale, J. Rosenbaum, S. Horwitz et al. // 44th Frequency Control Symp. — 1990.

16. Rosenbaum, J. F. Bulk Acoustic Wave Theory and Devices / J. F. Rosenbaum. — Boston: Artech House, 1988.

17. Wang, J. Sputtered A1N films for bulk acoustic wave devices / J. Wang, K. Lakin // Proc. of IEEE Ultrasonics Symp. - 1981.

18. Ruby, R. C. Method of making tunable thin film acoustic resonators. — 1999. — Feb. — US Patent 5,873,153.

19. Ruby, R. Micromachine thin film bulk acoustic resonators / R. Ruby, P. Merchant // Proc. of 48th IEEE Frequency Control Symp. - 1994. — Pp. 135-138.

20. Larson, J. D. Bulk acoustic wave resonator with improved lateral mode suppression. — 2001. — Apr. — US Patent 6,215,375.

21. Ruby, R. A PCS 1900 MHz duplexer using thin film bulk acoustic resonators (FBARS) / R. Ruby, J. Larson, P. Bradle // Electronics Lett. — 1999. — Vol. 35. — Pp. 794-795.

22. High-Q FBAR filters in a wafer-level chip-scale package / R. Ruby, A. Barfknecht, C. Han et al. // International Solid-State Circuits Conference. — 2002. — Pp. 184-185.

23. Ruby, R. Wafer level packaging (WLP) of FBAR filters / R. Ruby, L. Kekoa // 3rd International Symp. on Acoustic Wave Devices for Future Mobile Communications Systems. — 2007. - Pp. 101-103.

24. Auld, B. A. Acoustic waves and fields in solids / B. A. Auld. — New York: Wiley, 1973.— Vol. I & II.

25. Ristic, V. M. Principles of acoustic devices / V. M. Ristic. — New York: Wiley, 1983.

26. Modified Butterworth-Van Dyke circuit for FBAR resonators and automated measurement system / J. D. Larson, P. Bradley, S. Wartenberg, R. C. Ruby // Proc. of IEEE Ultrasonics Symposium / IEEE. - Vol. 1. — 2000,- Pp. 863-868.

27. Krimholtz, R. New equivalent circuits for elementary piezoelectric transducers / R. Krimholtz, D. Leedom, G. Matthaei // Electronics Letters. — 1970. — Vol. 6, no. 13. — Pp. 398-399.

28. Ballato, A. Modeling piezoelectric and piezomagnetic devices and structures via equivalent networks / A. Ballato // IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control. - Vol. 48. - 2001. - Pp. 1189-1240.

29. Berlincourt, D. A. Piezoelectric and piezomagnetic materials and their function in transducers / D. A. Berlincourt, D. R. Curran, H. Jaffe // Physical Acoustics / Ed. by W. P. Mason. — New York: Academic Press, 1964. — Vol. I-A. — Pp. 169-270.

30. A film bulk acoustic resonator (FBAR) duplexer for USPCS handset applications / P. Bradley, R. Ruby, J. D. Larson et al. // Microwave Symposium Digest, IEEE MTT-S International / IEEE. - Vol. 1. - 2004. - Pp. 367-370.

31. Ultra-miniature high-Q filters and duplexers using FBAR technology / R. Ruby, P. Bradley, J. Larson et al. // Solid-State Circuits Conference. Digest of Technical Papers / IEEE. — 2001.

32. Behavior of BAW devices at high power levels / R. Aigner, N.-H. Huynh, M. Handtmann, S. Marksteiner // Microwave Symposium Digest, IEEE MTT-S International / IEEE.— 2005. - Pp. 429 432.

33. Biochemical sensors based on bulk acoustic wave resonators / R. Brederlow, S. Zauner, A. Scholtz et al. // Electron Devices Meeting. IEDM'03 Technical Digest. IEEE International. — 2003.

34. Bjurstrôm, J. Synthesis of textured thin piezoelectric aln films with a nonzero c-axis mean tilt for the fabrication of shear mode resonators / J. Bjurstrôm, G. Wingqvist, I. Katardjiev // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. — 2006. — Vol. 53, no. 11,- Pp. 2095-2100.

35. A thermally driven tunable TFBAR bandpass filter / H.-T. Kim, H.-M. Lee, H.-K. Choi et al. // Proc. of 34th European Microwave Conference. — 2004. — Pp. 491-494.

36. Electrical frequency tuning of film bulk acoustic resonator / W. Pang, H. Zhang, H. Yu et al. // Journal of Microelectromechanical Systems. — 2007. — Vol. 16, no. 6.— Pp. 1303-1313.

37. Larson, J. Characterization of reversed c-axis A1N thin films / J. Larson, S. Mishin, S. Bader // Proc. of IEEE Ultrasonics Symposium / IEEE. - 2010. - Pp. 1054-1059.

38. Tunability of aluminum nitride acoustic resonators: a phenomenological approach / E. Defay, N. Ben Hassine, P. Emery et al. // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. - 2011. - Vol. 58, no. 12. — Pp. 2516-2520.

39. A novel architecture of a tunable bandpass BAW-filter for a WCDMA transceiver / S. Razafimandimby, C. Tilhac, A. Cathelin et al. // Analog Integrated Circuits and Signal Processing. - 2006. - Vol. 49, no. 3. — Pp. 237-247.

40. A tunable bandpass BAW-filter architecture using negative capacitance circuitry / C. Tilhac, S. Razafimandimby, A. Cathelin et al. // Proc. of Radio Frequency Integrated Circuits Symposium / IEEE. - 2008. - Pp. 605-608.

41. Frederick, A. A. Frequency tuning of film bulk acoustic resonators / A. A. Frederick, H.H. Hu, W. W. Clark // Smart Structures and Materials / International Society for Optics and Photonics. — 2006. — P. 617203.

42. Mason, W. P. Electrostrictive effect in barium titanate ceramics / W. P. Mason // Physical Review. - 1948. - Vol. 74, no. 9. - Pp. 1134-1147.

43. Design, integration and characterization of PZT tunable FBAR / C. Zinck, E. Defay, A. Volatier et al. // 14th IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics / IEEE. - 2004. - Pp. 24-32.

44. Electro-acoustic hysteresis behaviour of PZT thin film bulk acoustic resonators / M. Schreiter, R. Gabl, D. Pitzer et al. // Journ. of the European Ceramic Society. — Vol. 24. — 2004. — Pp. 1589-1592.

45. Conde, J. Characterization of sol-gel Pb(Zro.53Tio.47)03 in thin film bulk acoustic resonators / J. Conde, P. Muralt // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. - 2008. - Vol. 55, no. 6. - Pp. 1373-1379.

46. Tunable solidly mounted thin film bulk acoustic resonators based on Ba^Sri-^TiOs films / J. Berge, A. Vorobiev, W. Steichen, S. Gevorgian // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. — 2007. — Vol. 17, no. 9. — Pp. 655-657.

47. Is there a better material for thin film baw applications than aln? / P. Muralt, J. Antifakos, M. Cantoni et al. // Proc. of IEEE Ultrasonics Symposium / IEEE.— Vol. 1.— 2005.— Pp. 315-320.

48. Intrinsically tunable 0.67BiFe03-0.33BaTi03 thin film bulk acoustic wave resonators / A. Vorobiev, S. Gevorgian, N. Martirosyan et al. // Applied Physics Letters. — 2012. — Vol. 101, no. 23. - P. 232903.

49. Gururaja, T. R. Medical ultrasonic transducers with switchable frequency bands centered about /o and 2/0 / T. R. Gururaja, A. Shurland, J. Chen // Proc. of 1997 IEEE Ultrasonic Symposium. — 1997. — August. — Pp. 1660-1662.

50. Kozyrev, A. Capacitors adapted for acoustic resonance cancellation.— 2011. —May. — US Patent 7,936,553.

51. Holland, R. Representation of dielectric, elastic, and piezoelectric losses by complex coefficients / R. Holland // IEEE Trans, on Sonics and Ultrasonics. — 1967. — Vol. 14, no. 1. — Pp. 18-20.

52. Gururaja, T. R. Ultrasonic transducer having two or more resonance frequencies. — 1995. — Apr. - US Patent 5,410,205.

53. Shung, K. K. Piezoelectric materials for high frequency medical imaging applications: A review / K. K. Shung, J. M. Cannata, Q. F. Zhou // Journal of Electroceramics. — 2007. — Vol. 19.-Pp. 139-145.

54. Elastic, piezoelectric, and dielectric properties of 0.58PbMgi/3Nb2/303-0.42PbTi0.3 single crystal / H. Cao, V. H. Schmidt, R. Zhang et al. //J. Appl. Phys. — 2004. — July. — Vol. 96, no. 1. - Pp. 549-554.

55. Ultrasonic transducer based on highly textured PMN-PT piezoelectric ceramic / F. Levassort, M. P. Thi, P. Marechal et al. // Journal of Electroceramics. — 2007. — December. — Vol. 19, no. 4,- Pp. 375-381.

56. Gutierrez, M.-I. Methods for characterization of physiotherapy ultrasonic transducers / M.I. Gutierrez, A. Vera, L. Leija // New Developments in Biomedical Engineering / Ed. by D. Campolo. — InTech, 2010.

57. Johansen, T. F. Characterization of ultrasound transducers / T. F. Johansen, T. Rommetveit // Proc. of the 33rd Scandinavian Symposium on Physical Acoustics. — 2010.

58. Mason, W. Physical acoustics and the properties of solids / W. Mason. — New York, NY, USA: Van Nostrand, 1958.

59. Gevorgian, S. Intrinsically switchable thin film bulk acoustic wave resonators / S. Gevorgian, A. Vorobiev // Applied Physics Letters. — 2014. — Vol. 104, no. 22. — P. 222905.

60. Electronically switchable bulk acoustic wave resonator based on paraelectric state ferroelectric films / A. Kozyrev, A. Mikhaylov, P. Petrov, N. Alford // Elect. Lett. - 2011.- Vol. 47, no. 24. - Pp. 1326-1327.