Микроэлектронные резонаторы с брэгговским отражателем на объемных акустических волнах для построения полосовых фильтров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат наук Торгаш Татьяна Николаевна

• Торгаш Татьяна Николаевна
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Торгаш Татьяна Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

1 МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ ОАВ-РЕЗОНАТОРЫ И ПОЛОСОВЫЕ ФИЛЬТРЫ НА ИХ ОСНОВЕ

1.1 Конструкции и технология изготовления микроэлектронных ОАВ-резонаторов

1.2 Сравнительный анализ характеристик микроэлектронных ОАВ-резонаторов

1.3 Конструкция микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем

1.4 Материалы, используемые в микроэлектронных ОАВ-резонаторах с брэгговским отражателем

1.5 Модели микроэлектронных ОАВ-резонаторов с брэгговским отражателем

1.5.1 Одномерная модель Мэзона

1.5.2 Модель КЛМ

1.5.3 Модель Баттерворта-ван Дейка

1.5.4 Одномерная модель Новотного-Бенеша

1.6 Полосовые фильтры на микроэлектронных ОАВ-резонаторах

1.6.1 Основные типы полосовых фильтров

1.6.1.1 Фильтры на электрически связанных резонаторах

1.6.1.2 Фильтры на акустически связанных резонаторах

1.6.1.3 Гибридные фильтры

1.6.2 Сравнительный анализ полосовых фильтров на ОАВ

1.6.3 Требования к микроэлектронным ОАВ-резонаторам, применяемым в фильтрах

1.7 Выводы

2 МОДЕЛИРОВАНИЕ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ОАВ-РЕЗОНАТОРОВ

2.1 Методика расчета параметров микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем

2.2 Влияние акустического отражателя на характеристики микроэлектронных ОАВ-резонаторов

2.2.1 Влияние высокоимпедансных слоев на акустические свойства брэгговского отражателя

2.2.2 Влияние количества слоев брэгговского отражателя на электрические параметры ОАВ-резонатора

2.2.3 Влияние погрешности толщины слоев на характеристики брэгговского отражателя

2.2.4 Влияние диэлектрического слоя в брэгговском отражателе на характеристики ОАВ-резонатора

2.3 Влияние геометрических размеров электродов на характеристики микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем

2.3.1 Влияние площади верхнего электрода на параметры ОАВ-резонатора

2.3.2 Влияние толщины верхнего электрода на параметры ОАВ-резонатора

2.4 Выводы

3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ОАВ -РЕЗОНАТОРОВ

3.1 Разработка конструкции микроэлектронного ОАВ-резонатора

3.1.1 Конструкция брэгговского отражателя

3.1.2 Конструкция пьезоэлектрического преобразователя

3.2 Разработка технологии изготовления микроэлектронного ОАВ-резонатора

3.2.1 Технологический процесс изготовления тонкопленочных слоев микроэлектронного ОАВ-резонатора

3.2.2 Методы исследования тонкопленочных слоев микроэлектронного ОАВ-резонатора

3.2.3 Исследование пьезоэлектрических пленок оксида цинка

3.2.4 Исследование пленок молибдена

3.2.5 Исследование пленок алюминия

3.2.6 Исследование пленок диоксида кремния

3.2.7 Технологический процесс изготовления микроэлектронного ОАВ-резонатора

3.3 Выводы

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ОАВ -РЕЗОНАТОРОВ

4.1 Методы исследования электрических параметров ОАВ-резонаторов

4.2 Влияние технологических параметров на характеристики микроэлектронных

ОАВ-резонаторов

4.3 Влияние конструктивных параметров на характеристики ОАВ-резонаторов

4.4 Сравнение характеристик разработанных резонаторов с аналогами

4.5 Особенности фильтров на микроэлектронных ОАВ-резонаторах

4.5.1 Использование конструктивных параметров ОАВ-резонатора для

управления его характеристиками

4.5.2 Использование внешних пассивных элементов для управления

электрическими характеристиками микроэлектронных ОАВ-резонаторов

4.6 Проектирование полосовых фильтров на основе микроэлектронного

ОАВ-резонатора

4.6.1 Метод топологического проектирования полосовых фильтров на

основе микроэлектронных ОАВ-резонаторов

4.6.2 Лестничные фильтры на микроэлектронных ОАВ-резонаторах

4.7 Конструктивно-технологические решения по изготовлению полосовых

фильтров на основе микроэлектронных ОАВ-резонаторов

4.8 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Расчет лестничных фильтров на микроэлектронных

ОАВ-резонаторах

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акт о внедрении результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Микроэлектронные резонаторы с брэгговским отражателем на объемных акустических волнах для построения полосовых фильтров»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Развитие современных систем связи, радионавигации и радиолокации требует постоянного совершенствования устройств частотной селекции сигналов. В настоящее время перспективным направлением в создании данных устройств является использование в их конструкции микроэлектронных резонаторов на объемных акустических волнах (ОАВ). Основным элементом резонаторов на ОАВ является пьезоэлектрический преобразователь, представляющий собой трехслойную тонкопленочную структуру металл-пьезоэлектрик-металл. Достоинствами указанных резонаторов являются малые габариты, высокая надежность, температурная стабильность, конструктивная и технологическая совместимость с интегральными схемами и устройствами функциональной электроники.

Для обеспечения моночастотности микроэлектронных резонаторов на ОАВ используется ряд конструктивных решений, на основе которых разработаны следующие перспективные конструкции данных резонаторов: резонатор мембранного типа, резонатор с воздушным зазором и резонатор с акустическим брэгговским отражателем. Среди указанных конструкций, резонаторы с брэгговским отражателем имеют ряд преимуществ: высокая механическая прочность, температурная стабильность, малая чувствительность к механическим воздействиям. Имея монолитную структуру, данные резонаторы менее чувствительны к параметрам окружающей среды.

Структура микроэлектронных резонаторов с акустическим брэгговским отражателем включает в себя подложку, на которой расположены тонкопленочные слои акустического брэгговского отражателя и пьезоэлектрического преобразователя. Брэгговский отражатель состоит из чередующихся слоев с разными значениями акустических импе-дансов и предназначен для акустической изоляции преобразователя от подложки. На основе резонаторов с брэгговским отражателем создают полосовые фильтры, имеющие относительную полосу пропускания (0,5-10) %.

Дальнейшее развитие микроэлектронных резонаторов с брэгговским отражателем и фильтров на их основе сдерживается рядом факторов, к которым можно отнести следующее:

- не проработаны технологические решения, позволяющие повышать моночастотность и добротность резонаторов, и воспроизводимость их характеристик;

- существующие методы проектирования не позволяют в достаточной мере управлять характеристиками резонаторов при построении фильтров на их основе;

- при создании фильтров на основе ОАВ-резонаторов отсутствуют приемлемые конструкторские решения для топологических задач соединения резонаторов, содержащих большое количество слоев.

Таким образом, актуальными вопросами дальнейшего развития микроэлектронных резонаторов на ОАВ и фильтров на их основе являются вопросы конструкторско-технологического проектирования.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка конструктор-ско-технологических решений, направленных на создание микроэлектронных резонаторов на ОАВ с брэгговским отражателем, имеющих заданные характеристики и используемых для построения полосовых фильтров на их основе. Задачи, решаемые в работе для достижения поставленной цели:

1. Анализ общих вопросов разработки и создания микроэлектронных резонаторов на ОАВ и путей реализации полосовых фильтров на их основе.

2. Моделирование влияния конструктивных и технологических параметров микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем на его электрические характеристики.

3. Конструкторско-технологическая разработка микроэлектронных резонаторов на ОАВ с заданными характеристиками.

4. Экспериментальное исследование характеристик разработанных микроэлектронных ОАВ-резонаторов с брэгговским отражателем.

5. Топологическое проектирование полосовых фильтров на основе разработанных микроэлектронных резонаторов на ОАВ.

Методы исследований:

1) Теоретические:

- методы теории электрических цепей для расчета эквивалентных электрических параметров микроэлектронного резонатора (двухполюсники) и полосового фильтра

(четырехполюсники);

- методы эквивалентных электрических цепей для расчета акустического импеданса

брэгговского отражателя.

2) Экспериментальные:

- атомно-силовая микроскопия для исследования морфологии поверхности пленок;

- метод рентгеноструктурного анализа для исследования структуры пленок оксида цинка;

- растровая электронная микроскопия для исследования структуры пьезоэлектрического преобразователя и слоев брэгговского отражателя;

- векторный анализ электрических цепей для исследования электрических характеристик микроэлектронных ОАВ-резонаторов и полосовых фильтров;

- интерференционный метод (метод интерференции когерентных лучей) для определения толщины и механических напряжений тонких пленок;

- четырехзондовый метод для контроля удельного поверхностного сопротивления металлических пленок.

Достоверность результатов подтверждается использованием в процессе исследований адекватных физических и математических моделей, корректным использованием математического аппарата и логической обоснованностью выводов, а также соответствием теоретических результатов с результатами математического моделирования и измерений при практической реализации, а также современными методами исследования физических свойств пленок и характеристик микроэлектронных резонаторов.

Научная новизна.

1. Установлено влияние конструкторско-технологических параметров брэгговского отражателя с пленками молибдена и алюминия (количество слоев, погрешность толщины слоев и замена слоя алюминия диэлектрическим слоем диоксида кремния в верхней паре слоев Мо-А1) на его акустические характеристики и электрические характеристики микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем.

2. Экспериментально установлены закономерности влияния шероховатости поверхности тонкопленочных слоев микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем на его характеристики, в частности, на резонансные характеристики и добротность резонатора.

3. Экспериментально исследованы влияния технологических режимов получения на свойства пленок оксида цинка, алюминия, молибдена, диоксида кремния, используемых в конструкции микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем, и определены оптимальные режимы, удовлетворяющие требованиям к пленочным слоям пьезоэлектрического преобразователя и брэгговского отражателя.

4. Теоретически исследованы и экспериментально установлены закономерности влияния площади верхнего электрода микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем на резонансные характеристики, добротность резонатора и его эквивалентные электрические параметры.

5. Теоретически и экспериментально исследованы характеристики микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем на основе пяти пар слоев молибдена-алюминия, в котором верхний слой алюминия заменен диэлектрическим слоем из диоксида кремния.

Практическая значимость.

1. Представленные уточненные аналитические модели микроэлектронных ОАВ-резонаторов с брэгговским отражателем позволяют более точно оценить конструктор-ско-технологические и электрические параметры резонаторов и могут быть использованы при разработке их конструкции.

2. Разработанная технология получения тонкопленочных слоев алюминия и молибдена с низкой шероховатостью поверхности пленок позволяет создавать микроэлектронные ОАВ-резонаторы с брэгговским отражателем и фильтры на их основе с улучшенными электрическими характеристиками.

3. Разработанная конструкция и технология изготовления позволяет создавать микроэлектронные ОАВ-резонаторы с пьезоэлектрическими пленками из оксида цинка и нитрида алюминия, работающие в диапазоне частот 2...5 ГГц и имеющие добротность 350 и 650 единиц, соответственно.

4. Разработанный метод топологического проектирования фильтров на основе ОАВ-резонаторов, использующий экспериментально измеренные характеристики резонаторов и определенные параметры его эквивалентной схемы, который может быть применен для проектирования фильтров с более точными характеристиками, так как учитывает технологические особенности изготовления резонаторов.

5. Предложена конструкция фильтров на микроэлектронных ОАВ-резонаторах с брэг-говским отражателем, имеющим диэлектрический верхний слой и позволяющим формировать структуру фильтра с гальванически несвязанными верхними и нижними электродами резонаторов, что упрощает конструкцию фильтров и повышает их технологичность и надежность.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Сдвиг частот последовательного и параллельного резонансов в область высоких частот и расширение резонансного промежутка микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем осуществляется при использовании в отражателе, выполненном из пленок молибдена и алюминия, вместо верхнего слоя алюминия диэлектрического слоя из диоксида кремния.

2. Повышение величины добротности микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем достигается путем уменьшения среднеквадратичного отклонения высоты неровностей поверхности тонкопленочных слоев резонатора, наибольшее влияние на добротность оказывает шероховатость пленок алюминия.

3. Обеспечение заданных характеристик микроэлектронных ОАВ-резонаторов с брэгговским отражателем, используемых при создании полосовых фильтров на их основе, может быть проведено путем изменения площади и толщины верхнего электрода.

4. Минимизация состава слоев микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем и обеспечение возможности его изготовления методом магнетронного напыления в едином технологическом цикле достигается при использовании в его структуре пленочных слоев из молибдена и алюминия.

Реализация результатов работы

Результаты диссертационной работы были использованы при выполнении научно-исследовательской работы «Исследование влияния конструктивных и технологических решений на параметры тонкопленочных СВЧ резонаторов», приказ № 120 от 10.02.2016 г., АО «ОНИИП», г. Омск.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: на XVII, XVIII, XIX и XX Международной молодежной научной конференции «Волновая электроника и ее применения в информационных и телекоммуникационных системах» (2014, 2015, 2016, 2017, Санкт-Петербург); на Международной научно-технической конференции «INTERMATIC-2014» (2014, Москва); на XI, XII Международной IEEE Сибирской конференции по управлению и связи SIBCON-2015, SIBC0N-2016 (2015, Омск; 2016, Москва); на XIX и XXI Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (2013 - Архангельск, 2015 - Омск); на II и III Международной научно-технической конференции «Радиотехника, электро-

ника и связь» (2013, 2015, Омск); на V и VI Общероссийской научно-технической конференции: Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем (2014, 2016, Омск); на Российской научно-технической конференции: Разработка и производство отечественной электронной компонентной базы «Компонент-2014» (2014, Омск); на II Российско-белорусской научно-технической конференции «Элементная база отечественной радиоэлектроники: импортозамещение и применение» им. О.В. Лосева (2015, Нижний Новгород); на VI Всероссийской научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность» (2015, Омск); на региональной конференции по математике и физике ОмГУ (2013, Омск), а также на Омском научном семинаре «Современные проблемы радиофизики и радиотехники».

Публикации: Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 24 статьях и докладах международных, всероссийских и региональных конференций, среди которых 7 публикаций в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем Перечне ВАК. Получен 1 патент на изобретение.

Личный вклад автора. Личный вклад автора включает формулировку цели и задач исследований, проведения аналитических исследований с помощью представленных моделей, практическому исследованию параметров тонкопленочных слоев брэгговского отражателя и микроэлектронного ОАВ-резонатора. Автору принадлежит получение, анализ и обобщение материалов, на базе которых обоснованы научные положения и выводы диссертации. Указанный личный вклад подтверждается 25 публикациями по теме диссертации, в которых автору принадлежит инициатива в постановке и решении задач. При этом моделирование и проведение аналитических и экспериментальных исследований микроэлектронных ОАВ-резонаторов и полосовых фильтров выполнялись лично автором.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех разделов с выводами и заключения. Работа изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 74 рисунка, 29 таблиц и 8 страниц приложений. Список литературы включает 154 источника.

Диссертационная работа построена следующим образом. Первый раздел посвящен объекту исследования. Здесь рассматриваются микроэлектронные ОАВ-резонаторы и полосовые фильтры на их основе, а также конструкторско-технологические особенности их изготовления. Описаны основные модели, с помощью которых проводятся аналити-

ческие исследования и математическое моделирование ОАВ-резонаторов. В разделе проводится сравнительный анализ характеристик микроэлектронных ОАВ-резонаторов и полосовых фильтров, определяются задачи исследований. Второй раздел посвящен моделированию и аналитическим исследованиям влияния конструкторско-технологических параметров акустического брэгговского отражателя и микроэлектронного ОАВ-резонатора на их характеристики. В третьем разделе представлены конструкторские и технологические особенности создания микроэлектронного ОАВ-резонатора, исследованы свойства тонкопленочных слоев ОАВ-резонатора и предложен способ повышения добротности резонатора. Четвертый раздел посвящен экспериментальному исследованию и применению изготовленных опытных образцов ОАВ-резонаторов. Определены закономерности влияния конструктивных и технологических параметров на электрические характеристики микроэлектронных ОАВ-резонаторов. В разделе представлены результаты проектирования полосовых фильтров на основе изготовленных ОАВ-резонаторов. Предложен метод топологического проектирования полосовых фильтров. В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы. В приложениях представлены материалы справочного характера и акт об использовании результатов диссертационной работы.

1 МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ ОАВ-РЕЗОНАТОРЫ И ПОЛОСОВЫЕ ФИЛЬТРЫ НА

ИХ ОСНОВЕ

В данном разделе представлен обзор основных типов микроэлектронных ОАВ-резонаторов, которые используются для создания полосовых фильтров в диапазоне частот 2.20 ГГц. В подразделе 1.1 рассмотрены базовые конструкции и технологии изготовления ОАВ-резонаторов, показаны их особенности и недостатки. Подраздел 1.2 посвящен сравнительному анализу конструктивных, технологических и электрических характеристик разработанных зарубежными и российскими фирмами ОАВ-резонаторов, выделены их особенности и недостатки. В подразделе 1.3 представлены особенности и основные параметры конструкции микроэлектронного ОАВ-резонатора с акустическим брэгговским отражателем, которая является перспективной для создания полосовых фильтров. В подразделе 1.4 обоснован выбор материалов, которые используются в качестве тонкопленочных слоев брэгговского отражателя и микроэлектронного ОАВ-резонаторов. В подразделе 1.5 рассмотрены модели, использующиеся для описания физических процессов, происходящих в микроэлектронных ОАВ-резонаторах, и определены их возможности и области применения. Подраздел 1.6 посвящен полосовым фильтрам на микроэлектронных ОАВ-резонаторах. Описаны основные типы фильтров, показаны их достоинства и недостатки. Проведен сравнительный анализ конструктивных, технологических и электрических характеристик разработанных зарубежными и российскими фирмами полосовых фильтров. Рассмотрены требования к микроэлектронным ОАВ-резонаторам, применяемым в полосовых фильтрах. В подразделе 1.7 сформулированы выводы к разделу 1.

1.1 Конструкции и технология изготовления микроэлектронных ОАВ-резонаторов

Микроэлектронные ОАВ-резонаторы используют для создания частотно-избирательных устройств в области частот выше 2 ГГц [1]. Резонаторы работают на основе продольных и сдвиговых ОАВ. Основным элементом резонаторов является тонкопленочный пьезоэлектрический преобразователь со структурой металл-пьезоэлектрик-металл, расположенной на диэлектрической или полупроводниковой подложке.

Существует несколько конструкций микроэлектронных ОАВ-резонаторов, но наибольшее распространение получили четыре конструкции: многочастотный резона-

тор, резонатор мембранного типа, резонатор с воздушным зазором и резонатор с акустическим (брэгговским) отражателем.

Конструкция многочастотного резонатора на ОАВ состоит из тонкопленочного пьезоэлектрического преобразователя, расположенного на подложке с толщиной в несколько сотен микрон, рис. 1.1. Подложка должна иметь оптически полированные плоскопараллельные стороны (с допустимой непараллельностью в несколько угловых секунд) и должна быть выполнена из материала с малыми акустическими потерями (например, сапфир, рубин, танталат и ниобат лития, и др.) [1-6]. Отметим, что толщина подложки значительно больше толщины пьезоэлектрического преобразователя и поэтому в структуре резонатора возникает большое число гармоник основной частоты. За счет малых акустических потерь в подложке обеспечиваются достаточно высокие значения добротности резонатора (Q = (2-7)-10 ) на частотах до 10 ГГц [1]. Недостатками резонаторов являются их многочастотность и необходимость в обеспечении плоскопа-раллельности сторон подложки. Многочастотный резонатор является практическим примером высокодобротного резонатора Фабри-Перо [7]. В зарубежной литературе такие резонаторы называют High Overtone Bulk Acoustic Wave Resonator [3, 5, 6].

Рис. 1.1. Конструкция многочастотного резонатора: 1 - верхний электрод;

2 - пьезоэлектрическая пленка; 3 - нижний электрод; 4 - подложка.

Многочастотные резонаторы нашли свое практическое применение в синтезаторах сверхвысоких частот (СВЧ) с электронным переключением частоты генерации и мало-шумящих СВЧ генераторах, работающих в диапазоне частот 2.. .20 ГГц [1].

Резонаторы мембранного типа работают на основной моде [8]. Такие резонаторы в зарубежной литературе называются, как Thin Film Resonator, Semiconductor Bulk Acoustic Resonator или Film Bulk Acoustic Resonator [9]. Конструктивно резонатор состоит из тонкопленочного пьезоэлектрического преобразователя, расположенного на полупроводниковой подложке (рис. 1.2). Наиболее часто используют подложки из кремния и ар-сенида галлия [9, 10]. Изготовление резонатора мембранного типа включает в себя сложный процесс двухстороннего совмещения топологического рисунка. Для этого с одной стороны подложки формируют структуру преобразователя, а затем с другой сто-

1

3

4

роны в подложке насквозь вытравливается отверстие (окно) методом жидкостного химического травления (рис. 1.2) или реактивного ионного травления. Стоп-слоем для травления подложки выступает слой диоксида кремния, который является мембраной.

Рис. 1.2. Конструкция резонатора мембранного типа: 1 - верхний электрод; 2 - пьезоэлектрическая пленка; 3 - нижний электрод; 4 - подложка; 5 - слой диоксида

Технология изготовления резонаторов мембранного типа является микросистемной технологией и совместима с технологией изготовления полупроводниковых элементов, которые можно сформировать на этой же подложке совместно с резонаторами. Представленная технология позволяет получать сложные мембраны и изготавливать полосовые фильтры на основе указанных резонаторов. Конструкция резонатора мембранного типа имеет следующие недостатки: мембрана является механически непрочной с низкой воспроизводимостью параметров и чувствительна к внешним воздействиям, а при изготовлении резонатора требуется достаточно сложный и трудоемкий процесс формирования полости в подложке. Исследования показали, что данный тип резонаторов сложно получать с хорошей добротностью [1]. Максимальное значение добротности составило 800 единиц для резонаторов на основе пленки оксида цинка [11].

Резонаторы мембранного типа на практике используются в датчиках различных физических величин.

Принцип работы резонатора с воздушным зазором аналогичен принципу работы кварцевого резонатора, который с двух сторон нагружен на акустический импеданс воздуха [12]. Конструкция резонатора с воздушным зазором представлена на рис. 1.3 [13, 14, 15]. В зарубежной литературе данный тип резонатора называется, как Air-Gap Resonator [14] и Air-Bridge Resonator [15].

Особенностью создания резонатора с воздушным зазором является использование в процессе изготовления жертвенного слоя, который предназначен для формирования воздушной полости резонатора. Для этого на подложке сначала формируют конфигурацию жертвенного слоя, а затем структуру преобразователя. Через предварительно сформированные отверстия (методом химического травления) в преобразователе вытравли-

1

кремния (мембрана).

вают жертвенный слой методом селективного травления. В результате образуется воздушный зазор (воздушная полость), а резонатор оказывается нагруженным на акустический импеданс воздуха с двух сторон. Основное достоинство этой конструкции - возможность работать на основной моде (за счет воздушного зазора). Необходимо отметить, что жертвенный слой должен быть технологически совместим с материалами, которые формируются при дальнейшем изготовлении структуры преобразователя [13]. Для резонаторов на основе пленки из нитрида алюминия получено максимальное значение добротности равное 2630 единиц [16].

Рис. 1.3. Конструкция резонатора с воздушным зазором: 1 - верхний электрод;

2 - пьезоэлектрическая пленка; 3 - нижний электрод; 4 - подложка;

5 - воздушный зазор.

Высокая чувствительность тонкопленочной структуры резонатора с воздушным зазором (за счет ее малой толщины) к изменениям параметров окружающей среды, позволяет использовать данные резонаторы в датчиках различных физических величин. Однако наличие воздушного зазора снижает надежность резонатора. Случайное попадание микрочастиц в воздушный зазор приводит к выходу резонатора из строя. Малая механическая прочность структуры и плохая воспроизводимость свойств значительно сдерживает практическое применение этой конструкции резонатора.

Недостатки всех рассмотренных конструкций резонаторов в большей мере устраняются в конструкции резонатора с акустическим брэгговским отражателем. Такой резонатор представляет собой многослойную структуру, сформированную на диэлектрической или полупроводниковой подложке, рис. 1.4.

В данной структуре пьезоэлектрический преобразователь акустически изолирован от подложки с помощью брэгговского отражателя. Эта структура является аналогом оптического брэгговского отражателя [17, 18]. Резонансные характеристики определяются толщиной пьезоэлектрического слоя и толщинами верхнего и нижнего электродов. Многослойная структура обладает высокой механической прочностью [1, 2]. В зарубежной литературе данные резонаторы называют Solidly Mounted Resonator [19-21]. Структуру резонатора формируют последовательным напылением слоев брэгговского отража-

теля и пьезоэлектрического преобразователя в вакууме. В зависимости от требуемой конфигурации резонатора, в процессе формирования его структуры может использоваться от одной до трех - четырех операций фотолитографии.

_ ^^ г^^^ 1

777?////////////////////////////////////////7* *777777/////////////////////////////////////Л 777777//////////////////////////////////////,

Рис. 1.4. Конструкция резонатора с акустическим брэгговским отражателем: 1 - верхний электрод; 2 - пьезоэлектрическая пленка; 3 - нижний электрод;

4 - подложка; 5 - пленочные слои брэгговского отражателя.

На основе резонаторов с брэгговским отражателем разработаны полосовые фильтры, работающие на частотах до 10 ГГц [1, 22], генераторы, управляемые напряжением [23, 24], различные датчики физических величин и биосенсоры [25-28]. Эти устройства технологически совместимы с полупроводниковыми интегральными схемами.

Каждая из представленных конструкций резонаторов используется для создания частотно-избирательных устройств, решающих те или иные частные задачи. В таблице 1.1 представлены сравнительные характеристики основных типов микроэлектронных ОАВ-резонаторов.

Сравнительный анализ конструкций ОАВ-резонаторов показывает перспективность использования резонатора мембранного типа и резонатора с брэгговским отражателем для создания частотно-избирательных устройств различного назначения. Эти две конструкции резонаторов наиболее часто используются в современной СВЧ технике. Однако у каждой конструкции резонатора существуют свои технологические особенности их изготовления, сравнительный анализ которых проведен автором в работе [29]. Представленный анализ показал, что технология изготовления резонатора с брэгговским отражателем наиболее простая и не требует использования дополнительного специального оборудования и агрессивных химических реагентов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Торгаш Татьяна Николаевна, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гуляев, Ю.В. Резонаторы и фильтры сверхвысоких частот на объемных акустических волнах - современное состояние и тенденции развития / Ю.В. Гуляев, Г.Д. Мансфельд // Успехи современной радиоэлектроники. - 2004. - №5-6. - С.13-28.

2. Новиков, В. Новые направления создания перспективных изделий на ПАВ и ОАВ / В. Новиков // Электроника. - 2008. - С. 52-55.

3. Courjon, E. High Overtone Bulk Acoustic Resonators for High Temperature Sensing Applications / E. Courjon, B. Francois, G. Martin, W. Daniau, T. Baron, L. Reindl // Joint UFFC, EFTF and PFM Symposium. - 2013. - P. 992-995.

4. Li, J. Simulation and Experiment of high-overtone Bulk Acoustic Resonators / J. Li, M.W. Liu, C.H. Wang // Symposium on Piezoelectricity, Acoustic Waves, and Device Applications. - 2014. - P. 198-201.

5. Liu, M.W. High Q, high frequency, high overtone bulk acoustic resonator with ZnO films / M.W. Liu, M.B. Zhu, J.H. Li, C.H. Wang // Computers and Electronics. - 2013. - Vol. 14(4). - P. 279-282.

6. Sharma, K.S. Effect of Change in Piezoelectric Layer Thickness in High-Overtone Bulk Acoustic Resonator / K.S. Sharma, S. Enjamuri, J. Raju // International Conference on Microelectronics, Communication and Renewable Energy. - 2013.

7. Звелто, О. Принципы лазеров. Изд-е третье, переработанное и дополненное. Перевод с анг. М.: Мир, 1990. - 560 с.

8. Ruby, R. Review and Comparison of Bulk Acoustic Wave FBAR, SMR Technology / R. Ruby, S. Jose // IEEE Ultrasonics Symposium. - 2007. - P. 1029-1040.

9. Krishnaswamy, S.V. Film Bulk Acoustic Wave Resonator Technology / S.V. Krish-naswamy, J. Rosenbaum, S. Horwitz, C. Vale, R.A. Moore // Ultrasonics Symposium. - 1990. - P. 529-536.

10. Stokes, R.B. X-Band Thin Film Acoustic Filters on GaAs / R.B. Stokes, J. D. Crawford // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 1993. - Vol. 41, no. 6/7. - P. 1075-1080.

11. Takeuchi, M. Effective Electromechanical Coupling Coefficient and Quality Factor Control by The Layer Arrangement of 1.8-GHz Range Film Bulk Acoustic Wave Resonators Composed of ZnO, SiO2 and Al2O3 Thin Films / M. Takeuchi, H. Yamada, H. Kawamura, Y. Yoshino, T. Makino, S. Arai // IEEE Ultrasonics Symposium. - 2005. - P. 1820-1823.

12. Глюкман, Л.И. Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы / Л.И. Глюкман. -М.: Радио и связь, 1981. - 232 с.

13. Hashimoto, K. RF Bulk Acoustic Wave Filters for Communications / K. Hashimoto. - Norwood, MA: Artech House, 2009. - 275 p.

14. Satoh, H. An Air-Gap Type Piezoelectric Composite Thin Film Resonator / H. Satoh, Y. Ebata, H. Suzuki, C. Narahara // Annual Symposium on Frequency Control. - 1985. - P. 361-366.

15. Seabury, C.W. High Performance Microwave Air-Bridge Resonators / C.W. Seabury, J.T. Cheung, P.H. Kobrin, R. Addison, D.P. Havens // IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings. - 1995. - P. 909-911.

16. Zhang, M. Response Signal Enhancement of Film Bulk Acoustic Resonator Mass Sensor with Bounded Hydrophobic Teflon Film / M. Zhang, W. Cui, D. Zhang, W. Pang, H. Zhang // IEEE International Frequency Control Symposium Proceedings. - 2014. - P. 278281.

17. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф. - Под. ред. Г.П. Мотулевич. М.: Наука - 1973. - 720 с.

18. Yariv, A. Periodic Structures for Integrated Optics / A. Yariv, M. Nakamura // IEEE journal of quantum electronics. - 1977. - Vol. QE-13, no. 4. - P. 233-253.

19. Chung, C.J. Synthesis and Bulk Acoustic Wave Properties on the Dual mode Frequency Shift of Solidly Mounted Resonators / C.J. Chung, Y.C. Chen, C.C. Cheng, K.S. Kao // IEEE Transactions on Ultrasonics Ferroelectrics and Frequency Control. - 2008. - Vol. 55, no. 4. - P. 857-863.

20. Jose, S. Optimized Reflector Stacks for Solidly Mounted Bulk Acoustic Wave Resonators / S. Jose, A.B.M. Jansman, R.J.E. Hueting, J. Schmitz // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. - 2010. - Vol. 57, no. 12. - P. 2753-2763.

21. Pensala, T. Experimental Investigation of Acoustic Substrate Losses in 1850-MHz Thin Film BAW Resonators / T. Pensala, R. Thalhammer, J. Dekker, J. Kaitila // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. - 2009. - Vol. 56. - P. 25442552.

22. Clement, M. DCS Tx Filters Using AlN Resonators With Iridium Electrodes / M. Clement, E. Iborra, J. Olivares, N. Rimmer, S. Giraud, S. Bila, A. Reinhardt // IEEE Transcations on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. - 2010. - P. 518-523.

23. Boudot, R. A solid-mounted resonator-oscillator-based 4.596 GHz frequency synthesis / R. Boudot, M.D. Li, V. Giordano, N. Rolland, P. Vincent // Review of Scientific Instruments. - 2011. - Vol. 82. - P. 034706-1-034706-8.

24. Park, Y.S. A 2.4 GHz VCO with an Integrated Acoustic Solidly Mounted Resonator / Y.S. Park, S. Pinkett, J.S. Kenney, W.D. Hunt // IEEE Ultrasonics Symposium. - 2001. - P. 839-842.

25. Chen, Y. Multifunctional ZnO-Based Thin-Film Bulk Acoustic Resonators for Biosensors / Y. Chen, P.I. Reyes, Z. Duan, G. Saraf, R. Wittstruck, Y. Lu, O. Taratula, E. Galoppini // Journal of Electronic Materials. - 2009. - Vol. 38, no. 8. - P. 1605-1611.

26. Gabl, R. Novel Integrated FBAR Sensors: a Universal Technology Platform for Bio-and Gas-Detection / R. Gabl, E. Green, M. Schreiter, H.D. Feucht, H. Zeininger, R. Primig, D. Pitzer, G. Eckstein, W. Wersing, W. Reichl, J. Runck // IEEE Sensors. - 2003. - P. 11841188.

27. Voiculescu, I. Acoustic wave based MEMS devices for biosensing applications / I. Voiculescu, A.N. Nordin // Biosensors and Bioelectronics. - 2012. - Vol. 33. - P. 1-9.

28. Weber, J. Shear mode FBARs as highly sensitive liquid biosensors / J. Weber, W.M. Albers, J. Tuppurainen, M. Link, R. Gabl, W. Wersing, M. Schreiter // Sensors and Actuators A. - 2006. - Vol. 128. - P. 84-88.

29. Танская, Т.Н. Сравнительный анализ технологии изготовления и характеристик тонкопленочных СВЧ резонаторов на ОАВ / Т.Н. Танская, В.Н. Зима, А.Г. Козлов // Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем: Материалы VI общероссийской научно-технической конференции. - Омск: ОмГТУ, 2016. -С. 355-367.

30. Lakin, K.M. High-Q microwave acoustic resonators and filters / K.M. Lakin, G.R. Kline, K.T. McCarron // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 1993. -Vol. 41. - P. 2139-2146.

31. Baumgartel, L. Experimental Optimization of Electrodes for High Q, High Frequency HBAR / L. Baumgartel, E.S. Kim // IEEE Ultrasonics Symposium. - 2009. - P. 2107-2110.

32. Reinhardt, A. Ultra-high Q.f product laterally-coupled AlN/Silicon and AlN/Sapphire High Overtone Bulk Acoustic Wave Resonators / A. Reinhardt, M.T. Delaye, J. Abergel, V. Kovacova, M. Allain, L. Andreutti, D. Mercier, J. Georges, F. Tomaso, P.P. Lassagne, E.

Defay, N. Chretien, T. Baron, G. Martin, E. Lebrasseur, S. Ballandras, L. Chommeloux, J.M. Lesage // Joint UFFC, EFTF and PFM Symposium. - 2013. - P. 1922-1925.

33. Fattinger, G.G. Thin Film Bulk Acoustic Wave Devices for Applications at 5.2 GHz / G.G. Fattinger, J. Kaitila, R. Aigner, W. Nessler // IEEE Ultrasonics Symposium. - 2003. - P. 174-177.

34. Kim, Y.D. Highly Miniaturized RF Bandpass Filter Based on Thin-Film Bulk Acoustic-Wave Resonator for 5-GHz-Band Application / Y.D. Kim, K.H. Sunwoo, S.C. Sul, J.H. Lee, D.H. Kim, I.S. Song, S.H. Choa, J.G. Yook // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. - 2006. - Vol. 54, no. 3. - P.1218-1228.

35. Lakin, K.M. Improved Bulk Wave Resonator Coupling Coefficient for Wide Bandwidth Filters / K.M. Lakin, J. Belsick, J.F. McDonald, K.T. McCarron // IEEE Ultrasonics Symposium. - 2001. - P. 827-831.

36. Hara, M. MEMS Based Thin Film 2 GHz Resonator for CMOS Integration / M. Hara, J. Kuypers, T. Abe, M. Esashi // IEEE MTT-S Digest. - 2003. - P. 1797-1800.

37. Löbl, H.P. Materials for bulk acoustic wave (BAW) resonators and filters / H.P. Löbl, M. Klee, R. Milsom, R. Dekker, C. Metzmacher W., Brand, P. Lok // Journal of the European Ceramic Society. - 2001. - Vol. 21. - P. 2633-2640.

38. Lanz, R. Solidly mounted BAW filters for the 6 to 8 GHz range based on AlN thin films / R. Lanz, M.A. Dubois, P. Muralt // Ultrasonics Symposium. - 2001. - P. 843-846.

39. Kobayashi, H. Fabrication of Piezoelectric Thin Film Resonators with Acoustic Quarter-Wave Multilayers / H. Kobayashi, Y. Ishida, K. Ishikawa, A. Doi, K. Nakamura // Japanese Journal of Applied Physics. - 2002. - Vol. 41. - P. 3455-3457.

40. Pinkett, S. Broadband characterization of zinc oxide-based solidly mounted resonators / S. Pinkett, W. Hunt, B. Barber, P. Gammel // IEEE International Frequency Control Symposium and PDA Exhibition. - 2002. - P. 15-19.

41. Chung, C.J. Influence of Surface Roughness of Bragg Reflectors on Resonance Characteristics of Solidly-Mounted Resonators / C.J. Chung, Y.C. Chen, C.C. Cheng, C.L. Wei, K.S. Kao // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. - 2007. -Vol. 54, no. 4. - P. 802-808.

42. Capilla, J. Ta2O5/SiO2 insulating acoustic mirrors for AlN-based X-band BAW resonators / J. Capilla, J. Olivares, M. Clement, J. Sangrador, E. Iborra, V. Felmetsger, A. Devos // IEEE Ultrasonics Symposium. - 2011. - P. 1704-1707.

43. Двоешерстов, М.Ю. Численный и экспериментальный анализ параметров аку-стоэлектронного тонкопленочного СВЧ-резонатора / М.Ю. Двоешерстов, В.И. Чередник, С.И. Босов, И.Я. Орлов, О.В. Руденко // Акустический журнал. - 2013. - Т. 59, №. 5. - С. 569-577.

44. DeMiguel-Ramos, M. The influence of Acoustic Reflectors on the Temperature Coefficient of Frequency of Solidly Mounted Resonators / M. DeMiguel-Ramos, J. Olivares, T. Mirea, M. Clement, E. Iborra, G. Rughoobur, L. Garcia-Gancedo, A.J. Flewitt, W.I. Milne // IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings. - 2014. - P. 1472-1475.

45. Mansfeld, G. Bragg Mirrors Basic Properties, Resonant Frequencies and Quality Factor of SMR's / G. Mansfeld, S. Alekseev, N. Polsikova // IEEE Ultrasonics Symposium. -2010. - P. 404-407.

46. Olivares, J. Wide Bandwidth Bragg Mirrors for Multi-band Filter Chips / J. Olivares, E. Wegmann, M. Clement, J. Capilla, E. Iborra, J. Sangrador // IEEE Ultrasonics Symposium. - 2009. - P. 2119-2122.

47. Marksteiner, S. Optimization of acoustic mirrors for solidly mounted BAW resonators / S. Marksteiner, J. Kaitila, G.G. Fattinger, R. Aigner // IEEE Ultrasonics Symposium. -2005. - P. 329-332.

48. Lakin, K.M. Development of Miniature Filters for Wireless Applications / K.M. Lakin, G.R. Kline, K.T. McCarron // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 1995. - Vol. 43, no. 12. - P. 2933-2939.

49. Newell, W.E. Face-Mounted Piezoelectric Resonators / W.E. Newell // Proceedings of the IEEE. - 1965. - Vol. 53. - P. 575-581.

50. Berge, J. Switchable and tunable bulk acoustic wave resonators based on BaxSr^ xTiO3 thin films/ J. Berge // Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy.- 2012. - 62 p.

51. Gevorgian, S. Impact of the Electrodes on the Tunability of Paraelectric BST Film Based FBARs / S. Gevorgian, A. Vorobiev // Proceedings of the 40th European Microwave Conference. - 2010. - P.1210-1213.

52. Riekkinen, T. Fabrication and characterization of ferro- and piezoelectric multilayer devices for high frequency application / T. Riekkinen // Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy. - 2009. - 90 p.

53. Devos, A. Picosecond Ultrasonics as a Helpful Technique for Introducing a New Electrode Material in BAW Technology: the Iridium Case / A. Devos, J. Olivares, M. Clement, E. Iborra // IEEE Ultrasonics Symposium. - 2007. - P. 1433-1436.

54. Ivira, B. Modeling for Temperature Compensation and Temperature Characterization of BAW Resonators at GHz Frequencies / B. Ivira, P. Benech, R. Fillit, F. Ndagijimana, P. Ancey, G. Parat // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency control. -2008. - V. 55. - P. 421-430.

55. Chao, M.C. Modified BVD-Equivalent Circuit of FBAR by Taking Electrodes into Account / M.C. Chao, Z.N. Huang, S.Y. Pao, C.S. Lam // IEEE Ultrasonics Symposium. -2002. - P. 973-976.

56. Кайно, Г. Акустические волны: Устройства, визуализация и аналоговая обработка сигналов: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990. - 656 с.

57. Танская, Т.Н. Материалы для тонкопленочного СВЧ-резонатора с Брэгговским отражателем / Т.Н. Танская // Материалы конференции ВНКСФ-21. - 2015. - С. 467-469.

58. Chen, Q. Fabrication and characterization of AlN thin film Bulk Acoustic Wave Resonator / Q. Chen // Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy. - 2006. - 154 p.

59. Kim, H.Y. Analysis of resonance characteristics of Bragg reflector type film bulk acoustic resonator / H.Y. Kim, K.B. Kim, S.H. Cho, Y. Kim // Surface and Coatings Technology 211. - 2012. - P. 143-147.

60. Авторское свидетельство СССР. Пьезоэлектрический керамический материал. № 893959 / О.С. Дидковская, В.А. Звоник, Г.Е. Савенкова, Н.С. Морозова, Г.В. Лунев, Н.И. Селикова, В.В. Климов, В.А. Голосов // Дата опубликования: 30.12.81.

61. Зима, В.Н. Структура и морфология пленок оксида цинка, полученных реактивным магнетронным напылением / В.Н. Зима, А.Г. Козлов, Т.Н. Танская, В.И. Блинов, И.А. Лобов // Вестник Омского университета. - 2013. - № 2. - C. 75-79.

62. Гуляев, Ю.В. Акустоэлектронные устройства обработки и генерации сигналов. Принципы работы, расчета и проектирования / Ю.В. Гуляев, О.Л. Балышева, В.И. Григорьевский и др. // М.: Радиотехника. - 2012. - 555 с.

63. Krimholtz, R. New Equivalent Circuit for Elementary Piezoelectric Transducers / R. Krimholtz, D.A. Leedom, G.L. Matthaei // Electron Letters. - 1970. - Vol. 6. - P. 398-399.

64. Makkonen T. Numerical Simulations of Microacoustic Resonators and Filters / T. Makkonen // Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy. - 2005.

65. Makkonen, T. Finite Element Simulations of Thin-Film Composite BAW Resonators / T. Makkonen, A. Holappa, J. Ella // IEEE transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency control. - 2001. - Vol. 48. - P. 1241-1258.

66. Nowotny, H. Layered piezoelectric resonators with an arbitrary number of electrodes (general one-dimensional treatment) / H. Nowotny, E. Benes, M. Schmid // Journal of Acoustic Society of America. - 1991. - Vol. 90, no. 3. - P. 1238-1245.

67. Nowotny, H. General one-dimensional treatment of the layered piezoelectric resonator with two electrodes / H. Nowotny, E. Benesh // Journal of Acoustic Society of America. -1987. - Vol. 82, no. 2. - P. 513-521.

68. Jose, S. Reflector Stack Optimization for Bulk Acoustic Wave Resonators / S. Jose // Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy, Netherlands. - 2011. - 129 p.

69. Feld, D.A. One-parameter Nonlinear Mason Model for Predicting 2nd&3rd Order Non-linearities in BAW Devices / D.A. Feld, S. Jose // IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings. - 2009. - P. 1082-1087.

70. Jamneala, T. Modified Mason Model for Bulk Acoustic Wave Resonators / T. Jamneala, P. Bradley, U.B. Koelle, A. Chien // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. - 2008. - Vol. 55, no. 9. - P. 2025-2029.

71. Aigner, R. MEMS in RF filter applications: Thin-film bulk acoustic wave technology / R. Aigner // Wiley Interscience: Sensors Update. - 2003. - Vol. 12. - P. 175-210.

72. Sherrit, S. Comparison of the Mason and KLM Equivalent Circuits for Piezoelectric Resonators in the Thickness Mode / S. Sherrit, S.P. Leary, B.P. Dolgin, Y. Bar-Cohen // IEEE Ultrasonics Symposium. - 1999.

73. Choi, M.S. Improvement of the Design Method Using the KLM Model for Optimizing Thickness-Mode Piezoelectric Transducers / M.S. Choi // Journal of the Korean Physical Society. - 2004. Vol. 45, no. 6. - P. 1517-1522.

74. Castillo, M. KLM model for lossy piezoelectric transducers / M. Castillo, P. Aceve-do, E. Moreno // Ultrasonics. - 2003. - Vol. 41. - P. 671-679.

75. Rosenbaum, J.F. Bulk Acoustic Wave Theory and Devices / J.F. Rosenbaum // Ar-tech House. - 1988.

76. Bi, F.Z. Bulk acoustic wave RF technology / F.Z. Bi, B.P. Barber // IEEE Microwave magazine. - 2008. - Vol. 9, no. 5. - P. 65-80.

77. Харвей, А.Ф. Техника сверхвысоких частот / Перевод с англ. В.И. Сушкевича // М.: Советское радио. - 1965. - 783 с.

78. Kubo, R. Fabrication of 5 GHz Band Film Bulk Acoustic Wave Resonators Using ZnO Thin Film / R. Kubo, H. Fujii, H. Kawamura, M. Takeuchi, K. Inoue, Y. Yoshino, T. Makino, S. Arai // IEEE Ultrasonics Symposium. - 2003. - P. 166-169.

79. Shirakawa, A.A. An Improved Isolation W-CDMA Ladder BAW-SMR Filter / A.A. Shirakawa, J.M. Pham, P. Jarry, E. Kerherve, J.B. David, F. Dumont, D. Belot // IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems. - 2006. - P. 1042-1044.

80. Ylilammi, M. Thin Film Bulk Acoustic Wave Filter / M. Ylilammi, J. Ella, M. Par-tanen, J. Kaitila // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectric, and Frequency Control. -2002. - Vol. 49, no. 4. - P. 535-539.

81. Mang, L. ZnO Thin Film Resonator Lattice Filters / L. Mang, F. Hickernell // IEEE International Frequency Control Symposium. - 1996. - P. 363-365.

82. Yang, Q. A Wideband Bulk Acoustic Wave Filter with Modified Lattice Configuration / Q. Yang, W. Pang, D. Zhang, H. Zhang // IEEE International Microwave Symposium. -2015. - P. 1-4.

83. Ballato, A. Novel Frequency Selective Device: The Stacked Crystal Filter / A. Balla-to, T. A. Lukasek // Proceeding 27th Annual Frequency Control Symposium. - 1973. - P. 262269.

84. Kulkarni, V.S. Control of Electromechanical Coupling in Stacked Crystal Filters / V.S. Kulkarni, B.P. Barber, K. Prasad // IEEE Long Island Systems, Applications and Technology Conference. - 2006. - P. 1-7.

85. Lakin, K.M. Equivalent Circuit Modeling of Stacked Crystal Filters / K.M. Lakin // Proceeding 35th Annual Frequency Control Symposium. - 1981. - P. 257-262.

86. Lakin, K.M. High Performance Stacked Crystal Filters for GPS and Wide Bandwidth Applications / K.M. Lakin, J.R. Belsick, J.P. McDonald, K.T. McCarron // IEEE Ultrasonics Symposium Proceeding. - 2001. - P. 833-838.

87. Fattinger, G. Coupled Bulk Acoustic Wave Resonator Filters: Key Technology for Single-to-Balanced RF Filters / G. Fattinger, R. Aigner, W. Nessler // Proceedings IEEE International Microwave Symposium Digest. - 2004. - Vol. 2. - P. 927-929.

88. Jimenez, M. Design of a Coupled Resonator 3dB Power Divider based on BAW Technology / M. Jimenez, E. Corrales, P. Paco, O. Menendez // Joint UFFC, EFTF and PFM Symposium. - 2013. - P. 2155-2158.

89. Lakin, K.M. Coupled Resonator Filters / K.M. Lakin // Proceeding IEEE International Ultrasonics Symposium. - 2002. - Vol. 1. - P. 901-908.

90. Ruby, R. GPS and WiFi Single Ended to Differential CRF Filters using SiOCH as a De-Coupling Layer / R. Ruby, S.R. Gilbert, A. Chien, T. Jamneala // IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings. - 2009. - P. 872-875.

91. Dolle, H.K.J. Balanced Lattice-Ladder Bandpass Filter in Bulk Acoustic Wave Technology / H.K.J. Dolle, J.W. Lobeek, A. Tuinhout, J. Foekema // IEEE MTT-S Digest. - 2004. - P. 391-394.

92. Muller, C. A high performance WCDMA hybrid differential BAW filter / C. Muller, M.A. Dubois, Y. Ueshima, K. Takasuka // IEEE Ultrasonics Symposium. - 2005. - P. 81-84.

93. Shirakawa, A.A. A Mixed Ladder-Lattice Bulk Acoustic Wave Duplexer for W-CDMA Handsets / A.A. Shirakawa, J.B. David, P. Vincent, M.E. Hassan, E. Kerherve, A. Cathelin // IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems. - 2007. - P. 554-557.

94. Shirakawa, A.A. A High Isolation and High Selectivity Ladder-Lattice BAW-SMR Filter / A.A. Shirakawa, J.M. Pham, P. Jarry, E. Kerherve, F. Dumont, J.B. David, A. Cathelin // Proceedings of the 36th European Microwave Conference. - 2006. - P. 905-908.

95. Wu, T.Y. Single-To-Balanced BAW Filter Combining CRF with Lattice Filter / T.Y. Wu, H.J. Wang, T.K. Shing, H.K. Chen // IEEE Ultrasonics Symposium. - 2005. - P. 21902193.

96. Mahon, S. Bulk Acoustic Wave Devices - Why, How, and Where They are Going / S. Mahon, R. Aigner // CS MANTECH Conference. - 2007. - P. 15-18.

97. Weigel, R. Microwave Acoustic Materials, Devices, and Applications / R. Weigel, D.P. Morgan, J.M. Owens, A. Ballato, K.M. Lakin, K.Y. Hashimoto, C.C.W. Ruppel // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2002. - Vol. 50, no. 3. - P. 738-749.

98. Hassan, M.E. Reconfiguration of Bulk Acoustic Wave Filters: Application to WLAN 802.11b/g (2.40-2.48 GHz) / M.E. Hassan, E. Kerherve, Y. Deval, A.A. Shirakawa, D. Belot // IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems. - 2006. - P. 395-398.

99. Vale, C. FBAR Filters At GHz Frequencies / C. Vale, J. Rosenbaum, S. Horwitz, S. Krishnaswamy, R. Moore // Annual Symposium on Frequency Control. - 1990. - P. 332-336.

100. Lakin, K.M. Bulk Acoustic Wave Resonators and Filters for Applications above 2 GHz / K.M. Lakin, J.R. Belsick, J.P. McDonald, K.T. McCarron, C.W. Andrus // IEEE International Microwave Symposium Digest. - 2002. - Vol. 3. - P. 1487-1490.

101. Двоешерстов, М.Ю., Технология формирования полосовых фильтров на основе smr-baw резонаторов [Электронный ресурс]: [Сборник трудов Всероссийской конференции «Микроэлектроника СВЧ»] / М.Ю. Двоешерстов, В.И. Чередник, С.Е. Коршунов, С.И. Босов // Электрон. дан. и прогр. - СПб.: СПбГЭТУ, 2013. - 1 электрон. опт. Диск (CD).

102. Fang, C.M. 5.4 GHz High-Q Bandpass Filter for Wireless Sensor Network System / C.M. Fang, S.C. Lin, Y.C. Chin, P.Y. Chen, H.R. Lin, P.Z. Chang // IEEE Sensors. - 2009. -

P. 1414-1418.

103. Lanz, R. Bandpass Filters for 8 GHz Using Solidly Mounted Bulk Acoustic Wave Resonators / R. Lanz, P. Muralt // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency control. - 2005. - Vol. 52, no. 6. - P. 936-946.

104. Su, Q. X. Thin-Film Bulk Acoustic Resonators and Filters Using ZnO and Lead-Zirconium-Titanate Thin Films / Q. X. Su, P. Kirby, E. Komuro, M. Imura, Q. Zhang, R. Whatmore // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2001. - Vol. 49. - P. 769-778.

105. Gilbert, S.R. GNSS LNA-Filter Module using BAW CRF Filters / S.R. Gilbert, R. Ruby, Y.H. Chow, W. Hii, S. Lim // IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings. - 2010. - P. 99-102.

106. Mourot, L. Nonlinear Behavior of CRF Device at High Power Level / L. Mourot, P. Bar, A. Giry, S. Joblot, G. Parat, S. Bila, J.-F. Carpentier // IEEE Topical Meeting on Silicon Monolithic Integrated Circuits in RF Systems. - 2009. - P. 1-4.

107. Shirakawa, A.A. Ladder-lattice bulk acoustic wave filters: Concept, design and implementation / A.A. Shirakawa, P. Jarry, J.-M. Pham, E. Korherve, F. Dumont, J.-B. David, and A. Cathelin // International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering. -2008. - Vol. 18. - P. 476-484.

108. Hassan, M.E. Techniques for tuning BAW-SMR resonators for the 4th generation of mobile communications / M. El Hassan, E. Kerherve, Y. Deval, K. Baraka, J. B. David, and D.

Belot // Modeling and measurement methods for acoustic waves and for acoustic microdevices, Available: http:// www.intechopen.com/books/modeling-and-measurement-methods-for-acoustic-waves-and-for-acoustic-microdevices/techniques-for-tuning-baw-smr-resonators-for-the-4th-generation-of-mobile-communications

109. Танская, Т.Н. Характеристики Брэгговских отражателей для тонкопленочных СВЧ-резонаторов / Т.Н. Танская, А.Г. Козлов, В.Н. Зима // Техника радиосвязи. - 2012. -Вып. 18. - С. 63-72.

110. Танская, Т.Н. Входной акустический импеданс Брэгговских отражателей тонкопленочных СВЧ-резонаторов / Т.Н. Танская // Материалы конференции ВНКСФ-19. -2013. - С. 400-402.

111. Tanskaya, T.N. Influence of thin films properties on parameters of Bragg Reflector used in Microwave acoustic resonator / T.N. Tanskaya, V.N. Zima, A.G. Kozlov // XVII International Conference for Young Researchers "Wave Electronics and its Applications in the Information and Telecommunication Systems". - 2014. - P. 27.

112. Dutta, J. Design and Simulation of a Zinc Oxide Thin Film Bulk Acoustic Resonator Filter for 2.6 GHz Band Applications / J. Dutta, A. V. Singh, S. Singhal and M. D. Upadhayay // IETE Journal of Research. - Published online: 24 Jul 2015.

113. Танская, Т.Н. Исследование влияния диэлектрического слоя в Брэгговском отражателе на характеристики тонкопленочного ОАВ-резонаторов / Т.Н. Танская, А.Г. Козлов, В.Н. Зима // Техника радиосвязи. - 2016. - Вып. 4 (31). - С. 110-118.

114. Танская, Т.Н. Акустические свойства Брэгговского отражателя для тонкопленочного СВЧ-резонаторов / Т.Н. Танская, В.Н. Зима, А.Г. Козлов // Техника радиосвязи. - 2015. - Вып. 2 (25). - С. 89-99.

115. Torgash, T.N. Микроэлектронный ОАВ-резонатор с брэгговским отражателем, имеющим разнородные низкоимпедансные слои / T.N. Torgash, A.G. Kozlov // XX International Conference for Young Researchers "Wave Electronics and its Applications in the Information and Telecommunication Systems". - 2017. - P. 84-89.

Л

116. Chao, M.C. Electromechanical coupling factor к 35 of thickness-shear mode of the piezoelectric thin films deposited on substrates / M.C. Chao, T.Y. Wu, Z. Wang, C.L. Wang // IEEE Ultrasonics Symposium. - 2001. - P. 463-466.

117. Su, Q. X. Edge Supported ZnO Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonators And Filter Design / Q. X. Su, P.B. Kirby, E. Komuro, R.W. Whatmore // IEEE/EIA International Frequency Control Symposium and Exhibition. - 2000. - P. 434-440.

118. Танская, Т.Н. Моделирование влияния свойств слоев на характеристики микроэлектронного резонатора с Брэгговским отражателем / Т.Н. Танская, А.Г. Козлов, В.Н. Зима // Радиотехника, электроника и связь: сборник докладов II Международной научно-технической конференции РЭиС-2013. - 2013. - С. 471-478.

119. Танская, Т.Н. Влияние параметров электродов на характеристики СВЧ-резонатора с Брэгговским отражателем / Т.Н. Танская, В.Н. Зима, А.Г. Козлов // Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем: материалы V юбилейной общерос. науч.-техн. конф. (Омск, 7-8 октября 2014 г.). - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014. - С. 244-254.

120. Танская, Т.Н. Брэгговский отражатель для тонкопленочных СВЧ-резонаторов / Т.Н. Танская // Региональная конференция по математике и физике ФМ ОмГУ 2013. Сборник статей. - 2013. - С. 157-160.

121. Noge, S. Low Resistance Thin Al Film by Simple Sputtering Deposition / S. Noge, H. Ueno, K. Hohkawa, S. Yoshikawa // IEEE Ultrasonics Symposium. - 1995. - P. 379-382.

122. Tanskaya, T.N. The Influence of Surface Roughness of Bragg Reflector Layers on Characteristics of Microwave Solidly Mounted Resonator / T.N. Tanskaya, V.N. Zima, A.G. Kozlov // 2015 IEEE International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). - 2015. - P. 1238-1241.

123. Танская, Т.Н. Способ сглаживания поверхности пленки алюминия на диэлектрической подложке: Патент РФ 2617890 С2, МПК H01L 21/28 / В.Н. Зима, Т.Н. Танская, А.Г. Козлов. - Бюл. № 13, 28.04.2017. - 13 с.: ил.

124. Боровиков, В. STATISTIKA. Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов. / В. Боровиков //2-изд.- СПб.: Питер, 2003. - 688 с.

125. Chubachi, N. Physical structure of DC diode sputtered ZnO films and its influence on the effective electromechanical coupling factors / N. Chubachi, M. Minakata, Y. Kikuchi // Japan Journal Applied Physics. - 1974. - Vol. 13. - P. 737-740.

126. Yamamoto, T. Characterization of ZnO piezoelectric films prepared by rf planar-magnetron sputtering / T. Yamamoto, T. Shiosaki, A. Kawabata // Journal of Applied Physics. - 1980. - Vol. 51. - P. 3113-3120.

127. Stoney, G.G. The Tension of Metallic Films Deposited by Electrolysis / G.G. Stoney // Proc. R. Soc. Lond. A. - 1909. - Vol. 82. - P. 172-175.

128. Зима, В.Н. Измерение механических напряжений в тонких пленках с помощью интерферометра МИИ-4 / В.Н. Зима // Техника средств связи. - 1986. - Вып. 1 (18). - С. 49-51.

129. Раскатов, В.М. Машиностроительные материалы: Краткий справочник / В.М. Раскатов, В.С. Чуенков, Н.Ф. Бессонова, Д.А. Вейс //М.: Машиностроение. - 1980. -511 c.

130. Хасс, Г. Физика тонких пленок. Пер. с анг. Т.3. / Г. Хасс, Р.Э. Тун // М.: Мир. -1968. - 331 с.

131. Fabrega, L. Effect of stress and morphology on the resistivity and critical temperature of room-temperature-sputtered Mo thin films / L. Fabrega, I. Fernandez-Martinez, M. Par-ra-Borderias, O. Gil, A. Camon, R. Gonzalez-Arrabal, J. Sese, J. Santiso, J.-L. Costa-Kramer, F. Briones // IEEE Trans. Appl. Supercond. - 2009. - Vol. 19. - P. 3779-3785.

132. Lee, C.H. The Thickness Dependent of Optical Properties, Resistance, Strain and Morphology of Mo Thin Films for The Back Contact of CIGS Solar Cells / C.H. Lee, F.G. Guo, C.C. Chu // Chin. J. Phys. - 2012. - Vol. 50. - P. 311-321.

133. Carneiro, J.O. A real time scale measurement of residual stress evolution during coating deposition using electric extensometry / J.O. Carneiro, V. Teixeira, A. Portinha, F. Vaz, J.A. Ferreira // Rev. Adv. Mater. Sci. - 2004. - Vol. 7. - P. 32-40.

134. Козлов, А.Г. Исследование влияния потока газа при магнетронном распылении на свойства тонких пленок для устройств функциональной электроники / А.Г. Козлов, В.Н. Зима, Т.Н. Танская // Техника радиосвязи. - 2016. Вып. 3 (30). - С. 99-109.

135. Зима, В.Н. Разработка технологии получения и исследование свойств пленок оксида цинка с целью создания ПАВ-устройств для аппаратуры средств связи / В.Н. Зима // Дисс. канд. тех. наук спец. 05.17.16 (технология полупроводников и материалов электронной техники) 1983 г. - 235 с.

136. Raoufi, D. The effect of heat treatment on the physical properties of sol-gel derived ZnO thin films / D. Raoufi, T. Raoufi // Applied Surface Science. - 2009. - Vol. 255. - P. 5812-5817.

137. Зима, В.Н. Влияние технологических параметров магнетронного распыления на механические напряжения и шероховатость поверхности пленок молибдена / В.Н. Зима, Т.Н. Танская // Успехи современной радиоэлектроники. - 2014. № 11. - С. 64-71.

138. Танская, Т.Н. Пленки молибдена для Брэгговского отражателя микроэлектронных резонаторов на объемных акустических волнах / Т.Н. Танская, В.Н. Зима, А.Г. Козлов // Нано- и микросистемная техника. - 2015. № 7 (180). - С. 27-36.

139. Seo, J.H. Electrochemical Analysis of Sputtered Molybdenum Thin Films on Glass Substrates in Various Acid Solutions / J.H. Seo // Journal of the Korean Physical Society. -2007. - Vol. 50. - P. 1193-1196.

140. Dhar, N. An Investigation on Structural and Electrical Properties of RF—Sputtered Molybdenum Thin Film Deposited on Different Substrates / N. Dhar, P. Chelvanathan, M. Zaman, K. Sopian, N. Amin // Energy Procedia. - 2013. - Vol. 33. - P. 186-197.

141. Shen, Y.G. Effect of deposition conditions on mechanical stresses and microstructure of sputter-deposited molybdenum and reactively sputter-deposited molybdenum nitride films / Y.G. Shen // Mater. Sci. Eng. A. - 2003. - Vol. 359. - P. 158-167.

142. Thornton, J.A. Stress-related effects in thin films / J.A. Thornton, D.W. Hoffman // Thin Solid Films. - 1989. - Vol. 171. - P. 5-31.

143. Li, W. Thickness optimization of Mo films for Cu(InGa)Se2 solar cell applications / W. Li, Y.-M. Zhao, X.-J. Liu, J.-P. Ao, Y. Sun // Chin. Phys. B. - 2011. - Vol. 20. - P. 1-5.

144. Танская, Т.Н. Тонкопленочный СВЧ резонатор с Брэгговским отражателем / В.Н. Зима, Т.Н. Танская, А.Г. Козлов // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. Материалы международной научно-технической конференции «IN-TERMATIC-2014». - М: МГТУ МИРЭА, 2014, часть 4. - С. 11-14.

145. Танская, Т.Н. Микроэлектронные устройства на основе акустических волн / Т.Н. Танская // Доклады Омского научного семинара «Современные проблемы радиофизики и радиотехники». - 2015. - С. 69-72.

146. Tanskaya, T.N. Microwave resonator with a Bragg reflector based on molybdenum and aluminum films / T.N. Tanskaya, V.N. Zima, A.G. Kozlov // XVIII International Conference for Young Researchers "Wave Electronics and its Applications in the Information and Telecommunication Systems". - 2015. - P. 33-34.

147. Танская, Т.Н. Влияние конструктивных особенностей тонкопленочного ОАВ резонатора на его эквивалентные электрические параметры / Т.Н. Танская, А.Г. Козлов,

В.Н. Зима // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность. - 2015. - № 2. - С. 67-70.

148. Танская, Т.Н. Зависимость параметров эквивалентной электрической схемы микроэлектронного ОАВ резонатора от его конструктивных особенностей / А.Г. Козлов, Т.Н. Танская, В.Н. Зима // Труды II Российско-белорусской научно-технической конференции «Элементная база отечественной радиоэлектроники: импортозамещение и применение» им. О.В. Лосева. - 2015. - С. 218-222.

149. Tanskaya, T.N. Influence of the Design of the Solid Mounted Resonator on its Electrical Equivalent Parameters / T.N. Tanskaya, V.N. Zima, A.G. Kozlov // 2016 IEEE International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). - 2016. - P. 842-845.

150. Zhang, Y. Multilayer Integrated Film Bulk Acoustic Resonators / Y. Zhang, D. Chen // Shanghai: Shanghai Jiao Tong University Press and Heidelberg: Springer. - 2013. -152 p.

151. Chatras, M. Modeling and Design of BAW Resonators and Filters for Integration in a UMTS Transmitter / M. Chatras, S. Bila, S. Giraud, L. Catherinot, J. Fan et.al. // Modeling and measurement methods for acoustic waves and for acoustic microdevices, Available: http:// www.intechopen.com/books/modeling-and-measurement-methods-for-acoustic-waves-and-for-acoustic-microdevices/

152. Танская, Т.Н. Влияние внешних пассивных элементов на характеристики микроэлектронного тонкопленочного ОАВ-резонатора / А.Г. Козлов, Т.Н. Танская, В.Н. Зима // Радиотехника, электроника и связь: сборник докладов III Международной научно-технической конференции РЭиС-2015. - 2015. - С. 373-380.

153. Tanskaya, T.N. Проектирование полосовых СВЧ фильтров на основе тонкопленочных ОАВ резонаторов / T.N. Tanskaya, A.G. Kozlov, A.N. Yakovlev, V.N. Zima // XIX International Conference for Young Researchers "Wave Electronics and its Applications in the Information and Telecommunication Systems". - 2016. - P. 100-103.

154. Grebennikov, A. RF and microwave transmitter design / A. Grebennikov // John Wiley and Sons, Inc., Hoboken, New Jersey. - 2011. - 816 p.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Расчет лестничных фильтров на микроэлектронных ОАВ-

резонаторах

В приложении представлены результаты моделирования основных типов звеньев лестничных фильтров на примере изготовленных опытных образцов микроэлектронных ОАВ-резонаторов с брэгговским отражателем.

Моделирование проводится с использованием экспериментальных результатов для опытных образцов микроэлектронных ОАВ-резонаторах с эквивалентными электрическими параметрами, представленными в таблице А.1. Такие резонаторы работают на частотах от 2,7 ГГц до 5,1 ГГц с резонансным промежутком равным 9,4.57,7 МГц. Разработанный метод топологического проектирования представлен автором в работе [153].

Таблица А.1. Электрические характеристики разработанных и изготовленных

ОАВ-резонаторов с брэгговским отражателем

№ образца Материал пьезоэлектрического слоя / ГГц /р, ГГц А / МГц б Со, пФ Cm, фФ Lm, нГн Кт, Ом

1 ЛШ 5,10025 5,1579375 57,7 (1,13 %) 105 0,48 10,9 89 27,2

2 лш 5,079125 5,1295 50,4 (0,99) 112 0,88 17,5 56 15,9

3 лш 2,766 2,7783 12,3 (0,44 %) 650 2,27 20 165 4,4

4 2п0 2,837 2,8464 9,4 (0,33 %) 350 3,03 20 157 8,0

5 2п0 2,825 2,8365625 11,6 (0,41 %) 301 1,33 10,9 291 17,2

Рассмотрим основные типы звеньев лестничных фильтров на основе микроэлектронных ОАВ-резонаторов.

1) Схема Т-образного звена с ОАВ-резонатором в каждом плече. Электрическая схема Т-образного звена с микроэлектронным ОАВ-резонатором в каждом плече показана на рис. А.1.

SMR1

-ID H

Ci

Ч

SMR1

Lm1 Cm1

Coi

Lm2

C02"

C2

Cm1 Lm1

_| |—ЛЛР—

Coi

Ci

Рис. А.1. Электрическая схема Т-образного звена с тремя ОАВ-резонаторами (SMR1,

SMR2).

На рис. А.1 показаны следующие параметры: Lm1, Cm1, C01 - эквивалентные параметры резонатора SMR1; Lm2, C^i, C02 - эквивалентные параметры резонатора SMR2; С1 и Ci - дополнительные емкостные элементы.

Рассчитанные номиналы элементов Т-образного звена с резонатором в каждом плече с учетом их параметров показаны в таблице А.2, а с помощью методов схемотехнического моделирования проведем анализ их АЧХ, рис. А.2.

Таблица А.2. Электрические характеристики лестничного фильтра на ОАВ-резонаторах

№ образца Центральная частота, ГГц Относительная полоса пропускания, % Вносимые потери, дБ Гарантированное затухание в полосе задерживания (при отстройке на 10 %), дБ Сь пФ С2, пФ 7 7m, Ом

3 2,8115 1,16 -2,61 -51 0,1 0,78 90,4

4 2,809 0,91 -6,9 -41 0,1 0,35 50,4

Амплитудно-частотная характеристика Т-образного звена с резонатором в каждом плече имеет узкую полосу пропускания (до 1,2 %), минимальные вносимые потери равные -2,61 дБ и большое затухание в полосе задерживания (при отстройке на 10 % - до - 51 дБ), а электрическая схема данного звена также является высокоомной. Для использования указанного типа звеньев с нагрузкой необходимо использовать приставки для согласования. Отметим, что максимальная относительная полоса пропускания для данного звена ограничивается 1,2 % для микроэлектронных резонаторов на основе пьезоэлектрических пленок из нитрида алюминия.

<$21, дБ

Ли дБ

о

а)

/ ГГц

б)

3,0 3,1

/ГГц

Рис. А.2. Рассчитанная АЧХ Т-образного звена на основе трех ОАВ-резонаторов. Тип резонатора: образец № 3 (а); образец № 4 (б).

2) Схема П-образного звена с ОАВ-резонатором в каждом плече.

Электрическая схема П-образного звена с микроэлектронным ОАВ-резонатором в каждом плече показана на рис. А.3.

БМЮ

т г

Ьт1 Ст1

—опо—| |—

С01

Ьт

Ст

Сп'

С1

С2

С,

Ьт

С

С

т2

Рис. А.3. Электрическая схема П-образного звена с микроэлектронным ОАВ-резонатором (8МЯ1, 8МЯ2) в каждом плече.

Рассчитанные номиналы элементов П-образного звена с учетом параметров резонаторов представлены в таблице А.3, а с помощью методов схемотехнического

моделирования проведен анализ их АЧХ (рис. А. 4).

Таблица А.3

№ об-раз-ца Центральная частота, ГГц Относительная полоса пропускания, % Вносимые потери, дБ Гарантированное затухание в полосе задерживания (при отстройке на 10 %), дБ С1, пФ С2, пФ 7 7m, Ом

3 2,7755 1 -2,5 -35,9 0,1 0,76 66

4 2,7730 1 -4,3 -34,8 0,1 0,1 79

¿21, дБ ¿21, дБ

2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 3,1

2,5 2,6 2,7 2,8 2.9 3,0 3,1

/ ггц ./; ггц

а) б) Рис. А.4. Рассчитанная АЧХ П-образного звена на основе трех ОАВ-резонаторов.

Тип резонатора: образец № 3 (а); образец № 4 (б).

Амплитудно-частотная характеристика П-образного звена с резонатором в каждом плече имеет узкую полосу пропускания (до 1 %), минимальные вносимые потери равные -2,5 дБ и большое затухание в полосе задерживания (при отстройке на 10 % - до -35,9 дБ), а электрическая схема данного звена также является высокоомной. Для использования указанного типа звеньев с нагрузкой необходимо использовать приставки для согласования. Отметим, что максимальная относительная полоса пропускания для данного звена ограничивается 1 % для микроэлектронных ОАВ-резонаторов на основе пьезоэлектрических пленок из нитрида алюминия и оксида цинка.

3) Схема П-образного звена с одним ОАВ-резонатором в продольной ветви.

Рассмотренные выше схемы лестничных фильтров без использования расширительных элементов позволяют реализовать относительную полосу пропускания до 1,2 %

(для резонаторов с узким резонансным промежутком). Для обеспечения более широких полос пропускания требуется введение дополнительных расширительных элементов. Электрическая схема такого фильтра состоит из одного ОАВ-резонатора, расположенного в продольной ветви и расширительных элементов, рис. А.5.

¿т Ст

С1

¿2 :

X

¿1

С2 С2

р-ЛПО—| |—|

Со

\ь7

> ¿2^ уС2

С1

¿1 -Г\ЛР-

С2 ^ £¿2

И

Рис. А.5. Электрическая схема П-образного звена с одним ОАВ-резонатором (8МЯ).

Представленная электрическая схема подходит для использования микроэлектронных ОАВ-резонаторов, имеющих узкий резонансный промежуток, и для получения более широких полос пропускания фильтра.

Номиналы элементов П-образного звена с учетом параметров резонаторов показаны в таблице А.4, а с помощью методов схемотехнического моделирования получены их АЧХ, рис. А.6.

Таблица А.4

№ образца Центральная частота, ГГц Относительная полоса пропускания, % Вносимые потери, дБ Гарантированное затухание в полосе задерживания (при отстройке на 10 %), дБ С2, пФ ¿1, нГн ¿2, нГн 7 7m, Ом

3 2,78 2,9 -1,6 -33,5 32,86 0,1 1,47 50

4 2,84 2,8 -1,9 -26,5 31,40 0,1 0,70 50

Из таблицы А.4 видно, что АЧХ данного звена имеет широкую полосу пропускания до 2,9 % для резонаторов на основе пленок из нитрида алюминия, малые вносимые потери (до -1,6 дБ) и большое затухание в полосе задерживания (при отстройке на 10 % до -33,5 дБ). При этом расширительные элементы (катушки индуктивности, конденсаторы) и ОАВ-резонатор для рассмотренных лестничных и

мостовых фильтров могут быть изготовлены с использованием тонкопленочной технологии в едином технологическом цикле.

ДБ дБ

^ 2.0 2.3 2.6 2.9 3.2 3.5

/ ГГ« / ГГц

а) б)

Рис. А.6. АЧХ П-образного звена с ОАВ-резонатором в продольной ветви.

Тип резонатора: образец № 4 (а); образец № 3 (б).

Представленная электрическая схема подходит для использования микроэлектронных ОАВ-резонаторов, имеющих узкий резонансный промежуток, и для получения более широких полос пропускания лестничного фильтра.

Таким образом, проведенные исследования показали возможность создания на основе микроэлектронных ОАВ-резонаторов устройств частотной селекции в диапазоне 2...5 ГГц с относительными полосами пропускания от 0,9 % до 3 %, выполненных по лестничным схемам. При этом необходимо отметить следующее:

1. Для создания узкополосных фильтров на основе разработанных резонаторов (с полосами пропускания до 1,2 %) в диапазоне частот от 2 ГГц до 5 ГГц могут быть использованы лестничные Т- и П-образные схемы фильтров с резонаторов в каждом плече. При этом для минимизации потерь в полосе пропускания целесообразно использовать резонаторы, выполненные на основе пьезоэлектрической пленки из нитрида алюминия.

2. Введение дополнительных расширительных элементов, выполненных с использованием тонкопленочной технологии в едином технологическом цикле при изготовлении резонаторов, позволяет расширить диапазон реализуемых относительных полос пропускания до 3 % для лестничных схем.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акт о внедрении результатов диссертационной работы

УТВЕРЖДАЮ

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Торгаш Т.Н. «Микроэлектронные резонаторы с брэгговским отражателем на объемных акустических волнах для построения полосовых фильтров»

Настоящий акт составлен в том, что следующие результаты диссертационной работы Торгаш Т.Н.:

1) результаты моделирования влияния конструкторско-технологических параметров брэгговского отражателя с пленками молибдена и алюминия (количество слоев, погрешность толщины слоев и замена слоя алюминия диэлектрическим слоем диоксида кремния в верхней паре слоев молибден-алюминий) на акустические характеристики отражателя и электрические характеристики микроэлектронного ОАВ-резонатора на его основе;

2) технология получения тонкопленочных слоев алюминия и молибдена с низкой шероховатостью поверхности пленок, позволяющая создавать ОАВ-резонаторы и фильтры на их основе с улучшенной добротностью;

3) технология изготовления микроэлектронных ОАВ-резонаторов с пьезоэлектрическими пленками из оксида цинка и нитрида алюминия для диапазона частот 2... 5 ГГц путем магн стройного напыления в едином технологическом цикле;

4) результаты экспериментальных исследований по влиянию шероховатости поверхности тонкопленочных слоев микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем на резонансные характеристики и добротность резонатора;

5) результаты экспериментальных исследований по влиянию площади верхнего электрода микроэлектронного ОЛВ-резонатора на резонансные характеристики, добротность резонатора и его эквивалентные электрические параметры;

использованы при разработке конструкций и технологии изготовления новых микроэлектронных резонаторов с брэгговским отражателем на частоты от 2 ГГц до

- микроэлектронные ОАВ-резонаторы с пьезоэлектрической пленкой из оксида цинка серии РЦ07-7ВЦ (РЦ07-7ВЦ-2Г, РЦ07-7ВЦ-2.8Г, РЦ07-7ВЦ-4Г);

- микроэлектронные ОАВ-резонаторы с пьезоэлектрической пленкой из нитрида алюминия серии РА01-7ВЦ (РА01-7ВЦ-2Г, РА01-7ВЦ-2.7Г, РА01-7ВЦ-3.7Г, РА01-7ВЦ-5Г).

Использование результатов диссертационной работы в конструкции резонаторов данных серий позволило получить резонаторы со следующими характеристиками:

1) резонаторы на основе пьезоэлектрических пленок оксида цинка:

- диапазон частот: 2... 5 ГГц;

- величина резонансного промежутка: 0,4...0,6 %;

- добротность: 300...350 единиц;

2) резонаторы на основе пьезоэлектрических пленок нитрида алюминия:

- диапазон частот: 2... 5 ГГц;

- величина резонансного промежутка: 0,3...1,5 %; -добротность: 100...500 единиц;

Данные резонаторы используются в полосовых фильтрах и тактовых генераторах на частотный диапазон от 2 ГГц до 5 ГГц для приемо-передающей радиоэлектронной аппаратуры, в том числе разрабатываемой в АО «ОНИИП».

5 ГГц:

Начальник НТК-7

Начальник сектора 705 НТК-7

Зам. ген. директора по микроэлек

Б.П. Мейер Е.А. Чукавов И.А. Корж