壓電微機電諧振器

目錄
譯者序
原書前言
作者名單
第Ⅰ部分MEMS諧振器壓電材料
第1章AlN薄膜的基本性質(zhì)與制造工藝3
1.1簡介3
1.2反應(yīng)磁控濺射沉積法制備AlN薄膜8
1.2.1用于c軸織構(gòu)化的壓電薄膜的生長工藝8
1.2.2襯底表面粗糙度的影響:薄膜生長與厚度的關(guān)系15
1.2.3其他生長問題:氧雜質(zhì)和再生問題17
1.3性質(zhì)和表征19
1.3.1從頭計算法的研究26
1.4AlN-ScN合金薄膜26
參考文獻28
第2章PZT在微納機電系統(tǒng)中的應(yīng)用32
2.1PZT壓電薄膜32
2.1.1沉積工藝32
2.1.2刻蝕工藝38
2.1.3器件設(shè)計問題41
2.1.4基于PZT的諧振器件44
2.1.5小結(jié)55
致謝56
參考文獻56
第3章GaN在微納機電系統(tǒng)中的應(yīng)用61
3.1簡介61
3.1.1簡史61
3.1.2GaN技術(shù)61
3.1.3GaN的優(yōu)勢63
3.2GaN諧振器的換能原理64
3.2.1無源壓電轉(zhuǎn)換64
3.2.2壓阻換能67
3.2.3GaN諧振體晶體管69
3.3應(yīng)用73
3.3.1基于GaN的物理諧振傳感器73
3.3.2基于GaN的頻率合成器和計時器75
3.4對未來的展望76
參考文獻79
第4章LiNbO3材料在微納機電諧振器中的應(yīng)用84
4.1LiNbO3材料和薄膜的發(fā)展歷史85
4.2LiNbO3的材料特性87
4.3LiNbO3薄膜的體聲波振動模態(tài)89
4.4LiNbO3薄膜的微加工
工藝95
4.5LiNbO3器件的設(shè)計和性能101
4.6LiNbO3器件的討論和未來的應(yīng)用105
參考文獻107
第Ⅱ部分壓電MEMS諧振器的設(shè)計
第5章壓電MEMS諧振器中的品質(zhì)因數(shù)與耦合115
5.1簡介115
5.2品質(zhì)因數(shù)115
5.2.1損耗的來源116
5.2.2有關(guān)損耗的討論122
5.3耦合因數(shù)123
5.3.1壓電耦合因數(shù)123
5.3.2有效機電耦合因數(shù)124
5.3.3耦合因數(shù)的討論125
5.4優(yōu)值（FOM）與小結(jié)126
參考文獻126
第6章?lián)闲詨弘娭C振器131
6.1簡介131
6.2層壓板力學131
6.2.1固有頻率132
6.2.2薄膜壓電系數(shù)133
6.3能量法振動分析134
6.4一維諧振器135
6.4.1雙端固支梁分析136
6.4.2固有頻率138
6.4.3雙端口諧振器138
6.5二維諧振器140
6.5.1方形板141
6.5.2圓形板142
6.5.3示例——多振動模態(tài)的耦合預(yù)測145
參考文獻146
第7章橫向振動壓電MEMS諧振器148
7.1簡介148
7.2工作原理148
7.3材料153
7.4頻率縮放155
7.5制造技術(shù)156
7.6原型器件示例157
參考文獻165
第8章BAW壓電諧振器171
8.1簡介171
8.2BVD模型171
8.3Mason等效電路176
8.4諧振器結(jié)構(gòu)178
8.5材料選擇180
8.6橫向波傳播181
8.7小結(jié)184
參考文獻184
第9章剪切壓電MEMS諧振器186
9.1MEMS諧振器的介紹186
9.2壓電剪切模式187
9.3壓電厚度剪切原理188
9.4石英晶體的切割角191
9.5器件尺寸對頻率的影響192
9.6厚度剪切模式的仿真192
9.7溫度對諧振頻率的影響193
9.8等效電路196
9.9厚度剪切器件的制造197
9.10原型器件示例199
9.11未來的發(fā)展203
9.12小結(jié)203
參考文獻203
第10章壓電微諧振器的溫度補償205
10.1簡介205
10.2諧振頻率的溫度靈敏度205
10.3無源補償技術(shù)206
10.3.1基于諧振器組成設(shè)計的補償方法206
10.3.2基于材料特性的補償方法209
10.3.3其他無源補償技術(shù)211
10.4有源補償技術(shù)212
參考文獻215
第11章計算建模的挑戰(zhàn)217
11.1簡介217
11.2計算頻率響應(yīng)所面臨的挑戰(zhàn)218
11.2.1動機218
11.2.2頻率響應(yīng)計算220
11.3能量損耗機制建模224
11.3.1錨損耗225
11.3.2熱彈性耗散227
11.3.3流體阻尼229
11.4靜態(tài)和動態(tài)非線性231
11.4.1殘余應(yīng)力231
11.4.2源自高功率的非線性232
11.5小結(jié)233
致謝234
參考文獻234
第Ⅲ部分壓電MEMS諧振器的制造工藝和可靠性
第12章實現(xiàn)壓電MEMS諧振器
的制造工藝流程239
12.1簡介239
12.2AlN壓電材料的沉積240
12.3純壓電諧振器的制造工藝流程243
12.4襯底上壓電諧振器的制造工藝流程244
12.5MEMS諧振器三維轉(zhuǎn)換的側(cè)壁AlN工藝246
12.6具有集成HEMT讀出功能的AlGaN/GaN諧振器的制造工藝流程249
參考文獻250
第13章可靠性與質(zhì)量評估（穩(wěn)定性與封裝）253
13.1諧振器需求的發(fā)展253
13.2頻率控制器件的挑戰(zhàn)：器件壽命和關(guān)鍵性應(yīng)用254
13.3評估規(guī)則的制定254
13.4IC和機電器件的挑戰(zhàn)255
13.5頻率控制器件的前景255
13.6美國軍方標準256
13.7JEDEC標準256
13.8其他標準257
13.9工藝與生產(chǎn)監(jiān)控258
13.10頻率控制產(chǎn)品的其他規(guī)范258
13.10.1對溫度變化的反應(yīng)259
13.10.2擾動259
13.10.3電源噪聲敏感度259
13.10.4系統(tǒng)注入噪聲259
13.10.5低頻漂移259
13.10.6長期老化261
13.10.7EMI輻射261
13.11對未來的展望261
13.11.1器件尺寸261
13.11.2器件電源電壓和功率261
13.11.3器件成本262
13.11.4自檢測262
第14章大批量測試與校準263
14.1生產(chǎn)測試的目的264
14.2生產(chǎn)測試的考慮因素265
14.3測試策略的形成265
14.4剔除方法266
14.4.1電學剔除方式266
14.4.2視覺剔除方式270
14.5測試和剔除分析流程273
14.6在測試執(zhí)行中的考慮274
14.6.1缺陷編碼系統(tǒng)274
14.6.2測試程序的接口設(shè)計275
14.6.3標定探針的設(shè)置275
14.6.4數(shù)據(jù)處理與自動化275
14.7測試時間的縮減276
14.7.1多站點測試276
14.7.2測試程序的優(yōu)化276
14.7.3硬件或軟件277
14.7.4數(shù)據(jù)文件格式277
14.8校準277
14.9小結(jié)278
參考文獻278
第Ⅳ部分實際應(yīng)用
第15章用于移動設(shè)備的高頻振蕩器281
15.1了解移動設(shè)備中時鐘需求的多樣性283
15.2聲學器件的重要性285
15.2.1諧振器Q值的重要性285
15.2.2目前阻礙使用集成電路解決方案來提供時鐘和頻率的原因285
15.3振蕩器中的相位噪聲286
15.4Sand 9壓電MEMS諧振器的發(fā)展歷史290
15.4.1早期原型290
15.4.2使用芯片級封裝壓電MEMS諧振器VC-TCXO294
15.4.3125MHz VC-TCXO的壓電MEMS概念298
15.5集成MEMS諧振器308
15.5.1集成蜂窩收發(fā)器310
15.6成果311
15.7了解商用的MEMS時鐘314
15.8MEMS蜂窩時鐘器件的商用案例315
15.9現(xiàn)狀317
15.9.1MEMS時鐘革命何時發(fā)生318
15.9.2如何用LLQ模擬Xtal 318
15.10MEMS時鐘的價值319
15.11小結(jié)319
致謝320
參考文獻321
第16章用于移動通信的BAW濾波器和雙工器324
16.1簡介324
16.2BAW簡史324
16.3用于智能手機的濾波器的類型326
16.4尺寸和性能的發(fā)展328
16.5插入損耗330
16.6端口的阻抗和匹配331
16.7抑制和隔離335
16.8功率承受和可靠性337
16.9溫度效應(yīng)338
16.10群延時340
16.11濾波器和雙工器的線性度340
16.12封裝和RF模塊的集成341
16.13濾波器的設(shè)計方法342
16.14LTE載波聚合解決方案345
參考文獻346
后記——關(guān)于壓電微機電諧振器重要參數(shù)的討論347
參考文獻351