【摘 要】
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与常见的质量传感器——石英晶体微天平(QCM)相比,以薄膜体声波谐振器(FBAR)为基础的微质量传感器因具有体积小、损耗低、灵敏度高、品质因数(Q)高、工作频率高、温度稳定性好、可与半导体工艺兼容等优势,显示出广阔的应用前景。本文围绕用于微质量传感的FBAR展开研究,设计了三种不同的FBAR结构,通过对各膜层材料的选择、结构尺寸的仿真优化以及制备工艺的摸索,最终制备出满足用于ng级质量传感的FBA
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与常见的质量传感器——石英晶体微天平(QCM)相比,以薄膜体声波谐振器(FBAR)为基础的微质量传感器因具有体积小、损耗低、灵敏度高、品质因数(Q)高、工作频率高、温度稳定性好、可与半导体工艺兼容等优势,显示出广阔的应用前景。本文围绕用于微质量传感的FBAR展开研究,设计了三种不同的FBAR结构,通过对各膜层材料的选择、结构尺寸的仿真优化以及制备工艺的摸索,最终制备出满足用于ng级质量传感的FBAR结构,为后续生物传感器的研究奠定了基础。本文的研究工作可以概括为:1、分析了结构、压电薄膜、电极对FBAR器件性能的影响,设计了三种用于微质量传感的FBAR结构,确定了各膜层所用材料。利用有限元软件对所设计的结构进行仿真优化,得到每种结构的特征频率、机电耦合系数(keff)、Q值。最后对三种结构的性能进行总结分析,选出最合适的结构进行制备。2、设计掩膜版,并利用MEMS工艺对用于微质量传感的FBAR进行制备。重点介绍了光刻工艺操作及注意事项,对FBAR的制备过程进行了详细介绍,制得了具有不同上电极的FBAR结构。3、利用网络分析仪对用于微质量传感的FBAR结构进行测试。上电极的形状、大小、厚度会对器件性能造成影响。测试结果显示,上电极形状为五边形,面积大小为60000μm2,厚度为0.03μm时,FBAR的性能更佳;另外,利用网络分析仪测试了具有不同上电极负载的传感器,计算出传感器灵敏度的理论值为3.97×105 Hz.cm2/ng。
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