薄膜體聲波諧振器
薄膜體聲波諧振器
薄膜體聲波諧振器，其英文全稱是Film Bulk Acoustic Resonator，縮寫為FBAR。不同於以前的濾波器，是使用硅底板、藉助MEMS技術以及薄膜技術而製造出來的。在無線收發器中實現鏡像消除、寄生濾波和通道選擇等功能，有較高Q值和易實現微型化等特點。
隨著薄膜與微納製造技術的發展，電子器件正向微型化、高密集復用、高頻率和低功耗的方向迅速發展。近年來發展起來的薄膜體聲波諧振器（FBAR）採用一種先進的諧振技術，它是通過壓電薄膜的逆壓電效應將電能量轉換成聲波而形成諧振，這一諧振技術可以用來製作薄膜頻率整形器件等先進元器件，薄膜體聲波諧振器（FBAR）聲波器件具有體積小，成本低，品質因數（Q）高、功率承受能力強、頻率高（可達1-10GHz）且與IC技術兼容等特點，適合於工作在1-10 GHz的RF系統應用，有望在未來的無線通訊系統中取代傳統的聲表面波（SAW）器件和微波陶瓷器，因此在新一代無線通信系統和超微量生化檢測領域具有廣闊的應用前景。
早在1965年Newell便製成了布拉格反射形的薄膜諧振器。1967年製成CdS薄膜諧振器，1980年實現了在 Si晶元上生長znO製成諧振頻率為500MHz，Q值為9000的薄膜諧振器。
目前國際上的體聲波諧振器技術發展很快，微型化、性能優良和 VLSI工藝兼容的體聲波諧振器及其濾波器 日益成為當今國際研究的熱點，出現了一批具有代表性的研究成果。其中以麻省理工學院微系統實驗室採用A1N作為壓電材料製成的體聲波諧振器為代表。他們於 1997年採用硅刻蝕技術和鍵合技術，構造出使壓電膜懸空的密封腔，得到了中心頻率為1.35GHz、Q值為540、Keff為6.4、插損為3dB的薄膜體聲波諧振器。
1998年他們利用布拉格反射層技術得到的體聲波諧振器頻率在1.8GHz，帶寬為3.6Ao(即25MHz)，Q值為400 P.B.Kirby等於2000年研製的體聲波濾波器則採用 PZT作為壓電材料，在頻率1.6GHz時，Q值為53，Kt為19.1%，帶寬 IOOMHz，插損為 3dB。
2001年Agilent Technologies公司利用AIN FBAR製造的 Duplexer，現在已經開始銷售，頻率約1.9GHz，其 Q值高達 2500，Kt為6.5，插損小於3dB。
韓國的K.W.Kim等在 2002年研製了用於2GHz頻段的AlNTFBAR，Q值為 577.18，Kt為4.3 ，帶寬52MHz，插損為 2～3dB。
2003年日本的 Motoaki Hara等在 Transducer0上發表了他們關於AINTFBAR的研究成果。該諧振器的基模位於2GHz，Q值達780，Keff為 5.36。
2003年韓國的LG公司研究得到了AINTFBAR，中心頻率約1.9GHz，Q值為1530，Keff為 6.8 ～7.3 ，插損0.45dB，隔離度 28dB。
2004年韓國科技研究所微系統研究中心在超薄硅基片（50~m）上製作 了薄膜體聲波諧振器，中心頻率達 2.5GHz，具有很好的柔韌性，通過MEMS工藝加工易與MMIC集成，降低了器件的損耗。2005年Fujitsu Laboratories Ltd利用A1N薄膜作的TFBAR。中心頻率達到10.3GHz，Q值為508，插入損耗僅為ldB。
FBAR的工作區由金屬底電極-壓電膜-金屬上電極組成，器件工作於能陷-厚度振動模式，工作頻率與壓電材料的厚度成反比。當電信號載入到FBAR上時，器件中的壓電薄膜通過逆壓電效應將電信號轉變為聲信號，器件特點的聲學結構對不同頻率的聲信號呈現出選擇性，其中的器件內滿足聲波全反射條件的聲信號將在器件內實現諧振，而不滿足諧振條件的聲信號就會衰減，在頻譜上與諧振聲信號頻率相差越多的聲信號衰減越快。最後，在器件內幅度相位已產生差異的聲信號又通過壓電薄膜等比例地轉變成輸出電信號，這樣FBAR最終就表現出對電信號的選頻作用。
FBAR與工作在千赫茲~兆赫茲的晶振中晶體諧振器及陶瓷濾波器中的陶瓷諧振器的工作原理是相同的。不同的是，一方面，FBAR的壓電膜厚度在微米量級，從而使其工作頻率可提高到吉赫茲級。另一方面，由於壓電膜太薄，使FBAR不可能象晶體諧振器那樣由壓電晶片來承托上下電極，因此FBAR必須有一個襯底，加工時先將金屬底電極蒸發或濺射到襯底上，然後在電極上沉積壓電薄膜，最後再在壓電薄膜上形成金屬上電極。
FBAR具有體積小、工作頻率高、效率高、插入損耗低、帶外抑制大、高Q、大功率容量、低溫度係數以及良好的抗靜電衝擊能力和半導體工藝兼容性等優點。利用FBAR技術可以製作濾波器、振蕩器、雙工器等多種高性能頻率器件。與當前傳統的介質濾波器和聲表濾波器（SAW）相關技術相比，FBAR技術能提供更完善的功率處理能力、插入損耗和選擇度特性。
FBAR的主要應用領域有PCS，CDMA和W-CDMA用射頻濾波器，FBAR振蕩器等，在手機濾波器，雙工器，射頻前端PGS接收前端模塊已大量使用。當今的無線移動產品除了對體積，省電要求越來越高之外，頻率資源也越來越擁擠。高性能的FBAR濾波器，應用也更加充分。