【摘要】：該文分析了熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的機理,極化強度與溫度變化的關(guān)系,進而分析了鉭酸鋰和鈮酸鋰的熱釋電效應(yīng),這兩種材料是制作聲表面波濾波器的基片材料。取3只128°鈮酸鋰白片樣品數(shù)進行試驗,當溫度變化時,熱釋電效應(yīng)引起靜電放電一般約為6V,但有1只器件在溫度變化到-50℃左右時,會出現(xiàn)振蕩波形峰-峰值約在25V的最大波形,這些靜電會對聲表面波器件本身或后級電路造成嚴重影響。通過分析靜電放電失效模式,提出了器件防靜電的方法。最后,驗證了聲表面波濾波器使用還原基片用于防靜電的方案。
【圖文】：

圖１熱釋電效應(yīng)形成的原理極化電荷量由極化強度決定。極化強度受溫度變化決定，極化強度變化量（ΔＰｓ）為ΔＰｓ＝Ｐ!ΔＴ（１）式中：ΔＴ為溫度變化量；Ｐ為熱釋電系數(shù)（材料決定的常數(shù)）。當晶體表面溫度變化時，其極化強度隨之變化，晶體表面的極化電荷也將產(chǎn)生變化，如圖２所示。圖中，ＴＣ為居理溫度。圖２熱釋電材料極化強度與溫度的關(guān)系２聲表濾波器的基片材料自發(fā)極化是指因物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)在某個方向上正、負電荷中心不重合而固有極化。一般情況下，晶體的自發(fā)極化產(chǎn)生的表面束縛電荷被吸附在晶體表面上的自由電荷所屏蔽，當溫度發(fā)生變化時，自發(fā)極化發(fā)生變化，從而釋放出表面吸附的部分電荷。晶體冷卻時，電荷極化與加熱時相反。熱釋電材料是一種壓電材料，是不具有中心對稱性的晶體。過去聲表濾波器常用基片材料有鉭酸鋰（ＬｉＴａＯ３，簡稱ＬＴ）和鈮酸鋰（ＬｉＮｂＯ３，簡稱ＬＮ），這兩種片子簡稱白片。所有采用ＬｉＴａＯ３和ＬｉＮｂＯ３晶片的聲表面波器件都具有弱熱釋電效應(yīng)，在溫度變化，特別是在溫度突變時，常規(guī)基片的表面會產(chǎn)生、積累靜電荷，積累到一定程度后會釋放靜電波形，釋放靜電波形的電壓與熱釋電系數(shù)、溫度變化率、極化面積大小有關(guān)：Ｕ＝ρ×Ａ×ｄＴｄｔ×ＲＬ（２）式中：ρ為熱釋電系數(shù)；ｄＴｄｔ為溫度變化率；Ａ為極化面積；ＲＬ為基片材料的體電阻。如果生產(chǎn)過程中芯片未建立靜電釋放通道，靜電對芯片指條影響較大。因此，我們在生產(chǎn)過程中均采用了防靜電處理措施，但器件在作溫循實驗時也會出現(xiàn)熱釋電效應(yīng)。表１為ＬｉＮｂＯ３和ＬｉＴａＯ３的一?

其接觸到接地電位時，ＩＣ內(nèi)部的靜電便會由ＩＣ內(nèi)部流出，，造成放電現(xiàn)象，這就是ＣＤＭ放電，簡稱充電放電模式。聲表濾波器在做溫變試驗時，基片材料的熱釋電效應(yīng)造成了靜電燒傷。因為器件的封裝尺寸很小，其電容和電感值很�。s為５ｐＦ，１０ｎＨ），故放電時間極短，電流能在１ｎｓ內(nèi)達到很高。若保護電路不能及時導通，則靜電荷通過元器件結(jié)構(gòu)中的寄生電容進行放電，ＩＣ閘極氧化層易被損壞。放電示意圖如圖４所示。圖４放電示意圖４改進方法４．１增加聲表濾波器應(yīng)提供靜電防護電路在使用熱釋電材料設(shè)計的聲面濾波器時，應(yīng)考慮設(shè)計一條低阻抗放電通道的靜電防護電路，并能將電壓鉗位在一定水平。比如在聲表濾波器的后級并一個雪崩二極管，利用二極管反向雪崩擊穿特性，使靜電鉗位；或者，聲表濾波器的后級并聯(lián)一個幾百納亨的電感，目的是要求具有較快的導通速度和小的等效電容，以減小保護電路對電性能的影響。這樣就不會對后級電路產(chǎn)生嚴重影響，這在聲表行業(yè)幾十年來的應(yīng)用中得到了驗證。４．２工藝上用還原片（黑片）替代現(xiàn)有的片子（白片）目前，國內(nèi)外聲表專業(yè)同行大多數(shù)均對ＬＴ和ＬＮ晶片進行了去熱釋電處理，我們稱為黑片。理論上，去熱釋電處理的壓電基片（黑片）的體電阻比同類的白片約低３個數(shù)量級，極大地降低了靜電荷積累水平。采用這種黑化處理的基片制作的產(chǎn)品的靜電防護能力明顯提高；同時，去熱釋電處理后的晶片除顏色加深，體電阻降低外，其他物理性質(zhì)未發(fā)生改變。我們從文獻［３－６］得到基片材料１２８°ＬｉＮｂＯ３黑片的熱電位差為５ｍＶ以下。為了驗證此結(jié)論，我們用１０００＃，厚０．５ｍｍ的基片材料ＬｉＮｂＯ
【作者單位】： 中國電子科技集團公司第二十六研究所;
【基金】：國家重大預研項目
【分類號】：TN65;TN713

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本文編號：2525812