【摘要】：針對"FBAR(薄膜體聲波諧振器)-梁"結(jié)構(gòu)懸臂梁厚度不足、"嵌入式FBAR"結(jié)構(gòu)微加工工藝復(fù)雜的缺點,提出了新型"膜片上FBAR(FBAR-on-diaphragm)"結(jié)構(gòu)的微加速度計。其彈性膜片由氧化硅/氮化硅復(fù)合薄膜構(gòu)成,既便于實現(xiàn)與硅微檢測質(zhì)量和FBAR的IC兼容集成加工,也利于改善微加速度計的靈敏度和溫度穩(wěn)定性。對由氧化硅/氮化硅雙層復(fù)合膜片-硅檢測質(zhì)量慣性力敏結(jié)構(gòu)和氮化鋁FBAR檢測元件集成的膜片上FBAR型微加速度計進(jìn)行了初步的性能分析,驗證了該結(jié)構(gòu)的可行性。通過有限元模態(tài)分析和靜力學(xué)仿真得出慣性加速度作用下膜片上FBAR結(jié)構(gòu)的固有頻率和彈性膜片上的應(yīng)力分布;選取計算所得的最大應(yīng)力作為FBAR中壓電薄膜的應(yīng)力載荷,結(jié)合依據(jù)第一性原理計算得到的纖鋅礦氮化鋁的彈性系數(shù)-應(yīng)力關(guān)系,粗略估計了慣性加速度作用下氮化鋁薄膜彈性系數(shù)的最大變化量;采用射頻仿真軟件,通過改變慣性加速度作用下彈性常數(shù)所對應(yīng)的縱波聲速,對比空載和不同慣性加速度作用下加速度計的諧振頻率,得到加速度計的頻率偏移特性和靈敏度。進(jìn)一步分析仿真結(jié)果還發(fā)現(xiàn):氧化硅/氮化硅膜片的一階固有頻率與高階頻率相隔較遠(yuǎn),交叉耦合小;慣性加速度作用下,諧振頻率向高頻偏移,靈敏度約為數(shù)k Hz/g,其加速度-諧振頻率偏移特性曲線具有良好的線性。
[Abstract]:Aiming at the shortcomings of the FBAR (thin film bulk acoustic resonator)-beam structure cantilever beam thickness and the complex micromachining technology of "embedded FBAR" structure, a new type of micro-accelerometer with "FBAR (FBAR-on-diaphragm)" structure on the diaphragm is proposed. The elastic film is composed of silicon oxide / silicon nitride composite film, which is easy to integrate with silicon micro-detection quality and IC compatibility of FBAR, and can also improve the sensitivity and temperature stability of micro-accelerometer. The performance analysis of the FBAR type microaccelerometer integrated with silicon oxide / silicon nitride bilayer composite film and aluminum nitride FBAR detector was carried out, and the feasibility of the structure was verified. Through finite element modal analysis and static simulation, the natural frequency and stress distribution of FBAR structure on the diaphragm under inertial acceleration are obtained, and the calculated maximum stress is selected as the stress load of piezoelectric film in FBAR. Based on the relationship between elastic coefficient and stress of wurtzite aluminum nitride, the maximum variation of elastic coefficient of aluminum nitride film under inertial acceleration is estimated roughly by means of RF simulation software. By changing the longitudinal wave velocity corresponding to the elastic constant under the action of inertial acceleration, the resonant frequencies of accelerometers under the action of no load and different inertial accelerations are compared, and the frequency offset characteristics and sensitivity of accelerometers are obtained. The simulation results also show that the first order natural frequency of the silicon oxide / silicon nitride film is far away from the high order frequency and the cross-coupling is small, and the resonant frequency shifts to the high frequency under the action of inertial acceleration. The sensitivity is about the number k Hz / g, and the characteristic curve of acceleration-resonant frequency offset has good linearity.
【作者單位】： 中國工程物理研究院電子工程研究所;西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院;重慶大學(xué)新型微納器件與系統(tǒng)技術(shù)國防重點學(xué)科實驗室;重慶大學(xué)光電技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點實驗室;
【基金】：中國工程物理研究院超精密加工技術(shù)重點實驗室基金(2014ZA001,2012CJMZZ00009) 重慶大學(xué)新型微納器件與系統(tǒng)技術(shù)國防重點學(xué)科實驗室訪問學(xué)者基金(2013MS04) 西南科技大學(xué)特殊環(huán)境機(jī)器人技術(shù)四川省重點實驗室開放基金(14zxtk01) 中物院電子工程研究所科技創(chuàng)新基金(S20141203) 西南科技大學(xué)研究生創(chuàng)新基金(13YCJJ36,14YCX107,14YCX109,14YCX111)
【分類號】：TH824.4

【共引文獻(xiàn)】

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【二級參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2144381