一种体声波谐振器纵波模式下材料参数的提取方法技术

本发明专利技术提供了一种体声波谐振器纵波模式下材料参数的提取方法，该提取方法包括：构建体声波谐振器的Mason模型；对Mason模型进行简化处理以得到体声波谐振器的SIR模型，SIR模型的谐振频率仅与体声波谐振器的材料参数和结构参数有关、且SIR模型的谐振频率与Mason模型的并联谐振频率相等；建立SIR模型的谐振频率与体声波谐振器的材料参数以及结构参数之间关系式；测量得到多个体声波谐振器的并联谐振频率以及结构参数；根据关系式、以及测量得到的并联谐振频率和结构参数拟合得到体声波谐振器的材料参数。实施本发明专利技术可以准确提取出体声波谐振器的材料参数，且操作简单、成本低廉。

A Method for Extracting Material Parameters of Bodies Acoustic Resonator in Longitudinal Wave Mode

【技术实现步骤摘要】
一种体声波谐振器纵波模式下材料参数的提取方法
本专利技术涉及体声波谐振器
，尤其涉及一种体声波谐振器纵波模式下材料参数的提取方法。
技术介绍
体声波滤波器的核心组成部件是体声波谐振器，其中，体声波谐振器包括叠层结构，该叠层结构从上至下依次为顶电极、压电层以及底电极。由于体声波谐振器具有体积小、插损小等特点，因此成为目前移动通信领域中应用最为广泛的滤波器之一。首次流片后的体声波滤波器其中心频率相较于设计值往往会存在几十到几百兆赫兹的频差，这对于4G/5G通信滤波器的性能需求来说是不可容忍的。导致上述频差的原因主要包括以下两个方面：(1)在体声波滤波器的流片过程中，由于制造工艺精度的限制，因此导致体声波谐振器叠层结构中各层的厚度与其设计值之间存在偏差，进而导致流片所形成的体声波滤波器的中心频率与其设计值之间也相应存在偏差；(2)在体声波滤波器的设计过程中，涉及到体声波谐振器材料参数的使用，其中，体声波谐振器的材料参数指的是叠层结构中各层的纵波声速和材料密度。由于体声波谐振器材料参数的设计值往往是参考值，和流片后体声波谐振器材料参数的实际值之间存在偏差，因此也会导致流片所形成的体声波滤波器的中心频率与其设计值之间存在一定的偏差。针对于设计过程中体声波谐振器材料参数设计值与实际值之间存在偏差的情况，目前常见的解决方法是从体声波谐振器中提取出材料参数并将其用于体声波滤波器的设计中，如此一来，可以有效地减小体声波谐振器材料参数设计值与实际值之间的偏差，进而有效减小体声波滤波器中心频率与其设计值之间的频差，使得体声波滤波器可以很好地满足通信滤波器的性能需求。现有技术中存在体声波谐振器材料参数的提取方法。例如，可以利用激光干涉仪测量并拟合体声波谐振器的色散曲线从而得到体声波谐振器的材料参数(T.Pensala,T.Makkonen,J.Vartiainen,J.Knuuttila,J.Kaitila,andO.Holmgren,“LaserinterferometricmeasurementofLambwavedispersionandextractionofmaterialparametersinFBARs”，IEEEUltrasonicsSymposium,2002)。又例如，还可以利用飞秒激光脉冲声呐直接测量体声波谐振器的材料参数(A.Aigner,BringingBAWtechnologyintovolumeproduction:thetencommandmentsandthesevendeadlysins.2007)。上述两种方法虽然可以实现体声波谐振器材料参数的提取，但是一方面由于激光干涉仪以及飞秒激光脉冲声呐价格昂贵，从而导致体声波谐振器材料参数的提取成本较高；另一方面由于激光干涉仪以及飞秒激光脉冲声呐的操作较为复杂，从而导致体声波谐振器材料参数的提取不易操作。
技术实现思路
为了克服现有技术中的上述缺陷，本专利技术提供了一种体声波谐振器纵波模式下材料参数的提取方法，该提取方法包括：构建体声波谐振器的Mason模型，其中，所述体声波谐振器包括叠层结构，该叠层结构至少包括顶电极、压电层以及底电极；对所述Mason模型进行简化处理以得到所述体声波谐振器的SIR模型，所述SIR模型的谐振频率仅与所述体声波谐振器的材料参数和结构参数有关、且所述SIR模型的谐振频率与所述Mason模型的并联谐振频率相等，其中，所述材料参数是所述叠层结构中各层的纵波声速和材料密度，所述结构参数是所述叠层结构中各层的厚度；建立所述SIR模型的谐振频率与所述体声波谐振器的材料参数以及结构参数之间关系式；测量得到多个所述体声波谐振器的并联谐振频率以及结构参数，其中，每一所述体声波谐振器的并联谐振频率均不相同、且所述体声波谐振器的数量不少于所述材料参数的数量；根据所述关系式、以及测量得到的所述并联谐振频率和所述结构参数拟合得到所述体声波谐振器的材料参数。根据本专利技术的一个方面，该提取方法中，所述Mason模型包括声学等效电路和电学等效电路；所述声学等效电路至少包括级联的顶电极等效电路、压电层等效电路以及底电极等效电路；所述电学等效电路包括静态电容、损耗电阻以及电学端口；所述声学等效电路和所述电学等效电路通过浮空地和理想变压器进行耦合。根据本专利技术的另一个方面，该提取方法中，对所述Mason模型进行简化处理以得到所述体声波谐振器的SIR模型包括：从所述Mason模型中移除所述静态电容和所述损耗电阻，以得到所述体声波谐振器的SIR模型。根据本专利技术的又一个方面，该提取方法中，测量得到多个所述体声波谐振器的并联谐振频率以及结构参数包括：从形成有所述体声波谐振器的晶圆上随机切片得到多个所述体声波谐振器，并测量每一所述体声波谐振器的并联谐振频率以及结构参数。根据本专利技术的又一个方面，该提取方法中，测量每一所述体声波谐振器的并联谐振频率包括：利用射频探测针和矢量网络分析仪测量得到每一所述体声波谐振器的并联谐振频率。根据本专利技术的又一个方面，该提取方法中，测量每一所述体声波谐振器的结构参数包括：利用射电显微镜对每一所述体声波谐振器的切片位置进行拍摄得到SEM图像，并根据所述SEM图像测量得到每一所述体声波谐振器的结构参数。根据本专利技术的又一个方面，该提取方法中，根据所述SEM图像测量得到每一所述体声波谐振器的结构参数包括：根据所述SEM图像测量得到每一所述体声波谐振器的多组结构参数，并将该多组结构参数的平均值作为每一所述体声波谐振器的结构参数。根据本专利技术的又一个方面，该提取方法中，所述体声波谐振器的数量比所述材料参数的数量多1。根据本专利技术的又一个方面，该提取方法中，所述体声波谐振器是空气腔型薄膜体声波谐振器、布拉格反射型薄膜体声波谐振器或反面刻蚀型薄膜体声波谐振器。本专利技术所提供的体声波谐振器纵波模式下材料参数的提取方法首先构建体声波谐振器的Mason模型，然后将Mason模型简化为SIR模型，其中，该SIR模型的谐振频率仅与体声波谐振器的材料参数以及结构参数有关、且该SIR模型的谐振频率与Mason模型的并联谐振频率相同，接着基于该SIR模型得到谐振频率与体声波谐振器材料参数和结构参数之间的关系式，最后利用该关系式以及体声波谐振器实测的并联谐振频率和结构参数即可拟合得到体声波谐振器的材料参数。本专利技术所提供的体声波谐振器纵波模式下材料参数的提取方法无需使用价格昂贵、操作复杂的激光干涉仪以及飞秒激光脉冲声呐，即可快速准确地提取到体声波谐振器的材料参数。因此，与现有技术相比，本专利技术所提供的体声波谐振器纵波模式下材料参数的提取方法其操作更为简易、成本也更为低廉。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是根据本专利技术的体声波谐振器纵波模式下材料参数的提取方法流程图；图2是根据本专利技术的一个具体实施例的体声波谐振器的Mason模型；图3(a)至图3(f)是图2所示Mason模型在简化处理过程中的中间电路；图4是对图2所示Mason模型进行简化处理后得到的体声波谐振器的SIR模型；图5是在晶圆上随机选择的5个体声波谐振器的切片位置分布图；图6是对图5所示的5个体声波谐振器进行测量所得到的并联谐振频率以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种体声波谐振器纵波模式下材料参数的提取方法，该提取方法包括：构建体声波谐振器的Mason模型，其中，所述体声波谐振器包括叠层结构，该叠层结构至少包括顶电极、压电层以及底电极；对所述Mason模型进行简化处理以得到所述体声波谐振器的SIR模型，所述SIR模型的谐振频率仅与所述体声波谐振器的材料参数和结构参数有关、且所述SIR模型的谐振频率与所述Mason模型的并联谐振频率相等，其中，所述材料参数是所述叠层结构中各层的纵波声速和材料密度，所述结构参数是所述叠层结构中各层的厚度；建立所述SIR模型的谐振频率与所述体声波谐振器的材料参数以及结构参数之间关系式；测量得到多个所述体声波谐振器的并联谐振频率以及结构参数，其中，每一所述体声波谐振器的并联谐振频率均不相同、且所述体声波谐振器的数量不少于所述材料参数的数量；根据所述关系式、以及测量得到的所述并联谐振频率和所述结构参数拟合得到所述体声波谐振器的材料参数。

【技术特征摘要】
1.一种体声波谐振器纵波模式下材料参数的提取方法，该提取方法包括：构建体声波谐振器的Mason模型，其中，所述体声波谐振器包括叠层结构，该叠层结构至少包括顶电极、压电层以及底电极；对所述Mason模型进行简化处理以得到所述体声波谐振器的SIR模型，所述SIR模型的谐振频率仅与所述体声波谐振器的材料参数和结构参数有关、且所述SIR模型的谐振频率与所述Mason模型的并联谐振频率相等，其中，所述材料参数是所述叠层结构中各层的纵波声速和材料密度，所述结构参数是所述叠层结构中各层的厚度；建立所述SIR模型的谐振频率与所述体声波谐振器的材料参数以及结构参数之间关系式；测量得到多个所述体声波谐振器的并联谐振频率以及结构参数，其中，每一所述体声波谐振器的并联谐振频率均不相同、且所述体声波谐振器的数量不少于所述材料参数的数量；根据所述关系式、以及测量得到的所述并联谐振频率和所述结构参数拟合得到所述体声波谐振器的材料参数。2.根据权利要求1所述的提取方法，其中：所述Mason模型包括声学等效电路和电学等效电路；所述声学等效电路至少包括级联的顶电极等效电路、压电层等效电路以及底电极等效电路；所述电学等效电路包括静态电容、损耗电阻以及电学端口；所述声学等效电路和所述电学等效电路通过浮空地和理想变压器进行耦合。3.根据权利要求2所述的提取方法，其中，对所述Mason模型进行简化处...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖志国，唐兆云，蔡洵，吴昊鹏，杨清华，赖亚明，
申请(专利权)人：贵州中科汉天下微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52