本发明专利技术公开了一种测量薄膜体声波谐振器本征Ｑ值的方法，包括以下步骤：（１）基于ＰＭＢＶＤ模型将由薄膜体声波谐振器及其寄生电路构成的整体电路拆分成三个级联的二端口网络；（２）读取若干工作频率下整体电路的Ｓ参数并转换成对应的Ｔ参数，利用公式Ｔ２＝ＴＴ１－１Ｔ３－１计算得到相应工作频率下第二二端口网络的Ｓ参数Ｓ，确定Ｓ中Ｓ１１和Ｓ１２所有工作频率下的最小值以及相对应的工作频率ｗＳ和ｗＰ，（３）利用式（１）求得本征Ｑ值；与现有其他方法相比，本发明专利技术的薄膜体声波谐振器本征Ｑ值测量方法能将ＦＢＡＲ制造过程所引入的寄生参数的影响消除，得到精确的ＦＢＡＲ本征Ｑ值以及准确的本征谐振频率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及射频谐振器
，尤其涉及一种测量薄膜体声波谐振器本征Q值的方法。
技术介绍
在无线通信领域，高通信频率、高传输速率、高密集复用和高集成化成为未来的发 展趋势，这就对无线收发机的射频、滤波器的滤波特性提出了更高要求。高Q值、可集成化 滤波器的谐振器技术正处于蓬勃发展中。薄膜体声波谐振器(FBAR)由于其高工作频率、高 Q值、低温度系数、高功率承载能力、可集成及小体积的特点，在无线通信领域得到了广泛的 应用。随着集成电路制造技术的进步，FBAR的性能有了大幅度的提高，Q值越来越高，滤 波特性越来越好。但是由于电路制造过程中存在的寄生效应(比如PAD和互联线引进的寄 生参数)，FBAR的Q值将显著降低，同时FBAR的谐振频率也出现一定程度的偏移。这些效 应对于FBAR的设计过程产生了比较大的影响，制造出来的器件会与原有设计性能有较大 的偏差。目前，FBAR的Q值测定主要使用的是S参数测试方法。但是这些方法所得到的结 果没有排除寄生参数的影响，使得其与本征Q值存在偏差。
技术实现思路
本专利技术提供了一种测量薄膜体声波谐振器本征Q值的方法，解决了现有方法测得 的Q值与本征Q值存在较大偏差的问题。一种测量薄膜体声波谐振器本征Q值的方法，包括以下步骤(1)基于Packaging Modified Butterworth-Van Dyke (PMBVD)模型将由薄膜体声 波谐振器及其寄生电路构成的整体电路拆分成三个级联的二端口网络；二端口网络；其中第一二端口网络为输入寄生电路的模型、第二二端口网络为FBAR本身的模 型，第三二端口网络为输出寄生电路的模型。(2)读取若干个工作频率下整体电路的S参数并转换成对应的T参数，利用公 式T2 = TT1-1T3-1计算得到相应工作频率下第二二端口网络的T参数，转换成S参数S，5= iu，Sn、S12、S21、S22为S矩阵中的四个数值，确定所有工作频率下S11和S12的最小值以及相对应的工作频率Ws和Wp J1表示第一二端口网络的T参数，T2表示第二二端口 网络的T参数，T3表示第三二端口网络的T参数，T表示整体电路的T参数；当工作频率小于本征串联谐振频率，工作频率增大，S11随之减小，而当工作频率大 于本征串联谐振频率，工作频率增大，S11随之增大。当工作频率小于本征并联谐振频率，工 作频率增大，S21随之减小，而当工作频率大于本征并联谐振频率，工作频率增大，S21随之增 大。通过计算一系列工作频率下第二二端口网络的S参数S中S11值和S12值，可以拟合得到它们两者与工作频率之间的关系曲线，从而确定它们在所有工作频率下的最小值。通过制造厂商的说明文件，可以得到第一二端口网络和第三二端口网络的寄生参 数值，通过寄生参数值可以计算得到它们两者的T参数。通过射频探针台及网络分析仪可以测量得到整体电路的S参数，转换得到它的T参数。为了减少取值次数，可以事先测得整体电路中的FBAR的串联谐振频率和并联谐 振频率，在工作频率取值时，选择串联谐振频率和并联谐振频率周围区间的频率值，该区间 在士0.01 0. 1GHz，取值幅度可以选择在0. 001GHz，为了处理方便，可以选取最接近最低 点的值，所测得的工作频率和％即分别是本征串联谐振频率和并联谐振频率。(3)利用式(1)求得本征Q值； Qs表示薄膜体声波谐振器的本征Q值，Sllmin和S21分别表示S11和S122的最小值。与现有其他方法相比，本专利技术的薄膜体声波谐振器本征Q值测量方法能将FBAR制 造过程所引入的寄生参数的影响消除，得到精确的FBAR本征Q值以及准确的本征谐振频率。附图说明图1是本专利技术FBAR的PMBVD模型示意图；图2是级联构成FBAR的三个二端口网络示意图；图3是不含寄生参数FBAR的仿真结果示意图；图4是包含寄生参数FBAR的仿真结果示意图；图5计算前(包含寄生参数)和计算后(计算消除寄生影响)S11参数与工作频率 关系图；图6计算前(包含寄生参数)和计算后(计算消除寄生影响)S21参数与工作频率 关系图具体实施例方式如图1和图2所示，薄膜体声波谐振器(FBAR)及其寄生电路基于PMBVD模型可拆 分为三个二端口网络，分别为二端口网络201、二端口网络202、和二端口网络203。二端口 网络201由寄生电感101、寄生电容102和寄生电阻103组成，二端口网络203由寄生电感 104、寄生电容105和寄生电阻106组成，二端口网络202包括谐振工作区107。薄膜体声波谐振器为由压电薄膜层和上、下极板构成的三明治结构，压电层和 电极材料分别为ZnO和Al，压电层的面积为200umX200um，厚度为2um，铝电极的面积为 IOOumX IOOum0本实施例寄生电感为ΙρΗ、寄生电容为160fF、寄生电阻为180 Ω。如图3所示，对单独的FBAR进行ADS仿真，得到本征串联谐振频率和本征并联谐 振频率分别为1. 462GHz和1. 513GHz, S11和S21的最小值分别为0. 005082和0. 01029。代入公式(1)得到Qs为2000。如图4所示，对连接寄生电路的FBAR进行ADS仿真，得到它的串联谐振频率和并 联谐振频率分别为1. 467GHz和1. 513GHz，S11和S21的最小值分别为0. 01504和0. 009864， 代入公式⑴计算得到Qs为1182，明显小于FBAR的本征Q值。在串联谐振频率1. 467GHz周边选取20个点，范围是1. 457GHz 1. 476GHz，间隔 为1MHz，读取每个频率点整体电路的S参数并转化为T参数T，计算二端口网络201和二端 口网络203的T参数T1和T3,根据公式T2 = TTr1IV1计算每个频率点二端口网络202的T 参数T2，转化为S参数，得到S参数中S11值，具体结果如图5所示。选取S11最小值0. 0068， 同时得到该值处的频率1. 462GHz,即本征串联谐振频率。同理，在并联谐振频率1. 513GHz周边选取20个点，范围是1. 504GHz 1. 523GHz, 间隔为1MHz，读取每个频率点整体电路的S参数并转化为T参数T，计算二端口网络201和 二端口网络203的T参数T1和T3,根据公式计算每个频率点端口网络202的T参数T2，转 化为S参数，得到S参数中S21值，具体结果如图6所示。选取S21最小值0. 0098，同时得到 该值处的频率1. 513GHz,即本征并联谐振频率。上述是一种近似的处理方法，当然可以通过 增加取点数，减小间隔获得更精确的数值。如下表所示，列举了 FBAR本征数值、带寄生影响FBAR的仿真数值以及本专利技术方法 测量数值，可以看出本本专利技术方法能得到准确的本征谐振频率，同时得到较为精确的Q值。权利要求一种测量薄膜体声波谐振器本征Q值的方法，包括以下步骤(1)基于PMBVD模型将由薄膜体声波谐振器及其寄生电路构成的整体电路拆分成三个级联的二端口网络；(2)读取若干个工作频率下整体电路的S参数并转换成对应的T参数，利用公式T2＝TT1-1T3-1计算得到相应工作频率下第二二端口网络的T参数，转换成S参数S，S11、S12、S21、S22为S矩阵中的四个数值，确定所有工作频率下S11和S1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量薄膜体声波谐振器本征Ｑ值的方法，包括以下步骤：（１）基于ＰＭＢＶＤ模型将由薄膜体声波谐振器及其寄生电路构成的整体电路拆分成三个级联的二端口网络；（２）读取若干个工作频率下整体电路的Ｓ参数并转换成对应的Ｔ参数，利用公式Ｔ↓［２］＝ＴＴ↓［１］↑［－１］Ｔ↓［３］↑［－１］计算得到相应工作频率下第二二端口网络的Ｔ参数，转换成Ｓ参数Ｓ，＊＊＊，Ｓ↓［１１］、Ｓ↓［１２］、Ｓ↓［２１］、Ｓ↓［２２］为Ｓ矩阵中的四个数值，确定所有工作频率下Ｓ↓［１１］和Ｓ↓［１２］的最小值以及相对应的工作频率ｗ↓［Ｓ］和ｗ↓［Ｐ］；Ｔ↓［１］表示第一二端口网络的Ｔ参数，Ｔ↓［２］表示第二二端口网络的Ｔ参数，Ｔ↓［３］表示第三二端口网络的Ｔ参数，Ｔ表示整体电路的Ｔ参数；（３）利用式（１）求得本征Ｑ值；＊＊＊（１）ＱＳ表示薄膜体声波谐振器的本征Ｑ值，Ｓ↓［１１ｍｉｎ］和Ｓ↓［２１ｍｉｎ］分别表示Ｓ↓［１１］和Ｓ↓［２１］的最小值。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：董树荣，吴梦军，张慧金，程维维，韩雁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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