(4)溫度系數(shù)。頻率溫度系數(shù)(TcF)對(duì)器件的溫漂有很大影響，ZnO雖然有比A1N更好的壓電性能，但其TCF為一6O×10／℃，是A1N溫度系數(shù)的2倍，因此使其在很多方面的應(yīng)用受到限制。為了改善TCF對(duì)器件的影響，通常可以在沉積壓電層之前先生長(zhǎng)一層正溫度系數(shù)的薄膜材料(通常為SiO，TCF為85×10／oc)，以達(dá)到溫度補(bǔ)償效果。

(5)聲速。用低聲速材料制作薄膜聲波器件時(shí)可以使用較薄的壓電層，這樣才能有效減小器件尺寸。但由式(1)可知，縱向聲速與諧振頻率密切相關(guān)，高聲速能提高濾波器的中心頻率。在上述3種材料中，A1N有最高的聲速，在高頻應(yīng)用中更有優(yōu)勢(shì)。

除以上討論的方面之外，選擇壓電材料時(shí)還需考慮其它一些因素，如熱傳導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性、制備工藝的復(fù)雜程度及制作成本等。目前，國(guó)外已有基于ZnO和A1N的BAW濾波器的報(bào)道，基于AlN的BAW濾波器因具有超越現(xiàn)有射頻濾波器的性能和較低的價(jià)格，已在進(jìn)行商業(yè)化推廣。雖然PZT材料具有更優(yōu)的綜合性能，但由于含鉛、鋯等污染元素，限制了其商業(yè)應(yīng)用；而且能應(yīng)用于BAw器件的PZT薄膜的制備工藝還不成熟，目前仍處于研究階段。

2．2、壓電薄膜的制備方法

2．2．1、AlN薄膜的制備

A1N薄膜在聲波器件上用途廣泛，是制作窄帶寬及中等帶寬(<5)BAW濾波器的理想材料。FBAR要求將壓電薄膜沉積在電極上，因此，電極材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)壓電薄膜的性能有重要影響。電極材料必須要有高電導(dǎo)率、低接觸電阻和介電損耗、高強(qiáng)度和低聲損耗等特點(diǎn)。A1N薄膜通常選擇Pt作為底電極1，因?yàn)锳1N晶體為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a一0．311nm，與Pt(111)面失配度小。另外常選用的電極材料還有A1、W、Mo等1。反應(yīng)磁控濺射是用于制備A1N薄膜的最主要的方法。以Nz為反應(yīng)氣體，用Ar稀釋載入反應(yīng)腔體，以高純Al為濺射靶，反應(yīng)形成A1N薄膜[1。工作氣壓、氮?dú)鉂舛?、濺射功率和襯底溫度等參數(shù)對(duì)薄膜的結(jié)晶取向和表面形貌有較大的影響1，高的沉積溫度能有效提高晶粒取向的一致性和機(jī)電耦合系數(shù)]，但過高的溫度顯然不能與Ic工藝兼容，因此在較低溫度下生長(zhǎng)優(yōu)質(zhì)A1N薄膜非常關(guān)鍵。此外A1N薄膜還可用脈沖激光沉積(PID)、化學(xué)氣相沉積(CVD)等方法制備。

2．2．2、ZnO薄膜的制備

ZnO與A1N有著相似的晶體結(jié)構(gòu)，ZnO晶體C面與Pt(111)面晶格失配度為1．4V0，在Pt表面能得到結(jié)晶良好的ZnO薄膜，因此常采用Pt作為底電極材料或者選用其他材料時(shí)用Pt作為緩沖層[1。ZnO薄膜的制備方法很多，包括MOCVD和PLD，以及射頻磁控濺射法1。PLD法制備ZnO薄膜具有成膜速度快、薄膜化學(xué)計(jì)量比容易控制等優(yōu)點(diǎn)，但薄膜的相結(jié)構(gòu)不易控制、應(yīng)力大、不利于大面積成膜；M()cvD生長(zhǎng)溫度低、成膜面積大、可控性好，但原料多易揮發(fā)、穩(wěn)定性差、成膜孑L隙較多且成本較高。因此，現(xiàn)在制備ZnO壓電薄膜較多采用射頻磁控濺射方法。

2．2．3、PZT薄膜的制備

PZT材料具備突出的力一電耦合性能，是制作寬帶寬BAW濾波器的首選材料。PZT薄膜同樣可以通過濺射、PLD等方法制備，但目前常用的制備方法是溶膠一凝膠法。它是一種較低成本的制膜方法，具有薄膜組分易控、結(jié)構(gòu)致密、易大面積成膜、與IC工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)，是目前MEMS技術(shù)中制備PZT薄膜廣泛采用的方法[1。由于硅與PZT間失配嚴(yán)重，同時(shí)si本身會(huì)向PZT擴(kuò)散，與PZT中的Ti發(fā)生反應(yīng)，因此采用si作襯底時(shí)必須生長(zhǎng)一層過渡層，通常采用的結(jié)構(gòu)為：Pt／si02／si和Pt／Ti／si02／si。Ti能夠提高Pt和si()2之間的結(jié)合力，SiOz層則可以防止高溫條件下電極材料與si襯底發(fā)生反應(yīng)或互擴(kuò)散，改善界面特性。為了得到具有良好取向的薄膜，通常在Pt上再生長(zhǎng)一層PbTiOs作為種子層，以提高結(jié)晶性能、降低結(jié)晶溫度_3]。另外，可以調(diào)整Zr／Ti比，或進(jìn)行合適的摻雜(如La、Mn等)，使材料改性，調(diào)整壓電薄膜的性能；薄膜制備過程中，常采用快速退火工藝，以降低退火溫度，縮短退火時(shí)間，提高晶化質(zhì)量_1引。目前，在PZT壓電薄膜的制備上盡管尚存在許多亟待解決的問題，但不可否認(rèn)的是，PZT在FBAR方面仍然具有廣闊的應(yīng)用前景。

2．3、壓電薄膜的分析與表征

在壓電薄膜的制備過程中，不可避免地要涉及到薄膜樣品的表征，以優(yōu)化工藝條件。通常采用的分析測(cè)試手段包括：[19](1)對(duì)材料的X射線衍射(xRD)分析，以了解薄膜的晶相結(jié)構(gòu)和取向狀況；(2)電子顯微分析，如通過掃描電子顯微鏡(sEM)和原子力顯微鏡(AFM)觀察薄膜的表面形貌，了解薄膜的均勻性、致密性與表面粗糙度，通過透射電：顯微鏡(TEM)對(duì)各層薄膜界面進(jìn)行分析；(3)電子能譜分析，如利用XPS、EDS等對(duì)薄膜的化學(xué)計(jì)量進(jìn)行分析；(4)熱膨脹分析、薄膜應(yīng)力分析及絕緣電阻分析等。只有選擇適合的制備工藝，并輔以科學(xué)的分析表征手段才能獲得適用于BAW器件的高性能壓電薄膜。

3、BAW濾波器的原理、結(jié)構(gòu)與建模

在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)不同性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)需要，設(shè)計(jì)流程的簡(jiǎn)便和快捷十分重要?？紤]到FBAR的厚度比其橫向尺寸一般要小很多，可以近似地采用厚度方向的一維模型來分析FBAR的特性，借一維的聲學(xué)和壓電方程推導(dǎo)出FBAR的阻抗方程。但這種模型對(duì)于濾波器的設(shè)計(jì)顯得較為復(fù)雜，因此還需要引入一種更簡(jiǎn)單、緊湊的集總參數(shù)模型來描述FBAR。圖2是一種簡(jiǎn)單的模型范例，它被稱作“ButterworthVan-Dyke”(BVD)模型][20]。BVD模型可由簡(jiǎn)單諧振器的阻抗方程推出，描述的是在低頻或諧振點(diǎn)附近頻率處器件的電學(xué)特性。

通過測(cè)量實(shí)際制備的FBAR的阻抗特性曲線或傳輸系數(shù)曲線，可以得到器件的串、并聯(lián)諧振頻率fs和fp，還可測(cè)得靜態(tài)電容Cf以及串聯(lián)諧振點(diǎn)處的阻抗R值。通過對(duì)等效電路的分析，諧振器的阻抗表達(dá)式可以描述為[20]

Z=(1／j_wC_f)z_s／z_p