(4)溫度系數。頻率溫度系數(TcF)對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溫度系數的2倍，因此使其在很多方面的應用受到限制。為了改善TCF對器件的影響，通常可以在沉積壓電層之前先生長一層正溫度系數的薄膜材料(通常為SiO，TCF為85×10／oc)，以達到溫度補償效果。

(5)聲速。用低聲速材料制作薄膜聲波器件時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，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，在高頻應用中更有優勢。

除以上討論的方面之外，選擇壓電材料時還需考慮其它一些因素，如熱傳導率、化學穩定性、制備工藝的復雜程度及制作成本等。目前，國外已有基于ZnO和A1N的BAW濾波器的報道，基于AlN的BAW濾波器因具有超越現有射頻濾波器的性能和較低的價格，已在進行商業化推廣。雖然PZT材料具有更優的綜合性能，但由于含鉛、鋯等污染元素，限制了其商業應用；而且能應用于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，電極材料的結構和性質對壓電薄膜的性能有重要影響。電極材料必須要有高電導率、低接觸電阻和介電損耗、高強度和低聲損耗等特點。A1N薄膜通常選擇Pt作為底電極1，因為A1N晶體為六角纖鋅礦結構，晶格常數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。反應磁控濺射是用于制備A1N薄膜的最主要的方法。以Nz為反應氣體，用Ar稀釋載入反應腔體，以高純Al為濺射靶，反應形成A1N薄膜[1。工作氣壓、氮氣濃度、濺射功率和襯底溫度等參數對薄膜的結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電耦合系數]，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優質A1N薄膜非常關鍵。此外A1N薄膜還可用脈沖激光沉積(PID)、化學氣相沉積(CVD)等方法制備。

2．2．2、ZnO薄膜的制備

ZnO與A1N有著相似的晶體結構，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、薄膜化學計量比容易控制等優點，但薄膜的相結構不易控制、應力大、不利于大面積成膜；M()cvD生長溫度低、成膜面積大、可控性好，但原料多易揮發、穩定性差、成膜孑L隙較多且成本較高。因此，現在制備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、結構致密、易大面積成膜、與IC工藝兼容等優點，是目前MEMS技術中制備PZT薄膜廣泛采用的方法[1。由于硅與PZT間失配嚴重，同時si本身會向PZT擴散，與PZT中的Ti發生反應，因此采用si作襯底時必須生長一層過渡層，通常采用的結構為：Pt／si02／si和Pt／Ti／si02／si。Ti能夠提高Pt和si()2之間的結合力，SiOz層則可以防止高溫條件下電極材料與si襯底發生反應或互擴散，改善界面特性。為了得到具有良好取向的薄膜，通常在Pt上再生長一層PbTiOs作為種子層，以提高結晶性能、降低結晶溫度_3]。另外，可以調整Zr／Ti比，或進行合適的摻雜(如La、Mn等)，使材料改性，調整壓電薄膜的性能；薄膜制備過程中，常采用快速退火工藝，以降低退火溫度，縮短退火時間，提高晶化質量_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，但不可否認的是，PZT在FBAR方面仍然具有廣闊的應用前景。

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，以優化工藝條件。通常采用的分析測試手段包括：[19](1)對材料的X射線衍射(xRD)分析，以了解薄膜的晶相結構和取向狀況；(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)對各層薄膜界面進行分析；(3)電子能譜分析，如利用XPS、EDS等對薄膜的化學計量進行分析；(4)熱膨脹分析、薄膜應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、結構與建模

在設計濾波器時，為了實現不同性能指標的設計需要，設計流程的簡便和快捷十分重要。考慮到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，借一維的聲學和壓電方程推導出FBAR的阻抗方程。但這種模型對于濾波器的設計顯得較為復雜，因此還需要引入一種更簡單、緊湊的集總參數模型來描述FBAR。圖2是一種簡單的模型范例，它被稱作“ButterworthVan-Dyke”(BVD)模型][20]。BVD模型可由簡單諧振器的阻抗方程推出，描述的是在低頻或諧振點附近頻率處器件的電學特性。

通過測量實際制備的FBAR的阻抗特性曲線或傳輸系數曲線，可以得到器件的串、并聯諧振頻率fs和fp，還可測得靜態電容Cf以及串聯諧振點處的阻抗R值。通過對等效電路的分析，諧振器的阻抗表達式可以描述為[20]

Z=(1／j_wC_f)z_s／z_p