[實用新型]一種單芯片集成溫度補償的薄膜體聲波諧振器

有效

• 申請號: 201320296041.0
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN203278765U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 董樹榮;卞曉磊;胡娜娜;郭維
• 申請（專利權）人: 江蘇艾倫摩爾微電子科技有限公司
• 主分類號: H03H9/17
• 分類號: H03H9/17
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

????本實用新型涉及射頻諧振器技術領域，尤其涉及一種薄膜體聲波諧振器的溫度漂移補償方法和電路。

背景技術

薄膜體聲波諧振器（FBAR）由于其高工作頻率，高靈敏度，組成的濾波器后具有優良濾波特性，低插入損耗，高功率承載能力等特性，近年來被廣泛應用于無線通信系統中，如無線通信射頻前端的雙工器、振蕩器等相關組件。此外，FBAR因其高靈敏度特點，也越來越廣泛的應用到傳感器領域。

大多數FBAR器件具有由中心頻率表征的帶通特性頻率響應，其頻率響應特性由諧振頻率表征。FBAR在無線通信和質量傳感方面的應用主要基于其頻率特性但FBAR的工作頻率受溫度影響會產生漂移，其中以氧化鋅（ZnO）作為壓電材料，以金（Au）作為電極材料，工作在1.5GHz左右的FBAR器件實用實施例中，FBAR的諧振頻率具有約-60ppm/℃的溫度系數。這樣的溫度系數降低了FBAR器件能滿足其通帶寬度規定的溫度范圍，在例如移動終端的應用中，由于溫度導致的頻率漂移，要求通帶窗的設計比應該的頻帶大，以確保FBAR在其整個工作溫度范圍內能滿足帶寬規定，這往往引起降低插入損耗，提高工藝要求，降低生產率的后果。

目前提出的用于薄膜體聲波諧振器的溫度漂移補償技術，主要是通過向FBAR結構中增加與FBAR相反溫度系數的溫度補償層，來進行FBAR的溫度補償。這種方法需要對FBAR的工藝進行改進，增加FBAR制程步驟，而且對補償層材料的電學及化學性能要求較高。

因此，存在這種提供FBAR溫度漂移補償的簡單方法的需求。

實用新型內容

本實用新型基于一種集成肖特基二極管的新型薄膜體聲波諧振器（FBAR），提供了FBAR的溫度補償方法和電路，解決了現有的FBAR因不同溫度下的頻率漂移而引起的各種系統誤差問題，提高了FBAR在無線通信和質量傳感方面的應用效果和產品生產率。

一種單芯片集成溫度補償的薄膜體聲波諧振器，其特征在于，設置一個直流偏壓單元為薄膜體聲波諧振器提供偏壓電壓，所述的直流偏壓單元輸出端分別連接內嵌肖特基結的薄膜體聲波諧振器的上、下電極，所述直流偏壓單元與薄膜體聲波諧振器集成在一個硅片CELL單元內。

所述的薄膜體聲波諧振器采用薄膜堆疊結構，包含集成一體的壓電振蕩堆和聲反射層，所述的聲反射層可以是布拉格聲反射層、表面氣隙結構或表面犧牲層結構中的一種，所述壓電振蕩堆包括上電極、半導體薄層、壓電層及下電極。因此，所述的薄膜體聲波諧振器包含依次堆疊于基板上集成一體的聲反射層、下電極、壓電層、半導體薄層以及上電極。所述上電極和半導體薄層構成肖特基勢壘二極管，所述的上電極為Au或Cr等，所述的壓電層使用具有壓電效應的壓電材料，壓電材料為ZnO、AlN、GaAs或CdS等，所述的半導體薄層是載流子濃度在10¹²~10^19?cm^-3的壓電半導體材料，包括N型ZnO等。

所述的直流偏壓單元為溫度敏感電阻和普通電阻串聯組成的偏壓電路，并通過外接芯片電源實現直流偏壓，它可以是由溫度敏感的電阻、普通電阻和穩壓電源組成的電阻網絡分壓電路，也可以是由包含溫敏電阻的電橋差動偏壓電路組成。

所述溫敏電阻為溫度敏感的多晶硅電阻、阱電阻、n+/p+電阻或n+?poly/p+?poly?電阻等。

所述的直流偏壓單元使用普通CMOS工藝與薄膜體聲波諧振器和其他電路一起制備在硅片表面，所述的薄膜體聲波諧振器制備在直流偏壓單元的鈍化層上方。薄膜體聲波諧振器和直流偏壓單元以及基片中的集成電路，通過垂直通孔實現電路連接。

所述直流穩壓源的電壓為U₀，薄膜體聲波諧振器的溫度頻率系數為α，電壓頻率系數為β，溫度敏感單元的溫敏系數為λ。通過合理的設置使溫度敏感單元的輸出電壓為V_R。V_R為補償薄膜體聲波諧振器溫漂所需的偏置電壓，由薄膜體聲波諧振器的溫度頻率系數α和電壓頻率系數β決定。施加電壓的極性根據需求決定，當施加的偏壓使肖特基結反偏時，FBAR具有正電壓頻率系數（隨偏壓絕對值增大，諧振頻率增大）；當施加的偏壓使肖特基結正偏時，FBAR具有負電壓頻率系數（隨偏壓絕對值增大，諧振頻率減小）。當溫度發生變化時，可以通過溫度敏感單元輸出端電壓產生的薄膜體聲波諧振器的頻率漂移，有效的補償因溫度變化引起的薄膜體聲波諧振器的頻率漂移。