[發明專利]一種體聲波諧振器的仿真模型優化方法

在審

• 申請號: 202210686739.7
• 申請日: 2022-06-16
• 公開（公告）號: CN115169272A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 李國強
• 申請（專利權）人: 河源市艾佛光通科技有限公司
• 主分類號: G06F30/373
• 分類號: G06F30/373;G06F30/367
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙) 44288
• 代理人: 鄭麗君

本發明屬于第三代半導體材料與器件領域，公開了一種體聲波諧振器的仿真優化方法，在建立的薄膜腔聲諧振器的物理仿真模型基礎上，引入從測試曲線中提取行為仿真模型中的電阻參數，將其串聯到物理仿真模型中，用于完善物理仿真模型，對其進行修正優化，之后對電阻參數進行數據微調，提升優化后物理仿真模型在串并聯諧振點處的擬合度。本方法使仿真數據準確，提升了串并聯諧振點處Q值的準確性，后續基礎上的仿真設計更加真實有效。

技術領域

本發明屬于第三代半導體材料與器件領域，特別涉及一種應用于ADS軟件體聲波諧振器的仿真模型優化方法。

背景技術

全球移動通信的主流頻段主要集中在0.9-5.5GHz范圍內，使用濾波器可以對需要的頻率進行選取，使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分。目前，基于4G LTE技術的5G網絡時代的到來，智能手機和各類移動通信設備所需的工作頻率不斷提高、支持的射頻頻帶也隨之增加，同時對天線和收發機尺寸要求更加嚴格。為了避免不同頻率信號的相互干擾和掉話現象，必須在每臺通信設備中配置足夠的濾波器將射頻頻段進行隔離，保證信號的準確傳遞和收發。隨著可用頻譜的大面積使用，新分配頻段越來越靠近已有頻段，保護頻段越來越窄，使頻段隔離的難度不斷增加。近幾年來，薄膜體聲波諧振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)因其具有高頻、微型化、高性能、低功耗、高功率容量等優點，且制造工藝與IC工藝相兼容，可集成，有利于降低器件功耗和縮小器件尺寸，是目前唯一可集成的射頻前端濾波器。故FBAR濾波器將成為未來5G高頻通訊的核心元器件。

薄膜體聲波諧振器主要由三部分組成：襯底、聲波反射層、以及由上下電極和夾于上下電極之間的壓電薄膜構成的三明治壓電振蕩堆。當一個射頻RF電壓加在兩電極之間時，在壓電振蕩堆內產生交變電場，通過壓電薄膜的逆壓電效應將部分電能轉化為沿薄膜厚度方向傳播的體聲波并在兩電極之間來回反射，當體聲波在壓電振蕩堆中的傳播剛好是半波長或半波長的奇數倍時就會產生諧振，即諧振的基頻波長近似等于壓電振蕩堆厚度的兩倍。

經常使用的物理仿真模型研究的是理想狀態下的由各層材料膜厚、基本物理屬性、電極正對面積得到的，由于忽略了壓電層壓電效應換能和電極層、支撐層、襯底等普通聲學層中聲波反射引起的機械損耗，以及非電極膜層介質損耗和電極阻抗損耗，導致該物理仿真模型與真實值有所偏差。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供如下方案。

一方面，本發明提供一種體聲波諧振器的仿真模型優化方法，包括：

選取體聲波諧振器測試曲線平滑部分的頻點集，根據串聯諧振頻率和并聯諧振頻率及其各自的品質因數，計算得到第一電容、第二電容、第一電感、第一電阻、第二電阻及第三電阻；

根據所述第一電容、所述第二電容、所述第一電感、所述第一電阻、所述第二電阻及所述第三電阻，在ADS仿真軟件中繪制行為仿真模型電路，與所述測試曲線做對比；

將所述行為仿真模型電路代入原始物理仿真模型中，對所述原始物理仿真模型設定幾何參數和物理參數；

對所述第一電阻、所述第二電阻及所述第三電阻進行微調，根據微調后的電阻值確定優化后的物理仿真模型，并使用該優化后的物理仿真模型進行后續的仿真工作。

優選地，設定所述幾何參數包括設定材料層厚度和電極正對面積。

具體地，所述體聲波諧振器包括底電極、頂電極及壓電層，所述底電極和所述頂電極材料是Mo，所述壓電層材料是單晶態氮化鋁層。

具體地，設定所述物理參數，包括更新原物理仿真模型的元件參數，所述元件參數具體為壓電層的聲速、聲阻抗、機電耦合系數、夾持介電常數、衰減因子、電極層的聲速、聲阻抗和衰減因子。