[实用新型]一种单芯片集成温度补偿的薄膜体声波谐振器

说明书

技术领域

    本实用新型涉及射频谐振器技术领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器的温度漂移补偿方法和电路。

背景技术

薄膜体声波谐振器（FBAR）由于其高工作频率，高灵敏度，组成的滤波器后具有优良滤波特性，低插入损耗，高功率承载能力等特性，近年来被广泛应用于无线通信系统中，如无线通信射频前端的双工器、振荡器等相关组件。此外，FBAR因其高灵敏度特点，也越来越广泛的应用到传感器领域。

大多数FBAR器件具有由中心频率表征的带通特性频率响应，其频率响应特性由谐振频率表征。FBAR在无线通信和质量传感方面的应用主要基于其频率特性但FBAR的工作频率受温度影响会产生漂移，其中以氧化锌（ZnO）作为压电材料，以金（Au）作为电极材料，工作在1.5GHz左右的FBAR器件实用实施例中，FBAR的谐振频率具有约-60ppm/℃的温度系数。这样的温度系数降低了FBAR器件能满足其通带宽度规定的温度范围，在例如移动终端的应用中，由于温度导致的频率漂移，要求通带窗的设计比应该的频带大，以确保FBAR在其整个工作温度范围内能满足带宽规定，这往往引起降低插入损耗，提高工艺要求，降低生产率的后果。

目前提出的用于薄膜体声波谐振器的温度漂移补偿技术，主要是通过向FBAR结构中增加与FBAR相反温度系数的温度补偿层，来进行FBAR的温度补偿。这种方法需要对FBAR的工艺进行改进，增加FBAR制程步骤，而且对补偿层材料的电学及化学性能要求较高。

因此，存在这种提供FBAR温度漂移补偿的简单方法的需求。

实用新型内容

本实用新型基于一种集成肖特基二极管的新型薄膜体声波谐振器（FBAR），提供了FBAR的温度补偿方法和电路，解决了现有的FBAR因不同温度下的频率漂移而引起的各种系统误差问题，提高了FBAR在无线通信和质量传感方面的应用效果和产品生产率。

一种单芯片集成温度补偿的薄膜体声波谐振器，其特征在于，设置一个直流偏压单元为薄膜体声波谐振器提供偏压电压，所述的直流偏压单元输出端分别连接内嵌肖特基结的薄膜体声波谐振器的上、下电极，所述直流偏压单元与薄膜体声波谐振器集成在一个硅片CELL单元内。

所述的薄膜体声波谐振器采用薄膜堆叠结构，包含集成一体的压电振荡堆和声反射层，所述的声反射层可以是布拉格声反射层、表面气隙结构或表面牺牲层结构中的一种，所述压电振荡堆包括上电极、半导体薄层、压电层及下电极。因此，所述的薄膜体声波谐振器包含依次堆叠于基板上集成一体的声反射层、下电极、压电层、半导体薄层以及上电极。所述上电极和半导体薄层构成肖特基势垒二极管，所述的上电极为Au或Cr等，所述的压电层使用具有压电效应的压电材料，压电材料为ZnO、AlN、GaAs或CdS等，所述的半导体薄层是载流子浓度在10¹²~10¹⁹ cm^-3的压电半导体材料，包括N型ZnO等。

所述的直流偏压单元为温度敏感电阻和普通电阻串联组成的偏压电路，并通过外接芯片电源实现直流偏压，它可以是由温度敏感的电阻、普通电阻和稳压电源组成的电阻网络分压电路，也可以是由包含温敏电阻的电桥差动偏压电路组成。

所述温敏电阻为温度敏感的多晶硅电阻、阱电阻、n+/p+电阻或n+ poly/p+ poly 电阻等。

所述的直流偏压单元使用普通CMOS工艺与薄膜体声波谐振器和其他电路一起制备在硅片表面，所述的薄膜体声波谐振器制备在直流偏压单元的钝化层上方。薄膜体声波谐振器和直流偏压单元以及基片中的集成电路，通过垂直通孔实现电路连接。

所述直流稳压源的电压为U₀，薄膜体声波谐振器的温度频率系数为α，电压频率系数为β，温度敏感单元的温敏系数为λ。通过合理的设置使温度敏感单元的输出电压为V_R。V_R为补偿薄膜体声波谐振器温漂所需的偏置电压，由薄膜体声波谐振器的温度频率系数α和电压频率系数β决定。施加电压的极性根据需求决定，当施加的偏压使肖特基结反偏时，FBAR具有正电压频率系数（随偏压绝对值增大，谐振频率增大）；当施加的偏压使肖特基结正偏时，FBAR具有负电压频率系数（随偏压绝对值增大，谐振频率减小）。当温度发生变化时，可以通过温度敏感单元输出端电压产生的薄膜体声波谐振器的频率漂移，有效的补偿因温度变化引起的薄膜体声波谐振器的频率漂移。