基于氮化铝薄膜的二维模态谐振器双模结构设计与仿真

作     者：赵继聪 王星宇 孙海燕 ZHAO Jicong;WANG Xingyu;SUN Haiyan

作者机构：南通大学江苏省专用集成电路设计重点实验室江苏南通226019 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(62174092) 

出 版 物：《南通大学学报（自然科学版）》 (Journal of Nantong University(Natural Science Edition)　)

年 卷 期：2024年第23卷第1期

页      码：49-57页

摘      要：基于氮化铝(aluminum nitride,AlN)压电薄膜的二维模态谐振器(two-dimensional-mode resonators,2DMR)由于其较高的有效机电耦合系数k^(2)_(eff)及其与集成电路工艺兼容等优势,引起了业内广泛的关注。然而,传统的2DMR只研究单谐振模态,难以满足多模无线通信系统的需求。针对该问题,提出一种应用于5G new radio(5GNR)频段为2.6~3.4 GHz的二维模态(2DM)双模谐振器,通过合理设计电极宽度和电极周期,使得2个模态的品质因数Q和k^(2)_(eff)相当,实现了S1模态和高阶S1模态的有效激励。通过有限元方法研究分析了压电材料厚度及梳齿电极结构对2DMR双模谐振频率和k^(2)_(eff)的影响,S1模态谐振频率主要受压电材料厚度影响,高阶S1模态谐振频率在受压电材料厚度影响的同时还易受金属电极宽度影响。基于Al N压电薄膜中d_(33)和d_(31)压电系数的共同作用,所设计的2DMR中2个模态的k^(2)_(eff)分别达到3.1%和3.6%。随后,基于S1模态和高阶S1模态谐振处无杂散和高机电耦合性能,设计了含有50Ω阻抗匹配网络的双频带通滤波器,通过增加阶数提高器件的带外抑制。滤波器的2个传输频带相邻,无带内波纹且陡峭滚降,中心频率分别位于2.852和3.082 GHz,插入损耗分别为2.0和1.9 dB,分数带宽分别为29和39 MHz。研究结果说明了这种2DMR双模结构设计在射频前端极具应用潜力。

主 题 词：氮化铝 压电谐振器 二维模态 双模 有效机电耦合系数 滤波器氮化铝 滤波器 

学科分类：080903[080903] 0809[工学-计算机类] 080902[080902] 08[工学] 

D　O　I：10.12194/j.ntu.20230114001

馆 藏 号：203127434...