1 西南科技大学 信息工程学院, 四川 绵阳 621010
2 中国工程物理研究院 电子工程研究所, 四川 绵阳 621999
3 重庆大学 新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室, 重庆 400044
薄膜体声波谐振器(FBAR)性能模型包含两个关系式: 一个是FBAR有效机电耦合系数与其形状因子(面积与周长之比)的关系式, 另一个是FBAR品质因数与其形状因子的关系式。前一个关系式中的参数为FBAR边缘区域的等效宽度, 后一个关系式中的参数为表征FBAR横向声能泄漏的因子。为使性能模型用于不同膜层结构、材料及制备工艺的FBAR, 建立FBAR性能模型参数的提取流程。以一种5层复合结构的FBAR为例, 在同一晶片上, 制备多个不同形状因子的FBAR。针对其中一个五边形FBAR, 在ADS软件中通过Mason电路模型仿真得到其性能值(有效机电耦合系数和品质因数); 再使用矢量网络分析仪和射频探针台实测其性能值。将仿真与实测得到的性能值代入FBAR性能模型, 解算出这两个参数。确定参数之后, 使用FBAR性能模型预测同一晶片上其它不同性能因子FBAR的有效机电耦合系数和品质因数, 预测值的相对误差在3%之内, 验证了该参数提取流程的有效性。
薄膜体声波谐振器 性能模型 形状因子 有效机电耦合系数 品质因数 FBAR performance model shape factor effective electromechanical coupling coefficient quality factor 强激光与粒子束
2016, 28(6): 064133
1 西南科技大学信息工程学院，四川绵阳 621010
2 中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳 621999
3 重庆大学 a. 新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室
4 重庆大学 b.光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
计及电容式 RF MEMS开关膜片上电场分布的边缘场效应后，很难建立高保真的开关自驱动失效阈值功率解析模型。因此，采用膜片承受射频信号功率的面积(ARF)和膜片与传输线的正对面积 (A)的比值构建优值 (FoM)，以表征膜片上电场分布的边缘场效应强弱。利用 HFSS软件建立了开关自驱动失效的三维电磁模型；以一种常见的开关构型为案例，仿真得到了多种射频信号功率(Pin)和开关气隙高度 (g0)条件下膜片边缘电场分布，并与优值计算结果进行了对比验证，初步证明了采用优值 ARF/A表征膜片上电场分布的边缘场效应强度的可行性。
射频微电子机械系统 电容式开关 射频功率容量 自驱动 边缘场效应 RF MEMS capacitive switch RF power capacity self -actuation fringing field effect 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(2): 342
1 西南科技大学信息工程学院，四川绵阳 621010
2 中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳 621999
3 重庆大学新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室，重庆 400044
研究了由硅微质量块 -悬臂梁惯性力敏结构和氮化铝 (AlN)薄膜体声波谐振器 (FBAR)检测元件集成的 FBAR微加速度计表头的惯性力敏特性。采用有限元 (FEA)静力学仿真，得到惯性力载荷作用下硅微悬臂梁上的应力分布；选取最大应力值作为载荷，基于第一性原理计算纤锌矿 AlN的弹性系数与应力的关系式，预测惯性力载荷作用下 AlN弹性系数的最大变化量；采用谐响应分析，预测 FBAR微加速度计的加速度 -谐振频率偏移特性。分析得到：惯性力载荷作用下， FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移，灵敏度约为数 kHz/g；其加速度增量 -谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。
微电子机械系统 薄膜体声波谐振器 微加速度计 力敏特性 MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems) Film Bulk Acoustic wave Resonators micro -accelerometer force sensing characteristics 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(2): 337
1 西南科技大学 信息工程学院, 四川 绵阳 621010
2 中国工程物理研究院 电子工程研究所, 四川 绵阳 621999
3 重庆大学 新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室, 重庆 400044
Tx与Rx滤波器，作为体声波(BAW)双工器的关键部件，其中各薄膜体声波谐振器(FBAR)单元的谐振区面积会影响滤波器的插入损耗和带外抑制这两个重要指标。由于这两个指标是相互制约的，在设计时往往需要折衷考虑，这使得各FBAR单元的谐振区面积设计成为BAW双工器设计的难点之一。为了解决这一问题，提出了一种Tx与Rx滤波器的参数化设计方法。在ADS软件中以FBAR的Mason模型为基础构建了梯形拓扑结构的滤波器电路模型。设置其中各串联FBAR的谐振区面积值以及串并联FBAR的谐振区面积比值为两类优化参数。以给定的滤波器插入损耗与带外抑制为优化目标，使用ADS软件中基于梯度的优化算法得到各参数的优化值。根据优化结果可以简单地计算得到滤波器中各FBAR单元的谐振区面积。以一个工作在LTE band 7的BAW双工器为设计案例展示了该方法的应用流程。设计结果的仿真验证表明：Tx滤波器的插损小于2 dB、在Rx滤波器通带内的抑制大于40 dB；Rx滤波器的插损小于1.9 dB、在Tx滤波器通带内的抑制大于40 dB；满足BAW双工器中Tx与Rx滤波器的性能指标。由此验证了该方法的可行性和易用性。
体声波 双工器 滤波器 参数化设计 Mason模型 谐振区面积 bulk acoustic wave duplexer filter parametric design Mason model resonance area 强激光与粒子束
2015, 27(12): 124101
1 西南科技大学 信息工程学院, 四川 绵阳 621010
2 中国工程物理研究院 电子工程研究所, 四川 绵阳 621999
3 重庆大学 新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室, 重庆 400044
4 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
薄膜体声波谐振器(FBAR)力传感器作为一种新型的谐振式传感器, 力敏特性是其设计原理。以FBAR微加速度计为例研究了工作在纵波模式, 采用具有纤锌矿结构的AlN作为压电薄膜的FBAR, 施加应力载荷后, 其弹性常数改变导致FBAR谐振频率偏移的力敏特性。首先, 采用有限元(FEA)静力学仿真, 得到惯性力载荷作用下集成在硅微悬臂梁上的压电薄膜的应力分布;选取最大应力值作为载荷, 基于第一性原理计算纤锌矿AlN的弹性系数与应力的关系式, 预测惯性力载荷作用下AlN弹性系数的最大变化量。其次, 采用谐响应分析, 对比空载和不同惯性力载荷作用下FBAR微加速度计的谐振频率和偏移特性, 预测FBAR微加速度计的加速度-谐振频率偏移特性。最后仿真分析得到: 惯性力载荷作用下, FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移, 灵敏度约为数kHz/g;其加速度增量-谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。
微电子机械系统 薄膜体声波谐振器 力敏特性 谐振频率偏移 MEMS film bulk acoustic resonator force sensing characteristics resonance frequency shift 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024117
1 西南科技大学 信息工程学院, 四川 绵阳 621010
2 中国工程物理研究院 电子工程研究所, 四川 绵阳 621999
3 重庆大学 新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室, 重庆 400044
4 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
电容式RF MEMS开关在控制高功率射频信号时会发生自锁失效,由于开关桥膜与介电层之间的粗糙接触,开关的down态电容会发生退化,因此很难建立开关自锁失效阈值功率的高保真预测模型。提出了3D电磁-等效电路仿真对比建模的方法。建立开关的3D电磁仿真模型,仿真得到具有任一表面粗糙度水平的介电层粗糙开关的隔离度(S21)曲线;再建立同一开关的等效电路模型,通过调谐其down态电容值,使得仿真得到的S21曲线与3D电磁模型仿真结果尽可能吻合;此时,可以确定一组根据开关3D电磁仿真模型设定的表面粗糙度水平与等效电路模型调谐好的down态电容值的关系;改变开关介电层的表面粗糙度水平,并重复上述步骤,确定了任一开关的介电层表面粗糙度与开关down态电容退化的关系。采用文献的down态电容实测数据,初步验证了该方法的可行性和合理性。并利用所得的开关down态电容随介电层表面粗糙度退化的特性,对简化的(介电层光滑)开关自锁失效阈值功率解析计算式进行了修订,可扩展用于预测介电层粗糙开关的功率容量。
电容式开关 介电层粗糙 自锁 down态电容退化 RF MEMS RF MEMS capacitive switch rough dielectric latching degradation of down-state capacitance 强激光与粒子束
2014, 26(12): 124101
1 中国航空综合技术研究所， 北京 100028
2 北京理工大学光电学院， 北京 100048
3 辽河石油勘探局锦州工程技术处， 辽宁 锦州 121209
航空领域为减轻结构重量并增加结构强度，大量采用复合材料及复合结构代替传统材料，尤其是蜂窝夹层结构以其比强度高及比刚度高的优点得到广泛应用。然而，这些结构在胶接过程中更容易出现粘接不良、脱粘等质量问题。传统检测方法难以对新型结构及新型缺陷类型进行准确检测，需要开展新型检测技术研究以适应实际检测生产需求。利用激光剪切散斑方法、锁相红外热成像、脉冲红外热成像检测方法对内部出现的脱粘缺陷进行检测已经得到越来越广泛的应用，然而此三种新型方法各有检测优势及局限性。利用此三种光学检测方法对蜂窝结构中模拟脱粘缺陷进行检测，从检测原理、适用范围、应用前景等方面对此三种方法的检测优越性及局限性进行比较。结果表明，此三种方法均能对脱粘缺陷进行准确检测，激光剪切散斑方法对粘接不良缺陷检测效果优于脉冲红外及锁相红外方法。
测量 红外锁相 红外脉冲 激光散斑 蜂窝结构 激光与光电子学进展
2010, 47(11): 111602
1 浙江大学生物系统工程与食品科学学院, 浙江 杭州 310029
2 浙江省海洋水产养殖研究所, 浙江 温州 325005
3 浙江省近岸水域生物资源开发与保护重点实验室, 浙江 温州 325005
应用无信息变量消除法结合连续投影算法对可见-近红外光谱区进行有效波长的选择,选择后的波长作为输入变量建立最小二乘-支持向量机模型,对白虾属中三种典型种,脊尾白虾、秀丽白虾和东方白虾进行鉴别分类.实验采用Kennard-Stone算法选取150个样本作为建模集,50个样本作为预测集,通过UVE-SPA优选了数值分别为392、431、517、551、595、627、676、734、760、861、943和1018 nm的12个波长为LS-SVM的输入变量,建立了白虾种分类模型.该模型对50个预测集样本检验的准确率达到了92.00%.结果表明,采用可见-近红外光谱对白虾种进行鉴别是可行的,UVE-SPA能够有效地进行波长选择,使LS-SVM模型获得最优的分类结果.
可见-近红外光谱 无信息变量消除 连续投影算法 最小二乘-支持向量机 visible-near infrared spectroscopy uninformative variable elimination(UVE) successive projections algorithm(SPA) least square-support vector machine(LS-SVM)
