Entwicklung von Al(1-x)Sc(x)N-basierten BAW-Komponenten für breitbandige Mobilfunkfilter

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-11-20
Issue Year
2020
Authors
Bogner, Andreas
Editor
Publisher
FAU University Press
ISBN
978-3-96147-366-3
Abstract

BAW resonators meet the critical requirements necessary for mobile communication and offer highly selective filter applications. Nevertheless, wide bandwidth frequency bands pose a challenge for modern BAW technology. In this work, mirror-type BAW resonators comprising AlN with high Sc concentrations up to 35 at.- % and advanced BAW concepts were investigated. It was possible to develop an optimized process sequence with high Q and high-piezoelectric AlScN layers. In addition, the optimized thin film was integrated into BAW resonators and optimized with respect to improved bandwidth and high Q-factor using proper design methods. Finally, the optimized AlScN-based resonators were used to demonstrate the performance in purely acoustic BAW filters for critical frequencies up to 5 GHz. The improvement of the material and the compilation of a material data set also offered new possibilities to investigate advanced filter concepts like acoustically coupled resonators, a reconfigurable approach and the application of novel LC BAW hybrid filter topologies. In conclusion, the developed resonators and methods push the application of high-coupling AlScN for improved and advanced BAW technologies, which are capable of meeting the growing demands on wide bandwidth filter technologies.

Abstract

BAW-Resonatoren erfüllen die kritischen Anforderungen, die für die mobile Kommunikation nötig sind und bieten hochselektive Filteranwendungen. Dennoch stellen Frequenzbänder mit großer Bandbreite eine Herausforderung für die moderne BAW-Technologie dar. In dieser Arbeit wurden BAW-Resonatoren des Spiegel-Typs aus AlScN mit hohen Sc-Konzentrationen von bis zu 35 At.-% und fortgeschrittene BAW-Konzepte untersucht, um den geforderten Bandbreiten aktueller und zukünftiger Mobilfunkstandards gerecht zu werden. Es war möglich, einen optimierten Prozessablauf mit hoher Güte und hoch-piezoelektrischen AlScN-Schichten zu entwickeln. Darüber hinaus wurde die optimierte Dünnschicht in BAW-Resonatoren integriert und hinsichtlich verbesserter Bandbreite und hoher Güte durch geeignete Design-Methoden maximiert. Die optimierten AlScN-basierten Resonatoren wurden schließlich eingesetzt, um die Leistung von rein akustischen BAW-Filtern für kritische Frequenzen bis 5 GHz zu demonstrieren. Die Verbesserung des Materials und die Erarbeitung eines Materialdatensatzes bot zudem neue Möglichkeiten zur Untersuchung fortgeschrittener Filterkonzepte wie akustisch gekoppelte Resonatoren, ein konfigurierbarer Filter-Ansatz und die Anwendung neuartiger LC-Hybrid-Filtertopologie. Die entwickelten Resonatoren und Methoden forcieren schließlich die Anwendung von hoch koppelndem AlScN für verbesserte und fortschrittliche BAW-Technologien, die den zunehmenden Anforderungen an breitbandige Filtertechnologien gewachsen sind.

Series
FAU Forschungen, Reihe B, Medizin, Naturwissenschaft, Technik
Series Nr.
35
Notes
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN:978-3-96147-365-6
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