バルク弾性波共振器の材料・設計・特性.レビュー

Materials, Design, and Characteristics of Bulk Acoustic Wave Resonator: A Review.

• Yan Liu
• Yao Cai
• Yi Zhang
• Alexander Tovstopyat
• Sheng Liu
• Chengliang Sun

抄録

世界の第5世代（5G）技術の急速な実用化に伴い、無線周波数（RF）フィルタの市場需要は拡大を続けています。音響波技術は、低コスト・小型デバイスサイズを実現しつつ、高性能なRFフィルタ動作を実現するための有効なソリューションの一つとして大きな注目を集めています。バルク弾性波（BAW）共振器は、表面弾性波（SAW）共振器に比べて挿入損失が小さく、2.5GHz以上の中・高周波帯域での選択性に優れているため、高品質のRFフィルタを製造する上でより大きな可能性を秘めています。ここでは、材料、構造設計、特性を含むBAW共振器の研究について包括的にレビューする。最近提案されたBAW共振器の基本原理と詳細を丁寧に調査している。また、多結晶窒化アルミニウム（AlN）、単結晶AlN、ドープAlN、電極の材料についても分析し、比較する。BAW共振器の性能を高めるための共通のアプローチ、スプリアスモードの抑制、低温感度、チューニング能力について、議論とさらなる改善のための提案を紹介しています。最後に、高周波数、広帯域、小型化、高出力レベルの課題を考察することで、BAW共振器のための具体的な材料、構造設計、RF集積化技術への手がかりを提供する。

With the rapid commercialization of fifth generation (5G) technology in the world, the market demand for radio frequency (RF) filters continues to grow. Acoustic wave technology has been attracting great attention as one of the effective solutions for achieving high-performance RF filter operations while offering low cost and small device size. Compared with surface acoustic wave (SAW) resonators, bulk acoustic wave (BAW) resonators have more potential in fabricating high- quality RF filters because of their lower insertion loss and better selectivity in the middle and high frequency bands above 2.5 GHz. Here, we provide a comprehensive review about BAW resonator researches, including materials, structure designs, and characteristics. The basic principles and details of recently proposed BAW resonators are carefully investigated. The materials of poly-crystalline aluminum nitride (AlN), single crystal AlN, doped AlN, and electrode are also analyzed and compared. Common approaches to enhance the performance of BAW resonators, suppression of spurious mode, low temperature sensitivity, and tuning ability are introduced with discussions and suggestions for further improvement. Finally, by looking into the challenges of high frequency, wide bandwidth, miniaturization, and high power level, we provide clues to specific materials, structure designs, and RF integration technologies for BAW resonators.