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

Development of Al(1-x)Sc(x)N-based BAW devices for wide-bandwidth mobile communication filters

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-149786
  • 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-ResonatorenBAW-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.show moreshow less
  • 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 toBAW 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.show moreshow less

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Metadaten
Author:Andreas BognerORCiD
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-149786
Persistent identifiers - DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-366-3
ISBN:978-3-96147-366-3
Series (Volume number):FAU Forschungen, Reihe B, Medizin, Naturwissenschaft, Technik (35)
Publisher:FAU University Press
Place:Erlangen
Referee:Robert Weigel, Gerhard Fischerauer
Advisor:Robert Weigel
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of publication:2020
Date of online publication (Embargo Date):2020/11/17
Publishing Institution:FAU University Press
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Acceptance date of the thesis:2020/07/31
Release Date:2020/11/20
Tag:AlScN; BAW-Filter; BAW-Modellierung; BAW-Resonatoren; Dünnschichten; Filterschaltungen; HF-Filter; HF-MEMS; Piezoelektrische Materialien
SWD-Keyword:MEMS; Filterschaltung; Akustischer Resonator; BAW-Bauelement; Akustischer Filter; Piezoelektrizität; Hochfrequenzfilter
Length/size:xxiii, 226 Seiten
Notes:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN:978-3-96147-365-6
Institutes:Technische Fakultät
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 60 Technik / 600 Technik, Technologie
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
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