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.
Aktualisiert: 2020-11-26
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Heutzutage kommen in modernen mobilen Transceivern ausschließlich akustische Filter zum Einsatz. Keine andere Technologie bietet zur Zeit die gleiche Leistung bei gleichzeitig dermaßen geringen Abmessungen und Herstellungskosten. Bei den höheren Frequenzen werden dabei hauptsächlich BAW-Filter benutzt.
In dieser Arbeit wurden Methoden zur multiphysikalischen Modellierung von BAW-Komponenten entwickelt. Methoden zur Modellierung des Verhaltens von BAW-Filtern bei homogener Erwärmung und Methoden zur Bestimmung der für diese Modellierung erforderlichen Materialdaten wurden erschlossen. Ein effizientes und zudem hochgenaues Verfahren zur Modellierung der Eigenerwärmung und der damit verbundenen Änderungen des Verhaltens der BAW-Komponenten wurde gefunden und umgesetzt. Auch eine neuartige und präzise Methode zur Modellierung der Nichtlinearitäten in BAW-Komponenten wurde erarbeitet. Die entwickelten Modellierungsmethoden wurden im Experiment verifiziert.
Sie ermöglichen den Entwicklern von BAW-Komponenten die Evaluierung und Optimierung der BAW- Komponenten bei unterschiedlichen Temperaturen und Leistungen. Weiterhin konnten mit den neu entwickelten Modellierungsmethoden neue Möglichkeiten der Temperaturkompensation, der Reduzierung der Eigenerwärmung und der Verbesserung des nichtlinearen Verhaltens erforscht werden.
Aktualisiert: 2020-01-08
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