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高次谐波体声波谐振器(High Overtone Bulk Acoustic Resonator,HBAR)具有多频谐振特点,可以用于可跳频的频率综合器,其高Q值可以使其应用于低相噪振荡器。除此之外,HBAR还可以应用于传感器领域。本文采用脉冲激光沉积制备了c轴择优取向的Al N薄膜,以此为基础制备了大频率间隔Δf的HBAR器件,并给出其理论模型、仿真设计、制备工艺和测试分析。首先,基于压电方程和运动学方程,推导了HBAR器件中压电体和普通声学层的Mason等效电路模型,给出了HBAR器件的Mason等效电路模型。接着,结合Mason模型采用射频仿真软件ADS建立了压电体、普通声学层和HBAR器件的仿真模型,并根据ADS仿真模型设计了频率间隔Δf为0.91GHz、结构为0.1μm Mo/0.9μm Al N/0.1μm Mo/60.3μm蓝宝石的HBAR器件。然后,采用脉冲激光沉积制备Al N薄膜,研究了激光能量密度、基底温度和基底材料对Al N薄膜取向和表面形貌的影响。研究结果表明:随着激光能量密度(1.5~3.0J/cm2)和基底温度(500~700℃)的增加,有利于Al N(002)取向生长,而表面粗糙度增加;在Mo/蓝宝石基底上制备的Al N(002)取向优于在Mo/Si(100)基底上制备的Al N。基于这些参数的研究,我们采用激光能量密度3.0J/cm2、基底温度700℃在图形化Mo/蓝宝石基底上制备了半高宽为1.6°的c轴择优取向的Al N薄膜。最后,我们研究了HBAR器件的制备工艺,采用微纳加工工艺制备了两种HBAR器件,并进行了测试。实验结果表明:两种HBAR器件在0.7~5.0GHz宽频范围内具有多模谐振特性,在压电薄膜换能器的半波长附近达到最强谐振,相邻模式之间的频率间隔Δf较大,达到了0.91GHz,这未见有报道。器件1与器件2相比较,随着有效面积的增大,HBAR器件的阻抗幅度减小。实验测试结果与理论值相比较,并联谐振频率fp和串联谐振频率fs符合的较好。