铁电微机电换能器的大信号特性
应用物理
2023-04-13 v1
摘要
与先进集成电路（IC）技术无缝集成的CMOS-MEMS谐振器具有独特能力，可实现稳定频率基准、声学频谱处理器和物理传感器的前所未有的集成。利用新兴铁电材料（如氧化铪锆（HZO）和氮化铝钪（AlScN））压电特性的换能器演示，可在宽频率范围内实现高优值（FOM=k2Q）谐振器。通过利用铁电随机存取存储器（FRAM）和铁电场效应晶体管（FeFETs）的进展，使用这些薄膜的厚度缩放变体实现低电压工作的CMOS集成铁电换能器是可行的。然而，迄今为止，尚未有对低矫顽电压 regime 下使用铁电换能器构建的机电系统非线性大信号行为影响的完整论述。本工作中，采用130 nm工艺中约700 MHz工作的CMOS-MEMS谐振器作为载体，以理解非线性压电换能在频率基准和声学滤波器上的性能影响。我们开发了此类谐振器的首个非线性大信号模型，并用于提取不同偏置和施加功率下的非线性特性。我们还针对这些应用开发了工作条件和设计指南，可扩展至该类所有谐振器。本工作提出的铁电换能器大信号工作的明晰理解，为在单片CMOS-MEMS平台上设计和演示机电器件的新能力提供了机遇。
引用
@article{arxiv.2304.05975,
title = {Large-Signal Behavior of Ferroelectric Micro-Electromechanical Transducers},
author = {Udit Rawat and Jackson Anderson and Dana Weinstein},
journal= {arXiv preprint arXiv:2304.05975},
year = {2023}
}