铁电微机电传感器的大信号行为
摘要：集成在先进的集成电路(IC)技术中的CMOS-MEMS谐振器具有独特的能力，能实现稳定频率参考、声谱处理器和物理传感器的前所未有的集成。利用新型铁电材料如氧化锆铍(HZO)和氮化铝钪(AlScN)的压电特性，展示了利用压电效应的传感器在宽频率范围内具有高品质因子的谐振器。利用压电随机存取存储器(FRAM)和压电场效应晶体管(FeFETs)的进展，可实现使用这些薄膜的厚度缩减变体进行低电压操作的CMOS集成铁电传感器。然而，迄今为止，对于在低铁电脆性电压范围内使用铁电传感器构建的电机械系统的非线性大信号行为对性能的影响尚未全面研究。本研究使用在130nm工艺下运行的CMOS-MEMS谐振器(频率约为700MHz)作为理解非线性压电传导对频率参考和声学滤波器性能影响的工具。首次建立了用于该谐振器的非线性大信号模型，并用于提取不同偏置和应用功率下的非线性特性。本研究还开发了适用于这些应用的工作条件和设计指南，可扩展到该类别的所有谐振器。本研究中对铁电传感器的大信号操作的理解为在单片CMOS-MEMS平台上设计和演示电机械设备的新能力提供了机会。
作者：Udit Rawat, Jackson Anderson, Dana Weinstein
论文ID：2304.05975
分类：Applied Physics
分类简称：physics.app-ph
提交时间：2023-04-13