Bulk Acoustic Wave Resonators and their Application to Microwave Devices

El crecimiento exponencial que han experimentado los sistemas de comunicaciones inalámbricos actuales durante los últimos años, ha dado lugar a la necesidad de disponer dispositivos de microondas de tamaño reducido y, a su vez, de altas prestaciones. El principal obstáculo con el que se encuentran los dispositivos basados en las tecnologías clásicas, es que dichas tecnologías no son compatibles con los procesos estándar de fabricación de circuitos integrados (IC). En este sentido, dispositivos de microondas basados en resonadores acústicos, en concreto resonadores BAW, ofrecen una solución a dicha limitación ya que son compatibles con los procesos estándar de fabricación de circuitos integrados. Por otro lado, dichos resonadores son excitados mediante una onda acústica cuya velocidad de propagación es alrededor de cuatro o cinco órdenes de magnitud menor que las ondas electromagnéticas, con lo que el tamaño del dispositivo también será menor en la misma proporción. La motivación de este trabajo viene dada por el escenario que se plantea. El documento está básicamente dividido en dos grandes bloques. El primer bloque que consta de los capítulos 2, 3 y 4 está dedicado al estudio de un resonador BAW. En primer lugar, el estudio se realiza para una estructura unidimensional, es decir, teniendo en cuenta que en el resonador solamente se propaga una onda acústica en la dirección longitudinal, con el objetivo de extraer los modelos circuitales que permiten la caracterización eléctrica de dicho resonador. Sin embargo, estos modelos no son capaces de predecir con exactitud el comportamiento eléctrico del resonador acústico ya que no contemplan efectos derivados de la propagación de ondas laterales. Así, la necesidad de incorporar una herramienta de simulación 3D se hace necesaria. Mediante el simulador 3D, el resonador se puede caracterizar por completo, así, el origen y las condiciones necesarias para la presencia de ondas laterales estacionarias pueden ser establecidas. La presencia de las ondas laterales generan efectos no deseados en la respuesta eléctrica del resonador básicamente en forma de degradación del factor de calidad y de la constante de acoplo electromecánico efectiva. Así pues, la mejora del comportamiento eléctrico del resonador se basa principalmente, en la minimización de la presencia de las ondas laterales no deseadas. Para ello se proponen dos soluciones diferentes: el apodizado y la inclusión de un anillo en el perímetro del electrodo superior