Because SAW filters are small, high reliability, and it cannot be easily integrated with silicon substrate, they have become one of the most popular communication passive components recently. As the working frequency becomes higher, SAW filters are more sensitive to electromagnetic interference introduced by the package. Discrepancy in performance between design and measurement can be large if the packing effects are not considered. In this thesis, we make use of Finite Difference Time Domain method (FDTD) and develop a procedure combining High Frequency Structure Simulator (HFSS) with ADS software to simulate electromagnetic effect of a packaged SAW Filter. This is a full-wave method that integrates electromagnetic wave and acoustic wave. Measurement is also carried out to verify the simulated results. Preliminary results show that this method that we provide can predict frequency response in package effectively. Our Prediction can save factory design time and production cost.

In this study, the ladder-type filters based on back-etched thin film bulk acoustic resonator (TFBAR) were fabricated with several patterns to investigate the influence on their frequency responses. The highly c-axis oriented ZnO films were deposited on silicon substrates by reactive RF magnetron sputtering. The optimal two-step deposition temperature for ZnO films is 100 ¢J, which is obtained by means of SEM AFM, and XRD analysis. According to the experimental results, it leads to good resonance responses as TFBAR filters are fabricated with the patterns of large resonance area, two stages and the ratio of shunt/series resonance area is equal to two. Herein, conventional thermal annealing (CTA) was adopted to improve the frequency responses of TFBAR filters. Because CTA treatment can release stress and improve surface roughness of ZnO and Pt films, it enhances the frequency responses of TFBAR filters. The optimal CTA treatment temperature for TFBAR filters is 400 ¢J. Finally, TFBAR filters show the good performances with insertion loss of -8.138 dB, band rejection of 10.9 dB and bandwidth of 37.125 MHz.

Detection of conformational and structural shifts in biomolecules is of great importance in bioanalytical chemistry and pharmaceutical sciences. Transverse shear mode acoustic wave devices have been used as real-time, label-free detectors of conformational shifts in biomolecules on surfaces. However, material changes in the biochemical monolayer and coupling between the substrate and the surrounding liquid make it difficult to isolate the desired signal, so an understanding of these phenomena is required. In this thesis, interfacial slip, viscoelasticity, and structural changes are used to model acoustic signals due to surface adsorption of the protein neutravidin, immobilisation of HIV-1 TAR RNA, and subsequent interaction of the RNA with tat peptide fragments. Binding of tat peptides induces conformational changes in the TAR. Similar modelling is performed to describe experiments involving the binding of calcium to surface-attached calmodulin, which is also known to result in a conformational shift. The aim of the modelling is to isolate the sensor response due to conformational shifts. The biomolecules are described as hydrated, viscoelastic monolayers and slip is allowed at all interfaces. All models are numerically fit to experimental values using a two-parameter minimisation algorithm. Slip is found on the electrode surface prior to neutravidin adsorption. Neutravidin and TAR are described as distinct viscoelastic monolayers. Binding of tat peptide fragment to the TAR monolayer is modelled using a complex slip parameter and a change in length, corresponding to a straightening of the molecule. Similarly, numerical modelling of calmodulin results reveals a length change in the molecule upon calcium binding. Molecular dynamics (MD) simulations of the TAR-tat fragment system are performed to corroborate the modelling results. Starting structures are computed by molecular docking, and MD simulations of TAR complexed with various length tat fragments are described. The simulations are in general agreement with the modelling results and literature values from similar molecular dynamics experiment. A new parameter is introduced to describe biomolecule-solvent affinity, and is compared to interfacial coupling values obtained from modelling. This research demonstrates that acoustic wave devices can be used to detect conformational shifts in surface-attached biomolecules, provided molecular details about the shifts are known.

Detection of conformational and structural shifts in biomolecules is of great importance in bioanalytical chemistry and pharmaceutical sciences. Transverse shear mode acoustic wave devices have been used as real-time, label-free detectors of conformational shifts in biomolecules on surfaces. However, material changes in the biochemical monolayer and coupling between the substrate and the surrounding liquid make it difficult to isolate the desired signal, so an understanding of these phenomena is required. In this thesis, interfacial slip, viscoelasticity, and structural changes are used to model acoustic signals due to surface adsorption of the protein neutravidin, immobilisation of HIV-1 TAR RNA, and subsequent interaction of the RNA with tat peptide fragments. Binding of tat peptides induces conformational changes in the TAR. Similar modelling is performed to describe experiments involving the binding of calcium to surface-attached calmodulin, which is also known to result in a conformational shift. The aim of the modelling is to isolate the sensor response due to conformational shifts. The biomolecules are described as hydrated, viscoelastic monolayers and slip is allowed at all interfaces. All models are numerically fit to experimental values using a two-parameter minimisation algorithm. Slip is found on the electrode surface prior to neutravidin adsorption. Neutravidin and TAR are described as distinct viscoelastic monolayers. Binding of tat peptide fragment to the TAR monolayer is modelled using a complex slip parameter and a change in length, corresponding to a straightening of the molecule. Similarly, numerical modelling of calmodulin results reveals a length change in the molecule upon calcium binding. Molecular dynamics (MD) simulations of the TAR-tat fragment system are performed to corroborate the modelling results. Starting structures are computed by molecular docking, and MD simulations of TAR complexed with various length tat fragments are described. The simulations are in general agreement with the modelling results and literature values from similar molecular dynamics experiment. A new parameter is introduced to describe biomolecule-solvent affinity, and is compared to interfacial coupling values obtained from modelling. This research demonstrates that acoustic wave devices can be used to detect conformational shifts in surface-attached biomolecules, provided molecular details about the shifts are known.

First, one of the purposes of this thesis is to estimate the complete crosstalk effects including the package and the pads on the surface acoustic wave (SAW) substrate. A new approach based on finite-difference time-domain (FDTD) with equivalent current source method is applied. Two kinds of patterns of one-port SAW resonators with the same package structure and inter-digital transducer (IDT) design are studied. Verification with the measurement results shows that our method is able to obtain good agreement and be used to observe the influence from the SAW pattern. Second, the equivalent current source method is extended to model the excitation of human-body¡¦s electrostatic discharge (ESD) situations. The efficiencies of sacrificial electrodes are also discussed. Finally, a novel sacrificial electrode with fractal to protect SAW devices from ESD break is proposed. Comparing with traditional electrode, the simulation results show that fractal can improve the protective efficiency greatly. Finally, a novel analysis model that can be used to analyze and optimize the impedance of an RFID transponder integrated circuit (IC) which uses backscatter encoding based on simultaneously maintaining the BER of the reader and maximizing the received power of the transponder IC is proposed. The analysis method utilizes mapping from signal constellation of the backscattered signal to the Smith chart to relate the two parameters. Given the system specification and characteristics of the reader and transponder antennas, the optimum impedances of transponder IC for binary communication system can be easily designed by using this model.

Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehen Bauelemente, die auf der Basis von sog. akustischen Oberflächenwellen, in der Fachsprache üblicherweise mit dem Begriff SAW (surface acoustic wave) bezeichnet, arbeiten. In den vergangenen ca. 40 Jahren haben SAW-Bauelemente einen außerordentlich starken Aufschwung erlebt. Den Beginn markierte ein neuartiger Zwischenfrequenz-Filter für Fernsehgeräte am Ende der 1960er Jahre. Heute finden sich unterschiedliche Arten dieser Bauelemente in nahezu jedem Bereich unseres täglichen Lebens wieder. Als Beispiele können hier allgemein die draht-, funk- und fasergestützte Daten- und Signalübertragung und im Speziellen Mobil- und Schnurlostelefone oder Fernbedienungen genannt werden. Inzwischen sind auch neue Anwendungen in der Sensorik sowie der Identifikationstechnik hinzugekommen. Es gibt für SAW-Bauelemente eine Entwicklung hin zu höheren Arbeitsfrequenzen, steigenden Leistungen, erhöhter Zuverlässigkeit, weiterer Miniaturisierung und zunehmender Modulintegration, wobei alle Anforderungen bei gleichzeitig sinkenden Herstellungskosten realisiert werden müssen. Dabei zeichnet sich ab, dass mit den herkömmlichen Herstellungstechnologien nicht alle Bedürnisse erfüllt werden können. So ist z.B. die Lift-off-Technik, mit der ein Großteil der Bauelemente hergestellt wird, nicht auf beliebig kleine Strukturen anwendbar. Eine Alternative bildet die sog. Damaszentechnologie, die auch zur Herstellung modernster Mikroprozessoren eingesetzt wird. Dabei werden die Metallelektroden anstatt auf dem Substrat aufzuliegen, in das Substrat eingelassen, woraus sich für zukünftige SAWBauelemente Vorteile ergeben können, wie z.B. eine erhöhte Leistungsbeständigkeit, kostengünstige Abscheideverfahren, eine Reduktion der Strukturgrößen und eine planare Oberfläche. Das Ziel der vorliegenden Arbeit liegt darin, die Damaszentechnologie erstmalig auf SAW-Strukturen anzuwenden und mit den Vorteilen der Cu-Technologie zu kombinieren. Als inhaltliche Schwerpunkte wurden die Herstellung von Demonstratorbauelementen und die Bewertung der Prozessschritte, die Eigenschaftsbestimmung der Strukturen sowie deren Schädigungsverhalten bei Leistungsbelastung definiert.

Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehen Bauelemente, die auf der Basis von sog. akustischen Oberflächenwellen, in der Fachsprache üblicherweise mit dem Begriff SAW (surface acoustic wave) bezeichnet, arbeiten. In den vergangenen ca. 40 Jahren haben SAW-Bauelemente einen außerordentlich starken Aufschwung erlebt. Den Beginn markierte ein neuartiger Zwischenfrequenz-Filter für Fernsehgeräte am Ende der 1960er Jahre. Heute finden sich unterschiedliche Arten dieser Bauelemente in nahezu jedem Bereich unseres täglichen Lebens wieder. Als Beispiele können hier allgemein die draht-, funk- und fasergestützte Daten- und Signalübertragung und im Speziellen Mobil- und Schnurlostelefone oder Fernbedienungen genannt werden. Inzwischen sind auch neue Anwendungen in der Sensorik sowie der Identifikationstechnik hinzugekommen. Es gibt für SAW-Bauelemente eine Entwicklung hin zu höheren Arbeitsfrequenzen, steigenden Leistungen, erhöhter Zuverlässigkeit, weiterer Miniaturisierung und zunehmender Modulintegration, wobei alle Anforderungen bei gleichzeitig sinkenden Herstellungskosten realisiert werden müssen. Dabei zeichnet sich ab, dass mit den herkömmlichen Herstellungstechnologien nicht alle Bedürnisse erfüllt werden können. So ist z.B. die Lift-off-Technik, mit der ein Großteil der Bauelemente hergestellt wird, nicht auf beliebig kleine Strukturen anwendbar. Eine Alternative bildet die sog. Damaszentechnologie, die auch zur Herstellung modernster Mikroprozessoren eingesetzt wird. Dabei werden die Metallelektroden anstatt auf dem Substrat aufzuliegen, in das Substrat eingelassen, woraus sich für zukünftige SAWBauelemente Vorteile ergeben können, wie z.B. eine erhöhte Leistungsbeständigkeit, kostengünstige Abscheideverfahren, eine Reduktion der Strukturgrößen und eine planare Oberfläche. Das Ziel der vorliegenden Arbeit liegt darin, die Damaszentechnologie erstmalig auf SAW-Strukturen anzuwenden und mit den Vorteilen der Cu-Technologie zu kombinieren. Als inhaltliche Schwerpunkte wurden die Herstellung von Demonstratorbauelementen und die Bewertung der Prozessschritte, die Eigenschaftsbestimmung der Strukturen sowie deren Schädigungsverhalten bei Leistungsbelastung definiert.