铟掺入对铌镁酸铅钛酸铅单晶声表面波的影响

近十几年,新型弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅受到广泛关注。但温度稳定性稍差限制了其应用范围。为了进一步改善铌镁酸铅-钛酸铅单晶的声表面波性能,文章利用部分波法研究了铟元素掺入对铌镁酸铅-钛酸铅晶体声表面波性能的影响。结果表明,铟的掺入在提高晶体稳定性的同时,部分减低了晶体的声表面波机电耦合系数,略提高了晶体的声表面波相速度,减小了能流角。综合来看,其机电耦合系数仍明显高于传统压电材料,而声表面波相速度则明显低于传统压电材料。这有利于增加声表面波器件的带宽并减小器件尺寸。因此铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅单晶具有较优异的声表面波性能和较好的温度稳定性。     

声表面波速度的测量方法

组装了一套脉冲回波重叠法系统,测量了铌酸锂、钽酸锂,锗酸铋等晶体的声表面波延迟时间,声速,机电耦合系数和温度系数。在30兆赫的声同步频率下,测时精度达0.6毫微秒,用本文样品测量声表面波速度的相对误差最大值不超过5×10~(-4)。     

42°Y钽酸锂晶体生长及性能研究

钽酸锂晶体具有优异的压电性能,是声表面波(SAW)滤波器广泛使用的衬底材料。该文采用自主研制的提拉单晶炉,成功生长出4英寸、42°Y方向、外观完整的钽酸锂晶体。经可见及近红外分光光度计测试,晶体透过率接近80%;经X线摇摆测试,其半高全峰宽(FWHM)为28.4″,单晶性较好;采用差热分析仪对生长的晶体头尾进行居里温度测试,居里温度偏差为4.4 ℃。声表面波性能测试结果表明,钽酸锂晶体的声表面波速度、机电耦合系数和频率温度系数等指标均满足SAW滤波器的使用要求。     

压电晶体切向对声表面波陀螺刻度因子的影响

刻度因子是陀螺的重要指标,而压电晶体切向对声表面波(SAW)陀螺刻度因子有重要影响。首先以铌酸锂作为分析声波波传特性的基板材料,建立不同的波传角度和不同的切面与各种模态SAW波速的物理数学模型,接着探讨旋转扰动时二次旋转欧拉角与X切、Y切及Z切等铌酸锂晶体中的陀螺效应,分析不同切向刻度因子的变化规律。根据计算结果,铌酸锂晶体中X切Y传(XY)、128°Y切X传(128°YX)、30°ZX、ZX和150°ZX对应的声表面波陀螺刻度因子最大,同时也得出了适合应用于声表面波陀螺的相对敏感切向为声表面波波速接近于慢横波时对应的切向。     

铌酸锂晶体电子结构和光学性质计算

使用基于从头计算平面波赝势法的CASTEP量化软件计算了铌酸锂(LiNbO3)晶体的电子能带结构和线性光学系数,采用耦合微扰方法(CPHF)计算了铌酸锂晶体的非线性光学系数.折射率和倍频系数的计算结果与实验结果基本符合,计算表明铌酸锂晶体中Nb原子的4d轨道电子态和O原子的2p轨道电子态发生了明显杂化.通过分析铌酸锂晶体的价带顶和导带底电子态密度的组成特点可知这些轨道电子态的杂化是其非线性光学效应的主要来源,同时计算还表明铌酸锂晶体中Li-O键具有明显的共价键性.     

表面波用的新材料——Pb_2KNb_5O_(15)

表面波器件要求基质材料具有大的机电耦合系数,高的转换效率,且不易产生其他模式,同时要求基质材料在器件的使用温度范围内,延迟温度系数尽量小,以及小的功率流角和低的传输损耗.目前在声表面波(SAW)器件中得到应用的压电晶体有石英和铌酸锂等.ST切割石英虽有零延迟温度系数,但机电耦合系数大小.铌酸锂有大的机电耦合系数,但延迟温度系数较大,使用中需要温度控制电路.因此,人们致力于探寻大机电耦合系数、零延迟温度系数的温度补偿材料.     

四硼酸锂晶体的声表面波应用

介绍了新型压电晶体四硼酸锂的压电和声表面波特性，讨论了四硼酸锂晶体基片声表面波器件的制作工艺，总结了近年来四硼酸锂晶体压电器件的研究成果。     

基于铌酸锂/BCB/聚酰亚胺结构的柔性声表面波器件的设计与仿真

该文采用有限元法对“铌酸锂/苯并环丁烯(BCB)/聚酰亚胺”结构的柔性声表面波器件进行了研究。结果表明,铌酸锂厚度为0.06λ～0.8λ(λ为周期)时,不能激发稳定的瑞利波,在此区间外可激发瑞利波。随着温度升高,器件的谐振频率降低,计算结果表明,声速随温度变化是谐振频率下降的主要原因,大于热膨胀引起的谐振频率变化。仿真结果为设计和制备柔性声表面波器件时合理选择压电薄膜厚度及衬底材料力学性能等参数提供了一定的理论依据。     

用于SAW器件制造的键合减薄技术

铌酸锂(LiNbO3)作为一种压电材料,常被用于声表面波(SAW)器件的压电层,通常LiNbO3晶片厚度为500 μm,而实际上压电层的有效利用厚度为λ～2λ(λ为声表面波波长).为能实现SAW器件的高度集成化,需用键合减薄及抛光技术对LiNbO3进行加工处理.用粒径(φ)100 nm的SiO2抛光液对减薄后的铌酸锂晶体样品进行化学机械抛光,研究了抛光垫、抛光盘转速、压力及抛光时间对抛光过程的影响.抛光结果表明最佳抛光工艺参数是:采用阻尼布抛光盘,100 nm的SiO2抛光液,转速为120 r/min,压力为3.9N,抛光时间为40 min.经测试样品厚度为80μm,样品的最小粗糙度Ra=0.468 nm,Rq=0.593 nm(Ra为算术平均粗糙度,Rq为均方根粗糙度).     

矩形晶格结构对二维压电声子晶体带隙的影响

通过计算二维压电声子晶体透射系数,研究了矩形晶格结构对声子晶体带隙的影响。为得到声子晶体的透射系数,构建叉指换能器(IDT)中间放置声子晶体的器件模型,IDT作为激发和接收端,声子晶体作为传输通道。通过有限元软件计算出模型的电学参数,分别结合IDT的混合矩阵(P矩阵)和声子晶体的散射矩阵,推导和计算出声表面波的透射系数,并找出带隙范围。该文在128°-YX铌酸锂基片上制作IDT和矩形晶格以圆孔为散射体的声子晶体。通过调整矩形晶格中y方向上晶格常数,理论和实验上均得到了2个方向上的带隙变化。结果表明,随着y方向上晶格常数的增大,x方向上的带隙逐渐分为两段,y方向上的带隙逐渐缩小,使y方向上的带隙夹在x方向两段带隙间。实验结果与计算结果较吻合。