SAW谐振器传播属性的有限元仿真

首先从理论上阐述了声表面波(SAW)谐振器传播属性的有限元分析(FEA)法;然后利用ANSYS软件,对ST切石英晶片的SAW谐振器进行模态分析和谐响应分析;最后处理仿真结果并得到结论:通过合成表面节点横向和纵向的模态位移得出SAW中质点的运动轨迹是椭圆,通过模态频率和对应的波长算出SAW在ST切石英晶片中的传播速度,通过分析纵向节点模态位移得出SAW的能量集中在距表面2个波长深度的范围内,通过幅频特性图得出谐振器在SAW频率处具有最大的频率响应。这些结论与理论基本一致,为设计SAW器件和研究SAW传感器提供了仿真依据。     

ZnO单晶声表面波谐振器传播特性的研究

基于有限元压电材料中表面波传播的有限元分析原理,利用有限元分析软件COMSOL对基于ZnO单晶材料的声表面波器件进行多物理域耦合建模与仿真,提取出了符合声表面波振型的对称模态变形图和反对称模态变形图。通过谐振频率分析,计算出了ZnO单晶的相速度和机电耦合系数;通过频率响应分析,得出谐振器输入导纳、阻抗与频率之间的关系图;最后讨论了叉指换能器的结构对谐振频率、反谐振频率的影响,得出输入、输出叉指换能器(IDT)的叉指电极对数越大,插入损耗值越大,信号衰减越小。     

基于ZnO/Si结构的声表面波器件设计研究

微机电系统(MEMS)工艺已被广泛用于制造各种硅基薄膜器件.声表面波(SAW)器件是性能优良的MEMS器件.该文利用多物理耦合场软件COMSOL Multiphysics仿真了氧化锌/硅(ZnO/Si)结构SAW谐振器,并得到其S11参数.对应于仿真,该文制造了该种结构的SAW器件.实验所用的ZnO通过射频磁控溅射制备,所制备的ZnO具有良好的(002)取向.实验测得的ZnO/Si结构SAW器件的中心频率为111.6 MHz,与仿真结构接近.     

ZnO/GGG准2-2型单端口SAW谐振器初探

为降低制备ZnO/YIG用于研究声表面波(SAW)对自旋波的激励和传播特性的研究成本,采用射频磁控溅射技术在更低成本的钆镓石榴石(GGG)上沉积ZnO薄膜,对ZnO/GGG准2-2型单端口SAW谐振器进行初探。使用X线衍射(XRD)仪、原子力显微镜(AFM)以及扫描电镜(SEM)对薄膜的微观结构和形貌进行了表征和分析。结果表明,当在氧气流量4 cm~3/min、450℃下退火处理时,ZnO薄膜呈现出表面平滑、残余应力小及具有高度c轴择优取向等优点。经测试声表面波频率为201 MHz,对应相速度为3 216 m/s,机电耦合系数为0.22%,说明制备的ZnO薄膜在高频声表面波器件研究和应用方面具有潜力。     

基于ZnO/PI结构的柔性SAW器件有限元仿真研究

柔性电子的发展使微机电系统对柔韧性和延展性的需求日益增加,我们提出了一种基于ZnO和聚酰亚胺叠层结构的声表面波(SAW)器件。该文采用COMSOL软件对该结构的SAW器件进行二维有限元仿真分析,得到了器件阻抗随频率变化的特性,以及直观的谐振频率下粒子位移特性,并分析了不同ZnO厚度对瑞利波的频率和相速度的影响。为验证仿真的准确性,我们采用磁控溅射工艺和紫外光刻机制备了三组柔性SAW器件,其波长均为16μm,ZnO厚分别为1.2μm、2.3μm和4μm,器件的实测结果与仿真数据进行了比较。结果表明,制备的SAW器件特性与仿真结果具有很好的一致性,且仿真和实验都验证了随着ZnO厚度的增加,等效声速和谐振频率增大的结论。     

ZnO/蓝宝石结构声表面波频散特性数值计算

从理论上计算出ZnO/蓝宝石结构声表面波相速度和机电耦合系数k2色散曲线。计算显示,在ZnO膜厚和声表面波器件波长之比h/λ=0.48时,IDT/ZnO(c面)/蓝宝石(c面)结构西沙瓦波1次模式的k2最大值为2.705%,理论声速为4 982m/s;在h/λ=0.3时,IDT/ZnO(a面)/蓝宝石(r面)结构西沙瓦波1次模式的k2最大值为4.34%,理论声速为5 509m/s。结果表明,IDT/ZnO(a面)/蓝宝石(r面)结构西沙瓦波1次模式的k2和声速较大,适于研制高频低损耗声表面波滤波器。     

文摘选辑

一、声表面波技术 108 沿两种材料间的ZnO层传播的界面声波——入野俊夫:《电子情报通信学会论文誌(日文),1987:J70-C(1)59—68 研究了在SiOz/ZnO/SiO_2、SiO_2/ZnO/硼硅酸玻璃和SiO_2/ZnO/(z-x)Si等一些三层结构中的ZnO薄膜上传播的SAW与ZnO膜厚的关系。亦分析了不同器件结构中的机电耦合系数,测得了延迟线的临界温度,根据实验结果可选择适于制作SAW器件的ZnO基片。 109 采用ZnO/ AlN/玻璃基片的高耦合高速度SAW—Shiosaki T.:1985 Ultrason Symp.Proc.,186—191 报道了与三层结构SAW器件中的SAW传播有关的各种特性。在Kovar玻璃基片上制作了AlN压     

金刚石SAW滤波器的设计和制作

通信系统向高频的发展趋势使声表面波(SAW)滤波器技术面临着越来越多的挑战。利用传统材料制作SAW滤波器的中心频率很难达到GHz频段,因此探索在高声速材料基础上制作SAW滤波器成为一种必然趋势。基于高声速材料金刚石设计了IDT/ZnO/金刚石结构的薄膜SAW滤波器,设计了镜像阻抗连接IDT的结构参数,并采用ADS软件对该结构进行了建模仿真。然后,通过ZnO薄膜制备工艺和IDT电极制备工艺,获得了金刚石SAW滤波器样品。最后,采用RF探针台对所制得的样品进行了性能测试和数据分析。测试结果表明,在金刚石厚膜衬底上获得了频率超过1 GHz的SAW滤波器样品。     

基于ZnO多层结构的声表面波高频器件分析设计

通过有限元仿真,分析基于ZnO/Diamond不同复合结构的声表面波传播特性,包括机电耦合系数、声表面波波速以及温度敏感系数等,同时分析电极厚度对机电耦合系数的影响机理,为适用于不同场合的高频器件的优化设计提供思路,对基于ZnO/Diamond不同复合结构的声表面波器件的设计具有指导意义.     

并联单端声表面波谐振器的陷波滤波器设计

通过采用并联SAW谐振器设计方法,利用SAW谐振器、压电晶体和IDT的等效电路,得出声表面波陷波器的频响曲线,解决了信号干扰的问题。此种方法突破了传统的把SAW谐振器作为串联元件的设计,并与之前的频响曲线进行比较,使得中心频率处的衰减达到30dB左右,能更好地进行选频。     

Surface acoustic wave characteristics of ZnO films grown on a polycrystalline 3C-SiC buffer layer

Zinc oxide (ZnO) thin films were deposited onto a polycrystalline (poly) 3C-SiC buffer layer for surface acoustic wave (SAW) applications using a magnetron sputtering system. Atomic force microscopy (AFM) and X-ray diffraction (XRD) showed that the ZnO grown on 3C-SiC/Si had a smooth surface, a dominant c-axis orientation and a lower residual stress in ZnO thin film compared to that grown directly onto Si substrate. In order to evaluate the SAW characteristics of ZnO films on a 3C-SiC buffer layer, the two-port SAW resonators, based on inter-digital transducer (IDT)/ZnO/3C-SiC/Si and IDT/ZnO/Si structures, were fabricated and measured within a temperature range of 25-135 °C. The resulting 3C-SiC buffer layer improved the insertion loss by approximately 7.3 dB within the SAW resonator and enhanced the temperature stability with TCF = −22 ppm/°C up to 135 °C in comparison to that of TCF = −45 ppm/°C within a temperature range of 25-115 °C of the ZnO/Si structure.     

Finite element simulation of Rayleigh surface acoustic wave in (100) AlN/(100) ZnO/diamond layered structure

With the rapid development of the fifth-generation (5G) wireless system, the explosive growth of transmitted data raises higher requirements for high-performance surface acoustic wave (SAW) devices as filters and duplexers. (100) AlN/(100) ZnO/diamond layered structures are theoretically simulated by finite element method (FEM) to investigate the Rayleigh SAW propagation properties, including phase velocity, electromechanical coupling coefficient K2, and temperature coefficient of frequency (TCF). Three types of layered structures with different interdigital transducers (IDTs) arrangements, which are IDTs/(100) AlN/(100) ZnO/diamond, (100) AlN/IDTs/(100) ZnO/diamond, and (100) AlN/(100) ZnO/IDTs/diamond structures, are considered in the simulations. The results show that the Sezawa mode exhibits larger K2 than the other modes. We found that the (100) AlN/IDTs/(100) ZnO/diamond structure exhibited better SAW properties, including high K2 and appropriate phase velocity.     

基于SAW谐振器无源无线传感器编码方法研究

为简化声表面波(SAW)传感器的编码过程,提出了一种基于SAW谐振器的编码方法,通过多个不同中心谐振频率的SAW谐振器分别连接不同的负载阻抗进行传感器的编码。设计了传感器的具体结构,建立了传感器的等效电路模型,利用ADS仿真软件对中心谐振频率分别为868MHz和915MHz的2个SAW谐振器组成的传感器进行仿真,结果表明,SAW谐振器外接1pF与4pF的阻抗,其谐振频率差可达200³00kHz。根据仿真结果,设计制作了不同编码的2个传感器,一个不外接阻抗,一个外接10pF的阻抗,测试谐振频率差别可达39.75300kHz。根据仿真结果,设计制作了不同编码的2个传感器,一个不外接阻抗,一个外接10pF的阻抗,测试谐振频率差别可达39.75⁴0.2kHz,因此,SAW谐振器外接不同阻抗时谐振频率的差异明显,基于SAW谐振器与外接阻抗的传感器编码方法是可行的。     

Analysis of the frequency response of SAW filters using finite-difference time-domain method

The finite-difference time-domain (FDTD) technique was extended to analyze the frequency response of surface acoustic wave (SAW) filters. In this method, the partial derivatives of quasi-static Maxwell's equations and the equation of motion are discretized to centered finite differences. In addition, the perfectly matched layer boundary condition was applied to reduce spurious reflections. Two structures are considered in this paper. First, the model was applied to analyze the influence of the number of electrodes on the frequency response of a SAW filter fabricated on a zinc oxide (ZnO) substrate. Then, the proposed method was further extended to analyze the frequency response of a ZnO/diamond/Si-layered SAW filter. The simulated results are in a good agreement with the existing experimental data, indicating that the FDTD method was an appropriate approach for modeling SAW devices.     

X射线光刻和剥离技术制作声表面波叉指换能器

提供了采用电子束光刻、X射线光刻和金属剥离技术制作亚微米尺寸的声表面波叉指换能器的方法.首先利用电子束光刻和微电镀技术制作x射线光刻的掩模,然后利用X射线光刻和剥离技术高效地制作大面积、纳米尺电、电极陡直均匀的叉指换能器.制备出的叉指电极特征尺寸为600 nm,面积为4 mm×6 mm,断指率小于3‰,可应用于高频声表面波器件中.研究结果表明,X射线光刻结合剥离技术是一种制备高频SAW器件的优良方法.     

石英晶体切型对谐振器加速度频率的影响

本文讨论了几种切型振动模式对体波和声表面波谐振器的加速度频率灵敏度的影响。结果表明;切型不同加速度频率灵敏度不同;同种切型支撑结构不一样,其频率灵敏度也不一样;表面波谐振器的加速度频率灵敏度明显高于体波谐振器的频率灵敏度。     

剥离工艺制作SAW滤波器IDT的研究

研究了用于声表面波滤波器的微米尺度的叉指换能器的制作工艺。利用剥离工艺,分别采用铝和铬金两种金属制作了叉指换能器的电极,分析了剥离工艺制作叉指电极时的工艺特性。对加工样品的测量分析结果表明,利用剥离工艺制备的叉指换能器电极线条光滑、陡直、清晰,但是成品率较低。对比分析了采用铝和铬金制作的叉指换能器样品结构,结果表明两种金属材料在剥离液中的腐蚀时间不同,铝材料需要较长的剥离时间;两种材料制作的电极图形质量也有差异,铝材料制作的电极更为陡直、精细。     

声表面波器件体波效应抑制理论研究

针对声表面波器件中体波效应的影响,介绍了叉指换能器激发声体波的机理。根据声体波在基片上的不同传播方式,提出了不同的抑制方法。对在基片表面传播的声体波,利用声体波与声表面波有不同的能量传播角改变接收叉指换能器的位置来抑制体波效应。对在基片体内传播的声体波,则根据其传播和反射原理确定接收叉指换能器的位置来抑制。结果对声表面波器件的设计和工作性能提高具有指导意义。     

射频SAW器件非线性信号的测量及产生机制分析

射频前端的高度集成和高能量密度使声表面波(SAW)器件的非线性问题愈发严重。该文搭建了射频 SAW 器件非线性信号的测量系统,对SAW 谐振器的二次谐波(H2)和三次谐波(H3)信号进行了准确测量。分析测量结果,讨论了非线性谐波信号的产生机制,并通过非线性有限元(FEM)模型仿真结果与测量结果拟合对比,验证了介电非线性和声应变的非线性效应对谐波产生的影响,为进一步研究非线性抑制方法,设计高线性度 SAW 器件提供了重要支撑。