基于ZnO/SiO_2/Si多层结构瑞利波的特性研究

利用射频(RF)磁控溅射法沉积(002)ZnO薄膜和SiO_2薄膜于Si基底,研制(002)ZnO/IDT/SiO_2/Si结构的声表面波延迟线,并通过3D有限元法仿真分析该结构所激发的瑞利波的声学特性,如相速度、机电耦合系数k~2等。通过实验验证,发现二者吻合较好。分析了ZnO薄膜的厚度对瑞利波特性的影响发现,当ZnO厚为8μm时,k~2取得最大值(为3.88%)。同时,分析了(110)ZnO/IDT/SiO_2/Si结构所激发瑞利波的声学特性,结果显示,当ZnO薄膜的厚为8μm时,k~2取得最大值(为5.5%)。     

双层SiO2薄膜对ZnO/Si结构瑞利波器件性能的改善

利用3D有限元法分析了SiO2薄膜对ZnO/IDT/Si结构中瑞利波特性的影响,包括相速度(vp)、机电耦合系数(k2)和频率温度系数(τf)。结果表明,当hZ/λ=0.44时,ZnO/IDT/Si结构激发的瑞利波的机电耦合系数最大值k2max=2.38%,且vp=3 016 m/s,τf= -32.94×10-6 ℃-1。引入底层SiO2薄膜,即ZnO/IDT/SiO2/Si结构,瑞利波的机电耦合系数大幅提高,当hZ/λ=0.44,hsb/λ=0.25时,k2max=3.41%,且vp=2 801 m/s,τf=-11.43×10-6 ℃-1。继续引入顶层SiO2薄膜,即SiO2/ZnO/IDT/SiO2/Si结构,瑞利波相速度得到提高,但机电耦合系数随着SiO2厚度的增加而减小。当hZ/λ=0.44,hsb/λ=0.25,hst/λ=0.25时,k2=2.61%,vp=3 036 m/s,τf=18.44×10-6 ℃-1。双层SiO2薄膜的引入提高了ZnO/IDT/Si结构瑞利波器件的相速度、机电耦合系数,实现了温度补偿,因此,该结构可用于高机电耦合系数、高温度稳定性及低成本SAW器件的研制。