适用于宽带滤波器的I.H.P.SAW基底结构优化设计

超级高性能(I.H.P.)SAW器件因具有优异的品质因数(Q)值及温度稳定性而备受关注。为用于宽带滤波器的研发,对双层结构(Cu电极/Y旋转5°切LiNbO₃压电层/SiO₂功能层/Si衬底)的I.H.P. SAW基底结构设计进行了研究。考虑质量加载效应,结合电极与压电层界面上的应力与自由电荷分布特点,采用精确的有限元/边界元法(FEM/BEM)理论进行研究。利用多层结构的连续性边界条件,计算多层复合格林函数以及谐振器导纳值,寻求谐振点与反谐振点之间最大频率差以优化基底结构尺寸。计算结果表明,对金属化比为0.5,结构周期(λ/2)为2μm的器件,当功能层、压电层、电极层厚分别为0.15λ、0.2λ、0.037 5λ时,谐振频率点为880 MHz,反谐振点为1 018 MHz,由此可获得138 MHz的最大频率差。此结论为应用于宽带滤波器的I.H.P. SAW器件的设计提供了指导。     

Cu/15°YX-LiNbO3 SAW谐振器的横向模抑制研究

Cu/15°YX-LiNbO3声表面波(SAW)谐振器作为宽带SAW滤波器的核心单元,其横向模式的存在极大地影响了SAW滤波器的通带性能,将引起带内波纹,增大器件插损,从而降低系统信噪比,引起信号误读.该文基于Piston技术抑制Cu/15°YX-LiNbO3 SAW谐振器的横向模式,利用有限元仿真优化了指条末端尺寸....     

基于SOI衬底的宽带低损耗声表面波滤波器研究

使用结构为42°Y-X LiTaO₃(600 nm)/SiO₂(500 nm)/Si的SOI衬底,通过抑制横向模式等优化设计,研制了单端谐振器和声表面波滤波器。经测试,谐振器的谐振频率为1.5 GHz,品质因数(Q)值高达4 000;滤波器的中心频率为1 370 MHz,插入损耗为-1.2 dB,1 dB带宽为74 MHz,相对带宽达到5.4%,阻带抑制大于40 dB,且温度系数在-55～+85℃时优于-9×10^-6/℃。该产品具有高频、宽带、低损耗、低温漂、高阻带抑制的特点,其性能指标优异,具有很好的实用性。     

基于ScAlN/FeGa结构的磁电声表面波谐振器

该文研究基于磁致伸缩FeGa合金衬底的磁电声表面波(SAW)谐振器。首先,在FeGa磁致伸缩衬底上溅射沉积了ScAlN压电薄膜,完成了单端口声表面波谐振器的制备;其次,采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等手段对ScAlN薄膜进行结构分析;最后,采用矢量网络分析仪和微波探针台测试S参数和群时延。结果表明,ScAlN薄膜晶粒呈柱状生长且具有高度(002)取向,薄膜表面粗糙度在2.36nm左右;当ScAlN压电薄膜厚为0.7μm,波长为15.74μm时,SAW谐振器的谐振频率为218.75 MHz,相速度为3 443m/s,机电耦合系数为0.06%,与COMSOL仿真计算结果较吻合。     

基于磁致伸缩多层膜的磁声表面波传感器

研究了一种基于FeCoSiB/SiO_2多层膜的磁声表面波(MSAW)传感器,其中FeCoSiB/SiO_2多层膜制备在石英声表面波(SAW)谐振器上。在外加磁场发生变化时,FeCoSiB/SiO_2多层膜通过巨杨氏模量效应影响压电衬底表层的相速度,进而改变SAW的谐振频率。通过设计和优化磁致伸缩多薄膜的结构和软磁性能,不仅获得磁致伸缩层总厚度与谐振器品质因数的关系,而且成功使磁敏传感器的灵敏度(Δf/H,即施加单位磁场时的谐振频率的变化量)提升了2个数量级,达到419 Hz/μT。在此基础下,探讨了Δf-H曲线在难、易轴方向表现出蝴蝶型和回线型特性的机理。由于该传感器具有很高的磁场灵敏度和良好的方向选择性,在微弱磁场(如地磁场)检测领域将具有极高的实用价值。     

金属与导电材料

Y2000-62004-213 0007255溅射参数对氧化锌薄膜的生长与压电特性的影响=Effect of the sputtering parameters on the growth andpiezoelectric properties of zinc oxide thin film[会,英]/Kutepova,V.P.& Hall,D.A.//Proceedings of 1998IEEE Ultrasonics Symposium,Vol.1.—213-216(Z)本文叙述了 ZnO 薄膜在声表面波(SAW)传感器中的应用潜力。用 RF 磁控管溅射法将 ZnO 薄膜淀积到 Al/SiO_2/Si 衬底上。通过改变溅射压力与衬底温度及精心选择其它溅射参数,使薄膜晶格应力充分减弱。本文叙述了基于 ZnO 薄膜的谐振器的设计与性能。     

0.5μm AlGaN/GaN HEMT及其应用

报道了采用I线步进光刻实现的76.2 mm SiC衬底0.5μm GaN HEMT.器件正面工艺光刻均采用了I线步进光刻来实现,背面用通孔接地.栅脚介质刻蚀采用一种优化的低损伤RIE刻蚀方法实现了60°左右的侧壁倾斜角,降低了栅脚附近峰值电场强度,提高器件性能和可靠性.研制的GaN HEMT器件fT为15 GHz,fm...     

改进型3IDT-LCR结构的低损耗小矩形系数SAW滤波器

通过理论仿真,该文研制了一种改进型的3IDT-LCR结构,并基于该结构在42°Y-X LiTaO₃压电基片上研制出一种低损耗、小矩形系数的SAW滤波器。滤波器标称频率为253.75 MHz,实测插入损耗1.05 dB,低端带外抑制接近80 dB,高端带外抑制接近65 dB,-1 dB带宽10.52 MHz,-3 dB带宽12.54 MHz,-40 dB带宽16.68 MHz,矩形系数1.33。实测结果表明,该改进型3IDT-LCR结构的SAW滤波器具备低插入损耗、小矩形系数和高带外抑制的特点。     

新型波浪加权式高性能声表面波滤波器设计

射频滤波器是移动通信中信号传输频率选择、噪声滤除干扰的不可或缺的关键器件。压电薄膜多层衬底结构的声表面波滤波器因具有高矩形度、低损耗等优点在近年来被广泛应用,但其谐振器固有的横向模式会极大影响滤波器性能。为此提出了一种新型的波浪加权式叉指设计的声表面波谐振器,该谐振器通过使用正弦函数作为交叠长度加权包络曲线,能够在不恶化谐振器性能的前提下有效抑制谐振器中的横向模式。将波浪加权式叉指设计的谐振器按照梯形拓扑结构级联,设计并制备了一款尺寸为1.1 mm×0.9 mm×0.55 mm的高性能滤波器。该滤波器中心频率为2.593 GHz,相对带宽为8.8%,插入损耗为0.52 dB。实物测试结果与仿真基本一致。     

ErAlN/蓝宝石基SAW谐振器制备与性能研究

采用Er镶嵌靶,以射频(RF)反应磁控溅射法,在蓝宝石衬底上制备出了c轴取向的Er_(0.11)Al_(0.89)N_z压电薄膜。运用正交设计实验优化后,Er_(0.11)Al_(0.89)N_z薄膜的膜厚、表面粗糙度分别为1.20μm和1.0 nm,光学介电常数从4.19增大到4.29。Er_(0.11)Al_(0.89)N_z/蓝宝石基声表面波(SAW)谐振器的中心频率和品质因数Q值相较于纯AlN降低,有效机电耦合系数比AlN_z/蓝宝石基SAW谐振器提高了20%,达到1.80%。研究结果表明,Er掺杂AlN后晶格常数比值c/a基本保持不变,但晶体中离子键成分的上升使晶体结构软化,从而导致器件频率下降,有效机电耦合系数增加。     

基于有限元法和色散COM模型的声表面波滤波器联合仿真

针对任意复杂膜系结构和电路拓扑结构的声表面波(SAW)滤波器的精确快速设计问题,该文基于声/电/磁多物理场耦合全波仿真平台,结合基因遗传优化算法和通用图形处理器(GPGPU)加速技术,利用有限元分层级联精确模型(HCT)优化设计梯形谐振器,色散COM模型优化设计纵向耦合谐振器,实现了任意复杂膜系结构和电路拓扑结构的SAW滤波器的正向设计与优化。通过42°Y-XLiTaO₃常规SAW滤波器的优化设计与研制,设计优化结果与实验结果吻合较好,验证了该方法的有效性和可行性。     

高Q值声表面波谐振器研究进展

声表面波(SAW)谐振器作为各类SAW器件的核心元件,其性能决定SAW器件的各项指标,其中以谐振器品质因数(Q)值最重要。该文介绍了影响SAW谐振器Q值的因素,指出目前高Q值SAW谐振器的衬底结构大多为异质声学层结构,且异质声学层结构本质为一维声子晶体。结果表明,通过在谐振器的多个位置构建声子晶体对SAW谐振器的声场能量可实现全三维约束,以提升谐振器Q值,最后展望了高Q值SAW谐振器的理想结构。     

基于层次级联模型的声表面波COM参数提取方法

该文研究了基于层次级联模型的耦合模(COM)参数提取方法。通过仿真42°Y-X LiTaO₃衬底的有限长声表面波(SAW)单端谐振器,提取COM参数及建立COM参数数据库,研制了一款1 200 MHz的三换能器混合结构的SAW滤波器。结果表明,实际制作器件响应和仿真幅频响应符合性好,验证了该文提取COM参数方法的可行性,可用于指导SAW滤波器设计。     

聚酰亚胺覆盖层对LGS声表面波谐振器的影响

该文在硅酸镓镧(LGS)声表面波(SAW)谐振器上沉积了不同厚度的聚酰亚胺薄膜,研究了聚酰亚胺覆盖层对LGS声表面波谐振器的影响。结果表明,SAW谐振器表面沉积了聚酰亚胺薄膜后,器件的谐振频率向低频移动,且随着聚酰亚胺层厚度的增加,谐振器的谐振频率下降越大。SAW谐振器的一阶频率温度系数绝对值随着聚酰亚胺层厚度的增加而增大,且温度转变点向低温偏移。研究结果表明,覆盖聚酰亚胺层薄膜可以提高SAW谐振器的温度灵敏度,从而可应用于温度传感器中。     

基于LiTaO3基片宽带声表面波滤波器设计方法

通讯系统传输效率的提升对滤波器带宽的要求越来越高,如果使用常规声表面波(SAW)滤波器设计技术,则将面临损耗大或带宽达不到要求的问题。该文根据系列宽带SAW滤波器产品开发结果,总结了采用特殊技术用LiTaO₃压电基片实现相对带宽8%以上的宽带SAW滤波器设计方法,其包括利用外围电感、电容增加SAW谐振器的谐振频率和反谐振频率的间隔,提高阻抗元滤波器带宽;利用多模式纵向耦合谐振滤波器结构增加滤波器带宽;利用双通带滤波器并联结构获得大带宽滤波器。上述方法各有优缺点,其均能获得约为9%的带宽。     

超宽带低损耗SAW滤波器的优化设计

该文介绍了基于大机电耦合系数乐甫波模式的超宽带低损耗声表滤波器的开发,基底为15°YX-LiNbO3晶体和铜电极。设计采用修正的耦合模模型进行精确仿真以及模拟退火算法进行谐振器参数的优化。通过假指电极宽度/长度加权来抑制横向模式谐振造成的寄生响应,通过在滤波器表面涂覆黏性膜来有效抑制瑞利波模式造成的寄生凹坑,最终制作出一款中心频率约620 MHz,插损0.94 dB,-1 dB相对带宽14.9%,-3 dB相对带宽18.3%,带外抑制大于40 dB性能较优良的器件。     

混合结构声表面波滤波器的设计

为了提高矩形系数,该文针对混合结构的声表面波滤波器的设计展开研究。建立仿真模型,采用纵向耦合结构级联单个谐振器或多个谐振器,并在36°Y-X LiTaO₃和41°Y-X LiNbO₃压电材料上研制出两种声表面波滤波器。测试结果表明,滤波器的矩形系数分别为1.7和2,测试与仿真结果基本吻合。     

以Li2B4O7为基片150MHz SAWF的设计与研制

介绍了以Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７为基片，１５０ＭＨｚ声表面波窄带滤波器的设计与制作，在设计中采用了波导耦合谐振器的结构形式，按新研究的光刻腐蚀方法，成功地制作出了１５０ＭＨｚ的窄带滤波器，验证了波导耦合谐振滤波的理论，证实了Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７确实是较怕表面波基片材料。     

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。