基于薄膜体声波谐振器的免疫球蛋白传感器制备

研制了一种基于薄膜体声波谐振器（ FBAR）的生物免疫球蛋白传感器,该FBAR采用AlN作为压电层,3对Ti/W金属层作为布拉格声学反射层,工作频率为2.047 GHz,回波损耗为－32 dB。利用自组装膜法修饰顶部金电极敏感区域。测试了免疫球蛋白G抗体和抗原的特异性结合前后传感器的指标变化。结果得到传感器的Q值和灵敏度分别达到846,3.38 kHz·cm2/ng,远高于广泛使用的石英晶体微天平（ QCM）,具有广阔的应用前景。     

薄膜体声波谐振器的结构参数优化分析

建立了微型薄膜体声波谐振器的等效电路模型,研究其整体频率响应特性.提出的等效电路模型考虑了氧化锌压电薄膜两端电极和作为支撑层的氮化硅薄膜对谐振器整体性能的影响,将它们作为传输线引入到等效电路当中.运用PSPICE软件研究了谐振器各结构层的尺寸参数对谐振器谐振频率、品质因数和有效机电耦合系数的影响,并讨论了使用不同材料的电极,谐振器品质因数的变化情况.基于以上分析,对谐振器的结构参数进行优化,获得薄膜体声波谐振器性能的提高.     

基于薄膜体声波谐振器的柔性有机挥发性气体传感器

本文制造了一种基于薄膜压电体声波谐振器的柔性有机挥发性（VOCs）气体传感器。通过转移印刷的方法,柔性体声波谐振器的电极与压电层采用的无机材料薄膜被从硅衬底上转移到超薄的聚酰亚胺基底上。该柔性谐振器的品质因数达到了1920,且在2.5 mm的弯曲半径下仅有相对于基频十万分之一左右的频率偏移。谐振器表现出了对于环己烷与乙醇气体良好的频率响应特性,且通过在器件表面修饰聚异丁烯（PIB）薄膜作为气体吸附材料,使得器件对于环己烷的响应提升了10倍以上。该柔性VOC气体传感器具有尺寸小,质量轻,机械柔性好的优点,在可穿戴环境检测设备,健康监测设备,食品变质检测的电子标签等领域有着广泛的应用前景。     

薄膜体声波谐振器(FBAR)谐振特性的模拟分析*

主要利用Mason等效电路模型对加入介质声损耗的薄膜体声波谐振器输入阻抗公式进行了推导,并利用该结果对薄膜体声波谐振器的谐振特性进行了模拟分析,分别就不同压电层材料和厚度以及不同电极材料和厚度对薄膜体声波谐振器谐振特性的影响进行了详细分析.结果表明,薄膜体声波谐振器谐振频率主要由压电材料和厚度决定但电极的影响也是很大的.在制作高频FBAR器件(5GHz以上)时,采用氮化铝作压电材料比用氧化锌作压电材料更合适.     

薄膜体声波谐振器的FDTD数值分析

提出了基于时域有限差分方法对薄膜体声波谐振器进行数值分析的新方法。利用时域有限差分法理论对压电材料的控制方程,牛顿方程和电学方程在空间和时间进行了离散化,通过得到的差分方程直接得出了声场传播的时域数值解。使用该数值方法对薄膜体声波谐振器的电学特性阻抗进行了分析,并将结果与一维Mason模型的解析解进行了比较验证。     

基于MBVD模型的FBAR滤波器的仿真与研究

从MBVD等效电路模型出发,研究了三种不同级联方式下FBAR滤波器的滤波效果,同时选取了其中滤波效果更好、应用更为广泛的梯形结构,进一步分析不同级联阶数下梯形结构FBAR滤波器的带内插入损耗与带外抑制的变化趋势,并通过仿真分析设计得出符合5G通信频段(3.4-3.6GHz)标准的中心频率为3.5GHz,带宽为100 MHz的五阶梯形结构FBAR滤波器。     

微谐振器结构性能的有限元分析

微谐振器是试飞测试系统的重要组成部件,微谐振器的性能影响到试飞测试系统的精确度.为了提高微谐振器的性能,在传统结构的基础上,提出改变微谐振器中折叠梁、驱动梳齿等结构的尺寸来改善其性能.运用有限元法对不同结构尺寸下的微谐振器进行模态、品质因子分析.仿真结果表明,横向微谐振器的一阶模态频率的大小很大程度上受到折叠梁尺寸的影响;静电梳齿的尺寸设计中,梳齿的宽度是影响驱动力和品质的一个关键因素.仿真结果表明,对提高微谐振器的性能具有一定的指导意义.     

基于ADS下FBAR的设计与仿真

现代无线通信技术推进了高频元件的相关发展,微纳技术的迅速发展和新型功能材料的出现以及压电薄膜制备技术的日益成熟使高性能频率控制器件的微型化成为可能。本文主要通过对FBAR的结构以及原理做介绍,设计出一款上下0.3 um厚的钼材料电极,1 um ALN压电薄膜和2.5 um的二氧化硅衬底的空气隙型薄膜体声波谐振器,采用MBVD模型对其进行理论推导,并在ADS软件下搭建电路仿真,得到S参数曲线,进而算出有效机电耦合系数为3.65%、串、并联谐振因子分别为1579.33和555.02,有效机电耦合系数与品质因数Q值得乘积最高可以达到57.65。数据表明该FBAR性能较好,其带宽较大,插入损耗较低,达到了FBAR设计的标准。     

新型体声波传感器读出电路的实验验证

为了实验验证此前通过仿真验证的基于六端口反射计的新型BAW传感器读出电路的方案的可行性,本文制作了新型BAW传感器读出电路并对其进行了测试.以串联谐振频率约为1.5 GHz的薄膜体声波谐振器(FBAR)为待测器件(DUT),设计、制作了一种能够满足该FBAR谐振频率测量带宽(1.3 GHz~1.7 GHz)要求的PCB上微带六端口网络和检波器,配合射频信号发生器和示波器,获得了模拟DUT(50ΩSMA匹配负载)的反射系数-频率(Γ-f)曲线测量结果.与矢量网络分析仪(VNA)的测量结果进行了对比,两者吻合较好,实验验证了"基于六端口反射计的BAW传感器读出电路"可用于FBAR谐振频率的测量.本文工作对实用化BAW传感器的研制和片上矢量网络分析仪(VNA-on-Chip)的设计都有借鉴意义.     

Electrical Frequency Tuning of Film Bulk Acoustic Resonator

This paper describes the design, fabrication, and measurement of an electrically tunable film bulk acoustic resonator (FBAR) that is formed by integrating FBAR with an electrostatic microelectromechanical systems actuator. Around 1.47% tuning of the series resonant frequency ( Deltaf cong 22.5 MHz) at 1.5 GHz is experimentally obtained with an electrostatic actuation voltage of 7 V. This is the highest frequency tuning reported for FBAR operating at above 1 GHz without any extra power consumption. Two integration approaches of FBAR and air-gap capacitor are presented and compared, in terms of fabrication process and Q factor. The approach that minimizes any possible energy loss in the acoustic wave propagation path shows a quality factor (160-304) significantly higher than the one having a capacitor right on top surface of the FBAR's piezoelectric film. Furthermore, we have characterized the electrical tuning of FBAR through piezoelectric stiffening due to an applied DC electric field and report a linear frequency shift of about -8 ppm/V at 3.4 GHz.     

基于AlN声表面器件的设计与分析

声表面波器件是一种利用压电材料的压电效应与逆压电效应工作电子器件,文章首先详细描述了声表面波器件的设计与仿真过程,运用有限元分析的方法分别计算了利用声表面波的SAW器件与利用体波的BAW器件的性能与各项参数,对相关的器件进行了计算分析,分别用上述方法研究了基于AlN薄膜的声表面波器件和悬臂梁结构的体波器件,推导得出了器件的电学导纳与频率之间的关系,通过分析器件的导纳-频率曲线,推导出器件内部声波的模式以及合适的工作频率,最终得出在IDT周期为8微米的情况下,SAW器件的理想工作频率是0.7～1.95 GHz,BAW器件的理想工作频率在0.6～3.2 GHz的结果.     

列车转向架侧架声发射检测的有限元仿真与试验

侧架作为列车转向架的关键部件,其结构疲劳性能和裂纹状态直接决定着机车车 辆的运行安全。首先从侧架检修时易出现疲劳裂纹的典型位置入手,提出采用声发射技术的必 要性;其次集合UG、HyperMesh、ANSYS/LS-DYNA 3 种有限元软件的三维建模方法,对声发 射信号在侧架中的传播特性进行仿真和可视化;最后依据仿真分析结果提出试验方案,并搭建 侧架结构的声发射断铅试验系统。检验了声发射技术在铁路大型复杂构件上应用的可行性。     

管材液压胀形有限元模拟

通过建立内高压成形有限元模拟模型,用MSC Marc有限元分析软件进行模拟分析,研究变径管成形过程的基本变形特征、成形参数的影响规律,探讨轴向进给与内压力的合理匹配关系. 模拟分析得知适当的提高变形速率,减少减薄区变形持续时间,有缓解该处过度减薄的作用;轴向进给应在减薄前进行补料,而不是变形同时补充所需金属.     

采用有限元模型对武器发射架的仿真

当武器发射架固有频率处于激振频率范围内,在武器发射中产生的振动通常会影响武器的发射精度,所以了解发射架的固有频率及其相应的频率响应是对武器发射架进行振动控制的前提。该文借助MSC．NASTRON大型有限元分析软件首先对某型武器装备的武器发射架模型进行模态仿真分析。并通过模态仿真分析得出该发射架对武器发射精度影响最大的部分。其次对武器发射架进行频率响应的仿真可以得出影响发射精度最大的频率范围,并根据仿真的结果得出对下一步振动主动控制实验很有意义的结论。     

运动系统稳定性的计算机仿真研究

运动稳定性对机构工作性能有重大影响。对于复杂的多参数系统，难以通过理论分析来预测系统的运动趋势，尤其对于存在弹簧，阻尼器等非线性零部件的机械系统。该文采用有限元分析对运动过程进行实时仿真（real time simulation,RTS)研究，模拟运动系统的实际运动过程，从而分析研究运动稳定性与结构参数的关系。该文介绍了这种方法的基本原理和建模方法，并分析了一组弹簧连接物体的运动稳定性。分析结果表明，该方法能够有效地在设计阶段对结构的动力学性能进行预测与评价。     

泡沫铝压缩力学行为的有限元仿真

为推动泡沫铝性能和应用研究,为提高刚度和强度,必须加强泡沫铝力学行为的研究.根据开孔泡沫铝的结构特点,对其结构进行了合理的简化,采用ANSYS /LS-DYNA软件对对泡沫铝压缩行为进行有限元仿真研究,得出了泡沫铝压缩变形过程和泡沫铝应力(应变关系)结构参数(泡沫铝孔径、泡沫铝相等密度)及应变率的变化规律.证明规律与物理实验研究结果相一致,从而证明了有限元仿真方法的合理性和可行性.