声表面波器件叉指换能器的制作技术

声表面波器件的制造关键在于如何制作叉指换能器，特别对于GHz频率以上的器件,亚微米线宽如何控制是声表器件能否制作成功的关键。本文提供了其制作工艺流程及要点。     

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。     

关于SAW滤波器及其低损耗IDT结构

声表面波（SAW）滤波器以及其独特的优点广泛应用于许多电子设备中,尤其在移动通信的主要领域中,更体现了它的优势,但低插入损耗的SAW滤波器是扩大其应用领域的关键,其中主要是叉指换能器（IDT）的结构。本主要介绍SAW滤波器及实现低插入损耗的几种IDT结构。     

叉指对数对阶梯形叉指换能器的频响特性研究

阶梯形叉指换能器具有频响性能好,设计简单等特点,为了能在实际应用中对阶梯形叉指换能器进行灵活设计,首次采用改进的δ函数模型对阶梯型叉指换能器进行建模,并通过Matlab软件进行仿真分析,研究了叉指对数对阶梯形叉指换能器频响特性的影响。分析结果表明,阶梯形结构在叉指换能器中所占比例越大,叉指换能器的主峰曲线越好,旁瓣抑制程度也越好。该研究结果对高性能声表面波器件的设计研究具有很强的实用意义。     

声表面波单指无内反射叉指换能器结构及其性能分析

根据我们以前的理论,本文提出了一些常用晶体的各种可能的单指无内反射叉指换能器结构,并分析了影响它们性能的几种因素。其中YZ—LiNbO_3,ST—X石英及X,112°YLiTaO_3上的金或金加铬单指结构存在某些缺点,用途受到较大限制,仅适用于带宽较宽及对中心频率准确度要求不太严格的场合。而上述三种基片上的沟槽填铝结构及Y128°LiNbO_3的铝和铝加铬单指结构是比较好的结构,具有比较广泛的用途。最后给出了我们在ST—X石英上用沟槽填铝单指结构研制的一种高带外抑制窄带滤波器的实验结果。     

叉指换能器模型对声表面波滤波器的影响及其设计考虑

本文论述了叉指换能器(IDT)模型对声表面波滤波器(SAWF)综合设计的影响;指出了现有综合设计方法共同存在的问题;并提出了一种新的设计思想和方法。该方法能将IDT的物理模型直接纳入SAWF综合设计之中,并能消除现有方法不可避免存在的器件实际响应与设计目标响应之间的偏离,提高SAWF的设计精度。     

声子晶体对ZnO/41°YX LiNbO3结构Love波器件性能的影响

利用三维有限元法(3D FEM)分析了Ni柱型声子晶体对(110)ZnO/41°YX LiNbO3结构Love波器件声学特性(包括相速度、机电耦合系数和质量灵敏度等)的影响。结果表明,Ni柱的引入对所激发Love波性能的影响较大,Love波1阶模式阈值提前(激发1阶模式Love波所需的导波层厚度减小到0.05),机电耦合系数提高了约8%。同时,Ni 柱/(110)ZnO/41°YX LiNbO3结构Love波器件的质量灵敏度也得到改善,其Love波0阶和1阶模式的质量灵敏度较无Ni柱结构Love波器件分别提高了3倍和4倍。该研究结果为利用声子晶体结构实现高频声表面波器件的研制及其应用领域的拓宽提供了理论依据。     

新型声表面波式小波变换器件插入损耗的研究

小波式叉指换能器使用机电耦合系数比较大的基片(如YZ-LiNbO₃基片)时,其频率特性曲线不光滑,但插入损耗小;小波式叉指换能器使用机电耦合系数比较小的基片(如X 112°Y-LiTaO₃基片)时,其频率特性曲线光滑,但插入损耗大.声表面波器件的指条对数N越少,其带宽 Δ f/f越大,插入损耗越大,所以,指条对数N要取的合适,不宜过少.在声表面波式小波变换器件中,发射叉指换能器的条对数N取57,接收叉指换能器的指条对数是57的四分之一到三分之一之间.     

用声表面波器件实现小波变换的研究

当声表面波叉指换能器的指条重叠包络按照小波函数的包络设计时,得到的声表面波叉指换能器脉冲响应函数等于小波函数,从而制造出了声表面波式小波变换器件。本文提出了利用两只声表面波式小波变换器件构造小波变换重构器件的新方法。对器件误差的来源作了分析,提出减小误差的方法。     

双电极叉指换能器声表面波低温传感器的设计与仿真分析

为了应对低温环境下的温度测试需求,设计了一种具有双电极叉指换能器(IDT)的128°YX-LiNbO3 延迟线型声表面波(SAW)温度传感器。利用COMSOL软件搭建了温度传感器模型,确定了传感器的最佳模型参数,并在-196~100 ℃对传感器进行仿真测试。结果表明,采用双电极叉指结构的传感器的机电耦合系数达到 5.35%,同时传感器的谐振频率与温度呈现出良好的线性关系,温度灵敏度为26.2 kHz/℃,频率温度系数达到-83.4×10^-6/℃,证明了LiNbO₃ 在低温环境下的可靠性。     

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。     

基于Hamming函数变迹加权SAW温度传感器设计

选取特定切向的压电晶体,用Hamming函数对叉指换能器的电极长度进行变迹加权,制作了一个谐振频率为431.5 MHz的声表面波温度传感器,研究了Hamming加权函数对叉指换能器频率响应旁瓣的抑制效果,并进行了温度-频率特性测试实验,研究了传感器的灵敏度、精度等性能.仿真和测试结果表明:基于Hamming函数变迹加权...     

声表面波式小波变换器件的三次行程反射信号的研究

本文提出了用同相位法减小三次行程反射信号的方法.当信号频率与叉指换能器中心频率相等,并且主信号的相位等于三次行程反射信号的相位时,从可达到减小三次行程反射信号的影响.并且探讨了双接收叉指换能器并联法,要求双接收叉指换能器要完全对称,否则声表面波式小波变换器件频率特性曲线不光滑.     

基于声表面波油包水微液滴分裂研究

提出了声表面波(SAW)实现油包水微液滴的分裂方法,并在128°YX-LiNbO3基片上研制了分裂油包水微液滴的微器件。在压电基片上采用微电子工艺制作叉指换能器,其激发的SAW部分作用于油包水微液滴,瞬间降低电信号幅度,油相内水微液滴在惯性力作用下发生分裂,油相微液滴由于较大的表面张力发生形变而不分裂。以石蜡油包裹蓝色水相微液滴为研究对象,进行了油包水微液滴分裂实验和理论分析,结果表明,当电信号从功率为12.3dBm瞬间关断时,可实现油相内水微液滴分裂。     

IDT在YZ—LiNbO3基片上的体声波激励研究

具有广泛应用前景的声板波液体密度传感器采用了叉指换能器（ＩＤＴ）在基片上的体声波（ＢＡＷ）激励效应．文章针对常见的ＹＺ－ＬｉＮｂＯ３基片，研究ＩＤＴ激励ＢＡＷ的响应与激励频率之间的关系。压电基片表面的ＩＤＴ激励的ＢＡＷ在基片内来回反射，选择恰当的ＩＤＴ激励频率，可得到极大的ＢＡＷ响应。实验结果和理论分析表明，ＢＡＷ的极大响应与发射接收ＩＤＴ的间距、基片厚度和激励频率有确定关系。     

基于延迟线理论的无源声表面波气体传感器

针对单输入、单输出及双输入、双输出换能器构成的声表面波(SAW)气体传感器存在的缺陷,研究一种无线无源、温度可测的气体传感器。基于声表面波的延迟线理论,利用叉指换能器的转换能量原理,对叉指换能器及反射器进行合理布局,并使3个反射器之间互为参考反射器,获得一种新型的声表面波气体传感器。该设计减少了传感器中信号间及环境温度等因素对测量的干扰,提高了传感器的灵敏度和测量准确度。该传感器具有结构简单、无线无源等特点,适合在不宜接触的复杂工程环境下工作。     

多叉指Rayleigh波器件的建模及特性研究

针对目前改变Rayleigh波器件中波的传播方向和强度较复杂的问题,提出了一种多叉指Rayleigh波器件结构和三维建模方案。该三维建模方案用有限元分析法去逼近实际器件的压电基片和叉指换能器等真实器件结构和尺寸。选取压电基片材料为128°YX-LiNbO_3、叉指换能器为Al电极,分别对叉指换能器数目为4、6、8的多叉指Rayleigh波器件进行三维模型实验,验证了该器件的可行性。实验结果表明,多叉指Rayleigh波器件可以在不同角度激发Rayleigh波,该波只有x、y方向的质点位移分量,且质点的最大位移主要集中在器件表面的中心位置。此外,器件的模态频率和质点最大位移随着叉指换能器数目的增加而增大,由此产生的Rayleigh波强度和器件的混合性能也会增强。     

低插损高频SAW滤波器的研究

采用单层膜、梯形结构基于128°YX-LiNbO₃材料研究了Al电极厚度、叉指占空比、反射栅周期、拓扑结构对插损、带外抑制和矩形度的影响。为了降低带内波动和插入损耗,该文设计了一种叉指换能器(IDT)型反射栅结构,该结构对采取优化措施前后谐振器的带内最大尖峰损耗分别降低了8.84%和0.55%。最后采用此反射栅结构设计了一款低插损高频声表面波(SAW)滤波器,有限元仿真结果表明,该滤波器的中心频率为2.520 5 GHz,插入损耗为-0.502 12 dB,带外抑制大于30 dB,-3 dB损耗带宽大于98 MHz。