一种用于大功率超声清洗换能器的压电材料

通过对ＰｂＭｅ（Ｃａ＿（１／４）Ｍｎ＿（１／４）Ｎｂ＿（１／２））＿ｘＴｉ＿ｙＺｒ＿ｚＯ＿３系材料的研究，并以Ｓｒ￣（２＋）、Ｍｇ￣（２＋）等价取代Ｐｂ￣（２＋），以ＣｅＯ＿２作为添加改性剂，研制出机电耦合系数高（ｋ＿ｐ＝０．６２）、机械品质因数高（Ｑ＿Ｍ＝２０３６）、机械强度高（抗张强度为４４２ＭＰａ）、经时稳定性好的适用于大功率超声清洗换能器的压电材料。     

高性能AlN薄膜体声波谐振器的研究

报道了一种空气隙型S波段薄膜体声波谐振器,该谐振器采用一维Mason模型进行仿真,电极材料选用Mo,压电薄膜材料选用AlN,通过对AlN薄膜制备条件的优化,得到了半高宽为3.32°的AlN压电薄膜,并用于研制薄膜体声波谐振器。测试结果表明,其串联谐振频率和并联谐振频率分别为2 185 MHz和2 217 MHz,有效机电耦合系数(kt2)为3.56%,在串联谐振频率和并联谐振频率处的品质因数(Q)值分别为1 571.89和586.62,kt2Q达到了55.96。根据实测结果提取了MBVD模型的参数,并将实测结果与MBVD拟合结果进行了对比,两者吻合得很好。     

电极对薄膜体声波谐振器性能的影响

采用有限元分析软件COMSOL Multiphysics仿真了三维结构的谐振器,探讨了不同的顶电极形状对谐振器性能的影响。有效机电耦合系数(k2teff)随电极-压电层厚度比增大而减小,其中电极形状为三角形的谐振器在厚度比为0.05时获得最大k2teff(5.73%)。品质因数Q值变化趋势与k2teff相反,由三角形电极在厚度比为0.25时,获得最大Q值为1 314。不同电极形状的谐振器的优值随电极-压电厚度比先增大后减小,最大值为65.4,由正方形电极在比值为0.15时获得。     

压电单晶换能器及其温度实验研究

压电单晶作为新型的功能材料,具有声速低、应变大以及能量密度高等特点,在超声探伤、超声焊接以及水声探测等领域具有良好的应用前景。基于有限元数值计算的方法,设计了一种基于弛豫铁电单晶的复合棒换能器,进行模态和谐响应分析,并制作了换能器样机,样机测试结果与仿真计算相吻合。此外,在此基础上对样机进行温度实验,得到了该换能器谐振频率、反谐振频率、阻抗值以及机电耦合系数等随温度变化的规律,对换能器的实际应用具有指导意义。     

夹心式压电陶瓷功率超声换能器的优化设计

对夹心式压电陶瓷功率超声换能器的优化设计进行了探讨，分析了一种压电陶瓷中间带有厚电极的夹心式换能器的频率特性及其机电转换性能，得出了金属厚电极的几何尺寸对换能器振动性能的影响，探讨了换能器中压电陶瓷片的位置和几何尺寸对换能器的共振频率、反共振频率和有效机电耦合系效的影响，并得出了一些有利于夹心式换能器优化设计的结论。     

AlN薄膜有源SAW滤波器集成及性能研究

在AlN压电薄膜上(以SiO2/Si为衬底),使用MOS集成电路工艺制作叉指电极和单元电路,制成中心频率为320MHz的有源SAW滤波器并进行了测试。结果表明,该滤波器的插入损耗低于10dB,带外衰减高于45dB。     

一种高效的夹心换能器有限元设计方法研究

夹心式压电换能器是多种设备的核心器件.该文提出了对换能器前后两部分分别设计和仿真的方法,比传统的按整体进行计算和仿真的方法实现了更高的仿真设计效率:首先,对前后部分分别进行仿真与优化,实现前后部分的谐振一致性;其次,把前后部分模型整合实现对整体的仿真和调整;最后,按最优方案制作换能器,并与传统方法设计的换能器进行实验对比.通过实验证明,按照该文提出的方法,加工装配的换能器不仅研制周期短,且品质因数高、谐振阻抗小、有较大的有效机电耦合系数.     

预应力螺栓对压电换能器性能参数的影响

考虑了压电换能器中的预应力螺栓.当位移节面位于压电陶瓷晶堆中,研究了压电换能器的共振频率、反共振频率和有效机电耦合系数随螺栓的长度、直径和位置的变化规律.结果表明,当螺栓的长度、直径和位置变化时,换能器的共振频率变化可达1.3 kHz,而有效机电耦合系数的相对变化可达25.5%.适当设计螺栓,可提高压电换能器的性能.     

掺钪AlN材料特性及HBAR器件性能研究

该文基于掺钪AlN薄膜制备了高次谐波体声波谐振器(HBAR),研究了钪(Sc)掺杂浓度对AlN压电薄膜材料特性及器件性能的影响。研究表明,当掺入Sc的摩尔分数从0增加到25%时,压电应力系数e₃₃增加、刚度 下降,导致Al₁-_xSc_xN压电薄膜的机电耦合系数 从5.6%提升至15.8%,从而使HBAR器件的有效机电耦合系数 提升了3倍。同时,当Sc掺杂摩尔分数达25%时,Al₁-_xSc_xN(x为Sc掺杂摩尔分数)压电薄膜的声速下降13%,声学损耗提高,导致HBAR器件的谐振频率和品质因数降低。     

(100)取向AlN薄膜的制备及其压电性能研究

采用射频磁控溅射法,在Si(100)衬底(含Au导电层)上制备了(100)取向的AlN薄膜并研究了工作压强和溅射功率对制备的AlN薄膜性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)分析了薄膜结构特性,结果表明,在一定范围内,工作压强的增加和溅射功率的减小更有利于AlN(100)晶面择优取向的生长。利用压电力显微镜(PFM)对AlN薄膜的形貌和压电性能进行了表征,发现(100)择优取向的AlN薄膜的压电性主要表现在薄膜面内方向上。     

薄膜体声波谐振器电极效应研究

运用传输线路法推导了薄膜体声波谐振器(Thin Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR)的输入阻抗公式.利用输入阻抗公式,研究了不同材料FBAR构成中电极材料和厚度对FBAR有效机电耦合系数的影响,FBAR最大有效机电耦合系数优化理论.由结论可知,FBAR的有效机电耦合系数随电极的厚度和密度变化明显,在低密度电极材料时,电极厚度增大明显降低了FBAR的有效机电耦合系数;同时,在电极厚度较厚时,电极密度越大越有利于获取高的有效机电耦合系数.所得结论,可应用于FBAR设计与优化中.     

LiCe掺杂对铋层材料K0．5Bi2．5Nb2O9的影响

用传统固相烧结法获得了含A位空位的(KBi)0.5-x(LiCe)x/2 x/2Bi2Nb2O9(其中为A位[KBi]空位)系列铋层陶瓷,研究了A位LiCe掺杂替代对K0.5Bi2.5Nb2O9系列陶瓷性能的影响。LiCe掺杂改性明显提高了K0.5Bi2.5Nb2O9系列陶瓷的压电活性,(KBi)0.44(LiCe)0.03 0.03Bi2Nb2O9陶瓷的压电系数d33、平面机电耦合系数kp和厚度振动机电耦合系数kt分别为31 pC/N、5%和22%。     

300 MHz氮化铝轮廓模式谐振器的设计

氮化铝轮廓模式谐振器(CMR)能够满足现代无线通信对单片、多频段、可重构的多频率源的需求,具有很大的应用前景。针对目前无具体单个CMR频点的设计方法,提出了一种结合CMR性能参数的影响因素分析和有限元计算的CMR设计方法。该文对CMR的谐振频率、质量因子、机电耦合系数和动态电阻等谐振器主要性能参数的影响因素进行理论分析得到CMR结构的初始尺寸,再利用COMSOL有限元软件建立CMR几何模型并进行频域求解得到相应的频率-导纳曲线和频率-质量因子曲线;根据仿真结果和理论计算对CMR初始结构尺寸进行优化,并仿真设计了一个氮化铝CMR,其谐振频率为300 MHz,质量因子约为1 010,机电耦合系数约为1.64%。     

压电元件机电耦合系数定义研究

用作转换器的压电元件的一个重要特性是衡量其能量转换效率。常用来表征这一特征的参数是机电耦合系数。对于机电耦合系数这一参数,没有一个统一的定义,对目前常用的三种定义方式进行了分析,通过一个实例 — —长条片横向长度伸缩振动模式压电振子,比较了三种定义的联系、差别以及适用范围。分析结果表明:开路-短路计算方法是一种适用范围更广的方法。     

压电薄膜特性参数的测量方法

随着电子元器件向微型、高灵敏、集成等方向发展,薄膜材料及器件在微机电(MEMS)系统中得到广泛应用,而测量压电薄膜特性参数的方法与体材料相比有很大的不同.介绍了当前测量压电薄膜特性参数的两大类方法:直接测量法(包括气腔压力法、悬臂梁法、激光干涉法和激光多普勒振动法)和间接测量法(传统阻抗分析法),详细分析了这些方法的基本原理、测试表征、应用状况及存在的问题,比较了这些方法的优缺点,并对未来压电薄膜特性参数的测试表征作了展望.     

各向异性压电陶瓷研究的新进展

本文叙述了几种新型的机电耦合各向异性的压电陶瓷，对各向异性的机理和应用前景作了简单的分析。     

ZnO/蓝宝石结构声表面波滤波器试验研究

该文从理论上计算得到了ZnO(a面)/蓝宝石(r面)结构的声表面波相速度和机电耦合系数色散曲线。依据该色散曲线设计了ZnO(a面)/蓝宝石(r面)结构声表面波滤波器。采用在蓝宝石衬底上先制备ZnO薄膜然后再制作芯片结构的方案研制出了声表面波器件样品。研制过程中生长出了a面结构的ZnO薄膜,其中厚膜样品测试得到了3种声波模式,即模式0、1及2,模式0、1和2的频率分别为1 073.79 MHz,1 290.63 MHz和1 572.3 MHz,因此,间接测得了模式0、1和2的相速度分别为3 865.67m/s,4 646.25m/s和5 660.27m/s。