我国声表面波技术和产业的发展

0引言声表面波(Surface Acoustic Wave,简称SAW)是沿物体表面传播的一种弹性波,最早是由英国人瑞利在1885年发现的。直到1965年,美国人怀特(R.M.White)和沃尔特默(F.W.Voltmer)发明了叉指换能器(IDT),才使声表面波技术取得了关键性突破,SAW延迟线、SAW滤波器等器件进入了实用阶段。用SAW去模拟电子学的各种功能,可使SAW器件实现小型化和多功能,从而在雷达、通信、导航、识别和电子战等领域获得了广泛的应用。     

压电功能梯度材料中的SH表面波

为了提高声表面波器件的性能,压电功能梯度材料(FGPM)被广泛应用在声表面波(SAW)技术上,因此,压电功能梯度材料中表面波的传播特性研究变得十分重要.研究了压电功能梯度材料中SH(Shear Horizontal)波的传播特性.对于材料特性沿厚度方向为线性函数、二次函数和三次函数变化的三种形式,基于压电-弹性理论,得...     

用于无线测温系统的声表面波反射型延迟线的耦合模精确仿真

0引言声表面波(SAW)反射型延迟线以其无源、抗干扰能力强、较长的反射时延而广泛应用于无线传感器之中,表现出良好的应用前景[1]。德国弗赖堡大学及奥地利CTR公司相继开展了采用这种器件结构的SAW无线测温系统的研究[2-3],该传感器结构可以轻易实现多功能集成,通过评价传播时延相位变化来实现对外围扰动的传感检测。作为无线传感器的     

双电子注高次模折叠波导慢波结构注波互作用仿真分析

提出了一种工作于220 GHz的双电子注高次模折叠波导慢波结构,该结构由四段慢波线组成,各段之间通过衰减器进行连接。文章首先计算了该结构的色散特性,其次利用CST模拟软件对其注波互作用特性进行了仿真分析:该结构工作模输出信号稳定,增益为33.1 d B。最后讨论了在电子注直流发射模型中,能量离散、角度离散、电子注电压差异三个仿真参量改变时,输出信号增益随参量的变化关系。通过对参量变化的分析,希望为器件的制造提供参考。     

沟道长度及源/漏区掺杂浓度对MOS-CNTFET输运特性的影响

碳纳米管场效应晶体管电子输运性质是其结构参量(纵向结构参量:如CNT的直径、栅介质层厚度、介质介电常数等;横向结构参量:如沟道长度、源/漏区掺杂浓度等)的复杂函数.本论文在量子力学非平衡格林函数理论框架内,通过自洽求解泊松方程和薛定谔方程以得到MOS-CNTFET电子输运特性.在此基础上系统地研究了沟道长度及源/漏区掺杂浓度对MOS-CNTFET器件的漏极导通电流、关态泄漏电流、开关态电流比、阈值电压、亚阈值摆幅及双极性传导等输运性质的影响.结果表明:当沟道长度在15 nm以上时,上述各性质受沟道长度的影响均较小,而导通电流、开关态电流比及双极性传导特性与源/漏掺杂浓度的大小有关,开关态电流比与掺杂浓度正相关,导通电流及双极性导电特性与源/漏掺杂浓度负相关.当沟道长度小于15 nm时,随沟道长度减小,漏极导通电流呈增加趋势,但同时导致器件阈值电压及开关电流比减小,关态漏电流及亚阈值摆幅增大且双极性传导现象严重,短沟道效应增强,此时,通过适当降低源/漏掺杂区掺杂浓度,可一定程度地减弱MOS-CNTFET器件短沟道效应.     

声表面波器件用的一种集成化吸声膜

声表面波(SAW)器件,已经被广泛用于通讯、数据处理和传感器中,声表面波在器件基片边缘的反射,将会反过来干扰主信号,并降低器件的性能。因此,在SAW器件基片的边缘,经常涂敷一些■或硅胶之类的吸声物质。现在,SAW器件都用图形光刻工艺来制作,然而,吸声材料仍沿用丝网印刷或手工涂布工艺。集成电路技术中新材料的发展给吸声材料的开发创造了条件。一种非常有用的材料就是聚酰亚胺。这是一种在高温处理后仍可保持其吸声特性的有机材料。聚酰亚胺可以用离心涂布和光刻的方法在基片上作图形。它的厚度可以控制在0.2μm直到20μm以上,这使得它…     

俄歇电子全息的计算机模拟研究和数值重现

原子的芯能级电子吸收能量后被激发 ,经过退激发过程发射出的俄歇电子波在传播过程中被周围的原子散射 ,带有周围原子结构信息的散射波 (物波 )与未被散射的电子波 (参考波 )相干涉形成的衍射图即俄歇电子全息图 ,通过全息图的重现 ,可获得原子级分辨率的三维结构信息。本文在合理的物理模型下 ,以Cu单晶以及高温超导YBCO中的Y原子近邻的一些原子簇为计算实例 ,首次就受激原子周围单层近邻原子散射和多层原子散射产生的俄歇电子全息进行了计算机模拟和数值重现 ,获得了三维晶格结构参量 ,并讨论了不同原子序数的原子在全息图形成及重现中的作用。本工作有助于材料微结构的研究     

声表面波滤波器的离散Green函数分析法

日本学者Hashimoto提出栅格有效介电常数和离散Green函数,并结合有限元方法分析了短路金属栅阵中声表面波的传输特性。由此开发了相应的Fortran应用程序。国际上许多从事声表面波器件的研发公司都使用该程序设计他们的产品。以Rayleigh波在128°YX-LiNbO3基片、铝金属栅中传播为例,给出根据Hashimoto程序运算的结果,读取禁带下边缘和禁带上边缘所对应的相对频率的数值,代入COM理论色散关系的数学表达式中,该表达式的图形就是由COM理论色散关系而确定的波数色散曲线,以提取耦合模参数。     

基于机器学习的声表面波温度传感器快速优化设计

目的 为提高声表面波谐振器(SAWR)性能,制造高性能声表面波(SAW)温度传感器。方法 通过FEM/BEM理论,建立SAW温度传感器精确仿真优化模型,基于此模型对敏感基片的欧拉角进行大步长优化;同时,结合仿真数据并利用多项式回归模型对敏感基片的欧拉角进行小步长快速优化。结果 文中提出的FEM/BEM仿真模型与机器学习相结合优化设计方法不仅能够实现SAWR的精确模拟,而且可大幅提高优化效率。优化结果与实际器件的中心频率相对误差为0.4%,Q值相对误差为1.2%。文中提出的FEM/BEM仿真模型与机器学习相结合优化设计方法与纯FEM/BEM方法相比,单个切型计算速度提高了2 000多倍。结论 所设计的优化系统可用于谐振器敏感基片切型的快速优化设计,可缩短高性能SAW温度传感器的开发周期。     

中高频声表面波关键材料与应用研究

随着第三代通讯技术的发展,声表面波(SAW)器件的使用频率不断提高,从最初的数MHz发展到现在的数GHz,如应用于1.9GHz的个人通讯服务系统,2.4GHz的无线局域网络系统及高于5GHz无线多端发送系统。这些高频应用系统的不断发展显著增大了高频声表面波器件的市场需求以及对相关材料与器件研究的兴趣。介绍近年来在中高频声表面波材料与应用方面所作的一些研究工作,主要进展有:(1)采用纳米级金属(Ti、Zr、Ni)过渡层,并通过适量添加Mo等微合金元素,研制出多种具有高抗电迁移和功率耐受性的叉指换能器材料,制备的滤波器频率达到2.4GHz;(2)成功解决Si、金刚石、ZnO、Al多层材料间声匹配问题,获得可用于高频声表面波器件制作的高品质材料,ZnO薄膜具有高度C轴取向(类单晶结构),制作得器件频率达3GHz。(3)将藕合模(COM)和镜像耦合理论成功应用于多层复合膜声表面波器件的设计,发展出具有自主知识产权的设计平台和相关软件;(4)针对高频声表亚200纳米密集叉指换能器和毫米级汇流条同时曝光的挑战,发展了一种新的分层分剂量进行临近效应修正电子束直写技术,制备出线宽达0.2μm的声表面波器件(中心频率为3～4G...     

材料高温出气与电真空器件的寿命

本文首先评述了残余气体的量和质对电真空器件性能和寿命的影响。根据电真空器件是静态真空件的特点,指出降低气源的重要性。 分析了:漏、渗透、出气表面化学反应各种气源因素并做了数字比较。认为出气是最根本、最首要的。 说明了电真空器件的出气主要应考虑高温出气。介绍了目前国内外高温出气研究中选择的物理参量,加温方式,出气机制中的问题,以及如何把高温出气数据运用在电真空器件上。 一、残余气体对电真空器件的影响 电子管属于静态真空器件(如果不计吸气剂的作用)。 近年来栅控管、微波管、电子束管、光电器件等几个大类均已发展到…     

金刚石声表面波器件的研究与进展

高频无线通讯系统的迅速发展推动了对高频声表面波 (SAW)器件需求的不断增大。金刚石具有最高的声速和许多优于其他材料的特性 ,因此金刚石声表面波器件受到了越来越多的关注。本文介绍了金刚石声表面波器件的构成、制备方法 ,讨论了金刚石声表面波器件近年来国际上的研究进展 ,包括理论研究与实验进展的概况 ,并讨论了金刚石声表面波器件的未来发展趋势     

LGT晶体高温电阻率与全矩阵材料系数表征

基于声表面波(Surface acoustic wave,SAW)技术的无线无源器件是在极端条件下工作的首选传感器,其中压电衬底在高温环境下的稳定性是影响SAW器件性能的关键因素。钽酸镓镧(LGT)晶体因电阻率高和稳定性好,是SAW器件理想的高温压电衬底。为了全面评估LGT晶体的高温电阻率和材料系数稳定性,本工作分别测试了纯LGT和掺铝钽酸镓镧(LGAT)晶体在氧气、氮气和氩气气氛中的高温电阻率,并采用超声谐振谱(Resonant ultrasound spectroscopy,RUS)技术定征了纯LGT晶体高温全矩阵材料系数。电阻率测试结果显示,在不同气氛下LGT晶体的高温导电行为明显不同,纯LGT晶体在400～525℃范围内,氮气中的电阻率最高;在525～700℃范围内,氩气中的电阻率最高, 700℃电阻率高达2.05×10⁶Ω·cm;而对于LGAT晶体,在整个测试温度区间氮气中的电阻率均最高, 700℃电阻率达1.12×10⁶Ω·cm,略低于纯LGT晶体。高温全矩阵材料系数测试结果显示,室温～400℃范围内, LGT晶体的电弹性能稳定,...     

金刚石声表面波器件的研究与进展

高频无线通讯系统的迅速发展推动了对高频声表面波(SAW)器件需求的不断增大。金刚石具有最高的声速和许多优于其他材料的特性，因此金刚石声表面波器件受到了越来越多的关注。本文介绍了金刚石声表面波器件的构成、制备方法，讨论了金刚石声表面波器件近年来国际上的研究进展，包括理论研究与实验进展的概况，并讨论了金刚石声表面波器件的未来发展趋势。     

基于平面环形微腔结构的超高灵敏度位移传感器的研究

以平面环形微腔结构为核心器件,基于量子力学的隧道效应和“参量振荡不稳定”效应,结合理论计算及ANSYS和Beamprop仿真,设计出基于环形微腔结构的超高灵敏度位移传感器,特别是在1．55μm的谐振波下,对所设计的位移传感器进行了ANSYS力学仿真、Beamprop传输特性仿真以及输出特性数值模拟,论证了位移传感器的可行性,并为以后的实验奠定了基础。     

初应力对周期压电-压磁层状结构中SH波传播特性的影响

研究了存在初应力时周期压电-压磁层状结构中水平剪切波(SH波)的传播特性,这里SH波的传播方向是垂直于界面的。首先推导了计入初应力效应时压电和压磁介质控制微分方程的通解,然后利用界面条件和周期性条件,得到了显式的频散方程。对于由BaTiO3和Terfenol-D构成的周期层状结构,数值结果表明了初应力对禁带效应和传播速度的影响,所得结果可为压电-压磁层状结构在声表面波器件中的应用提供理论参考。     

基于SPH算法的脉冲射流破岩应力波效应数值分析

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法分析脉冲射流破岩的动力学过程,可以很好地避免传统有限元方法(FEM)在处理大变形问题时的网格畸变问题。引入J-H-C模型利用SPH方法建立了脉冲射流破岩的数值计算模型。利用该方法模拟了脉冲射流在破岩过程中应力波的形成、传播及衰减的过程。通过计算分析应力波在时间上和空间上的变化规律,绘出了应力波在传播过程中的波形图,并分析了脉冲射流冲击煤岩的过程中应力波传播的时间及空间特性;另外还发现应力波在不同岩石介质中的传播特性是不同的,对不同岩石的破坏效果也有较大差异,结合岩石材料特性及波的传播特性对计算结果进行了分析解释。数值计算的结果与实际冲击情况相吻合,对脉冲射流破岩的工程应用具有一定的指导意义。     

采用半背沟注入提高PDSOI nMOSFETs的热载流子可靠性

提出了一个提高PDSOI nMOSFETs可靠性的方法,并且研究了这种器件的热载流子可靠性.这种方法是在制造器件中,进行背沟道注入时只注入背沟道一半的区域.应力试验结果表明这种新的器件和常规器件相比,展示了较低的热载流子退变.2D器件模拟表明在漏端降低的峰值电场有助于这种器件提高的热载流子可靠性.     

表面声波单电子输运器件中弱电流的测量

研究表面声波单电子输运(SAW/SET)器件中的量子化声电电流对于揭示表面声波驱动的单电子输运特性有重要意义,并且有可能应用于量子电流基准,从而把安培与基本电荷和频率联系起来.为此设计了一种高精度高智能测量系统用于测量表面声波单电子输运器件中的声电电流.通过采用高性能Ⅰ-Ⅴ转换器和小波去噪等措施,使系统的噪声峰峰值小于30fA;采用LabVIEW编写的测量程序和合适的硬件实现了智能化的自动测量.该系统已成功地应用到SAW/SET器件中弱电流的测量,为将来揭示表面声波驱动的单电子输运特性和量子电流基准的可能实现做了有益的探索.     

光电集成加速度地震检波器中声光波导相位调制器的设计与实验

提出了一种新型的光电集成加速度地震检波器,这是一种全新的微光机电系统(MOEMS),为实现硅基底上的光波导M-Z干涉仪的相位调制,采用了声光相位调制的方法,该相位调制器利用叉指换能器(IDT)激发出声表面波(SAW)实现对光波导的相位调制,在对光波导声光相位调制机理深入研究的基础上,设计并制作了器件,实验结果与理论相一致。