双层SiO2薄膜对ZnO/Si结构瑞利波器件性能的改善

利用3D有限元法分析了SiO2薄膜对ZnO/IDT/Si结构中瑞利波特性的影响,包括相速度(vp)、机电耦合系数(k2)和频率温度系数(τf)。结果表明,当hZ/λ=0.44时,ZnO/IDT/Si结构激发的瑞利波的机电耦合系数最大值k2max=2.38%,且vp=3 016 m/s,τf= -32.94×10-6 ℃-1。引入底层SiO2薄膜,即ZnO/IDT/SiO2/Si结构,瑞利波的机电耦合系数大幅提高,当hZ/λ=0.44,hsb/λ=0.25时,k2max=3.41%,且vp=2 801 m/s,τf=-11.43×10-6 ℃-1。继续引入顶层SiO2薄膜,即SiO2/ZnO/IDT/SiO2/Si结构,瑞利波相速度得到提高,但机电耦合系数随着SiO2厚度的增加而减小。当hZ/λ=0.44,hsb/λ=0.25,hst/λ=0.25时,k2=2.61%,vp=3 036 m/s,τf=18.44×10-6 ℃-1。双层SiO2薄膜的引入提高了ZnO/IDT/Si结构瑞利波器件的相速度、机电耦合系数,实现了温度补偿,因此,该结构可用于高机电耦合系数、高温度稳定性及低成本SAW器件的研制。     

AlN/PZT复合压电薄膜层SAW激励与传播研究

该文在单晶硅基底上设计了AlN/PZT复合压电薄膜层声表面波(SAW)器件,采用有限元法(FEM)研究了复合压电材料厚度(PZT厚度h_PZT和AlN厚度h_AlN)对AlN/IDT/PZT/Si结构中零阶、一阶SAW的相速度、机电耦合系数和电极反射系数的影响,根据色散特性得到最优化薄膜厚度。结果表明,AlN/IDT/PZT/Si结构中,当h_PZT =0.025λ,h_AlN=λ时,零阶、一阶SAW都能取得最高相速度(分别为5 582 m/s和5 711 m/s),适用于高频器件设计;在h_PZT=0.2λ,h_AlN=0.1λ时,零阶SAW波的机电耦合系数最大(为21.55%),但此时相速度最小(仅为2 890 m/s),适用于移动通信领域宽带低损耗SAW滤波器和延迟线结构信号处理器件的设计。     

新型声表面波湿度传感器的研究

乐甫(Love)波其质点振动方向垂直于传播方向,同时又平行于基片表面,在基片法线方向上无振动分量。因此当基于Love波的电子器件在接触液体时Love波能量损耗很少,因而乐甫波声表面波(SAW)传感器主要用于液相检测。在石英上表面及在其上面淀积的SiO2薄膜中激发、传播的乐甫波对SiO2薄膜质量的变化很敏感,因此该文研究了基于乐甫波的湿度传感器感知气体环境的湿度含量。该文乐甫波湿度传感器采用42.75°Y-旋转切割石英基片,传播方向为[0°,132.75°,90°]。吸湿膜采用APCVD制作的多孔SiO2薄膜,此类膜比PECVD制作的SiO2膜疏松,吸湿、脱湿迅速。传感器灵敏度为62kHz/%RH,最大湿滞约3%,测得的湿敏特性、迟滞特性表明,Love波SAW湿度传感器线性度较好,实验验证了该结构具有很好的气体测试前景。     

压电双晶片动态机电耦合特性分析

基于压电双晶片本构方程，采用机电耦合系数的一种新的“更为合理的定义方法，分析了动态情况下悬臂梁式双晶片执行器或换能器的机电耦合特性，仿真了分析了机电耦合特性与器件材料，几何尺寸以及信号频率之间的关系，结果表明，机电耦合系数随双晶片几何尺寸及信号频率起伏变化，起伏幅度随信号频率的增大而减小，随双晶片长度厚度比的增大而减小。     

倾斜长周期光纤光栅薄膜传感器特性研究

为设计高灵敏光纤光栅薄膜传感器,基于耦合模理论研究了表面镀制高折射率敏感薄膜的倾斜长周期光纤光栅（TLPFG）耦合特性和薄膜折射率传感特性。TLPFG能激发高阶（角向序数l1）包层模耦合,高阶包层模耦合系数随倾角增大而增大,80时,高阶包层模耦合系数远小于1阶包层模耦合系数。研究表明,光栅倾角变化不影响包层模耦合谐振波长,但影响光谱透过率。进一步研究了TLPFG在80时1阶5次包层模耦合的光谱透过率对薄膜折射率变化的响应,分析了光栅结构参数（L、、）和薄膜参数（h3,n3）对薄膜折射率响应灵敏度的影响,结果表明,响应灵敏度相比于非倾斜LPFG可提高一个数量级,对薄膜折射率的分辨率可达10-9。     

基于ZnO多层结构的声表面波高频器件分析设计

通过有限元仿真,分析基于ZnO/Diamond不同复合结构的声表面波传播特性,包括机电耦合系数、声表面波波速以及温度敏感系数等,同时分析电极厚度对机电耦合系数的影响机理,为适用于不同场合的高频器件的优化设计提供思路,对基于ZnO/Diamond不同复合结构的声表面波器件的设计具有指导意义.     

基于ScAlN/6H-SiC结构的声表面波传播特性

该文采用有限元法研究了基于ScAlN/6H-SiC结构的声表面波传播特性,并分析了4种激励条件下,压电材料厚度变化对ScAlN/6H-SiC结构中声表面波相速度和机电耦合系数的影响,通过改变电极厚度及金属化率再次对机电耦合系数进行优化。结果表明,IDT/ScAlN/6H-SiC结构的机电耦合系数可达到5.4%,对应的相速度为6.36 km/s,添加短路金属后,机电耦合系数值和相速度均有所提高,Metal/ScAlN/IDT/6H-SiC结构下优化的机电耦合系数和相速度分别为15.78%和7.33 km/s。     

波分复用双芯光子晶体光纤耦合器的设计

在双芯PCF的基础上设计一种新型定向耦合器,根据波导间相互耦合原理,采用时域有限差分法分析了该器件的光传输特性.并数值计算了双芯PCF的结构参量对耦合性能的影响,发现其耦合长度随着空气填充率d/A的减小而增大,随着传输波长λ的增大而减小.并基于双芯PCF结构,以常用通信波长为例,设计出0.85/1.55 μm,0.98...     

薄膜体声波谐振器的电磁兼容性分析

随着薄膜体声波谐振器(FBAR)工作频率及FBAR器件集成度的不断提高,FBAR器件的电磁干扰问题显得尤为突出。常用电学模型和有限元模型都假定FBAR中的电磁场为无源准静态场,无法仿真模型的相关电磁特性。使用HFSS高频电磁仿真软件建立了FBAR的三维电磁仿真模型,采用一个包含声场特性的等效介电常数,实现了FBAR电磁场分布、电磁场耦合与压电效应的一体化仿真。分析了高频电磁场分布及电磁场耦合对谐振特性的影响,通过优化FBAR与临近元件的间距及采用不同介电常数的基板材料,减小了电磁场耦合的干扰。     

一种新型纯SH模式波的传播特性研究

采用层状介质中波的传播分析法对一种在ST-90°X切割的石英基底上覆盖重金属膜激发的一种新型纯剪切(SH)波的传播特性进行了分析,并得到了传播速度、机电耦合系数与金属膜厚和传播方向的关系以及位移分量分布曲线。这种波只有纯剪切运动,位移分量只有剪切分量,具有较大的机电耦合系数和反射系数,而且具有良好的频率温度特性,因此对于实现声表面波器件的小型化有着很大的使用价值,另外这种模式波对于液体传感器的研究应用也相当有意义。