Cu/15°YX-LiNbO3 SAW谐振器的横向模抑制研究

Cu/15°YX-LiNbO3声表面波(SAW)谐振器作为宽带SAW滤波器的核心单元,其横向模式的存在极大地影响了SAW滤波器的通带性能,将引起带内波纹,增大器件插损,从而降低系统信噪比,引起信号误读.该文基于Piston技术抑制Cu/15°YX-LiNbO3 SAW谐振器的横向模式,利用有限元仿真优化了指条末端尺寸....     

SAW谐振器传播属性的有限元仿真

首先从理论上阐述了声表面波(SAW)谐振器传播属性的有限元分析(FEA)法;然后利用ANSYS软件,对ST切石英晶片的SAW谐振器进行模态分析和谐响应分析;最后处理仿真结果并得到结论:通过合成表面节点横向和纵向的模态位移得出SAW中质点的运动轨迹是椭圆,通过模态频率和对应的波长算出SAW在ST切石英晶片中的传播速度,通过分析纵向节点模态位移得出SAW的能量集中在距表面2个波长深度的范围内,通过幅频特性图得出谐振器在SAW频率处具有最大的频率响应。这些结论与理论基本一致,为设计SAW器件和研究SAW传感器提供了仿真依据。     

基于SAW谐振器无源无线传感器编码方法研究

为简化声表面波(SAW)传感器的编码过程,提出了一种基于SAW谐振器的编码方法,通过多个不同中心谐振频率的SAW谐振器分别连接不同的负载阻抗进行传感器的编码。设计了传感器的具体结构,建立了传感器的等效电路模型,利用ADS仿真软件对中心谐振频率分别为868MHz和915MHz的2个SAW谐振器组成的传感器进行仿真,结果表明,SAW谐振器外接1pF与4pF的阻抗,其谐振频率差可达200³00kHz。根据仿真结果,设计制作了不同编码的2个传感器,一个不外接阻抗,一个外接10pF的阻抗,测试谐振频率差别可达39.75300kHz。根据仿真结果,设计制作了不同编码的2个传感器,一个不外接阻抗,一个外接10pF的阻抗,测试谐振频率差别可达39.75⁴0.2kHz,因此,SAW谐振器外接不同阻抗时谐振频率的差异明显,基于SAW谐振器与外接阻抗的传感器编码方法是可行的。     

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。     

LGS上的SAW滤波器特性实验研究

介绍了通过硅酸镓镧(LGS)上的滤波器试验,证明LGS基片具有与水晶相似的优良温度稳定性,而机电耦合系数是水晶的2～3倍,衍射影响几乎可以忽略,非常适合设计制作窄带低损耗高带外抑制滤波器。最后给出了欧拉角为(0°,140°,25.5°)的LGS切型制作的声表面波(SAW)滤波器频响曲线和温度特性曲线,发现在20°C附近频率温度系数存在拐点,即频率温度系数为0。     

ZnO/GGG准2-2型单端口SAW谐振器初探

为降低制备ZnO/YIG用于研究声表面波(SAW)对自旋波的激励和传播特性的研究成本,采用射频磁控溅射技术在更低成本的钆镓石榴石(GGG)上沉积ZnO薄膜,对ZnO/GGG准2-2型单端口SAW谐振器进行初探。使用X线衍射(XRD)仪、原子力显微镜(AFM)以及扫描电镜(SEM)对薄膜的微观结构和形貌进行了表征和分析。结果表明,当在氧气流量4 cm~3/min、450℃下退火处理时,ZnO薄膜呈现出表面平滑、残余应力小及具有高度c轴择优取向等优点。经测试声表面波频率为201 MHz,对应相速度为3 216 m/s,机电耦合系数为0.22%,说明制备的ZnO薄膜在高频声表面波器件研究和应用方面具有潜力。     

基于X-LiNbO3/SiO2/Si低温漂、大机电耦合SH-SAW谐振器的设计

铌酸锂(LN)单晶薄膜具有较高的机电耦合系数(k² eff＞30%),其水平剪切(SH)声学模式常被应用于开发具有大机电耦合系数的薄膜声学谐振器和超宽带滤波器。但LN 的频率温度系数较大(TCF ＞ -50×10^-6/℃),这不仅会降低滤波器的可用有效带宽,同时也会限制器件的功率处理能力。采用3D周期有限元模型对基于X 切LN/SiO₂/Si结构SH 声表面波(SH-SAW)谐振器进行了优化研究。研究结果表明,当SH-SAW 传播角ψ=-10°~-20°、LN和SiO₂ 膜厚分别为hLN=0.1λ 和h_SiO2 =0.2λ(λ 为叉指换能器周期)、铝电极金属化率η=0.4、电极相对厚度h_Al/λ=5%~10%时,SH-SAW 谐振器的 k² eff 约为30%,且其TCF＜-20×10^-6/℃,有望用于开发新一代的低温漂、超宽带5G SAW 滤波器。     

适用SAW器件的ZnO/Ti/Si薄膜制备及缺陷分析

在Si(100)衬底和Ti/Si(100)衬底上分别制备了ZnO薄膜,探讨了Ti缓冲层对ZnO薄膜结构和缺陷的影响,利用X射线衍射(XRD)测试了ZnO薄膜的晶体结构及择优取向,利用原子力显微镜(AFM)观察ZnO薄膜的表面粗糙度(RMS),利用光致发光(PL)光谱检测了ZnO薄膜的缺陷,利用四探针法测试了ZnO薄膜的电阻率。结果表明,在Ti/Si(100)衬底上、衬底温度350℃的条件下,制备的ZnO薄膜表面光滑、缺陷少、电阻率高且具有高C轴取向。本文这一工作对于压电薄膜缺陷分析及高性能ZnO的声表面波(SAW)器件研制有重要意义。     

LiTaO3/石英HAL声表谐振器基于膜厚的优化研究

异质声层状结构(HAL)声表面波(SAW)谐振器的品质因数(Q)和阻抗比通过优化金属电极厚度得到了进一步提高。该文采用基于格林函数/有限元(FEM)/边界元(BEM)算法的多层结构SAW器件仿真软件建立了20°YX LT/40°Y90°X石英为基底,Cu作为金属电极的单端口HAL SAW谐振器模型。首先计算了位移场分布,分析了HAL中传播的声波模式。随后计算了LiTaO₃(LT)厚度h_LT=0.1λ~0.2λ(λ为波长),Cu电极厚度h_Cu=0.04λ~0.1λ下器件的伯德(Bode)Q、机电耦合系数K²和阻抗比,研究了不同LT厚度下谐振器的BodeQ、K²和阻抗比随电极厚度的变化。结果表明,当h_LT=0.1λ~0.2λ时,最佳Cu电极厚度均为0.05λ,理想LT厚度下BodeQ和阻抗比分别高达3 000和98 dB。     

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.     

ZnO/蓝宝石结构声表面波频散特性数值计算

从理论上计算出ZnO/蓝宝石结构声表面波相速度和机电耦合系数k2色散曲线。计算显示,在ZnO膜厚和声表面波器件波长之比h/λ=0.48时,IDT/ZnO(c面)/蓝宝石(c面)结构西沙瓦波1次模式的k2最大值为2.705%,理论声速为4 982m/s;在h/λ=0.3时,IDT/ZnO(a面)/蓝宝石(r面)结构西沙瓦波1次模式的k2最大值为4.34%,理论声速为5 509m/s。结果表明,IDT/ZnO(a面)/蓝宝石(r面)结构西沙瓦波1次模式的k2和声速较大,适于研制高频低损耗声表面波滤波器。     

氮氩流量比对ErAlN薄膜及SAW滤波器的影响

该文采用射频反应磁控溅射方法在蓝宝石(0001)基底上沉积了不同氮氩流量比下的ErAlN薄膜,并基于ErAlN薄膜制备了声表面波(SAW)滤波器。结果表明,随着氮氩流量比的增加,薄膜结晶质量和c轴取向先变好再变差,表面粗糙度先减小后增加,当V(N₂)∶V(Ar)=12∶17时,ErAlN薄膜具有最好的结晶质量和最小的表面粗糙度。基于ErAlN薄膜制备的SAW滤波器在273～288 MHz均有谐振效应,当V(N₂)∶V(Ar)=12∶17时,SAW滤波器具有最小的插入损耗和最大的传输系数。     

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。     

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3 865.67 m/s, 4 646.25 m/s和5 660.27 m/s。     

基于高Q值SAW谐振器的多点频微波频率源的研究

为实现雷达、数字微波通信、光纤通信、电子对抗、遥测和遥控等领域频率源的小型化和高稳定化,研制成功了基于高Q值(有载Q值15000;无载Q值18000)的表面波谐振器(SAWR)和小型高稳电路的多点频源,并有下变频单元和独特的高稳频率监控单元,该研究结果在研制射频稳频技术中具有应用的广泛性和通用性.     

声表面波谐振器的时域响应特性研究

由于电磁波的速度比声表面波的速度快得多。叉指换能器在进行电声转换的同时．也降低了信号能量流的速度。在一定时间内蓄积了电磁能量。所以当电磁激励结束后的一定时间内，声表面波器件仍然有瞬态输出，这是声表器件实现无源无线传感的物理基础。该文通过推导声表面波谐振器各部分的冲激响应函数，得到谐振器的冲激响应。据此分析研究声表面波谐振器在各种激励下的响应波形和特征。分析表明声表面波谐振器的瞬态响应完全反映了器件的性能参数。     

声表面波谐振器传播状态的ANSYS仿真

为描述声表面波的传播状态,利用ANSYS软件对声表面波(SAW)谐振器进行了仿真。在对声表面波产生机理和SAW谐振器工作原理分析的基础上,建立了SAW谐振器仿真模型,讨论了网格划分不同对仿真结果精度的影响,得出了在每个SAW波长尺寸内划分30～40个网格可以得到较精确的仿真结果。对不同长度声孔径的声表面波谐振器进行了仿真分析,得出了声表面波只在固体表面1～2个波长深度范围内传播的仿真效果图,与理论分析有很好的一致性。最后对IDT/ZnO/金刚石/Si结构的声表面波器件进行了仿真,得出该结构声表面波器件SAW传播速度与ZnO的厚度成反比,其大小是IDT/ZnO结构器件SAW传播速度的2～3倍。     

温度对ErAlN薄膜晶体结构和电学性能的影响

采用射频反应磁控溅射在蓝宝石(0001)衬底上沉积生长了掺杂Er的AlN薄膜。利用X线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和阻抗分析仪对不同衬底温度下制备薄膜的晶体结构和电学性能进行了分析表征。结果表明,随着温度的增加,晶体取向和表面粗糙度愈来愈好,当温度继续上升时,晶体取向和表面粗糙度质量开始变差;电阻率和漏电流随着温度的增加性能先变优后下降。在衬底温度为200℃时,薄膜结构和电学性能最佳。     

沟槽电极型声表面波耐高温谐振器的制备

声表面波(SAW)传感器在高温环境的需求日益增多,硅酸镓镧因为具有良好的高温特性而提供了耐高温压电基底,但是电极在高温条件下会发生团聚而失效。该文设计了一种沟槽电极结构的耐高温SAW谐振器,采用Pt作为电极,硅酸镓镧作为压电基底,并提出了沟槽结构叉指电极的制造工艺,对沟槽结构的形貌进行了表征。通过提高沉积温度改善Pt电极质量,最终制备的波长8μm、沟槽电极厚240 nm的谐振器在1 000℃下可稳定工作。     

Circuit Properties of Microwave Dielectric Resonators

The purpose of this paper is to present experimental data on the circuit properties of dielectric resonators which do not have conducting boundaries. The resonators are constructed of single-crystal rutile and strontium titanate, which, as has been shown by several authors, can form resonators of miniatnre size and high unloaded Q. We consider the lowest-order H mode, give measured values of resonant freqnency (for rectangular parallelepipeds), mechanical frequency tuning, control of coupling to microwave circuits, and discuss the measurement of, and typical values of, external Q of resonators mounted in waveguides. We also consider periodic propagating circuits consisting of linear arrays of mutually coupled resonators.