双层SiO_2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SiO_2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(τf)。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 016m/s,τf=-32.94×10-6℃-1。引入底层SiO_2薄膜,即ZnO/IDT/SiO_2/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SiO_2薄膜,即SiO_2/ZnO/IDT/SiO_2/Si结构,瑞利波相速度得到提高,但机电耦合系数随着SiO_2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 036m/s,τf=18.44×10-6℃-1。双层SiO_2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。