高阶兰姆波MEMS声表面波谐振器仿真研究

以有限元法为基础,对高阶兰姆波型微机电系统(MEMS)声表面波谐振器进行了仿真。研究了压电材料及其厚度、Si基底厚度对高阶兰姆波声速的影响规律,结果表明,AlN压电薄膜器件的高阶兰姆波的声速比ZnO和LiNbO3器件更大。压电材料较薄时传播兰姆波,太厚时则传播瑞利波。高阶兰姆波的声速随着硅基底厚度增加而逐渐降低,并趋于一个稳定值。在此基础上,提出了在电极上方加载一层压电薄膜来提高兰姆波声速的器件结构,仿真结果表明,通过增加一层AlN薄膜,可提高高阶兰姆波的声速,进而提高器件的谐振频率。

高阶模式兰姆波色散特性测量研究

由于设计超高频兰姆波微传感器的需要,该文测量并分析了通过叉指换能器激发高阶模式兰姆波的传播特性。在建立测量系统的基础上,通过时域频域转换法获得了高阶模式兰姆波的色散特性。该系统可自动测量兰姆波的幅频响应与相频响应。再通过反傅里叶变换,获得器件的脉冲响应特性。进而在频域中区分不同模式,并通过傅里叶变换获得兰姆波色散曲线。由于高阶模式兰姆波的相速度远大于表面波的速度,因此基于此设计的振荡器频率更高,传感器更灵敏。

高阶模式兰姆波振荡器研究

本文提出了一种新型的由叉指换能器激发的兰姆波高阶模式振荡器.由于兰姆波色散和多模式特性,采用兰姆波高阶模式的高频振荡器振荡器制作工艺相对零阶模式要简单.为了选择高阶模式兰姆波振荡器合适的工作模式,一个工作模式选择器插入到兰姆波延迟线与放大器构成的闭环振荡回路.实验测量使用的叉指换能器是127.86°旋转,Y轴切割,X轴传播的铌酸锂制成,由于工作模式的相速度远高于零阶模式兰姆波,所以对于选择工作的A13模式,经理论计算和实验测量其相速度为19 652 m/s,与此相对应同一叉指换能器的A0模式相速度仅为3 719 m/s,因此在此基础上设计的高阶模式振荡器振荡频率为46.24 MHz,比相同叉指激发的零阶模式兰姆波振荡要高5.3倍.通过提高振荡频率,基于该振荡器得到的传感器的精度也将大幅度提高.