金刚石SAW滤波器的设计和制作

通信系统向高频的发展趋势使声表面波(SAW)滤波器技术面临着越来越多的挑战。利用传统材料制作SAW滤波器的中心频率很难达到GHz频段,因此探索在高声速材料基础上制作SAW滤波器成为一种必然趋势。基于高声速材料金刚石设计了IDT/ZnO/金刚石结构的薄膜SAW滤波器,设计了镜像阻抗连接IDT的结构参数,并采用ADS软件对该结构进行了建模仿真。然后,通过ZnO薄膜制备工艺和IDT电极制备工艺,获得了金刚石SAW滤波器样品。最后,采用RF探针台对所制得的样品进行了性能测试和数据分析。测试结果表明,在金刚石厚膜衬底上获得了频率超过1 GHz的SAW滤波器样品。

ZnO/IDT/金刚石结构SAW滤波器的设计和制作

传统材料制备的声表面波(SAW)滤波器的中心频率f大多位于较低的频段(f<500 MHz),但是无线通信频段逐渐向着高频化的方向发展,因此在SAW器件领域中引入高声速材料如金刚石以提高中心频率成为一种必然趋势。基于金刚石材料、采用ZnO/IDT/金刚石新型结构,设计了交错叉指结构和镜像阻抗连接结构的叉指换能器(IDT)参数。通过优化的工艺制备流程,获得了金刚石SAW滤波器样品。最后采用RF探针台对样品进行了性能测试和数据分析。测试结果表明制备的SAW滤波器样品的测试结果与理论值比较符合,交错叉指结构滤波器获得了很低的插损,镜像阻抗连接结构滤波器有效地提高了带外抑制度。样品IDT指宽2μm,SAW滤波器中心频率可达0.775 GHz。

AlN薄膜有源SAW滤波器集成及性能研究

在AlN压电薄膜上(以SiO2/Si为衬底),使用MOS集成电路工艺制作叉指电极和单元电路,制成中心频率为320MHz的有源SAW滤波器并进行了测试。结果表明,该滤波器的插入损耗低于10dB,带外衰减高于45dB。

跨层叉指换能器对复合膜SAW器件影响的研究

利用COMSOL有限元软件建立了复合膜声表面波(SAW)器件结构,并将通常使用的平面叉指换能器(IDT)更新为跨层布局形式。通过COMSOL软件对新结构进行了模态分析与频率响应分析,计算了机电耦合系数,研究了异性电极间距与同性电极间距的改变对复合膜SAW器件产生的影响。结果表明:跨层IDT布局形式,可以在现有制备条件与水平不变的前提下,大幅度降低器件尺寸,提高特征频率。

基于Hamming函数变迹加权SAW温度传感器设计

选取特定切向的压电晶体,用Hamming函数对叉指换能器的电极长度进行变迹加权,制作了一个谐振频率为431.5 MHz的声表面波温度传感器,研究了Hamming加权函数对叉指换能器频率响应旁瓣的抑制效果,并进行了温度–频率特性测试实验,研究了传感器的灵敏度、精度等性能。仿真和测试结果表明:基于Hamming函数变迹加权的叉指换能器带外抑制大于50 dB,旁瓣抑制效果显著。其声表面波温度传感器的测量误差小于0.5℃,灵敏度(7.79 kHz/℃)较好,在–20^+120℃范围内,频率–温度特性呈现出良好的线性特征。

Creation and research of the SAW transducer with a single-phase grid and a piezoelectric zinc oxide film

A method for obtaining a new type of surface acoustic wave(SAW)transducer operating at double frequency with a single-phase closed-loop lattice and a piezoelectric zinc oxide film is developed and experimentally investigated.A method for calculating such a transducer has been developed,its equivalent circuit has been compiled,taking into account propagation losses,losses in the metal film and the inductance of the connecting wires.When the frequency is doubled,the SAW attenuation per unit length increases.

基于ScAlN薄膜的高频PMUT阵列的设计与制造

高频压电微机械超声换能器(PMUT)应用于各种场景,如指纹识别、无损检测、医疗成像。在当前非侵入式血管成像应用中,存在换能器使用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)及局限于1-D PMUT阵列的问题。设计并制作了一种基于ScAlN材料压电薄膜的2D-PMUT阵列。为了进一步得到阵列最佳的输出性能,降低栅瓣影响,设计了间距为波长的1/2(300μm)的并联六边形阵列,增大了填充因子,降低了阻抗,提高了输出电流。采用SOI晶片作为PMUT的基本结构,设计了微机电系统(MEMS)工艺流程,并完成了晶片制作。通过扫描电子显微镜和聚焦离子束切割确定PMUT的形貌和结构尺寸,并且测得在水中的谐振频率为2.36 MHz。仿真与测试结果表明,测试误差为9.2%,位移灵敏度较好,有望满足非侵入式血管成像应用需求。

基于ZnO压电薄膜的柔性声表面波器件

提出并制备了基于聚酰亚胺柔性衬底的声表面波(SAW)器件。在柔性聚酰亚胺衬底上低温反应磁控溅射沉积了ZnO压电薄膜;采用X射线衍射仪,扫描电子显微镜,原子力显微镜等设备对ZnO薄膜进行了检测,结果表明:ZnO薄膜晶粒呈柱状生长并且(002)择优取向,膜粗糙度小于9nm,适合制作压电器件。在柔性衬底上制备了基于ZnO压电薄膜的SAW器件,该器件表现出良好的谐振性能。采用矢量网络分析仪检测器件的传输曲线,实验结果与仿真结果具有很好的一致性。随着波长减小,谐振频率和相速度增加,当ZnO厚度为4μm,波长为8μm时,器件的谐振频率为268MHz,相速度为2 144m/s,机电耦合系数为1.1%;当ZnO厚度增加时,此叠层结构的声表面器件的叠层声速也增加。

声表面波器件的研究进展

声表面波器件作为一种新型的电子器件 ,近年来引起了人们极大的关注 ,在科学研究领域有了较大的进展 ,在现代无线通讯领域的应用范围日趋广泛。本文简述了目前国际上出现的声表面波器件的制备方法、性能研究及其应用 。

柔性声表面波器件的波模式分析

用反应磁控溅射法在柔性聚酰亚胺衬底上沉积了ZnO压电薄膜,并制备了基于ZnO压电薄膜的柔性声表面波(SAW)器件。制备的柔性SAW器件显示了良好的谐振性能,而且展现出两个波模式:模式0和模式1。当波长为32μm,ZnO厚度为4μm时,SAW器件的模式0和模式1的谐振频率分别为34.4MHz和158.5MHz,对应声速为1 100.8m/s和5 072m/s。模式0为已知的瑞利波,模式1为新的高频模式。沉积了不同厚度的ZnO薄膜制备柔性SAW器件,进一步分析了薄膜厚度对SAW器件和模式1的影响。分析认为该高频模式不是传统硬质衬底上SAW器件产生的Sezawa波,而是S_0兰姆波,并且是有衬底情况下的S_0兰姆波。文中还采用Comsol仿真分析了新的高频模式1的粒子振动位移,结果和S_0兰姆波粒子振动位移一致,从而验证了其为广义兰姆波的正确性。

薄膜声表面波器件的制备研究进展

介绍了薄膜声表面波器件的发展历史和特点,以及压电薄膜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一些概况,并展望了其今后的发展趋势。

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 。

液相检测的Love波传感器的制作与研究

在分析Love波传感器液相质量检测机理的基础上,设计并制作了以36°YXLiTaO3为基底,交联处理的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为波导层的Love波器件。器件的中心频率为118 MHz,插损为-16 dB。通过建立电镀实验模型,实时的检测了在液相中吸附于阴极薄膜上铜的质量,并测试到传感器的灵敏度为-0.387 cm2/g。分析了灵敏度实验值与理论值的差别,进一步提出了改进方案与措施。

光电集成加速度计中声光波导相位调制器的研究

提出一种新型声光波导相位调制技术 ,用于光电集成M -Z光波导干涉型加速度计的信号调制。相位调制器工作在溅射有K8缓冲层的硅基底上 ,工作波长为 1 3μm。主要对声光调制器的特性参数进行了理论分析和优化设计 ,结果为 :氧化锌薄膜尺寸 5× 0 8× 0 0 0 3mm ,叉指换能器叉指对数N =17,中心距l=2 7 19μm ,中心频率f0=4 8MHz,中心指长L0 =4 4 6mm。

声表面波器件二阶效应等效电路模型研究

提出了声表面波器件二阶效应的等效电路模型,应用P矩阵法严格分析推导了声表面波器件二阶效应理论表达式,并根据P矩阵分析结果得到的声表面波器件二阶效应电特性参数,采用电网络理论综合出具有相同特性的等效电路模型,且应用PSPICE进行仿真,仿真结果与实验结果基本相符,验证了所提出声表面波器件二阶效应等效电路模型的正确性。

Ta_2O_5膜压电效应研究

本文报道了新型Ta_2O_5压电膜的制备方法及其工艺技术。用×轴垂直取向性Ta_2O_5压电膜制作出了声表面波(SAW)延迟线及滤波器。并给出了相应的实验结果。

声表面波温度传感器的仿真与设计

利用有限元软件COMSOL对声表面波温度传感器进行仿真。声表面波温度传感器基底材料为YX-切石英单晶,并在石英上镀ZnO薄膜,叉指换能器和反射栅采用铝电极。通过仿真研究了叉指换能器的高度、金属化率变化对声表面波温度传感器性能的影响,并根据仿真结果设计和制作了一种镀ZnO薄膜的SAW温度传感器。测试结果表明,制作的传感器灵敏度较高(8.8kHz/℃),误差小,具备良好的温度-频率特性。

设计和工艺参数对声表面波器件性能的影响

设计并制作了多种声表面波(SAW)器件,并研究了设计参数与工艺参数对器件特性的影响。首先在同一块掩膜板内设计了多组不同尺寸与间距参数的SAW器件,然后用微电子机械系统(MEMS)微加工工艺在Mg_xZn_(1-x)O/Si压电薄膜和128°YZ与XZ取向的LiNbO_3压电材料衬底上制作了多种SAW器件。利用X射线衍射(XRD)对压电材料的压电晶向进行了测量、表征和工艺比较,确定了适宜的薄膜溅射条件。利用网络分析仪(VNA)及高频探针台测量了S11高频特性,测量结果表明相对应的谐振频率值与理论值相符合,测出的谐振频率在80~330 MHz。分析了工艺偏差对SAW器件谐振特性的影响。分析结果表明由于工艺偏差导致的叉指电极的指宽差异导致了谐振频率与理想计算值的偏差,工艺偏差同样会导致S11曲线的不对称和谐波的产生。通过LiNbO_3上制作的SAW器件计算出的声波传播速度比较统一,128°YX LiNbO_3上制作的SAW器件计算出的声波传播速度为3 800~3 900 m/s,XZ LiNbO_3上制作的SAW器件计算出的声波传播速度为3 300~3 400 m/s;而在Mg_xZn_(1-x)O/Si压电薄膜上制作的SAW器件推算出的声波传播速度与设计波长或相关尺寸有关。

基于PZT薄膜的高频压电式微机械超声换能器的仿真与制备

压电式微机械超声换能器(PMUT)是当前生物医学超声成像领域的研究热点.锆钛酸铅(PbZrO_(3)-PbTiO_(3),PZT)压电薄膜是近年来微机械超声换能器使用的核心压电材料.基于PZT压电薄膜,使用有限元软件COMSOL Multiphysics创建了三维有限元仿真模型,并在(0,1)模态下研究了压电薄膜结构的几何参数,其谐振频率达到222.12 MHz,有效机电耦合系数(keff)为5.13%.采用光刻和刻蚀方法制备了PZT压电薄膜的PMUT单元原型器件.该器件的空腔结构完整,谐振频率在(0,1)模态下为25.87 MHz,仿真与测试结果相似,振动模态较纯,振动位移性能较好.研究结果表明:采用PZT压电薄膜的PMUT在高分辨率、高频医学超声成像中具有较好的应用前景.

声表面波式小波变换器件的波形失真问题研究

声表面波式小波变换器件的误差主要包括两个方面:一个是小波变换算法本身产生的误差;另一个是声表面波换能器产生的误差,而引起后者误差的主要因素是声表面波式小波变换器件输入输出叉指的波形失真问题.该研究针对引起声表面波式小波变换器件波形失真的4类问题,对4种误差来源做出分析,最终针对波形失真的不同产生原因提出减小误差的具体解决方法.