【摘要】：聲表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)器件具有工作頻率高、帶寬大、體積小、性能穩(wěn)定和重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn),在廣播電視、移動通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對抗、遙控遙測系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用。ZnO具有壓電性、透明導(dǎo)電性、氣敏性等特點(diǎn),而且ZnO壓電薄膜材料的機(jī)電耦合系數(shù)大、插入損耗小,因此基于ZnO壓電薄膜的聲表面波器件得到了廣泛關(guān)注。本文以ZnO壓電薄膜及其聲表面波器件的制備與特性研究為課題,主要開展了以下幾點(diǎn)工作:1)利用射頻(Radio Frequency,RF)磁控濺射法在SiO_2基底上制備ZnO薄膜,研制基于(002)ZnO/IDT/SiO_2結(jié)構(gòu)的SAW延遲線,分析SAW器件的聲學(xué)特性,如頻率響應(yīng)、相速度、機(jī)電耦合系數(shù)等;并通過COMSOL有限元仿真分析了該結(jié)構(gòu)SAW器件所激發(fā)瑞利波的特性,實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果吻合較好。然后,進(jìn)一步模擬仿真了IDT位置及ZnO晶體取向?qū)AW器件特性的影響,即(002)ZnO/IDT/SiO_2、IDT/(002)ZnO/SiO_2、IDT/(110)ZnO/SiO_2、(110)ZnO/IDT/SiO_2四種結(jié)構(gòu)的SAW延遲線所激發(fā)瑞利波和Love波的聲學(xué)特性,結(jié)果顯示:(002)ZnO/IDT/SiO_2結(jié)構(gòu)的SAW延遲線所激發(fā)瑞利波的機(jī)電耦合系數(shù)k~2最大,且在h_z/λ=0.46時取得最大值3.63%;而IDT/(110)ZnO/SiO_2結(jié)構(gòu)的SAW延遲線所激發(fā)Love波的機(jī)電耦合系數(shù)k~2最大,且在h_z/λ=0.31時取得最大值5.82%。2)利用RF磁控濺射法在Si基底上制備SiO_2薄膜和ZnO薄膜,研制基于(002)ZnO/IDT/SiO_2/Si結(jié)構(gòu)的SAW延遲線,分析SAW器件的聲學(xué)特性,如頻率響應(yīng)、相速度、機(jī)電耦合系數(shù)等;并通過COMSOL有限元仿真分析了該結(jié)構(gòu)SAW器件所激發(fā)瑞利波的特性,實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果吻合較好。然后進(jìn)一步模擬仿真了IDT位置及ZnO晶體取向?qū)AW特性的影響,即(002)ZnO/IDT/SiO_2/Si、IDT/(002)ZnO/SiO_2/Si、(110)ZnO/IDT/SiO_2/Si、IDT/(110)ZnO/SiO_2/Si四種結(jié)構(gòu)的SAW延遲線所激發(fā)瑞利波和Love波的聲學(xué)特性。結(jié)果表明:(002)ZnO/IDT/SiO_2/Si結(jié)構(gòu)的SAW延遲線所激發(fā)瑞利波的機(jī)電耦合系數(shù)k~2最大,且在h_z=8μm,h_s/λ=0.15時取得最大值3.85%;而IDT/(110)ZnO/SiO_2/Si結(jié)構(gòu)SAW延遲線所激發(fā)Love波的機(jī)電耦合系數(shù)k~2最大,且在h_z=5μm,h_s/λ=0.06時取得最大值6.31%。3)利用COMSOL軟件建立SiO_2/(002)ZnO/IDT/SiO_2/Si、SiO_2/(110)ZnO/IDT/SiO_2/Si、SiO_2/IDT/(110)ZnO/SiO_2/Si結(jié)構(gòu)的SAW延遲線的有限元模型,仿真分析了SiO_2導(dǎo)波層對SAW器件所激發(fā)瑞利波和Love波特性的影響。結(jié)果顯示:頂層SiO_2導(dǎo)波層的引入提高了(002)ZnO/IDT/SiO_2/Si和(110)ZnO/IDT/SiO_2/Si結(jié)構(gòu)的SAW延遲線所激發(fā)瑞利波的機(jī)電耦合系數(shù)k~2。而當(dāng)頂層SiO_2導(dǎo)波層的厚度一定時,隨著底層SiO_2導(dǎo)波層的厚度增加,SiO_2/(002)ZnO/IDT/SiO_2/Si和SiO_2/(110)ZnO/IDT/SiO_2/Si結(jié)構(gòu)的SAW延遲線所激發(fā)瑞利波的機(jī)電耦合系數(shù)k~2先增加后趨于平穩(wěn)。
【圖文】：

聲表面波器件作為一種新型電子導(dǎo)航、人工智能、無線通信等領(lǐng)域，尤其是纖通信等領(lǐng)域應(yīng)用更為頻繁。而且聲表面波適合大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，因此研究新型的聲溶于水的鋅的一種化合物，由鋅元素和氧元六角纖鋅礦(Wurzite)結(jié)構(gòu)，如圖 1.1 所示，間群為 C6v4（P63mc），ZnO 的離子鍵和共

學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第的 c 軸平行于襯底表面，可以激發(fā)水平剪切波，由于水平剪切波的特性，移，而不存在垂直方向位移，因此不會與液體產(chǎn)生耦合，即其聲波能量不輻射損失，因此水平剪切波器件被廣泛用于液體環(huán)境下的化學(xué)、生物、醫(yī)水平剪切波的能量輻射較深，可以通過在壓電基底上生長導(dǎo)波層，將聲波，從而將漏剪切波轉(zhuǎn)變?yōu)?Love 波，提高 SAW 傳感器的靈敏度[25][26]。并O 壓電薄膜的機(jī)電耦合系數(shù)要比(0001)ZnO 壓電薄膜的機(jī)電耦合系數(shù)大的
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN65

【參考文獻(xiàn)】

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3 安琳;;COMSOL Multiphysics V4.3發(fā)行版模塊介紹[J];CAD/CAM與制造業(yè)信息化;2012年07期

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5 李爽;王鳳翔;付剛;季艷菊;趙俊卿;;射頻磁控濺射制備ZnO光波導(dǎo)薄膜[J];山東建筑大學(xué)學(xué)報;2010年01期

6 楊楷;李志剛;景玉鵬;陳大鵬;;聲表面波氣體傳感器的研究進(jìn)展[J];電子元件與材料;2008年09期

7 張永剛;袁續(xù)良;;聲表面波器件及其應(yīng)用[J];科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì);2007年13期

8 白濤;蘭敏;;一些聲表面波器件的市場應(yīng)用及發(fā)展[J];壓電與聲光;2006年05期

9 于志偉;談國強(qiáng);;溶膠-凝膠法制備薄膜[J];陶瓷;2006年10期

10 唐亞陸;杜澤民;;脈沖激光沉積(PLD)原理及其應(yīng)用[J];桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報;2006年01期

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1 趙博;基于SAW原理的傳感器技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

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本文編號：2678338