【摘要】：聲表面波器件廣泛應(yīng)用于電子學(xué)和通信中,包括諧振器、濾波器等等。它同樣廣泛應(yīng)用于傳感器中,包括溫度傳感器,壓力傳感器,氣體傳感器等等�，F(xiàn)在,聲表面波器件往高頻率、高品質(zhì)因數(shù)方向發(fā)展。高頻率的聲表面波器件可以提高器件的通信容量或者傳感器的靈敏度;高品質(zhì)因數(shù)的聲表面波器件可以用于低噪聲設(shè)計(jì)或者提高傳感器的分辨率。AlN/Sapphire正是制作高頻率、高品質(zhì)因數(shù)的聲表面波器件的理想襯底材料之一,它具有很多優(yōu)良的特性:傳播聲速快(5700 m/s)、傳播損耗小(0.7 mdB/A)、抗氧化溫度高、等等。襯底材料的晶體質(zhì)量對(duì)聲表面波器件的插入損耗、機(jī)電耦合系數(shù)等參數(shù)有重要的影響。目前,用氫化物氣相外延(HVPE)方法可以在Sapphire襯底材料上生長(zhǎng)出高晶質(zhì)量的AlN薄膜,其厚度可以在5μm上;表面粗糙度在5 nm以下;晶體的位錯(cuò)密度在108 cm-2以下。晶體質(zhì)量的提高,將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)AlN/Sapphire襯底材料在聲表面波器件方面的應(yīng)用。在本論文中,我們?cè)诟呔з|(zhì)量的AlN/Sapphire襯底材料上設(shè)計(jì)、制作了單端口聲表面波諧振器、單端口表面聲子晶體諧振器和聲表面波延遲線(xiàn),并取得了以下結(jié)果:1、根據(jù)單端口聲表面波諧振器的結(jié)構(gòu),我們?cè)贏lN/Sapphire襯底材料上設(shè)計(jì)和制作了單端口表面聲子晶體諧振器。與單端口聲表面波諧振器不同的是,單端口表面聲子晶體諧振器有兩個(gè)共振模式。根據(jù)有限元分析模擬的結(jié)果,這兩個(gè)共振模式可能是因?yàn)閱味丝诒砻媛曌泳w諧振器的雙諧振腔結(jié)構(gòu)。由于單端口表面聲子晶體諧振器表現(xiàn)出了雙共振模式的特點(diǎn)。我們提出了同時(shí)使用兩個(gè)共振頻率的差頻制作溫度傳感器的方案。該溫度傳感器的最終的的溫度系數(shù)為-99.30 ppm/℃,是單端口諧振器的溫度系數(shù)的兩倍。2、沿著[11-20]AlN/[1-100]A1203晶向和[1-100]AlN/[11-20]A1203 晶向,我們別分設(shè)計(jì)、制作了一系列的聲表面波延遲線(xiàn),并且系統(tǒng)地表征了這些延遲線(xiàn)的插入損耗,機(jī)電耦合系數(shù),相速度,溫度系數(shù)。我們發(fā)現(xiàn)機(jī)電耦合系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值幾乎是模擬計(jì)算值的兩倍。這暗示了,除了層狀結(jié)構(gòu),AlN薄膜和Sapphire襯底材料之間的熱失配效應(yīng)對(duì)機(jī)電耦合系數(shù)有著重要的影響。我們討論了聲表面波的波速,熱膨脹系數(shù)和溫度系數(shù)三者之間的關(guān)系。結(jié)果顯暗示了,在某個(gè)確定的晶向上,熱膨脹系數(shù)是影響溫度系數(shù)的主要因素,而不同方向的溫度系數(shù)的差異主要來(lái)自于聲表面波相速度的差異。3、我們提出了AlN/Sapphire各向異性的聲表面波雙延遲線(xiàn)溫度傳感器的模型,并理論研究、計(jì)算了該溫度傳感器的溫度系數(shù)。結(jié)果顯示,利用聲表面波延遲線(xiàn)在這兩個(gè)晶向的響應(yīng)中心頻率的差頻,AlN/Sapphire各向異性的雙延遲線(xiàn)聲表面波傳感器或許可以實(shí)現(xiàn)高靈敏的溫度探測(cè)。我們?cè)O(shè)計(jì)、制作了一個(gè)響應(yīng)中心頻率為352.72 MHz,品質(zhì)因數(shù)約為2841的聲表面波延遲線(xiàn)型振蕩器。初步具備了制作AlN/Sapphire各向異性的雙延遲線(xiàn)溫度傳感器的實(shí)驗(yàn)條件。4、使用有限元分析方法,我們模擬、計(jì)算了聲表面波在[11-20]A1N/[1-100]A1203晶向上的相速度和群速度的分布。模擬結(jié)果顯示,在[11-20]AlN/[1-100]A1203晶向上,聲表面波的相速度和群速度差異不大。這說(shuō)明聲表面波在AlN/Sapphire襯底上色散較小。在高晶體質(zhì)量的AlN/Sapphire襯底材料上,我們初步設(shè)計(jì)、制作了反射鏡中電極數(shù)目Ng=700的單端口聲表面波諧振器,該聲表面波諧振器的品質(zhì)因數(shù)為7500。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN65;TP212
【圖文】：

聲表面波在半無(wú)限彈性襯底材料的表面?zhèn)鞑r(shí)，稱(chēng)為瑞利波（Ｒａｙｌｅｉｇｈ逡逑Ｗａｖｅ）。它是一種能量集中于襯底材料表面，并在襯底材料表面?zhèn)鞑サ臋C(jī)械波，逡逑其示意圖如圖１．１。聲表面波的波長(zhǎng)是Ａ0，以速度抑向右傳播。該聲表面波的逡逑能量主要集中在表面以下一個(gè)的狹窄的區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域的厚度又稱(chēng)為聲表面逡逑波的穿透深度。聲表面波在襯底材料表面?zhèn)鞑r(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移分量Ａ平行于襯逡逑１逡逑

器、振蕩器等電子學(xué)器件的基本結(jié)構(gòu)之一，同時(shí)也是制作傳感器的基本結(jié)構(gòu)之逡逑一。如圖１．２所示，它是由兩個(gè)面對(duì)面的叉指換能器組成。顧名思義，聲表面逡逑波延遲線(xiàn)具有時(shí)間延遲的功能，它的延遲時(shí)間為逡逑Ｔｄｅｌａｙ邋＝邐（１－２）逡逑Ｖ０是聲表面波的傳播速度，ｄ是兩個(gè)叉指換能器的中心間距。逡逑ＶＮＡ邐ＶＮＡ逡逑圖１．２聲表面波延遲線(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。ＶＮＡ是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。逡逑在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（Ｖｅｃｔｏｒ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ邋Ａｎａｌｙｚｅｒ，ＶＮＡ）的掃頻電壓信號(hào)控制逡逑下，叉指換能器變化在壓電襯底材料上激發(fā)出聲表面波［１０］。聲表面波從一個(gè)逡逑叉指換能器傳播到另一個(gè)叉指換能器會(huì)有一定的能量損失，這個(gè)能量損失叫做逡逑插入損耗（Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ邋ｌｏｓｓ，邋ＩＬ）。同時(shí)，叉指換能器對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸入電逡逑壓信號(hào)有反射作用，稱(chēng)為反射損耗（ＲｅｔｕｒｎＬｏｓｓ，ＲＬ）。插入損耗和反射損耗一逡逑２逡逑

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 董輝平;魯旭濤;;基于ANSYS的聲表面波器件仿真研究[J];機(jī)械工程與自動(dòng)化;2008年05期

2 章安良;;基于電路仿真技術(shù)異型聲表面波器件特性分析[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2007年03期

3 ;聲表面波器件刻圖裝置[J];宇航材料工藝;2000年01期

4 宋懿;聲表面波器件與標(biāo)準(zhǔn)[J];電子標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量;1997年06期

5 張?jiān)普?;在雷達(dá)中利用聲表面波器件實(shí)現(xiàn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)[J];火控雷達(dá)技術(shù);1987年01期

6 劉一聲;國(guó)外部分片式體聲波和聲表面波器件的近況[J];壓電與聲光;1988年01期

7 劉一聲;國(guó)外聲表面波器件的研究動(dòng)向[J];壓電與聲光;1988年03期

8 ;關(guān)于一些聲表面波器件的報(bào)導(dǎo)[J];壓電與聲光;1977年01期

9 PeterGrant,楊清宗;在表面以下獲得的聲表面波器件[J];壓電與聲光;1979年01期

10 王矜奉,陳子清,曾憲楠,胡云展,張幼冰,陳國(guó)光;離子注入在聲表面波器件上的應(yīng)用[J];聲學(xué)技術(shù);1983年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 何朝峰;肖功亞;趙曉紅;孫娟;王祥邦;;氮化鎵聲表面波器件[A];2009’中國(guó)西部地區(qū)聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2009年

2 朱嘉琦;雷沛;韓杰才;王賽;;四面體非晶碳作為薄膜聲表面波器件增頻襯底的研究[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第2分冊(cè)）[C];2010年

3 黃遠(yuǎn)軍;樂(lè)天;李紅浪;;硅酸鎵鑭聲表面波器件高溫性能的實(shí)驗(yàn)研究[A];2011'中國(guó)西部聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2011年

4 曹明;于小利;羅中涌;公勛;章德;;聲表面波器件的有限時(shí)域差分模擬[A];中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)第九屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

5 林彬;章德;方暉;;用多次校正法補(bǔ)償聲表面波器件中的衍射效應(yīng)[A];中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)2002年全國(guó)聲學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2002年

6 李冬梅;陳菁菁;潘峰;;鎳過(guò)鍍層對(duì)高頻聲表面波器件微結(jié)構(gòu)與性能的影響[A];TFC’03全國(guó)薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2003年

7 王文;何世堂;;電極阻抗對(duì)于聲表面波器件頻率響應(yīng)特性的影響研究[A];中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)2005年青年學(xué)術(shù)會(huì)議[CYCA'05]論文集[C];2005年

8 林基明;水永安;王寧;吳浩東;;用格林函數(shù)方法計(jì)算并優(yōu)化EWC/SPUDT結(jié)構(gòu)[A];中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)2002年全國(guó)聲學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2002年

9 陳菁菁;李冬梅;潘峰;;新型薄膜聲表面波器件中氧化鋅薄膜的研制[A];TFC’03全國(guó)薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2003年

10 陳菁菁;李冬梅;潘峰;;新型聲表面波器件中氧化鋅薄膜的研制[A];薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2003年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前6條

1 宋瑤 徐英淑;讓月球圖像沒(méi)有馬賽克[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

2 戴靜 吳生鋒;6項(xiàng)目昨落戶(hù)廣陵產(chǎn)業(yè)園[N];揚(yáng)州日?qǐng)?bào);2006年

3 徐英淑 段斌;確保探測(cè)器通信暢通的“一級(jí)護(hù)衛(wèi)”[N];中國(guó)航天報(bào);2013年

4 ;精益求精 攬?jiān)伦穳?mèng)[N];中國(guó)航天報(bào);2014年

5 徐英淑 陳佳佳 付秀娟 黃忠魁 葉千術(shù);航天心再托中國(guó)夢(mèng)[N];中國(guó)航天報(bào);2014年

6 王靜 俞巧;厚禮慶賀江寧開(kāi)發(fā)區(qū)十四歲生日[N];新華日?qǐng)?bào);2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 董文秀;氮化鋁聲表面波器件及其在溫度傳感中的應(yīng)用[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

2 劉興鵬;高溫聲表面波器件電極的制備與研究[D];電子科技大學(xué);2018年

3 陳金凱;柔性聲表面波傳感器和摩擦起電自供能傳感器研究[D];浙江大學(xué);2018年

4 王昊;聲表面波器件的快速精確模擬研究[D];南京大學(xué);2013年

5 周劍;柔性聲表面波器件基礎(chǔ)研究[D];浙江大學(xué);2015年

6 龐華鋒;氧化鎢和氧化鋅功能薄膜材料及其器件應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2013年

7 吳春生;仿生嗅覺(jué)細(xì)胞及受體傳感器的研究[D];浙江大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 全傲杰;ZnO壓電薄膜生長(zhǎng)及聲表面波器件研究[D];深圳大學(xué);2018年

2 徐歡歡;聲表面波器件的設(shè)計(jì)、制備以及若干應(yīng)用研究[D];南京大學(xué);2016年

3 賈之杰;ZnO壓電薄膜及其聲表面波器件的制備與特性研究[D];南京郵電大學(xué);2018年

4 徐靜;基于壓電薄膜材料的新型結(jié)構(gòu)聲表面波器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2018年

5 王玄洋;聲表面波器件微制造技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2015年

6 朱樹(shù)眾;聲表面波器件的模擬與仿真[D];天津理工大學(xué);2012年

7 馮亞菲;聲表面波器件的制備及其性能研究[D];黑龍江大學(xué);2008年

8 姜燕妮;聲表面波器件建模與匹配測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2017年

9 陳瑞;宇航用高可靠聲表面波器件的質(zhì)量改進(jìn)研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院工程管理與信息技術(shù)學(xué)院);2017年

10 魏強(qiáng);聲表面波器件在直擴(kuò)通訊系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2003年

本文編號(hào)：2739039