基于負(fù)泊松比磁致伸縮襯底的磁聲表面波諧振器研究
發(fā)布時(shí)間：2023-02-14 09:01
近年來,人們致力于將層狀磁電材料和聲表面波技術(shù)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)磁場探測,研究磁電聲表面波在磁傳感領(lǐng)域有著十分重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。本論文提出了一種基于ScAlN/FeGa多層結(jié)構(gòu)的集成化磁聲表面波諧振器,可用于直流和寬頻磁場的高靈敏度探測。本論文的主要工作如下:首先,從各向異性介質(zhì)中任意方向的彈性模量出發(fā),得到了FeGa晶體的楊氏模量三維各向異性圖像,梳理了應(yīng)力和磁致負(fù)泊松比效應(yīng)及其機(jī)理,然后計(jì)算各向異性介質(zhì)中的彈性波,得到不同成分FeGa合金面內(nèi)和對角面內(nèi)的慢度曲線,討論了負(fù)泊松比對慢度曲線的影響。其次,采用數(shù)值分析和有限元仿真軟件計(jì)算了ScAlN/FeGa半無限異質(zhì)結(jié)構(gòu)中瑞利波在不同方向傳播的頻散曲線、機(jī)電耦合系數(shù)和截止頻率。計(jì)算結(jié)果表明:瑞利波在Fe81.3Ga18.7(001)[100]方向傳播時(shí),諧振頻率和壓電薄膜厚度乘積fh的截止值僅為0.3 GHz·μm,相速度vp變化范圍為2175～2250 m/s,機(jī)電耦合系數(shù)K2變化范圍為0～0.4%;而在具有負(fù)泊松比的Fe81.3
【文章頁數(shù)】：106 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
1.1 課題研究背景和意義
1.2 磁電聲表面波器件的研究現(xiàn)狀
1.3 本論文的研究內(nèi)容和工作安排
第二章 各向異性介質(zhì)彈性波理論
2.1 各向異性介質(zhì)彈性模量
2.1.1 彈性常數(shù)與各種模量的關(guān)系
2.1.2 FeGa晶體任意方向的彈性模量
2.1.3 立方晶體的楊氏模量各向異性圖像
2.2 負(fù)泊松比理論及特性
2.2.1 負(fù)泊松比效應(yīng)
2.2.2 應(yīng)力所致FeGa合金的負(fù)泊松比效應(yīng)
2.2.3 磁致FeGa合金的負(fù)泊松比效應(yīng)
2.3 各向異性彈性波計(jì)算
2.3.1 克里斯托費(fèi)爾方程
2.3.2 各向異性彈性波慢度曲線
2.3.3 不同成分Fe1-xGax中的彈性波慢度曲線
2.4 本章小結(jié)
第三章 ScAlN/FeGa聲表面波諧振器的仿真和設(shè)計(jì)
3.1 概述
3.2 多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算方法
3.2.1 負(fù)泊松比FeGa合金襯底彈性參數(shù)確定
3.2.2 COMSOL Multiphisics有限元分析法
3.2.3 散射矩陣法計(jì)算多層結(jié)構(gòu)理論
3.3 ScAlN/FeGa半無限基底的聲表面波傳播特性
3.3.1 (001)[100]Fe1-xGax襯底
3.3.2 (001)[110]Fe1-xGax襯底
3.3.3 SAW在不同方向傳播時(shí)質(zhì)點(diǎn)位移(振型)
3.3.4 ScAlN/Fe1-xGax的聲表面波截止波速與截止頻率
3.3.5 FeGa負(fù)泊松比效應(yīng)對MESAW的影響
3.4 聲表面波諧振器的叉指結(jié)構(gòu)
3.5 本章小結(jié)
第四章 FeGa合金基片上ScAlN薄膜制備研究
4.1 FeGa合金基片處理和性能測試
4.1.1 FeGa基片前處理
4.1.2 FeGa基片性能測試
4.1.3 FeGa合金M-H測試
4.1.4 FeGa晶體的ΔE效應(yīng)
4.2 壓電層的制備
4.2.1 ScAlN薄膜的性質(zhì)
4.2.2 ScAlN薄膜的制備與表征
4.3 FeGa合金基底上制備ScAlN壓電薄膜
4.4 金屬基上所沉積氮化物薄膜附著力性能研究
4.4.1 影響薄膜附著性的因素
4.4.2 ScAlN/FeGa薄膜附著力測試
4.5 本章小結(jié)
第五章 ScAlN/FeGa聲表面波諧振器的制備和分析測試
5.1 叉指換能器制備流程和工藝優(yōu)化
5.2 諧振器的測試結(jié)果分析
5.2.1 聲表面波諧振器的測試分析
5.2.2 諧振器磁場靈敏度分析
5.3 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)與展望
6.1 全文總結(jié)
6.2 工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄
附錄A：彈性張量矩陣
附錄B：壓電矩陣表達(dá)式
附錄C：Fe1-xGax合金經(jīng)Bond變換后的彈性矩陣
附錄D：ScAlN/Fe1-xGax結(jié)構(gòu)中SAW沿[110]方向傳播的色散曲線
攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果
本文編號：3742334
【文章頁數(shù)】：106 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
1.1 課題研究背景和意義
1.2 磁電聲表面波器件的研究現(xiàn)狀
1.3 本論文的研究內(nèi)容和工作安排
第二章 各向異性介質(zhì)彈性波理論
2.1 各向異性介質(zhì)彈性模量
2.1.1 彈性常數(shù)與各種模量的關(guān)系
2.1.2 FeGa晶體任意方向的彈性模量
2.1.3 立方晶體的楊氏模量各向異性圖像
2.2 負(fù)泊松比理論及特性
2.2.1 負(fù)泊松比效應(yīng)
2.2.2 應(yīng)力所致FeGa合金的負(fù)泊松比效應(yīng)
2.2.3 磁致FeGa合金的負(fù)泊松比效應(yīng)
2.3 各向異性彈性波計(jì)算
2.3.1 克里斯托費(fèi)爾方程
2.3.2 各向異性彈性波慢度曲線
2.3.3 不同成分Fe1-xGax中的彈性波慢度曲線
2.4 本章小結(jié)
第三章 ScAlN/FeGa聲表面波諧振器的仿真和設(shè)計(jì)
3.1 概述
3.2 多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算方法
3.2.1 負(fù)泊松比FeGa合金襯底彈性參數(shù)確定
3.2.2 COMSOL Multiphisics有限元分析法
3.2.3 散射矩陣法計(jì)算多層結(jié)構(gòu)理論
3.3 ScAlN/FeGa半無限基底的聲表面波傳播特性
3.3.1 (001)[100]Fe1-xGax襯底
3.3.2 (001)[110]Fe1-xGax襯底
3.3.3 SAW在不同方向傳播時(shí)質(zhì)點(diǎn)位移(振型)
3.3.4 ScAlN/Fe1-xGax的聲表面波截止波速與截止頻率
3.3.5 FeGa負(fù)泊松比效應(yīng)對MESAW的影響
3.4 聲表面波諧振器的叉指結(jié)構(gòu)
3.5 本章小結(jié)
第四章 FeGa合金基片上ScAlN薄膜制備研究
4.1 FeGa合金基片處理和性能測試
4.1.1 FeGa基片前處理
4.1.2 FeGa基片性能測試
4.1.3 FeGa合金M-H測試
4.1.4 FeGa晶體的ΔE效應(yīng)
4.2 壓電層的制備
4.2.1 ScAlN薄膜的性質(zhì)
4.2.2 ScAlN薄膜的制備與表征
4.3 FeGa合金基底上制備ScAlN壓電薄膜
4.4 金屬基上所沉積氮化物薄膜附著力性能研究
4.4.1 影響薄膜附著性的因素
4.4.2 ScAlN/FeGa薄膜附著力測試
4.5 本章小結(jié)
第五章 ScAlN/FeGa聲表面波諧振器的制備和分析測試
5.1 叉指換能器制備流程和工藝優(yōu)化
5.2 諧振器的測試結(jié)果分析
5.2.1 聲表面波諧振器的測試分析
5.2.2 諧振器磁場靈敏度分析
5.3 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)與展望
6.1 全文總結(jié)
6.2 工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄
附錄A：彈性張量矩陣
附錄B：壓電矩陣表達(dá)式
附錄C：Fe1-xGax合金經(jīng)Bond變換后的彈性矩陣
附錄D：ScAlN/Fe1-xGax結(jié)構(gòu)中SAW沿[110]方向傳播的色散曲線
攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果
本文編號：3742334
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