声表面波在AlN/GaN结构中的传播特性

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本文用Adler矩阵方法研究了声表面波在AlN/GaN结构中的传播特性。根据该方法的基本原理,结合AlN/GaN结构的机械和电学边界条件,推导出用于求解声表面波在AlN/GaN结构中的传播相速的行列式方程,用MATLAB软件编写了用于求解该行列式方程的程序,分析了声表面波在AlN/GaN结构中的传播特性,包括声表面波相速和机电耦合系数随频率、AlN的膜厚和c轴取向、表面和界面的金属化情况的变化规律。 本文还用编写的程序分析了声表面波在ZnO/GaAs结构中的传播特性,并与有效表面介电函数法的计算结果相比较,以验证该方法的正确性。除此之外,本文还将求解AlN/GaN结构的矩阵方法进行扩展,以用于分析衬底上生长多层膜结构中的声表面波的传播特性。 当声表面波的传播坐标系与晶体的主直角坐标系不一致时,弹性劲度系数张量、压电应力系数张量和介电系数张量的形式要发生变化,要分析声表面波沿不同方向的传播特性,关键要求出各系数张量在声表面波传播坐标系中的表示形式,本文用欧拉变换方法求出各系数张量在声表面波传播坐标系中的表示形式,并用MATLAB软件编写出实现该功能的程序。 AlN和GaN作为新型的半导体压电材料,近年来得到了广泛的研究。但是,由于GaN在制备过程中引入了施主杂质,使其在声表面波器件中的应用受到了限制。然而,AlN/GaN结构可以减弱这种影响,因为AlN具有低的电导率和高的压电系数。同时,由于AlN和GaN的晶格失配比较小,所以用磁控溅射方法在GaN衬底上生长的AlN薄膜表面光滑且晶粒取向好。更重要的是,AlN/GaN结构可以使器件达到平面化和集成化,以制成各种新型的压电与声光的单片集成器件。所以,AlN/GaN结构在声表面波器件中将具有广阔的应用前景。
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