温度补偿型声波器件的研究

来源 :重庆邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zkc19890314
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现代通信技术的发展对射频滤波器、双工器的性能提出了更高的要求,如更高的工作频率、更高的稳定性等。作为被广泛应用的核心器件,声表面波(SAW)器件和体声波(BAW)器件的工作频率和温度稳定性已经成为器件品质的重要衡量标准。本文采用有限元方法对基于ZnO薄膜或Al N薄膜的温度补偿型SAW器件和温度补偿型BAW器件的特性进行仿真和分析,目的是为开发高温度稳定性、高频率的SAW器件和BAW器件提供设计和实现方案。论文主要开展了以下工作:(1)使用有限元仿真工具COMSOL建立了IDT/(110)ZnO/(111)Diamond和IDT/(110)Al N/(111)Diamond两种结构的仿真模型,得到了两种结构的Love波传播特性和温度特性。在此基础上,建立了IDT/(110)Al N/(110)ZnO/(111)Diamond温度补偿结构的有限元模型,重点分析了该结构一阶和二阶Love波的频率温度系数(TCF)、机电耦合系数(k2)和相速度(vp)。研究结果表明,当hZnO=0.5um,hAlN=0.608um时,一阶Love波的TCF接近零,此时vp为7478m/s,k2为1.8%;当hZnO=1um,h Al N=1.4um时,二阶Love波的TCF接近零0,对应vp和k2分别为10243m/s和0.68%。表明这种结构可以用于研制高品质的SAW器件。本文还进一步分析了电极材料以及电极厚度对于IDT/(110)Al N/(110)ZnO/(111)Diamond温度补偿结构的影响,结果表明恰当选取电极材料和电极厚度能够提升SAW器件的性能。(2)本文还开展了基于PI柔性衬底的温度补偿型BAW谐振器的研究。在分析PI柔性衬底对于BAW谐振器影响的基础上建立了Mo-ZnO-Mo-SiO2-PI结构的温度补偿型BAW谐振器的有限元模型,重点研究了该结构一阶和二阶BAW模式的频率温度系数(TCF)和机电耦合系数(k2),并进一步建立Mo-AlN-Mo-SiO2-PI结构的温度补偿型BAW谐振器的有限元模型,采用有限元方法分析了温度补偿层对该结构的影响。研究结果表明,当hZnO=4um,hSiO2=3.2um时,Mo-ZnO-Mo-SiO2-PI结构的二阶体声波模式的TCF接近零,k2为6.3%;当hAlN=4um,hSiO2=0.78um时,Mo-AlN-Mo-SiO2-PI结构的一阶体声波模式的TCF接近零,k2为4.7%。表明这两种结构可以用于研制高品质的BAW器件。
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