基于印刷电子工艺的声表面波滤波器的分析

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1、第一章绪论1．1背景概述1．1．1声表面波技术的发展在远早于今日的1885年，LordRayleigh在研究地震波过程中提出声表面波(SurfaceAcousticWave，S筒^，)，同时也在理论上阐明SAW是以无限弹性表面为载体传播的波，且是能量集中于表面的声波【l。2】。1964年激发弹性表面波换能器的平面结构专利问世，漫长的时间过后，该研究依旧淹没在众多科研发展中，并未得到人们过多的关注。之后R．M．White和F．W．Voltmer在1965年的AppliedPhysicsLeRers上发表了关于叉指换能器(Int

2、erDigimlTransducerS，IDT)的论文，使得这种研究现况出现转机。文章之巾指出通过在压电基材上沉积的IDT能够有效地激励和检测表面声波【3】，至此SAW技术的关键性突破得到了实现，继而具有各种特色的SAW器件如雨后春笋般涌现f孓。71。SAW处在不一样的传播介质下，根据不同的边界条件，能够激发出不同的模式。在半无限片上存在的SAW包括瑞利波(Rayleighwaves)、漏波(Leaky—SAW)、兰姆波(Lambwaves)等。层状结构基片有乐甫波(Lovewaves)、斯东莱波(Stoneleywaves

3、)笙【5-lo】寸。在电介质边界条件下，传播于半无限片表面的声波是瑞利波，也可称其为应用于SAW技术中的主体表面波，其特点如下：(1)频率是不受波速干扰妨碍的非色散波。(2)椭圆偏振是其质点的运动模式，然而偏振平面未必在弧矢平面，椭圆的主轴与传播方向(或表面法线)也未必存有平行关系。(3)质点拥有的位移分量个数一般为3个。在距离表面l～2个波长距离里面，属于能量大部分聚集的位置，振荡衰减也是随着深度的增加而加大。聚集能量的层面的厚度取决于其频率的数值，两者展示出反比的关系现象。基于该特征SAW声强要高于体波。同时，该特征同样

4、可让SAW的传递能够较为避免来自衬底背面的干扰。(4)波的相速度依赖于晶体的切向和波的传播方向，除沿纯模方向外，能流方向一般与传播方向不平行【5，8母，11】。SAW和电磁波、体波相比具有以下4方面特性：(1)SAW的波长较短，在相同频率下，它比电磁波波长短5个数量级【5】'所以可以大幅降低器件的尺寸。(2)SAW在物体表面传播的波速较慢(约为3500m／s)【6】，因此在输入、输出信号相互变化时就便于进行信号注入、提取、变换等操作。“’第一章绪论(3)SAW是晶体表面传播的弹性波¨21，其内部电子的迁移行为不会受到影响，从

5、而让SAW器件可以在抗辐射的方面有明显优势。(4)生产SAW器件一般均采用单晶材料、半导体平面工艺制造，因此其有良好的重复性和一致性，使得大规模制造不再是难事。SAW器件所具有的特殊性质使其差别于电磁波和体波，从而在众多场合可以广泛使用。迄今为止，SAW器件可大致分为：滤波器、相关器、声光开关、传感器等【6-7,10,12-14】。目前SAW器件已然向超高频的3GHz到10GHz的频率段在行进，能够预期在未来的信号检测、信号处理中它会具有举足轻重的作用。20世纪60年代，半导体工艺技术通过光刻技术制作出性能优异的IDT，取得

6、了骄人的发展。美国斯坦福大学研究小组在1968年实现了在铌酸锂基片上声学转换损耗为4dB的IDT，这使得人们清楚地意识到了实际应用SAW技术的巨大可能性，极大地推动了SAW技术发展的研究。20世纪70年代中期，以中频电视滤波器作为起点，研发并制作了品种繁多的滤波器和谐振器。20世纪80年代中期，由于竞争的激烈、价格下跌等原因，许多企业逐渐减少了研发开支或是终止了对SAW器件的研究和生产，SAW的研究步入了自发展以来的低潮。20世纪80年代末期，快速崛起的通信行业为SAW技术的研究带来了新的生机。随着市场的扩大，SAW技术的研

7、究不停的发展并取得斐然的成果。譬如：大批生产频率可以超过2．5GHz的SAW器件、实现了其在移动电话的天线双工器中的应用等。从20世纪70年代起，SAW器件以一种新型电子器件的身份飞速发展。迄今已研制出各种基于SAW技术的器件，并广泛应用于军事、国防和日常生活中。除此之外，SAW射频识别作为SAW技术另一个重要的新的应用方向，也被广泛的研究和发展。1．1．2印刷电子工艺的发展近几年蓬勃发展的印刷电子(PrimedElectronics，PE)，是采用影印(Gravure)、丝印(Screen)或喷墨(Ink-jet)等印刷方

8、式进行电子、光电子器件的实现，其通过将金属、无机和有机材料转移到基板上形成各种无源元件、有源元件及导线，从而实现全印刷电路。在传统的微电子工艺中，对金属线条的加工需要先将昂贵金属放置于真空中成膜，然后利用光刻(Lithography)等技术进行刻蚀等工艺，然而这样首先浪费了部分稀有的金属，