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《低损耗高Q值声表面波谐振器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、研究与开发电讯技术2004年第5期RESEARCH&DEVELOPMENT文章编号:1001-893X(2004)05-0128-04X低损耗高Q值声表面波谐振器周 卫(电子科技大学微电子与固体电子学院,四川成都610054)摘 要:介绍了低损耗高Q值声表面瑞利波和声表面横波谐振器的原理、结构、制作和关键的设计参数,以及实验结果。其中双端声表面瑞利波谐振器的有载Q值可达5000以上,无载Q值可达20000以上。关键词:声表面波器件;器件谐振器;品质因素(Q值);损耗中图分类号:TN65文献标识码:ASurfaceAcousticWaveRason
2、atorswithLowLossandHighQFactorZHOUWei(SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu610054,China)Abstract:Thispaperintroducesthetheory,structure,manufacture,keydesignparameters,andexperimentre2sultofsurfaceacousticR
3、ayleighwaveandsurfacetransversewaverasonators.TheloadQoftwo-portsurfacea2cousticRayleighwaverasonatorscanreachmorethan5000,andunloadmorethan20000.Keywords:SAWdevices;Rasonator;Qualityfactor(Qfactor);Loss面波谐振器的P矩阵和声表面波反射器理论,使在一、前 言声表面波叉指换能器接收端上的信号能量达95%以上,从而实现低损耗目标。早在1885年瑞利(
4、LordRayleigh)就发表了声表在微波谐振器中,边界处总的电磁反射由金属面波理论,但至到1965年才有人通过在压电基片上板实现,表面波反射却不相同。椭圆形瑞利波在水制作金属条的叉指换能器(InterdigitalTransducer,平和垂直方向之间有90°相移,在压电表面上的单个IDT)可有效地激励和检测声表面波(瑞利波)。随后金属条不能同时满足反射条件,因此压电基片表面声表面波器件在美国、日本、德国、英国和中国得到的单个反射单元不导致总SAW反射。实际上,SAW了迅猛发展,声表面横波谐振器(STW)却是至到反射栅可用几百个甚至上千个近似
5、相同的反射器单1987年才首次有报导。[2,3]元来达到接近总SAW反射。SAW谐振器设计主要应用是基于瑞利波型,目前高频率声表面波谐二、原 理振器采用在两换能器之间加入隔离板的结构(见图声表面波(SAW)器件的基本工作原理是根据声1所示)的表面横波形式,结构均是在温度稳定度高[1]电转换理论,使声信号转换为电信号。根据声表的石英基片上。X收稿日期:2004-01-05·128·研究与开发电讯技术2004年第5期RESEARCH&DEVELOPMENT声表面波反射栅由周期的、空间不连续的单元(1)组成,这些组成简单的开路或短路薄膜金属条(或两Q
6、L=fr/Δf-3dB(2)种组成)沉积在压电基片表面,或在基片表面刻蚀沟Q=Q/[1-10-(IL/20)](3)UL槽。 其中:λ为声波波长ν,为声波传播速度,QL为要求总反射的条(或沟槽)数依赖于反射机械耦有载品质因素,Δf-3dB为3dB带宽,QU为无载品质合系数、压电短路域,例如,在ST-石英基片上,近因素。乎上千条栅单元可获得要求的反射系数幅度
7、ρ
8、近似于
9、1
10、,而在铌酸锂基片上,由于其机电耦合系数四、设计参数大,仅仅二三百条反射栅单元就可满足要求。二端声表面瑞利波谐振器有2个声表面波叉指低损耗、高Q值声表面波谐振器设计参数包括换能
11、器,2个声表面波叉指换能器的两边采用具有基片类型、反射栅型、反射栅数目、在栅结构中的衍反射作用的反射栅,使从叉指换能器两外端口传输射和其它损耗。出的信号被反射栅反射回到叉指换能器中。根据声表面波二端谐振器理论,适当选择反射栅的指对数,使反射回到叉指换能器信号与从叉指换能器泄漏的信号的比率达99%以上。其具体设计数据见表1(在ST-石英晶体基片上),图型如图2所示。表1 二端口(two-port)声表面瑞利波谐振器设计参数声速(υ)3147m/s谐振频率(f)60MHz图1 声表面波横谐振器结构及关键参数图〗IDT数目2波长(λ)56μm三、模型和
12、等效电路IDT指对数150孔径深度60λ声表面瑞利波双端谐振器结构如图2所示,在中间间隙40λ反射栅指条数500两反射器阵列中插入两个结
