高阶兰姆波MEMS声表面波谐振器仿真研究.pdf

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1、第36卷第6期压电与声光Vo1．36NO．62014年12月PIEZOELECTRICS&AC0UST00PTICSDec．2014文章编号：1004—2474(2014)06—0876—04高阶兰姆波MEMS声表面波谐振器仿真研究陈鹏，张万里，彭斌，李川，舒琳，王瑜(电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川成都610054)摘要：以有限元法为基础，对高阶兰姆波型微机电系统(MEMS)声表面波谐振器进行了仿真。研究了压电材料及其厚度、si基底厚度对高阶兰姆波声速的影响规律，结果表明，A1N压电薄膜器件的高阶兰姆波的声速比ZnO和LiNbO。器件更大。

2、压电材料较薄时传播兰姆波，太厚时则传播瑞利波。高阶兰姆波的声速随着硅基底厚度增加而逐渐降低，并趋于一个稳定值。在此基础上，提出了在电极上方加载一层压电薄膜来提高兰姆波声速的器件结构，仿真结果表明，通过增加一层A1N薄膜，可提高高阶兰姆波的声速，进而提高器件的谐振频率。关键词：有限元法；声速；声表面波谐振器；高阶兰姆波；压电薄膜中图分类号：TN65文献标识码：ASimulationStudyofHigh—orderLambWaveMEMSSAWResonatorCHENPeng，ZHANGWanli，PENGBin，LIChuan，SHULin，WANGYu(S

3、tateKeyIab．ofElectronicThinFilmsandIntegratedDevices，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，Chengdu610054，China)Abstract：Basedonthefiniteelementmethod，thehighorderLambwaveMEMSSAWresonatorwassimulated．Theeffectsofpiezoelectricmaterial，thethicknessofpiezoelectricmaterialand

4、thethicknessofSisubstrateonthevelocityofhigh—orderLambwavewereresearched．Theresultsshowedthatthevelocityofhigh—orderLambwaveoftheAlNfilmresonatorwashigherthanthatoftheZnOorLiNbO3resonators．Lambwaveswereexcitedwhenthepiezoelectricfilmwasthinenough，butRayleighwaveswereexcitedwhenthepi

5、ezoelectricfilmwasthickenough．Thevelocityofhigh-orderLambwavetendedtObestablewiththeincreaseofthethicknessofSisubstrate．AstructureofdeviceswithalayerofpiezoelectricfilmontheIDTweredesignedandsimulated．Thesimulationre—suitsshowedthatthevelocityofhighorderLambwasincreasedbyaddingalaye

6、rofAlNfilmonIDT。thereby，theresonantfrequencyofdeviceswereincreased．Keywords：finiteelementmethod；velocityofacousticwave；surfaceacousticwaveresonator；highorderIarabwave；piezoelectricfilm液体密度传感器_7]。兰姆波具有无限个模式，其中0引言SO基模的声速在硅基较厚时，其声速衰减大，而高利用沉积在压电晶体上的又指换能器(IDT)可阶模式则可在具有较厚的硅基底上仍保持较高的声有效激励和

7、检测各种模式的表声波_】]，利用表声波速]，所以基于硅的MEMS工艺制作高阶兰姆波器对外界物理量敏感的特性可用于设计和开发各种传件引起了人们的极大兴趣ls。感器，如表声波气体传感器_2]、压力传感器r3]、温度本文研究了一种MEMS结构的高阶兰姆波声传感器等。随着现代通信向微波段发展，需要器波谐振器，采用有限元仿真法，研究了不同压电材料件的工作频率也越来越高。传统的瑞利波型压电薄及其厚度及不同硅基底厚度下高阶兰姆波声速的变膜表声波器件由于声速不高，要提高频率就要缩小化，在此基础上设计了一种提高高阶兰姆波声速的尺寸，这增加了工艺的难度。兰姆波型的表声波器器件结构

8、。件因具有高声速，能应用于液体环境，可