论文摘要
现代电子技术的发展促使声表面波器件不断向着小型化和高频化的方向发展。声表面波器件工作频率的不断提高和现有的工艺水平构成了矛盾。一方面高频声表面波器件的叉指换能器指条线宽极小;另一方面就现有的工艺水平来讲,当叉指换能器的指条线宽小到一定程度后要做得更小将十分困难。解决上述矛盾的一种有效办法就是研制高声速声表面波器件,因为相同频率下用高声速材料做成的声表面波器件比用石英晶体等传统材料做成的声表面波器件的叉指换能器指条线宽大。为了获得波速较高的声表面波,人们通常使用含有诸如氮化铝或金刚石等硬质材料层的多层压电结构。我们对含有金刚石层的多层压电结构中声表面波的传播特性进行了分析,计算了不同情况下声表面波的波速。通过在弹性固体的本构关系中插入粘性项,我们分析了覆盖有电极层时压电晶体的粘性耗散对声表面波传播速度的影响,这对精确分析高频声表面波器件有重要的意义。在机械振动情况下,我们对多层结构中声表面波的研究表明,声表面波的波速会随着氧化锌压电薄膜层厚度的增大而减小,这正是人们使用金刚石等硬质材料来制作多层结构声表面波器件的原因。考虑压电效应后,通过耦合波动方程我们进一步分析了多层压电结构中声表面波的传播特性。对以硅作为基体的氧化锌/金刚石/硅多层压电结构,我们分别固定金刚石薄膜层和氧化锌压电层的厚度,然后分析声表面波的波速随着另一层的厚度变化而变化的规律。研究表明,在一定范围内声表面波的波速随着压电层厚度的增大而减小,随着金刚石薄膜层厚度的增大而增大,这为在产品设计过程中对声表面波器件的结构参数进行估算从而确定各层的厚度提供了方便。本文的分析方法可以使应用多层压电结构来制作声表面波器件的设计者在产品设计初期就估算出器件的结构参数,从而达到优化设计的目的,因此本文的研究对多层压电结构声表面波器件的设计及制造很有帮助。我们建立的多层压电结构中声表面波的分析方法也为进一步地应用有限元方法分析多层压电结构中的声表面波的传播特性打下了基础。