基于压电/磁致伸缩层状复合薄膜的磁电声表面波谐振器的研究

发布时间：2021-10-09 03:50

　　本论文针对现阶段磁场传感器灵敏度不高、体积大等问题,提出基于磁电复合多层膜结构和声表面波结合的技术实现磁场探测的声表面波谐振器。本论文的声表面波谐振器是基于ScAlN/FeGa磁电复合多层膜结构,可以应用于直流或者低频磁场环境的探测。本论文的主要的研究内容有:1、采用散射矩阵法和COMSOL Multiphysics两种方法分别计算了ScAl N/FeGa多层结构的传播特性,包括瑞利波的频散曲线和机电耦合系数以及截止杨氏模量。散射矩阵法计算结果表明ScAlN/FeGa多层结构在谐振频率和压电薄膜厚度的乘积f*hScAlN小于0.32GHZ?μm区间内声表面波波速的变化范围为2089m/s到2249m/s,机电耦合系数从0.2%增加至0.8%,然后又降低至0.02%。多层膜结构存在一个杨氏模量下限,低于截止杨氏模量,SAW不能激发,因此需将f*hSc AlN的值限制在0.29GHZ.μm以下的区间。COMSOL仿真结果与散射矩阵方法得到的声表面波波速和机电耦合系数的结果一致,验证了计算的正确性。2、采用射频磁控溅射镀膜制备了AlN薄膜,在此基础上使用贴片靶材制备Sc含量不同的ScAlN薄... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 声表面波器件的国内外发展现状
    1.3 本论文的研究内容和工作安排
第二章 压电薄膜的制备和分析方式
    2.1 ScAlN薄膜
    2.2 薄膜分析方式
        2.2.1 结晶质量测试
        2.2.2 薄膜成分和厚度分析
    2.3 压电薄膜的制备
        2.3.1 薄膜的制备方式
        2.3.2 ScAlN薄膜的制备流程
        2.3.3 Sc掺杂AlN薄膜的靶材处理
    2.4 本章总结
第三章 多层膜结构及声表面波谐振器的仿真和设计
    3.1 概述
    3.2 多层膜结构的理论计算方法
        3.2.1 ScAlN参数正确性验证
        3.2.2 散射矩阵法计算多层结构
    3.3 ScAlN/FeGa半无限基底的声表面波传播特性
        3.3.1 散射矩阵计算结果
        3.3.2 COMSOL Multiphisics有限元分析验证
        3.3.3 ZnO/FeGa多层结构传播特性
    3.4 声表面波谐振器的叉指结构
    3.5 本章总结
第四章 声表面波谐振器的压电薄膜的实验条件研究
    4.1 溅射工艺于AlN薄膜的影响
        4.1.1 溅射功率对于AlN薄膜的性能影响
        4.1.2 溅射气压对于AlN薄膜的性能影响
        4.1.3 溅射氮氩比对于AlN薄膜的性能影响
    4.2 溅射工艺对ScAlN薄膜的影响
        4.2.1 溅射功率对于ScAlN薄膜的性能影响
        4.2.2 溅射气压对于ScAlN薄膜的性能影响
        4.2.3 溅射氮氩比对于ScAlN薄膜的性能影响
        4.2.4 溅射DC偏压对于ScAlN薄膜的性能影响
    4.3 Sc含量不同对于ScAlN薄膜的影响
        4.3.1 不同Sc含量对ScAlN薄膜的生长速率的影响
        4.3.2 不同Sc含量对ScAlN薄膜的晶体结构的影响
    4.4 本章小结
第五章 磁电声表面波谐振器的制备和测试
    5.1 制备流程和工艺
    5.2 多层结构基片处理
        5.2.1 FeGa抛光处理
        5.2.2 Metglass2605SA1的抛光处理
        5.2.3 FeGa的ΔE效应测试
    5.3 叉指换能器的工艺探索
    5.4 谐振器的测试结果分析
    5.5 本章小结
第六章 结论和展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录
硕士期间所取得的研究成果



本文编号：3425577