基于负泊松比磁致伸缩衬底的磁声表面波谐振器研究
发布时间：2023-02-14 09:01
近年来,人们致力于将层状磁电材料和声表面波技术相结合来实现磁场探测,研究磁电声表面波在磁传感领域有着十分重要的学术意义和应用价值。本论文提出了一种基于ScAlN/FeGa多层结构的集成化磁声表面波谐振器,可用于直流和宽频磁场的高灵敏度探测。本论文的主要工作如下:首先,从各向异性介质中任意方向的弹性模量出发,得到了FeGa晶体的杨氏模量三维各向异性图像,梳理了应力和磁致负泊松比效应及其机理,然后计算各向异性介质中的弹性波,得到不同成分FeGa合金面内和对角面内的慢度曲线,讨论了负泊松比对慢度曲线的影响。其次,采用数值分析和有限元仿真软件计算了ScAlN/FeGa半无限异质结构中瑞利波在不同方向传播的频散曲线、机电耦合系数和截止频率。计算结果表明:瑞利波在Fe81.3Ga18.7(001)[100]方向传播时,谐振频率和压电薄膜厚度乘积fh的截止值仅为0.3 GHz·μm,相速度vp变化范围为2175～2250 m/s,机电耦合系数K2变化范围为0～0.4%;而在具有负泊松比的Fe81.3
【文章页数】：106 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 磁电声表面波器件的研究现状
1.3 本论文的研究内容和工作安排
第二章 各向异性介质弹性波理论
2.1 各向异性介质弹性模量
2.1.1 弹性常数与各种模量的关系
2.1.2 FeGa晶体任意方向的弹性模量
2.1.3 立方晶体的杨氏模量各向异性图像
2.2 负泊松比理论及特性
2.2.1 负泊松比效应
2.2.2 应力所致FeGa合金的负泊松比效应
2.2.3 磁致FeGa合金的负泊松比效应
2.3 各向异性弹性波计算
2.3.1 克里斯托费尔方程
2.3.2 各向异性弹性波慢度曲线
2.3.3 不同成分Fe1-xGax中的弹性波慢度曲线
2.4 本章小结
第三章 ScAlN/FeGa声表面波谐振器的仿真和设计
3.1 概述
3.2 多层复合结构的理论计算方法
3.2.1 负泊松比FeGa合金衬底弹性参数确定
3.2.2 COMSOL Multiphisics有限元分析法
3.2.3 散射矩阵法计算多层结构理论
3.3 ScAlN/FeGa半无限基底的声表面波传播特性
3.3.1 (001)[100]Fe1-xGax衬底
3.3.2 (001)[110]Fe1-xGax衬底
3.3.3 SAW在不同方向传播时质点位移(振型)
3.3.4 ScAlN/Fe1-xGax的声表面波截止波速与截止频率
3.3.5 FeGa负泊松比效应对MESAW的影响
3.4 声表面波谐振器的叉指结构
3.5 本章小结
第四章 FeGa合金基片上ScAlN薄膜制备研究
4.1 FeGa合金基片处理和性能测试
4.1.1 FeGa基片前处理
4.1.2 FeGa基片性能测试
4.1.3 FeGa合金M-H测试
4.1.4 FeGa晶体的ΔE效应
4.2 压电层的制备
4.2.1 ScAlN薄膜的性质
4.2.2 ScAlN薄膜的制备与表征
4.3 FeGa合金基底上制备ScAlN压电薄膜
4.4 金属基上所沉积氮化物薄膜附着力性能研究
4.4.1 影响薄膜附着性的因素
4.4.2 ScAlN/FeGa薄膜附着力测试
4.5 本章小结
第五章 ScAlN/FeGa声表面波谐振器的制备和分析测试
5.1 叉指换能器制备流程和工艺优化
5.2 谐振器的测试结果分析
5.2.1 声表面波谐振器的测试分析
5.2.2 谐振器磁场灵敏度分析
5.3 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
附录A：弹性张量矩阵
附录B：压电矩阵表达式
附录C：Fe1-xGax合金经Bond变换后的弹性矩阵
附录D：ScAlN/Fe1-xGax结构中SAW沿[110]方向传播的色散曲线
攻读硕士学位期间取得的成果
本文编号：3742334
【文章页数】：106 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 磁电声表面波器件的研究现状
1.3 本论文的研究内容和工作安排
第二章 各向异性介质弹性波理论
2.1 各向异性介质弹性模量
2.1.1 弹性常数与各种模量的关系
2.1.2 FeGa晶体任意方向的弹性模量
2.1.3 立方晶体的杨氏模量各向异性图像
2.2 负泊松比理论及特性
2.2.1 负泊松比效应
2.2.2 应力所致FeGa合金的负泊松比效应
2.2.3 磁致FeGa合金的负泊松比效应
2.3 各向异性弹性波计算
2.3.1 克里斯托费尔方程
2.3.2 各向异性弹性波慢度曲线
2.3.3 不同成分Fe1-xGax中的弹性波慢度曲线
2.4 本章小结
第三章 ScAlN/FeGa声表面波谐振器的仿真和设计
3.1 概述
3.2 多层复合结构的理论计算方法
3.2.1 负泊松比FeGa合金衬底弹性参数确定
3.2.2 COMSOL Multiphisics有限元分析法
3.2.3 散射矩阵法计算多层结构理论
3.3 ScAlN/FeGa半无限基底的声表面波传播特性
3.3.1 (001)[100]Fe1-xGax衬底
3.3.2 (001)[110]Fe1-xGax衬底
3.3.3 SAW在不同方向传播时质点位移(振型)
3.3.4 ScAlN/Fe1-xGax的声表面波截止波速与截止频率
3.3.5 FeGa负泊松比效应对MESAW的影响
3.4 声表面波谐振器的叉指结构
3.5 本章小结
第四章 FeGa合金基片上ScAlN薄膜制备研究
4.1 FeGa合金基片处理和性能测试
4.1.1 FeGa基片前处理
4.1.2 FeGa基片性能测试
4.1.3 FeGa合金M-H测试
4.1.4 FeGa晶体的ΔE效应
4.2 压电层的制备
4.2.1 ScAlN薄膜的性质
4.2.2 ScAlN薄膜的制备与表征
4.3 FeGa合金基底上制备ScAlN压电薄膜
4.4 金属基上所沉积氮化物薄膜附着力性能研究
4.4.1 影响薄膜附着性的因素
4.4.2 ScAlN/FeGa薄膜附着力测试
4.5 本章小结
第五章 ScAlN/FeGa声表面波谐振器的制备和分析测试
5.1 叉指换能器制备流程和工艺优化
5.2 谐振器的测试结果分析
5.2.1 声表面波谐振器的测试分析
5.2.2 谐振器磁场灵敏度分析
5.3 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
附录A：弹性张量矩阵
附录B：压电矩阵表达式
附录C：Fe1-xGax合金经Bond变换后的弹性矩阵
附录D：ScAlN/Fe1-xGax结构中SAW沿[110]方向传播的色散曲线
攻读硕士学位期间取得的成果
本文编号：3742334
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3742334.html
