硅酸镓镧晶体上优化的压力敏感切向.pdfVIP

202 中国科学 E 辑 信息科学 2006, 36(2): 202~209 硅酸镓镧晶体上优化的压力敏感切向* ** 韩 韬 吉小军 施文康 (上海交通大学电子信息与电气工程学院, 上海 200240) 摘要 硅酸镓镧晶体良好的温度特性 相对大机电耦合系数以及高温稳定性等 特点, 使得利用其制作高温压力传感器具有独特的优势. 为了研究 SAW 谐振频 率与外界压力扰动的关系, 在相对于参考状态的Lagrange 坐标描述下, 结合叠加 偏载的电弹方程和一阶微扰方程, 将偏载和扰动引起的机械弹性扰动和压电项 同时考虑在内, 得到了适用于强压电性基片, 常温或高温情况下的通用声表面波 压力敏感模型. 提出了研究声表面波压力传感器敏感基片优化选择的基本准则 和需要综合考虑的性能指标( 高机电系数和低温度延迟系数). 全面分析了三旋硅 酸镓镧压电晶体上分别适用于常温和高温条件下的声表面波压力传感器使用的 优化切向. 其中, 适合常温SAW 压力传感器使用的优化基片切向: 1: f = 0°~0.6°, q = 144.4°~145.8°, y =23.2°~24.1°; 2: f = 59.4°~61°, q = 34.2°~36.2°, y =24.1°~22.3°; 3: f = 119°~120°, q = 143.8°~145.5°, y =22.3°~23.5°. 适合高温SAW 压力传感器应用的基片优化切向: : f = 8°~30°, q = 24°~36°, y =4°~25°; : f = 30°~55°, q = 144°~158°, y =4°~28°. 利用(0, 150°, 22°)和(0, 90°, 0)两种切向进行了实验验证, 证明理论计算结果 与实验值吻合. 关键词 声表面波 硅酸镓镧 压力敏感 高温 硅酸镓镧(LGS)单晶有良好的温度特性 机电耦合系数是石英的 2~3 倍. 此 外, LGS 晶体还有一个显著特点, 就是从室温直到熔点(1470 )之间没有任何相 变发生. 最近Hornsteiner 等人对LGS 制作的声表面波(SAW)延迟线的温度特性及 收稿日期: 2004-12-22; 接受日期: 2005-11-24 * 国家自然科学基金(批准号: ** E-mail: than@ SCIENCE IN CHINA Ser. E Information Sciences 万方数据 第2 期 韩 韬等: 硅酸镓镧晶体上优化的压力敏感切向 203 插损从室温一直测试到 1060 , 实验发现引起器件性能退化的原因不是基片材 [1] 料, 而是器件的封装 . Fritze 及Cunha 等人还利用LGS 研制了高温微天平和气 [2,3] 体传感器 . 目前, 国际上利用6H-SiC 制作的高温压力传感器仅能承受500 的 [4] 高温 . 因此, 利用LGS 晶体制作高温压力传感器具有独特的优势. 有很多学者采用Tiersten 和Sinha 的微扰理论研究过石英和硅酸镓镧晶体上 [5~8] 的温度和压力敏感切向 .