ZnO单晶声表面波谐振器传播特性的研究-光学工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 研究生签名： 日期： 南京邮电大学学位论文使用授权声明 本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文 档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索； 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。 涉密学位论文在解密后适用本授权书。 研究生签名： 导师签名： 日期： 摘要 声表面波器件体积小、能耗低，相较于传统 LC 滤波器在处理信号方面更加简单、方便。 随着 4G 的正式商用和大数据时代的到来，未来通信行业已经进入高频、大带宽的时代，声 表面波器件也将朝着这一趋势不断发展。因此需要在声表面波器件的结构设计上做出改进， 同时寻找性能更加优异的压电材料。而 ZnO 单晶作为一种新型的压电材料，由于其较高的机 电耦合系数在设计大带宽的器件方面有很大的优势。 本文首先介绍了声表面波理论、叉指换能器以及压电材料的发展历史、工作原理；然后 介绍了声表面波谐振器的结构和工作原理，并基于有限元压电材料中表面波传播的有限元分 析原理，利用有限元分析软件 COMSOL 对 ZnO 单晶声表面波谐振器进行多物理域耦合建模 与仿真，提取出了符合声表面波振型的对称模态变形图和反对称模态变形图。通过谐振频率 分析，计算出了 ZnO 单晶的相速度 v=2683.9m/s 和机电耦合系数 k2=0.816%；通过频率响应 分析，得出谐振器输入导纳、阻抗与频率之间的关系图；还讨论了叉指换能器的结构对 ZnO 单晶声表面波谐振器工作频率的影响，得出输入输出 IDT 的叉指对数越多，插入损耗越小， 即信号衰减越小，但是器件的“3dB”带宽也会越小。还设计了一种符合国内外标准的 ZnO 单晶声表面波谐振器，并探索设计出高频段（工作频率在 2GHz 左右）的声表面波谐振器。 最后探讨了 ZnO 单晶声表面波谐振器在压力传感方面的应用。 关键词：ZnO 单晶，声表面波，叉指换能器，谐振器，压力传感器 I Abstract Surface acoustic wave devices have many advantages such as smaller volume, lower energy consumption. Compared to the traditional LC filters, SAW devices run more conveniently and simply in signal processing. The commercial application of 4G promotes the approaching communication field into a high frequency, big bandwidth times. Also, the development of the SAW devices shows the same trend into high frequency and big bandwidth. Furthermore, the growing big data accelerates the speed of the development. In order to keep up with the trend, SAW devices need to be improved, including the use of advanced structure and excellent piezoelectric material. A new piezoelectric material ZnO single crystal is being known gradually due to its bigger electromechanical coupling coefficient which has good performance in the fabrication of big bandwidth devices. Firstly, this pape