基于AlN薄膜的SAW延迟线设计方法研究

作     者：邓开乐 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王代强

授予年度：2017年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：SAW延迟线 椭圆型换能器 倒相换能器 幅频响应 群延时 

摘      要：得益于声表面波（Surface Acoustic Wave,SAW）技术和半导体工艺技术的蓬勃发展,SAW器件在雷达、通信、电子对抗和电视等领域得到了越来越广泛的应用。与此同时,日益迅猛发展的无线通信技术,特别是移动通信技术的发展,要求SAW器件具有较低的插入损耗和较高的工作频率;声表面波延迟线作为一种信号处理器件,其作用是将电信号延迟一段时间。而采用传统压电材料制作的声表面波延迟线的插入损耗都是比较大的,而且难以实现高频化。因此,应用高声速压电薄膜材料制作低插损的声表面波延迟线是一种必然趋势。本课题在此研究背景的基础上,使用高声速压电薄膜材料—AlN压电薄膜实现高频化、低插损的声表面波延迟线的理论研究、结构及参数设计、建模仿真与分析,主要研究内容有一下几点:1.介绍了声表面波技术的理论、特点和发展历程,声表面波延迟线的种类、应用和国内外声表面波延迟线的研究现状;2.研究了声表面波延迟线的工作原理,简要分析了声表面波在压电薄膜表面的传播特性,重点介绍了声表面波叉指换能器的三个基本的物理分析模型—δ函数模型、P矩阵模型和脉冲响应模型,并通过这些理论模型进行了叉指换能器结构参数的研究与设计;3.介绍了AlN压电薄膜的电学性质和表征参数,包括介电常数、压电常数和机电耦合系数,研究了基于AlN薄膜的多条耦合器的理论与设计方法,并得到了在IDT/AlN/Diamond结构下,多条耦合器能实现声表面波能量由一通道完全转换到另一个通道时所需的金属条数;4.对椭圆型换能器和改进倒相换能器声表面波延迟线的结构参数进行设计,采用仿真软件对基于IDT/AlN/Diamond结构和采用多条耦合器的椭圆型IDT声表面波延迟线,以及基于IDT/AlN/Silicon结构的倒相换能器声表面波延迟线进行了建模仿真;5.基于群延时理论,结合仿真软件对第四点中的两种声表面波延迟线的群延时特性进行了研究,并得到器件相应的群延时仿真曲线。