传输矩阵法研究薄膜体声波谐振器

薄膜体声波谐振器(FBAR)以其工作频率高、体积小、便于集成和低插损等优良特性而得到广泛应用,对薄膜体声波器件理论设计与优化的研究成为研究热点.本文引入传输矩阵法研究薄膜体声波谐振器,利用该方法推导薄膜体声波谐振器的输入阻抗公式,并利用该公式研究了Al/AlN/Al结构的FBAR的谐振频率、有效机电耦合系数和谐振品质因数.结果证明,该阻抗公式可有效的用来设计或评价FBAR的谐振频率、有效机电耦合系数和谐振品质因数等重要参数.     

用一维Mason模型模拟薄膜体声波谐振器研究

采用一维Mason模型,研究体声波谐振器的频率特性,探讨压电薄膜AlN和上电极膜厚对谐振频率的影响,研究谐振区域的面积和声能在衬底中的损耗对品质因数的影响.     

协同共振型薄膜体声波谐振器研究

随着通信行业和微电子技术的快速发展,以及第5代移动通信技术(5G)的发展趋势越来越明晰,对高频段的微型化射频滤波器的性能提出了更高的要求.生产基于体声波谐振器的滤波器成为最具有应用前景的技术.基于大量研究,总结了固体装配型的体声波谐振器(Solidly Mounted Bulk Acoustic Resonator,SMR)的制备优化技术,在压电薄膜粗糙度优化的技术基础上,提出了AlN-ZnO协同共振型SMR器件,解决了氧化锌薄膜压电性能不佳、c轴择优取向较弱的问题,制备了相应的AlN-ZnO协同共振型SMR,取得了较好的器件性能参数.串联谐振点品质因数Qs为616.2,并联谐振点品质因数Qp为429.4,机电耦合系数k2eff为2.27%.为SMR的制备和量产提供了一个创新的方案.     

基于AlN压电层的薄膜体声波谐振器

以AlN薄膜为压电层,采用体硅微细加工工艺制备背空腔型结构薄膜体声波谐振器.材料测试结果表明,在优化溅射工艺下沉积的AlN薄膜具有(002)择优取向及良好的柱状晶结构.扫描电镜表征结果证实所制得空腔背部平滑且各向异性较好.用网络分析仪测试可知,所制得的谐振器具有较好的频率特性:谐振频率为2.537 GHz,机电耦合系数3.75%,串、并联品质因数分别为101.8、79.7.     

声学超表面的研究与应用进展

声学超表面是通过合理的设计规则以获得控制声波传播的新型人工结构,为声波的调控和处理提供了新的途径.阐述了声学超表面的相位调制机理,重点论述了包括空间卷绕型、Helmholtz谐振型、薄膜结构型以及其他类型超表面的不同概念和设计原理,并讨论了它们在异常反射/折射、聚焦、自弯曲等方面的相关研究及应用进展.最后,分别从超表面...     

北斗卫星导航系统体声波滤波器设计

随着无线通讯市场对微型化通信设备需求的增长,普通的声表面波滤波器已经无法满足集成化需求,一种具有更高谐振频率和稳定性的体声波滤波器应运而生。本文以薄膜体声波滤波器为模型,在ADS仿真基础上设计出了适用于北斗B1频点的窄带滤波器。滤波器频带范围为1550Mhz~1570Mhz,带外抑制48.8dB,插损3.1dB可以有效屏蔽GPS L1频段信号的干扰。     

分子力对机电耦合薄膜压力敏感元件振动的影响

本文将薄膜式微谐振压力传感器谐振子简化为对边简支对边自由机电耦合微薄膜谐振系统,给出了考虑分子力作用时微薄膜压力敏感元件机电耦合系统动力学方程,推导其振型方程及频率方程,研究了分子力对系统固有频率及自由振动的影响规律.结果表明:分子力对于机电耦合微薄膜的自由振动固有频率具有重要的影响.随着系统初始间隙的减小、工作电压的增大、微薄膜厚度的减小以及薄膜长度的增大,分子力对系统固有频率的影响更加显著.在低阶模态下,分子力对固有频率的影响变大,应该予以考虑.当初始间隙减小到0.1μm时,Casimir力对固有频率的影响比van der Waals力明显,必须考虑Casimir力的影响.论文有助于薄膜式微谐振压力传感器谐振子的动力学理论分析,研究结果对于MEMS压力传感器进一步小型化具有指导意义.     

谐振管形状对热声声场能量的影响

讨论了热声热机谐振管声场中基频能量的漂移现象,对不同形状谐振管中声场分布进行了理论研究,分析了声源在指数型号筒中输送声波的条件,指出其频率必须大于号筒截止频率.结果表明:a.指数型号筒具有抑制高低次谐波的作用;b.谐振管形状的配置原则为:在声源前面布置一段渐缩声管,然后依次是过渡声管、渐扩声管,这样就可以在谐振管中得到一定频带范围内(fc1＜f＜fc2)的声波频率,实现阻抗的匹配,符合整个声谐振管阻抗匹配要求;c.从实验上验证了把等截面谐振管变为变截面谐振管有助于对基频能量漂移的抑制.     

横向电场激励的剪切波AlN薄膜体声波谐振器

为了检测液体中的微量物质,研究了横向电场激励的剪切波固体装配型AlN薄膜体声波谐振器.器件以c轴择优取向的AlN薄膜作为压电层,电场由平行于压电薄膜表面的平行电极激发,三周期的1/4波长SiO2/W层交替排列构成了布拉格反射层.通过有限元分析计算了电场分布,设计了平行电极参数.结果表明：AlN薄膜具有良好的c轴择优取向,器件实现了稳定的2 GHz频率的单纯剪切波谐振,器件的品质因数Qs和Qp分别为434和393,等效机电耦合系数K2eff为0.97%,有效的横向电场激励和布拉格反射层的选频作用对纵波的抑制明显.这种谐振器非常有利于作为在液体环境中工作的生化传感器.     

ZnO薄膜的制备及其特性研究

采用射频磁控溅射技术生长出高质量（002）晶面取向的ZnO薄膜.通过XRD和AFM研究了射频功率和氧气比例对ZnO薄膜的结构和表面形貌的影响.研究结果显示,射频功率在50W下氧气比例为45%时,所生长的ZnO薄膜可以用于制作高质量的表面声波仪（SAW）.     

Optimization of PZT-Based Radio-Frequency Filters

Analytical solutions are presented for the wave equation for the electrode-piezoelectric-electrode sandwich structure in film bulk acoustic resonators (FBAR). The impedance for lead-zirconate-titanate (PZT)-based FBAR was derived using the proper boundary conditions and material parameters. A method is presented to adjust the resonant frequency based on the process and material properties. Ferroelectric-based radio-frequency filters were designed using FBARs. An accurate result is given for the filter impedance which can be used for other piezoelectric devices.     

压电技术在智能道路中应用研究现状

压电技术是一种新兴的绿色能源技术,在各领域都有着广泛的应用,特别是随着智能道路的发展,压电技术在公路中的应用日渐成熟。对于压电技术在智能道路中的应用进行介绍,主要包括压电能量收集系统和混凝土结构健康监测及交通监测技术,着重分析了如何通过压电技术进行能量收集储存为周边设施提供所需电能以及监测交通流量和混凝土内部结构是否有损伤等数据,从而降低交通事故发生频率,增加道路使用时间。对压电技术目前存在的问题进行了剖析并给出了适当的建议,使压电技术能够更全面、更高效地应用在道路中。     

主动式压电俘能电路研究分析

现有的压电俘能器大多是针对某一较窄频率范围内的振动情况而设计,但周围环境的频率范围非常宽泛且随时可能发生变化,导致一般俘能器很难实现能量俘获或俘能效率低,为了解决这一问题,设计了一种新的T型压电悬臂梁作为俘能装置。从结构设计和电路设计2方面出发,进行了静力学分析、模态分析和谐振分析,得出压电结构装置的固有频率和激振力频率等响应,对新型的主动式俘能电路进行设计,计算电路的功率损耗以及元器件损耗量。通过对主动式俘能电路进行计算仿真验证,以及对主动技术和被动技术进行对比分析,得到主动技术所获得的最大功率是被动技术的5倍。由此可知,运用电压控制型主动边界控制方法进行接口电路设计,主动利用每个压电换能周期中触发的电学边界条件,可有效增加输入压电俘能器的机械能,进而增大输出的电能。该研究创新了利用压电材料主动俘能的方式,对压电俘能的发展有积极的促进作用。     

低温烧结改性PbTiO3压电陶瓷制备工艺研究

研究了添加少量低熔物SiO2作烧结促进剂的的低温烧结改性PbTiO3压电陶瓷的制备工艺,确定出能充分挖掘其优良性能的较佳工艺参数。在此工艺扌制备的陶瓷具有低烧结温度、高压电活性、大压电各向异性、高机械品质因数等优点,可应用于叠层压电降压变压器、叠层压电陶瓷滤波器等叠层压电器件方面。     

基于风致振动效应的压电能量收集器技术

在新型环境能量收集技术领域,风能和压电能量收集已成为一个研究热点,通过利用风能转化为振动能量,即风致振动效应是一个新的研究方向.为给风致振动效应的压电能量收集器的研究和应用提供参考,综合分析中外基于风致振动效应的压电能量收集器的研究现状和发展趋势.结果表明,风能到振动能量的转化过程主要以颤振、驰振和共振腔型的风致振动能量为主,振动能量到电能的转化过程以压电效应为主,磁电和摩擦发电为辅,对于要求高功率密度和高发电能量的场所,以共振腔型风致振动能量收集为主要的发展趋向.     

压电材料中的反平面抛物线型裂纹问题

运用复变函数方法针对电可渗透性边界条件下受远场均布剪切应力和平面内电场作用下的无限大压电体中含有抛线型裂纹的相关断裂特性问题进行研究．首先,就求解压电材料中孔洞缺陷问题时采用的特殊形式的级数的有效性进行了证明,对于单个孔洞的特殊情况给出了其场解的表达式．然后,将抛物线型裂纹保形映照到单位圆,运用前述推导的形式解进行了求解,并给出了裂纹尖端处力学及其电场的强度因子．     

Effect of Packaging Material on Piezoelectric Response of Sensor with Electrospinning Polyvinylidene Fluoride( PVDF) Nanofiber Web

The polyvinylidene fluoride(PVDF)nanofiber web by electrospinning technology has the characteristics of fast response,high sensitivity,wide range of pressure,etc.,and provides new sensitive materials for the sensor testing the dynamic pressure such as foot pressure during walking.Because of the nanofiber mesh structure,it must be packaged to collect piezoelectric charge and bear strong mechanical behavior before industrial practice.The PVDF nanofiber web is usually packaged by incorporating a pair of flexible electrode as well as the lead of signal output.This present work will introduce the detailed packaging process and technology of PVDF nanofiber web,and three different types of packaging electrode materials(adhesive copper foil tape,indium tin oxide(ITO)thin plate,and adhesive conductive cloth)in previously published literatures are compared by the piezoelectric response of their sensor prototypes to a periodic mechanical activation.The results showed that the surface property of packaging material had a significant effect on the piezoelectric response of sensor by PVDF nanofiber web.For PVDF nanofiber web sensor,therefore,it needed a deep investigation on the specific packaging technology in terms of different working conditions.     

主被动耦合防/除冰技术及能耗控制研究进展

随着航空工业的不断发展,对于飞机表面防/除冰技术提出了更高效、更低能耗、更大面积的需求。从现有主动防/除冰技术和被动防/除冰技术出发,主要具体介绍了电热除冰、压电除冰、超疏水表面和低界面韧性涂层等技术。简要介绍了不同技术的除冰机理,总结了各项技术的研究现状,并对比分析了各类防/除冰技术的优势与不足。虽然各项技术均有良好的防/除冰效果,但仍然受到能耗高、效率低、除冰不彻底等问题的限制。而主被动耦合除冰技术能有效地综合各自的技术优势,同时补足各自的劣势,表现出更加优异的除冰效果,近年来相关研究受到广泛关注,其中重点介绍了超疏水表面耦合电热除冰技术。面对飞机大面积、高效、快速、低能的表面防除冰需求,考虑到压电除冰的低能耗和低界面韧性涂层在大面积积冰条件下的优势,提出低界面韧性涂层耦合压电材料除冰技术具有重要的研究意义。     

压电陶瓷电性能老化问题的研究

压电陶瓷的电性能老化问题对对压电陶瓷的理论研究和应用都具有重要的意义,这篇论文阐述了压电陶瓷的老化机理,研究了影响老化的因素和温度、压力、电场和生产工艺,提出了防止电性能老化、改善制品质量的措施。     

无铅压电陶瓷研究进展

无铅压电陶瓷的研究和开发是当前压电铁电材料领域的研究热点之一.综述了Bi0.5Na0.5TiO3基、K1-xNaxNbO3基、铋层状结构、钨青铜结构及BaTiO3基5类无铅压电陶瓷的研究进展,分析和评价了陶瓷体系、改性方法、制备工艺及陶瓷的压电铁电性能,重点讨论了Bi0.5Na0.5TiO3基与K1-xNaxNbO3基无铅压电陶瓷的体系构建、相变特性及电学性能的温度稳定性等关键科学和技术问题,并就无铅压电陶瓷今后的研究开发提出了几点建议.