固-膜双层结构声表面波传播理论研究

摘要

本文首先对声表面波器件的原理、应用以及性能特点进行了介绍，以此为基础引出了研究多层结构声表面波器件的必要性，并介绍了几种研究多层结构声表面波器件的理论计算模型。重点研究了载流子能量传递理论模型和多层介质结构声波场理论模型，并利用编程软件分别对导电薄膜/压电基底的固-膜双层结构和压电薄膜/非压电基底的固-膜双层结构中声表面波传播特性进行了计算模拟。
　　在导电薄膜/压电基底的固-膜双层结构声表面波传播特性研究中，随着薄膜电导率的提升，声表面波的频率偏移量和波速偏移量单调上升，并且在薄膜电导率与压电基底共振电导率比值范围内时上升最快。而单位波数的衰减则是先上升后下0Csv降，并且在薄膜电导率和压电基底的共振电导率Csv0相等时达到最大值K2/4。
　　利用以上结果，计算了LiNbO3上镀CuPc掺杂PVP的薄膜掺杂比例对声波参数影响，以及基于金属酞菁材料制备的声表面波NO2传感器声波特性。得出随着CuPc与PVP质量比的上升，声表面波频率偏移量和声波衰减都在上升，并且当质量比在2:1和3:1之间时，频率偏移量和衰减上升最快。NO2传感器随着NO2浓度的上升，频率偏移量和损耗也都在升高，但上升趋势慢慢趋于平缓，在观察范围内器件的平均频率偏移量分辨率为4.4Hz/ppm。
　　在压电薄膜/非压电基底的固-膜双层结构中，本文以多层膜声波场理论为基础，利用刚度矩阵法求解了压电薄膜/非压电基底双层结构在四种不同激励条件下的有效介电常数公式，证明了计算过程中频率f和薄膜厚度h的代数对称关系。利用编程软件完成了利用有效介电常数计算ZnO/Diamond双层结构频散特性的编程，并将计算结果与国际上已发表的成果进行比较，验证了计算的正确性，对固-膜双层结构声表面波器件的设计和模拟具有理论指导意义。

目录

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1 绪 论

1.1 导 言

1.2 声表面波器件的研究概况

1.3 多层膜结构声表面波技术理论研究的发展

1.4 本文的研究意义及主要工作内容

2压电介质的基本性质

2.1 介电性质

2.2 弹性性质

2.3 压电效应与压电方程

3 压电介质中的声表面波

3.1 弹性波的波方程

3.2 压电介质中的耦合波方程

3.3 压电介质中的耦合波方程的解

4 双层结构声表面波传播理论

4.1 导 言

4.2 导电薄膜/压电基底双层结构声表面波传播特性研究

4.3 压电多层结构介质的声表面波场理论

4.4 压电薄膜/半无限基底多层结构介质的声波特性分析

5双层结构声表面波传播特性研究

5.1 导言

5.2 CuPc掺杂的PVP薄膜掺杂比例对声波参数影响模拟计算

5.3 声表面波NO2传感器声波特性研究

5.4 ZnO/Diamond双层介质结构声表面波传播特性研究

5.5 小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录A

附录B

附录C

附录D

在研期间的科研成果