基于SiO2/ZnO/SiO2/SiC复合结构瑞利波谐振器设计*

刘智荣， 谢立强， 朱 敏， 包文岐

(陆军工程大学 国防工程学院,江苏 南京 210007)

0 引 言

谐振器也被称为叉指换能器，主要用于在压电基片表面激励和检测声表面波，它是构成声表面波器件的关键元件之一，它的特性很大程度上影响和决定着器件的性能。近些年，随着声表面波器件应用的逐渐广泛，对器件的性能提出了更高的要求[1,2]，而根据现有研究结果表明，单靠一种压电材料制作谐振器来实现器件的高性能指标尤为困难。因此，关于压电薄膜与非压电材料组成的复合结构的研究渐渐成了焦点[3,4]。

关于ZnO/SiO2/非压电基底材料的复合结构已有很多研究成果。Caliendo C等人通过理论和实验分析了声表面波沿ZnO/SiO2/Si压电结构传播的特性，并仿真分析了该结构在不同谐振频率下对气体的敏感性差异[5]。王艳等人采用有限元法分析了双层SiO2薄膜对ZnO/Si结构声表面延迟线所激发瑞利波特性的影响[6]。Lu Z T等人采用有限元法分析了ZnO/SiO2/SiC结构的声表面波传播特性，验证了该结构在高温、高频环境下的稳定性[7]。Nakahata H等人分别从理论和实验角度验证了吉赫(GHz)频率下声表面波在SiO2/ZnO/金刚石结构中良好的传播特性[8]。

关于ZnO/SiC复合结构中引入双层SiO2薄膜制作高声速、高机电耦合系数的瑞利波谐振器，目前还未发现有详细的研究。本文利用Comsol有限元软件对ZnO/SiC,ZnO/SiO2/SiC和SiO2/ZnO/SiC这3种不同复合结构的谐振器进行了仿真，讨论分析了SiO2薄膜不同位置和厚度对瑞利波相速度、机电耦合系数的影响，最终指导设计并验证了基于SiO2/ZnO/SiO2/SiC复合结构制作出高声速、高机电耦合系数瑞利波谐振器的可行性。……