c軸傾斜的壓電薄膜結構中的體聲波研究

《c軸傾斜的壓電薄膜結構中的體聲波研究》是依託寧波大學，由杜建科擔任負責人的國家自然科學基金資助面上項目。

基本介紹

• 中文名：c軸傾斜的壓電薄膜結構中的體聲波研究
• 依託單位：寧波大學
• 項目負責人：杜建科
• 項目類別：面上項目

項目簡介

c軸傾斜的ZnO、AlN等六方晶系（6mm）壓電薄膜結構中的體聲波在生物化學感測領域具有重要套用前景。本項目依據壓電彈性理論，結合粘彈性力學和流體力學，深入研究c軸傾斜的壓電薄膜結構中體聲波傳播特性，建立體聲波傳播的分析方法並探究晶體對稱性、材料性能、電極厚度、界麵條件等對模態、頻率、機電耦合係數、品質因數和阻抗等的影響；分析c軸傾斜的壓電薄膜結構中純剪下體波模態的影響因素以及Zig-Zag或其他形式的多層壓電薄膜結構的體聲波和Brag反射層、複雜界面、金屬電極對體聲波傳播的作用；深入探究液體環境中壓電薄膜結構中的體聲波及其與吸附膜的相互作用並考慮吸附膜性質的粘彈特性和梯度變化；進一步研究分布質量載荷、非均勻質量載荷對薄膜體聲波的影響；分析加速度和初應力等因素對諧振器體聲波傳播模態和頻率的效應，從而為c軸傾斜的壓電薄膜體聲波諧振器設計提供重要的分析方法和參考依據。

結題摘要

本項目研究了多種複雜因素作用下壓電薄膜結構中體聲波傳播特性，為壓電薄膜體聲波諧振器的設計提供重要參考依據。研究了均勻分布的陣列微直梁對c軸傾斜的ZnO壓電薄膜結構中體聲波的作用，獲得了其諧振頻率，揭示了微直梁的幾何參數變化對諧振特性的影響。我們提出了一種新的壓電陀螺儀結構，由c軸傾斜的兩層AlN構成，其輸出電壓對多個參數敏感，分析了角速度對振動頻率的影響。AlN和ZnO薄膜有利於做出比石英晶體和鈮酸鋰晶體更小的陀螺儀。研究了具有粘性流體的c軸傾斜的壓電薄膜結構中體聲波特性，獲得粘性係數與體聲波頻率特性之間的關係，其結果有助於研製高靈敏度流體感測器。研究了具有粘彈性吸附膜的壓電薄膜結構對體聲波效應，採用Kelvin模型描述粘彈性層的本構關係。進一步考慮了壓電材料的粘性對振動頻率的影響，發現材料粘彈性顯著影響體聲波振動特性。研究了具有布拉格反射層的固體裝配型的薄膜體聲波諧振器體波特性，分析了布拉格反射層以及電極對於振動頻率的作用。研究了具有叉指電極的薄膜體聲波濾波器的振動特性，濾波器由矽基體上的AlN或者ZnO薄膜構成，具有接地電極和驅動電極，工作於厚度伸展振動模態。分析得到了諧振頻率和模態等振動特徵，揭示了幾何參數對振動特性的影響，發現對適當設計的濾波器存在能陷模態，其振動在電極附近較強，而隨著遠離電極振動衰減。進一步研究了考慮電極效應的AlN壓電薄膜矽基體結構中的剪下波，研究了非均勻厚度的石英晶體板厚度剪下和厚度扭轉振動，以及瞬態熱效應對諧振器頻率和振幅的影響。本項目研究深化了對壓電薄膜結構體聲波特性的認識，揭示了多種複雜因素作用下諧振器頻率特性的變化規律，獲得了不同結構參數和材料特性對壓電薄膜結構體聲波的影響，為有關壓電薄膜體聲波諧振器的設計提供重要參考依據。