多層膜結(jié)構(gòu)聲表面波器件的研究進(jìn)展文獻(xiàn)綜述國內(nèi)外動態(tài)：2020李良秋，董志貴在聲表面波諧振器設(shè)計(jì)與仿真中設(shè)計(jì)了Cu電極/ScAlN薄膜SAW諧振器，通過仿真發(fā)現(xiàn)當(dāng)Sc濃度為20%左右，理論上實(shí)現(xiàn)的機(jī)電耦合系數(shù)約為3%，距離理論目標(biāo)9%預(yù)期較遠(yuǎn)，但隨著電極及Sc濃度的調(diào)整，耦合系數(shù)在增加。電極材料對耦合系數(shù)影響較位明顯，為了增加電極的粘致性，一般不采用單一電極。2020張永威、郭濤譚、秋林、張利威基于ＣＯＭＳＯＬ的聲表面波器件三維結(jié)構(gòu)仿真討論了不同電極材料、不同厚度對其反對稱模態(tài)頻率和對稱模態(tài)頻率的影響，隨著電極金屬的厚度、電極聲阻抗及能量損失的增大，反對稱模態(tài)頻率和對稱模態(tài)頻率都呈減小趨勢，對于不同的電極材料，反對稱模態(tài)頻率和對稱模態(tài)頻率都不相同，電極材料的質(zhì)量密度是影響反對稱模態(tài)頻率和對稱模態(tài)頻率的主要原因；同時(shí)也討論了電材料厚膜比對傳感器寄生諧振的影響，在阻抗－頻率曲線最平滑，寄生諧振幾乎完全消除時(shí)的電極材料厚膜比可認(rèn)定該電極材料的最佳厚度選擇。2020喻恒、林超、唐濤、冉仁杰、黃山在不同切向襯底的聲表面波傳播特性仿真中基于Bond矩陣旋轉(zhuǎn)變換的方式，計(jì)算得到LGS晶體不同切向的彈性矩陣參數(shù)，耦合矩陣參數(shù)，相對介電常數(shù)矩陣參數(shù)，并利用COMSOL軟件仿真LGS晶體不同切向上的SAW的傳播特性，仿真結(jié)果與已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)論有較好的符合度?；诖朔椒梢詫Σ煌w不同切向的SAW的傳播特性進(jìn)行仿真，這對SAW諧振器的設(shè)計(jì)制作具有指導(dǎo)意義。2019年天津大學(xué)的錢進(jìn)系統(tǒng)的研究了在不同的歐拉角下ZnO的不同晶向下對ZnO/金剛石多層膜結(jié)構(gòu)聲表面器件的傳播特性，通過使用COMSOL仿真軟件的得到引入二氧化硅（SiO2）層后其Love波的頻率溫度系數(shù)值無線逼近于0。之后獨(dú)特的設(shè)計(jì)出一種((100)AlN/(100)ZnO)N（此N為周期數(shù)）/金剛石周期性多層膜結(jié)構(gòu)，提高了這種結(jié)構(gòu)的聲表面波的相速度，并通過仿真首先研究出了此前還未有過相關(guān)研究報(bào)告的通過調(diào)整ZnO/金剛石結(jié)構(gòu)中的電極位置來改變西沙瓦波的傳播特性，通過對比仿真數(shù)據(jù)得到((100)AlN/(100)ZnO)2/金剛石結(jié)構(gòu)對于聲表面波的傳播特性相較于其他傳統(tǒng)多層膜結(jié)構(gòu)更為優(yōu)異。但錢進(jìn)在仿真模型時(shí)并未考慮在實(shí)際正常使用時(shí)一定會產(chǎn)生的電極損耗、材料損耗和正常的能量損耗對于實(shí)際器件的測試使用中產(chǎn)生的誤差和潛在問題，只能作為一種理論研究論點(diǎn)支持。2014年，錢莉榮等首次對(AlN/ZnO)N/金剛石（N為AlN/ZnO壓電復(fù)合膜的周期數(shù)）這種新型的周期壓電多層膜結(jié)構(gòu)的聲表面波特性進(jìn)行了理論傳播研究，其中的AlN和ZnO都是常見的(002)結(jié)構(gòu)取向，計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)周期數(shù)N≥2時(shí)，該周期性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。在N=2，Rh=0.2(???=hAlN/?ZnO)時(shí)，西沙瓦波(Sezawawaves)的機(jī)電耦合系數(shù)為3%，相速度為5726m/s，頻率溫度系數(shù)（TCF）為-29.2ppm/°C。在N=5，Rh=1.0時(shí)，西沙瓦波機(jī)電耦合系數(shù)為2%，相速度為7058m/s，頻率溫度系數(shù)為-24.4ppm/°C。由計(jì)算結(jié)果得出這種多層膜結(jié)構(gòu)器件能夠平衡聲速、機(jī)電耦合系數(shù)K2和頻率溫度系數(shù)等聲表面波參數(shù)間的沖突關(guān)系，理論上可以獲得比單層壓電薄膜/金剛石結(jié)構(gòu)更優(yōu)越的聲表面波特性。但基于材料的局限性，當(dāng)聲表面波相速度較大時(shí)，器件的機(jī)電耦合系數(shù)還是相對較小，需要更進(jìn)一步的提高機(jī)電耦合系數(shù)的大小。而且還借助剛度矩陣?yán)碚?，給出了壓電薄膜/半無限基底在四種典型激勵方式下的介電常數(shù)計(jì)算公式，使用此方法類推到任意層數(shù)、任意層厚度的多層壓電薄膜結(jié)構(gòu)在不同激勵條件下聲表面波特性的計(jì)算與優(yōu)化中。還自己編制用于計(jì)算分析聲表面波器件的軟件，為各種結(jié)構(gòu)的多層壓電薄膜聲表面波器件的理論設(shè)計(jì)和計(jì)算優(yōu)化建立了模擬仿真基礎(chǔ)。通過這套自主編制的計(jì)算分析軟件，對ZnO/金剛石與AlN/金剛石多層膜結(jié)構(gòu)中的聲表面波特性進(jìn)行了全面大量地理論分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化，計(jì)算研究了ZnO/金剛石與AlN/金剛石在不同邊界條件、不同刺激方式和不同壓電材料的性能參數(shù)下，聲表面波的相速度、機(jī)電耦合系數(shù)以及頻率溫度系數(shù)（TCF）隨壓電薄膜厚度參數(shù)的變化規(guī)律和特性曲線。1989年，日本東北大學(xué)的K.Yamanouchi等人利用Campbell和Jones的分波法首次計(jì)算了Zn0/Diamond與AlN/Diamond四種典型激勵方式下的SAW特性，報(bào)道了這兩種壓電薄膜/金剛石多層膜結(jié)構(gòu)中的SAW相速度最高可達(dá)10000m/s以上，機(jī)電藕合系數(shù)最大為5.8%，在高頻SAW器件中具有廣闊的應(yīng)用前景，開始引起學(xué)者們關(guān)注。2000年，M.P.daCunha等人}}s]利用傳遞矩陣法計(jì)算研究了Zn0/Diamond/Si多層膜結(jié)構(gòu)在四種典型激勵方式下以及不同薄膜材料參數(shù)時(shí)的HVPSAW特性，發(fā)現(xiàn)HVPSAW的傳播損耗對薄膜材料參數(shù)的差異非常敏感，所以要準(zhǔn)確優(yōu)化HVPSAW的傳播損耗特性，就需要首先精確測得Zn0和金剛石薄膜的材料參數(shù)。2005年，M.Benetti等人149]利用傳遞矩陣法計(jì)算了AlN/Diamond在四種典型激勵方式下的SAW特性，并制作了IDT/AlN/Diamond/Si多層膜器件，器件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論吻合得較好。與此同時(shí)，他們},o]還利用傳遞矩陣法首次計(jì)算研究了AlN/Diamond在不同電學(xué)邊界條件和四種典型激勵方式下的HVPSAW特性，并通過制作IDT/AlN/Diamond/Si多層膜器件驗(yàn)證了HVPSAW存在，測試到的聲速為16000m/s，但損耗比較大，難以實(shí)際應(yīng)用。2008~2010年，臺灣學(xué)者計(jì)算了(100)AlN/金剛石、(100)ZnO/金剛石以及不同電極配置下(100)AlN/金剛石多層膜結(jié)構(gòu)聲表面波傳播特性。他們認(rèn)為這種(100)取向壓電薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)與常見的c-軸取向(002)壓電薄膜多層膜結(jié)構(gòu)性能相比顯得更加可靠，以此可以獲得系數(shù)更大的聲表面波相速度和機(jī)電耦合系數(shù)。參考文獻(xiàn)[1]錢進(jìn).金剛石多層膜結(jié)構(gòu)聲表面波器件的有限元仿真.天津理工大學(xué),2019.[2]喻恒,林超,唐濤,冉仁杰,黃山.不同切向襯底的聲表面波傳播特性仿真,科技視界,2020,(15).[3]李良秋，董志貴.聲表面波諧振器設(shè)計(jì)與仿真,中芯國際集成電路制造(上海)有限公司,遼寧科技學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院,2020.[4]張永威,郭濤,譚秋林,張利威.基于COMSOL的聲表面波器件三維結(jié)構(gòu)仿真,壓電與聲光,2019,41(4).[5]阮鵬，陳智軍，付大豐，張亦居，王萌陽.基于COMSOL的聲表面波器件仿真..測試技術(shù)學(xué)報(bào),2012,26(5).[6]許昌昆.聲表面波器件及其應(yīng)用.科學(xué)出版社,1984.[7]WilliamB.J.Zimmerman.有限元法多物理場建模與分析.人民交通出版社，2007.[8]白如雪.基于comsol的聲表面波器件仿真,科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2015,(23).[9]RogerW.Pryor.MultiphysicsModelingUsingCOMSOL:AFirstPrinciplesApproach.2009[10]ТитковВ.В.,ЯнчусЭ.И.Компьютерныетехнологии.ComsolMultiphysicsвзада