Особенности возбуждения поверхностных акустических волн встречно-штыревым преобразователем в пьезоэлектрических кристаллах

Автор(и)

  • Игорь В. Линчевский Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Ukraine https://orcid.org/0000-0002-2896-9580

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021080033

Ключові слова:

пьезоэлектрик, поверхностные акустические волны, монокристаллический кремний

Анотація

Построены математические модели длинного электрода с конечными размерами поперечного сечения, электродной пары и встречно-штыревого преобразователя в режиме возбуждения поверхностных акустических волн в ‑срезах пьезоэлектрических кристаллов кристаллографического класса .

Учет конечных размеров поперечного сечения электродов, вносит поправки в числовые значения частоты синхронизма и уровня излучаемых поверхностных волн. Получены аналитические выражения и исследовано влияние размеров поперечного сечения электрода в электродной паре на частоту синхронизма, амплитуду поверхностной акустической волны, и модуль волновой характеристики встречно-штыревого преобразователя от толщины электрода. Так, при нулевой толщине электрода максимальный уровень смещений в поверхностной акустической волне на 9,75%, а при квадратном сечении электрода на 37,25% меньше от прогнозируемого с помощью метода ‑источников значения. Одновременно, в первом случае частота синхронизма также на 9% меньше, чем ее значение, которое определяется при использовании метода ‑источников. При толщине электрода равной полуширине реальное значение частоты синхронизма меньше уже на 21,7%, а амплитуда поверхностной волны меньше на 33,1%.

Посилання

C. Caliendo, M. Hamidullah, “Guided acoustic wave sensors for liquid environments,” J. Phys. D Appl. Phys., vol. 52, no. 15, p. 153001, 2019, doi: https://doi.org/10.1088/1361-6463/aafd0b.

C. Caliendo, M. Hamidullah, “Pressure sensing with zero group velocity lamb modes in self-supported a-SiC/c-ZnO membranes,” J. Phys. D Appl. Phys., vol. 51, no. 38, p. 385102, 2018, doi: https://doi.org/10.1088/1361-6463/aad6f3.

A. Mujahid, F. L. Dickert, “Surface acoustic wave (SAW) for chemical sensing applications of recognition layers,” Sensors (Switzerlad), vol. 17, no. 12, p. 2716, 2017, doi: https://doi.org/10.3390/s17122716.

Y. Zhang, F. Yang, Z. Sun, Y.-T. Li, G.-J. Zhang, “A surface acoustic wave biosensor synergizing DNA-mediated in situ silver nanoparticle growth for a highly specific and signal-amplified nucleic acid assay,” Analyst, vol. 142, no. 18, pp. 3468–3476, 2017, doi: https://doi.org/10.1039/C7AN00988G.

A. Marcu, C. Viespe, “Surface acoustic wave sensors for hydrogen and deuterium detection,” Sensors, vol. 17, no. 6, p. 1417, 2017, doi: https://doi.org/10.3390/s17061417.

W. Xuan et al., “Fast response and high sensitivity ZnO/glass surface acoustic wave humidity sensors using graphene oxide sensing layer,” Sci. Reports, vol. 4, no. 1, p. 7206, 2015, doi: https://doi.org/10.1038/srep07206.

A. C. Poveda, D. D. Bühler, A. C. Sáez, P. V. Santos, M. M. de Lima, “Semiconductor optical waveguide devices modulated by surface acoustic waves,” J. Phys. D Appl. Phys., vol. 52, no. 25, p. 253001, 2019, doi: https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab1464.

M. Weiß, H. J. Krenner, “Interfacing quantum emitters with propagating surface acoustic waves,” J. Phys. D Appl. Phys., vol. 51, no. 37, p. 373001, 2018, doi: https://doi.org/10.1088/1361-6463/aace3c.

A. V. Varlamov, V. V. Lebedev, P. M. Agruzov, I. V. Ilichev, L. V. Shamrai, A. V. Shamrai, “Acousto-optic frequency shift modulators with acoustic and optic waveguides on X-cut lithium niobate substrates,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 132612011, 2019, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1326/1/012011.

E. D. S. Nysten, Y. H. Huo, H. Yu, G. F. Song, A. Rastelli, H. J. Krenner, “Multi-harmonic quantum dot optomechanics in fused LiNbO3–(Al)GaAs hybrids,” J. Phys. D Appl. Phys., vol. 50, no. 43, p. 43LT01, 2017, doi: https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa861a.

R. Fandan, J. Pedrós, J. Schiefele, A. Boscá, J. Martínez, F. Calle, “Acoustically-driven surface and hyperbolic plasmon-phonon polaritons in graphene/h-BN heterostructures on piezoelectric substrates,” J. Phys. D Appl. Phys., vol. 51, no. 20, p. 204004, 2018, doi: https://doi.org/10.1088/1361-6463/aab8bd.

P. Delsing et al., “The 2019 surface acoustic waves roadmap,” J. Phys. D Appl. Phys., vol. 52, no. 35, p. 353001, 2019, doi: https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab1b04.

J. H. Kuypers, A. P. Pisano, “Green’s function analysis of Lamb wave resonators,” in 2008 IEEE Ultrasonics Symposium, 2008, pp. 1548–1551, doi: https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2008.0377.

V. K. Tewary, “Green’s-function method for modeling surface acoustic wave dispersion in anisotropic material systems and determination of material parameters,” Wave Motion, vol. 40, no. 4, pp. 399–412, 2004, doi: https://doi.org/10.1016/j.wavemoti.2004.02.007.

N. Nama, R. Barnkob, Z. Mao, C. J. Kähler, F. Costanzo, T. J. Huang, “Numerical study of acoustophoretic motion of particles in a PDMS microchannel driven by surface acoustic waves,” Lab a Chip, vol. 15, no. 12, pp. 2700–2709, 2015, doi: https://doi.org/10.1039/C5LC00231A.

T. Wang et al., “Surface acoustic waves (SAW)-based biosensing for quantification of cell growth in 2D and 3D cultures,” Sensors, vol. 15, no. 12, pp. 32045–32055, 2015, doi: https://doi.org/10.3390/s151229909.

S. Padilla, E. Tufekcioglu, R. Guldiken, “Simulation and verification of polydimethylsiloxane (PDMS) channels on acoustic microfluidic devices,” Microsyst. Technol., vol. 24, no. 8, pp. 3503–3512, 2018, doi: https://doi.org/10.1007/s00542-018-3760-2.

K. M. M. Kabir, G. I. Matthews, Y. M. Sabri, S. P. Russo, S. J. Ippolito, S. K. Bhargava, “Development and experimental verification of a finite element method for accurate analysis of a surface acoustic wave device,” Smart Mater. Struct., vol. 25, no. 335040, 2016, doi: https://doi.org/10.1088/0964-1726/25/3/035040.

T. Wang, R. Green, R. Guldiken, J. Wang, S. Mohapatra, S. S. Mohapatra, “Finite element analysis for surface acoustic wave device characteristic properties and sensitivity,” Sensors, vol. 19, no. 8, p. 1749, 2019, doi: https://doi.org/10.3390/s19081749.

K.-C. Park, J. R. Yoon, “Transmission line matrix modeling for analysis of surface acoustic wave hydrogen sensor,” Japanese J. Appl. Phys., vol. 50, no. 77HD06, 2011, doi: https://doi.org/10.1143/JJAP.50.07HD06.

T. Kojima, H. Obara, K. Shibayama, “Investigation of impulse response for an interdigital surface-acoustic-wave transducer,” Japanese J. Appl. Phys., vol. 29, no. S1, p. 125, 1990, doi: https://doi.org/10.7567/JJAPS.29S1.125.

T. Hoang, “SAW parameters analysis and equivalent circuit of SAW device,” in Acoustic Waves - From Microdevices to Helioseismology, InTech, 2011.

T. Kojima, K. Shibayama, “An analysis of an equivalent circuit model for an interdigital surface-acoustic-wave transducer,” Japanese J. Appl. Phys., vol. 27, no. S1, p. 163, 1988, doi: https://doi.org/10.7567/JJAPS.27S1.163.

I. V. Linchevskyi, “Excitation of surface acoustic waves in a Z-section of piezoelectric crystals by the electric field of a long electrode,” Int. J. Appl. Phys., vol. 6, no. 3, pp. 42–50, 2019, doi: https://doi.org/10.14445/23500301/IJAP-V6I3P108.

И. В. Линчевский, О. Н. Петрищев, “Поверхностные акустические волны в Z-срезах пьезоэлектрических монокристаллов гексагональной сингонии,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 63, no. 3, pp. 183–196, 2020, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347020030048.

D. Morgan, Surface Acoustic Wave Filters. Academic Press, 2007, uri: https://www.elsevier.com/books/surface-acoustic-wave-filters/morgan/978-0-12-372537-0.

L. Wang, H. Wang, “Analysis of propagation characteristics of AlN/diamond/Si layered SAW resonator,” Microsyst. Technol., vol. 26, no. 4, pp. 1273–1283, 2020, doi: https://doi.org/10.1007/s00542-019-04658-y.

T. J. Matula, P. L. Marston, “Electromagnetic acoustic wave transducer for the generation of acoustic evanescent waves on membranes and optical and capacitor wave‐number selective detectors,” J. Acoust. Soc. Am., vol. 93, no. 4, pp. 2221–2227, 1993, doi: https://doi.org/10.1121/1.406683.

Электрод прямоугольного сечения в Z-срезе пьезоэлектрического монокристалла

Опубліковано

2021-10-15 — Оновлено 2021-10-15

Як цитувати

Линчевский, И. В. (2021). Особенности возбуждения поверхностных акустических волн встречно-штыревым преобразователем в пьезоэлектрических кристаллах. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(8), 489–501. https://doi.org/10.20535/S0021347021080033

Номер

Розділ

Статті