Радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
? потока энергии
Если направление распространения ПАВ не совпадает с так называемым направлением чистой моды (ее угловое положение задается углом ?0), то наблюдается отклонение потока энергии от направления распространения на угол ? (рисунок 2.3). Угол ? определяется соотношением:
? =?(? - ?0)
где ? параметр анизотропии; ? угол, определяющий направление распространение волны.
Желательно выбирать материалы с ?=0, но данное условие не всегда выполнимо. В таком случае управлять отклонением потока энергии можно засчет изменения положения элементов друг относительно друга.
Рисунок 2.3 Схематическое представление профилей ПАВ при их распространении по монокристаллической подложке
Потери, вызванные отклонением потока энергии существенны и могут достигать 2-6 дБ.
В заключении сформулируем общие требования к идеальному материалу:
- Большой КЭМС;
- Низкая скорость ПАВ;
- Низкий уровень потерь;
- Наличие направлений с нулевым ТКЗ;
В дальнейшем при выборе материала звукопровода будем руководствоваться данными требованиями.
2.1.2 Выбор материала подложки (звукопровода)
В таблице 2.2 в качестве сравнительной характеристики приведены основные параметры материалов акустоэлектроники.
Таблица 2.2 Основные параметры материалов подложек
МатериалХимическая формулаОриентация пластины и направление распространения ПАВСкорость ПАВ, м/сКвадрат КЭМС, к2, %ТКЗ
10-6/0СКварцSiO2YXl/42045? (00;132045?; 00)31580.110370 - Y50940.10YX31590.19-24Ниобат литияLiNbO3YZ34884.5941280 - YX39805.375ZXl/41030?39995.5472ZXb/41030?35035.369641,50-YX40005.5472Танталат литияLiTaO3360-YX42206.630ZY33291.18-52ZYs/112032950.72-YZ32300.6635YX31480.0754977.10-YZ32540.7235Германат висмутаBi12GeO20(001), [100]16811.36115(111), [110]17081.69115ЛангаситLa3Ga5SiO14(0;140;240)2736.70.37-0.06(90;40;-60)25350.44-19(0;138,5;26.60)27400.44-ЛангататLa3Ga5.5Ta0.5O14XZ22920.0589-40.6(0;2;900)2210,60.42364.5ЛанганитLa3Ga5.5Nb0.5O14(30;90;900)23760.172-45.5БерлинитALPO4(0;80,4;00)27510.630(90;90;80,40)27170.220(90;90;168.70)29260.490Арсенид галлияGaAs(100), [110]<2841<0.0635(110), [100]28220.016Тетраборат литияLi2B4O7450-YZ33911.0(90;90;900)35101.29Ортофосфат галлияGaPO4(0;110;00)23300.50(90;5;00)25010.3(0;54;5;00)23420.30SNGSSr3NbGa3Si2O14(0;0;900)2835.80.628-98.9STGSSr3TaGa3Si2O14(0;0;900)2733.10.562-73.1CTGSCa3TaGa3Si2O14(0;0;900)2771.60.362-37.1CNGSCa3NbGa3Si2O14(0;0;900)2906.20.261-52.0
В качестве материала подложки выберем монокристалл ниобата лития. Как видно из таблицы 2.2 данный материал обладает довольно большим коэффициентом электромеханической связи, что позволит реализовать широкополосное устройство. На рисунке 2.1 наглядно проиллюстрирован тот факт, что величина вносимых потерь на частотах до 1ГГц в данном материале не превышает 0,5 дБ/мкс. Следовательно проектируемое устройство будет работать с минимальными потерями. К тому же, ниобат лития обладает приемлемыми скоростями распространения ПАВ в диапазоне 3000-4000м/с. Значения скорости, необходимые для устройства, работающего по принципу линии задержки на частотах более 100МГц, укладываются в данный интервал. Ввиду того что пьезоэлектрические материалы анизотропны, то важен становится не только сам выбранный материал, но и его срез и направление распространения акустических волн. Наиболее подходящим срезом для выбранного монокристалла ниобата лития является срез YZ, так как он обладает в этом направлении нулевым углом отклонения потока энергии ? и параметр анизотропии ? близок к -1 (таблица 2.1). Это означает, что будет обеспечена высокая направленность пучка ПАВ.
2.1.3 Выбор материала для металлизации поверхности
Как и для материалов звукопроводов акустоэлектронных устройств, для проводящего покрытия также существуют определенные требования:
- Минимальное электрическое сопротивление;
- Высокая адгезия;
- Однородность по структуре, составу, толщине;
- Коррозионная стойкость;
- Хорошая растворимость в травителе;
- Технологичность;
- Стабильность основных физико-химических свойств от партии к партии.
Дополнительными требованиями являются:
- Малое различие акустических сопротивлений материала металлизации и звукопровода;
- Низкая удельная плотность во избежание сильных отражений;
- Слабые дисперсионные свойства.
В таблице 2.3 указаны акустические и дисперсионные свойства выбранного в качестве материала звукопровода ниобата лития
Таблица 2.3 Акустические и дисперсионные свойства ниобата лития среза YZ и материалов металлизации
Материал
Удельное электричес-
кое сопротивление 106 ОмсмПлотность ?, гсм-3Акустическое сопротивление Z, 106, гсм-2с-1Коэффициент дисперсии
?дНиобат лития-4.716.4+0.06Алюминий2,72,77,15Ниобат лития-4.716.4-0,46Серебро1,6310,515,2Ниобат лития-4.716.4-1,05Золото2,319,322,0
При изготовления устройств на ПАВ для металлизации широко используются алюминий, серебро, золото, иногда медь с защитой никелем. В таблице 4 приведены акустические и дисперсионные свойства ниобата лития в сочетании с различными типами металлического покрытия.
Для фильтров на ниобате лития отражение за счет несоответствия акустических сопротивлений материалов звукопровода и покрытия минимальны при использовании серебра, но при этом велики дисперсионные искажения и увеличивается составляющая коэффициента отражения от границ электродов из за роста нагружающей массы. Дешевизна алюминия и возможность получения низкого сопротивления пленочных проводников, делает данный наиболее пригодным для нашего устройства.