1. 研究目的与意义
1.1研究背景
声表面波（SAW）是英国物理学家瑞利（Rayleigh）在1885年研究地震波的过程中偶然发现的。声表面波是沿物体表面传播，能量集中于表面附近的一种弹性波。声表面波能在压电衬底表面产生并传播，其振幅随深入压电衬底的深度按指数规律衰减。声表面波具有较低的传播速度和较短的波长，大概比相应电磁波小5个数量级，因此在同一频段上，SAW器件的尺寸比相应电磁波器件的尺寸小得多，这样就可以大幅度减小器件的体积和重量，有利于电子器件的超小型化。由于声表面波是沿固体表面传播的，且传播速度较慢，这使得时变信号在给定瞬时可以完全呈现在晶体基片表面上，当信号在输入和输出之间行进时，就容易对信号进行注入、提取和变换等处理。
谐振器就是指产生谐振频率的电子元件声。声表面波谐振器是一种高Q值的谐振器，在很多方面都与石英晶体谐振器相似，它用作滤波器或者信号源中的频率控制器件，其有用输出是谐振器跟随输入信号的稳态响应。叉指换能器（IDT）是声表面波谐振器的基本元件，叉指换能器的主要作用是激励SAW，并经由反射栅反射形成驻波，以实现声电转换。IDT形状的简化形式类似于手指交叉排布，因此被称为叉指换能器。谐振器的工作实质是将输入IDT激发的以正弦函数形式传播的声表面波入射到反射栅，满足定频率的波相干叠加，然后在输出IDT中得到相应的输出波形。随着通信技术的发展，对信号源的频率和稳定度提出了越来越高的要求。信号源的设计一般是采用石英晶体谐振器在低频下产生振荡，然后采用倍频的办法形成高频信号，这样能使石英晶体谐振器的频率稳定度高。但石英谐振器的缺点是线路复杂，体积大，成本高，同时经过几次倍频之后，相位噪声变大。声表面波谐振器与其相比较，不需要进行频率倍增，便可以在频率范围内发生振荡，并获得较高频率的信号。如此一来不仅简化了线路，缩小了体积，降低了成本，减小了相位噪声，同时还能提高器件的可靠性。
2. 研究内容与预期目标
叉指换能器作为SAW器件的核心之一，对其结构的优化设计在很大程度上影响着器件的性能。IDT所激励的声波会产生叠加，根据波的干涉原理，当叉指间距等于声表面波半波长的整数倍时，声波将会同相叠加，叉指电极激励的声表面波会达到最强。声表面波谐振器的灵敏度与工作频率成正比，工作频率越高，频率响应越大。IDT的频率特性与指条的几何结构有密切关系，IDT的指条间距决定了它的工作频率，所以IDT的尺寸和结构的设计决定了SAW器件的频率响应及传输特性。为实现SAW器件的高频化，以IDT的结构为出发点，通对SAW器件结构的几何参数进行优化，从而降低插入损耗，提高器件性能。
SAW器件易受到温度的影响。温度使SAW器件结构发生热膨胀，从而使其谐振频率发生变化，温度也会使压电材料参数发生变化。温度升高时，滤波器的波长增大，频率降低，其基片材料的刚度变小，声速也会降低。为解决滤波器温漂的问题，可以在TC-SAW滤波器中涂覆额外的温度补偿层，将具有正温度特性的材料和具有负温度特性的材料相结合，实现温度补偿。温度补偿后，使TC-SAW滤波器的频率温度系数（TCF）下降，把谐振腔的谐振频率稳定在一个可以接受的范围内。
3. 研究方法与步骤
为提高SAW器件的工作频率，在波速一定的情况下，也就是压电材料不变的时候，通过减小IDT的指条间距，使得声表面波的波长变短。
TC-SAW滤波器的温度补偿法采用LiNbO3材料作为基底，SiO2作为温度补偿层，将LiNbO3材料和 SiO2材料相结合，减小温度漂移对TC-SAW滤波器性能的影响。
利用COMSOL软件中压电耦合多物理场，构建IDT的二维仿真模型，在其构建的IDT顶部加上额外的SiO2层。研究SiO2层、指条层对SAW波导的影响。改变IDT上不同厚度的SiO2层，探究SiO2薄膜对TC-SAW滤波器的频率—温度特性，并对IDT的指条宽度、厚度、间距进行设计，得到不同频率的声表面波器件。分析器件的谐振特性，从而确定IDT结构的最佳参数。
4. 参考文献
[1]马俊. 基于铌酸锂/碳化硅声异质结构的纵表面波谐振器理论研究[D].天津理工大学,2021.
[2]刘玉帅,刘康福,吴涛. 基于铌酸锂薄膜的5G谐振器和滤波器[J]. 微纳电子与智能制造,2020.
[3]王巍,周杨春,王方,谭纪伟,滕洪菠,王华东. 基于COMSOL的声表面波器件二维等效模型设计[J]. 压电与声光,2021.
5. 工作计划
（1）2.20-3.6查阅资料，填写开题报告，完成外文资料的翻译。
（2）3.7-3.20熟悉COMSOL环境。
（3）3.21-3.31 确定设计思想,按要求进行电路设计。
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