SAW來源于Surface Acoustic Wave的首字母縮寫,這里就是表面聲波,也就是這種聲波是沿著物體表面?zhèn)鞑サ摹B暠砻娌ǖ陌l(fā)現(xiàn)要晚于電磁波,1885年,英國物理學(xué)家Rayleigh在研究地震波是發(fā)現(xiàn)了一種能量集中在地表傳播的聲波,最開始命名為瑞利波。哈哈,以發(fā)現(xiàn)者的名字命名是對發(fā)現(xiàn)者最大的致敬。這種波的能量集中在物體表面,波速是電磁波的十萬分之一,傳播衰減很小。
但是當(dāng)時(shí)受到科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的限制,并沒有得到廣泛的應(yīng)用。直到1965年,R.M.White 和 F.M.Voltmov利用沉積在石英晶體上的叉指換能器(Interdigital Transducer ,IDT)可以有效地激勵 和檢測 SAW,同時(shí)又由于可以用制造半導(dǎo)體的光刻技術(shù)進(jìn)行大批量生產(chǎn)質(zhì)量很好的叉指換能器,使聲表面波得到了廣泛的應(yīng)用,聲表面波技術(shù)從此之后也得到了快速的發(fā)展,各種聲表面波器件先后被設(shè)計(jì)和制造出來。這項(xiàng)研究成果被發(fā)表在《一種新型聲表面波聲——電轉(zhuǎn)化器》。這項(xiàng)研究成果使得聲學(xué)和電子學(xué)相互結(jié)合起來,發(fā)展成一門比較新的交叉科學(xué)。
聲表面波,嚴(yán)格來說就是沿著固體表面或者界面?zhèn)鞑サ母鞣N模式的波,是一種彈性波,也是一種機(jī)械波,具有機(jī)械波的所有特征。在理想狀況下,在半無線基片表面存在的波型有:瑞利波(Rayleigh waves)、漏波(Leaky SAW)、廣義瑞利波(Generalized Rayleigh waves)、水平剪切波(SH.SAW)、電聲波(B.G waves)、蘭姆波(Lamb waves)等。在層狀結(jié)構(gòu)的基片存在有樂甫波(Love waves)、西沙瓦波(Sezawa waves)、斯東萊波(Stoneley waves)等。地震波也是一種聲表面波。
聲表面波器件具有重量輕,體積小, 可靠性高,一致性好,設(shè)計(jì)靈活以及可以采用微電子加工技術(shù)制造,適合批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),已被應(yīng)用于移動通訊、廣播電視、無損檢測、識別定位、導(dǎo)航和遙測等眾多領(lǐng) 域。現(xiàn)在 SAW 器件的工作頻率已經(jīng)覆蓋 10MHz~5GHz,是現(xiàn)代信息化產(chǎn)業(yè)不 可或缺的關(guān)鍵元器件。
可能很多朋友會問,聲表面波器件體積是怎么小的?我們知道微波器件的大小和波長有關(guān),對于很多無源器件來說,很多設(shè)計(jì)直接就和波長相關(guān):1/4波長諧振器等. 電磁波的波長是光速和頻率的比值,當(dāng)然還有相對介電常數(shù)er,這個(gè)相對介電常數(shù)對波長的縮小在介質(zhì)波導(dǎo)濾波器上得到了廣泛驗(yàn)證。
是聲波的波長相對于電磁波來說要短的多的多,這是為什么呢?因?yàn)槁暡ㄔ谔囟ňw中的傳播速度是固定的,比如上文中石英玻璃中的那個(gè)傳播數(shù)值:5370m/s,聲波的波長等于波速除以頻率,比如頻率是1G時(shí),這個(gè)波長就很小了,所以聲波器件能做的很小。但是太小的波長,又要求有較高的工藝精度,就類似于毫米波器件一樣。這可能也限制了SAW器件的頻率應(yīng)用范圍。不過不要緊,有SAW就有BAW,還有FBAR,更有XBAR,我們慢慢一件一件吃透它。
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