Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Resonator sóng âm bề mặt chất lượng cao và tổn thất thấp dựa trên AlN doped Cr trên đá sapphire
Tóm tắt
Bài báo này nhằm mục đích điều tra hiệu suất của các bộ cộng hưởng sóng âm bề mặt (SAW) dựa trên màng mỏng piezoelectric nitride nhôm doped crôm (AlCrN) trên nền sapphire c-cut. Các thuộc tính điện cơ của AlCrN (mật độ khối, tính đàn hồi, hằng số điện môi và hằng số piezoelectric) được thu thập từ các phép tính lý thuyết chức năng mật độ cho các nồng độ dop Cr khác nhau. Điện áp piezoelectric được cải thiện cho Al1 - xCrxN với các nồng độ x khác nhau. Sử dụng phân tích phần tử hữu hạn, các thông số điện âm như tốc độ pha, hệ số ghép điện cơ K2 của các chế độ sóng âm bề mặt được xác định cho các tỷ lệ độ dày AlCrN trên bước sóng khác nhau và các nồng độ dop Cr khác nhau. Các chế độ SAW bậc cao hơn xuất hiện tại nồng độ Cr x = 25%. Độ thẩm thấu điện và tham số tán xạ S21 cho các chế độ SAW cơ bản được xác định. Hệ số K2 cao, tổn thất thấp và hệ số chất lượng cao được phát hiện sau khi thêm tác nhân dop Cr. Sự so sánh các kết quả thu được với dữ liệu số và thực nghiệm hiện có về AlN bị dop với Scandium Sc đã cho thấy một sự cải thiện đáng kể về đặc tính của thiết bị SAW, khẳng định rằng AlCrN có thể được áp dụng như một vật liệu piezoelectric mới cho các thiết bị SAW hiệu suất cao.
Từ khóa
#sóng âm bề mặt #AlCrN #điện áp piezoelectric #điện cơ #tán xạ #hiệu suất thiết bị SAWTài liệu tham khảo
T. Kimura, M. Omura, Y. Kishimoto, K. Y. Hashimoto, IEEE/MTT-S International Microwave Symposium-IMS, 846 (2018)
J.O. Guerra-Pulido, P.R. Pérez-Alcázar, IEEE Trans. Comput. Aided Des. Integr. Circuits Syst. 38(3), 499 (2018)
D. Li, X. Zu, D. Ao, Q. Tang, Y. Fu, Y. Guo, Y. Tang, Sens. Actuators B. 294, 55 (2019)
C. Zhang, A. Ghosh, H. Zhang, S.Q. Shi, Smart Mater. Struct. 29(1), 015039 (2019)
K. Tsubouchi, K. Sugai, N. Mikoshiba, Proc. IEEE Ultrasonics Symp. 375 (1981)
T. Aubert, O. Elmazria, B. Assouar, A. Hamdan, D. Genève, Proc. IEEE Ultrasonics Symp, 1490 (2010)
M. Reusch, S. Cherneva, Y. Lu, A. Žukauskaitė, L. Kirste, K. Holc, O. Ambacher, Appl. Surf. Sci. 407, 307 (2017)
P. Limsuwan, N. Udomkan, S. Meejoo, P. Winotai, Int. J. Mod. Phys. B. 19(12), 2073 (2005)
Campanella, H. Acoustic wave and electromechanical resonators: concept to key applications. Artech House (2010)
C. Caliendo, P. Imperatori, Appl. Phys. Lett. 83(8), 1641 (2003)
M.Z. Aslam, V. Jeoti, S. Karuppanan, M.S. Pandian, E.M. Ferrer, K. Suresh, Sens. Actuators A 313, 112202 (2020)
S. Barth, H. Bartzsch, D. Glöß, P. Frach, T. Modes, O. Zywitzki, G. Gerlach, Microsyst. Technol. 22(7), 1613 (2016)
S.J. Kang, Y.H. Joung, Appl. Surf. Sci. 253(17), 7330 (2007)
R.S. Weis, T.K. Gaylord, Appl. Phys. A. 37(4), 191 (1985)
W. Heywang, K. Lubitz, W. Wersing, Piezoelectricity: evolution and future of a technology, vol 114, Springer (2008)
T. Aubert, O. Elmazria, B. Assouar, L. Bouvot, M. Oudich, Appl. Phys. Lett. 96(20), 203503 (2010)
M. Akiyama, K. Kano, A. Teshigahara, Appl. Phys. Lett. 95(16), 162107 (2009)
M. Akiyama, T. Harada, C.N. Xu, K. Nonaka, T. Watanabe, Thin Solid Films 350(1–2), 85 (1999)
J. Zhou, H.F. Pang, L. Garcia-Gancedo, E. Iborra, M. Clement, M. De Miguel-Ramos, D.M. Wang, Microfluid. Nanofluid. 18(4), 537 (2015)
C.S. Sandu, F. Parsapour, S. Mertin, V. Pashchenko, R. Matloub, T. LaGrange, P. Muralt, Phys. Status Solidi A. 216(2), 1800569 (2019)
S. Fichtner, N. Wolff, G. Krishnamurthy, A. Petraru, S. Bohse, F. Lofink, B. Wagner, J. Appl. Phys. 122(3), 035301 (2017)
M. Gillinger, K. Shaposhnikov, T. Knobloch, M. Schneider, M. Kaltenbacher, U. Schmid, Appl. Phys. Lett. 108(23), 231601 (2016)
K. Y. Hashimoto K Y, S. Sato, A. Teshigahara, T. Nakamura, K. Kano, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 60(3), 637 (2013)
K. Fares, A. Saad, A. Abdenacer, A. Fahima, Q. Zou, Sens. Actuators, A, 111980 (2020)
W. Wang, P.M. Mayrhofer, X. He, M. Gillinger, Z. Ye, X. Wang, J.K. Luo, Appl. Phys. Lett. 105(13), 133502 (2014)
M. Gillinger, T. Knobloch, M. Schneider, U. Schmid, Proc. MDPI. 1(4), 341 (2017)
M. Akiyama, K. Umeda, A. Honda, T. Nagase, Appl. Phys. Lett. 102(2), 021915 (2013)
N. M. Feil, N. Kurz, D. F. Urban, A. Altayara, B. Christian, A. Ding, O. Ambacher, Proc. IEEE Ultrasonics Symp, 2588 (2019)
M. Suzuki, S. Kakio, Proc. IEEE Ultrasonics Symp, 716 (2019).
S. Manna, K.R. Talley, P. Gorai, J. Mangum, A. Zakutayev, G.L. Brennecka, C.V. Ciobanu, Phys. Rev. Appl. 9(3), 034026 (2018)
P. H. Mayrhofer, D. Music, T. Reeswinkel, H. G. Fuß, J. M, Acta Mater. 56(11), 2469 (2008)
N. Tatemizo, S. Imada, Y. Miura, H. Yamane, K. Tanaka, J. Phys.: Condens. Matter. 29(8), 085502 (2017)
F. Ahmad, L. Zhang, J. Zheng, I. Sidra, S. Zhang, Coatings 10(4), 306 (2020)
P.M. Böttger, L. Braginsky, V. Shklover, E. Lewin, J. Patscheider, D.G. Cahill, M. Sobiech, J. Appl. Phys. 116(1), 013507 (2014)
G. Kresse, J. Furthmüller. Comput. Mater. Sci. 6(1), 15 (1996)
S. Zhang, D. Holec, W.Y. Fu, C.J. Humphreys, M.A. Moram, J. Appl. Phys. 114(13), 133510 (2013)
J. Tan, Y. Li, G. Ji, Comput. Mater. Sci. 58, 243 (2012)
J. Phillips, Bonds and bands in semiconductors. Elsevier (2012)
K. Hirata, H. Yamada, M. Uehara, S.A. Anggraini, M. Akiyama, ACS Omega 4(12), 15081 (2019)
D. Royer, E. Dieulesaint, Elastic waves in solids I: Free and guided propagation, Springer Science & Business Media (1999)
B. A. Auld, Acoustic Fields and Waves in Solids, A Wiley-Interscience Publication (1994)
W. P. Mason, Physical acoustics: principles and methods, vol 9, Academic press (2013)
F. Laidoudi, F. Boubenider, C. Caliendo, M. Hamidullah, J. Mech. 36(1), 7 (2020)
T. Aubert, N. Naumenko, F. Bartoli, P. Pigeat, J. Streque, J. Ghanbaja, O. Elmazria, Appl. Phys. Lett. 115(8), 083502 (2019)
T. Kimura, Y. Kishimoto, M. Omura, K. Y. Hashimoto, Jpn. J. Appl. Phys. 57(7S1), 07LD15 (2018)
C. Caliendo, M. Hamidullah, J. Phys. D: Appl. Phys. 52(15), 153001 (2019)
C.M. Lin, V. Yantchev, J. Zou, Y.Y. Chen, A.P. Pisano, J. Microelectromech. Syst. 23(1), 78 (2013)
J. Zou, C.M. Lin, C.S. Lam, A.P. Pisano, J. Appl. Phys. 121(15), 154502 (2017)
J. Streque, J. Camus, T. Laroche, S. Hage-Ali, H. M’Jahed, M. Rammal, O. Elmazria, IEEE Sens. J. (2020).
Y. Ai, S. Yang, Z. Cheng, L. Zhang, L. Jia, B. Dong, Y. Zhang, J. Phys. D: Appl. Phys. 52(21), 215103 (2019)
C. Caliendo, F. Laidoudi, Sensors. 20(5), 1380 (2020)
C. Caliendo, Appl. Phys. Lett. 92, 033505 (2008)
W.B. Wang, Y.Q. Fu, J.J. Chen, W.P. Xuan, J.K. Chen, X.Z. Wang, J.K. Luo, J. Micromech. Microeng. 26(7), 075006 (2016)
G. Tang, T. Han, Q. Zhang, K. Yamazaki, T. Omori, K.Y. Hashimoto, J. Micromech. Microeng 26(11), 115002 (2016)
Z. Hao, M. Park, D. G. Kim, A. Clark, R. Dargis, H. Zhu, A. Ansari, IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS). 786 (2019)
M. Sinusía Lozano, Z. Chen, O.A. Williams, G. F. Iriarte, Phys. Status Solidi A. 216(20), 1900360 (2019)
M. Park, Z. Hao, R. Dargis, A. Clark, A. Ansari, J. Microelectromech. Syst. 29(4), 490 (2020)
A. Ding, L. Kirste, Y. Lu, R. Driad, N. Kurz, V. Lebedev, O. Ambacher, Appl. Phys. Lett. 116(10), 101903 (2020)
J. Xu, J.S. Thakur, G. Hu, Q. Wang, Y. Danylyuk, H. Ying, G.W. Auner, Appl. Phys. A. 83(3), 411 (2006)
M. Richardson, S.K.R.S. Sankaranarayanan, V.R. Bhethanabotla, Appl. Phys. Lett. 104(25), 253501 (2014)