طراحي و شبيه سازي افزاره هاي امواج صوتي سطحي (SAW) بر بستر LiNbO3 با برش °-YX128

Design and simulation of surface acoustic wave (SAW) devices on 128° YX cut Lithium Niobate

در اين مقاله، اصول طراحي افزاره هاي امواج صوتي سطحي (SAW) بر بستر LiNbO3 با برش °-YX128 ارائه مي شود. اين نوع افزاره ها كاربردهاي زيادي در زمينه حسگرهاي گازي، دما، رطوبت، فشار، گشتاور و همچنين فيلترهاي مخابراتي دارند. در اين مقاله، شبيه سازي ها به صورت سه بعدي و به روش المان متناهي انجام مي شود. دراين شبيه سازي ها، تاثير پارامترهاي گوناگون ساختار، مانند فاصله و تعداد الكترودها، دامنه و فركانس سيگنال الكتريكي، ميزان تلفات و همچنين ضخامت بستر بر موج SAW منتشر شده، بررسي مي شود. نتايج شبيه سازي ها نشان مي دهد كه فاصله الكترودها با عكس فركانس و دامنه جابجايي اتم هاي سطحي با دامنه سيگنال اعمالي متناسب است. براساس نتايج حاصله، تعداد بهينه جفت الكترودها براي ولتاژ الكتريكي 50 ولت و تلفات بستر0.01 dB به ازاي يك دوره تناوب، برابر با 34 جفت است. از طرف ديگر، براي اينكه موج ريلي با طول موج متناسب با دوره تناوب الكترودهاي طراحي شده انتشار يابد، ضخامت بستر نبايد از نصف دوره تناوب كمتر باشد.

In this paper, we investigate fundamental design principles of surface acoustic wave devices based on 128° YX cut lithium niobate. Surface acoustic wave devices have many applications in gas, temperature, humidity, pressure, torque sensing and also in RF filters. 3D FEM simulations have been done in this article and effect of various parameters like pitch size and the number of electrodes pairs, amplitude and frequency of applied electrical signal and thickness of the substrate on propagating acoustic wave has been investigated. The results show the frequency of the electrical signal is inversely proportional to electrodes pitch size and displacement of atoms are proportional to signal amplitude. Also, the optimum number of pairs of electrodes for electrical signal voltage of 50 V and substrate propagation loss of 0.01 dB per wavelength is equal to 34 pairs. On the other hand, for proper propagation of Rayleigh wave, substrate thickness must not be smaller than half of the pitch size.