RU2738454C1 - Method for measuring the speed of surface acoustic waves in a piezo-substrate - Google Patents

Method for measuring the speed of surface acoustic waves in a piezo-substrate Download PDF

Info

Publication number
RU2738454C1
RU2738454C1 RU2020117623A RU2020117623A RU2738454C1 RU 2738454 C1 RU2738454 C1 RU 2738454C1 RU 2020117623 A RU2020117623 A RU 2020117623A RU 2020117623 A RU2020117623 A RU 2020117623A RU 2738454 C1 RU2738454 C1 RU 2738454C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
piezo
saw
surface acoustic
speed
Prior art date
Application number
RU2020117623A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Георгиевич Анцев
Геннадий Анатольевич Сапожников
Сергей Владимирович Богословский
Константин Владимирович Терехин
Александр Ростиславович Жежерин
Original Assignee
Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority to RU2020117623A priority Critical patent/RU2738454C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2738454C1 publication Critical patent/RU2738454C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the field of measurement equipment and can be used for measurement of speed of propagation of surface acoustic waves (SAW) in the piezo-substrate. SAW speed measurement method consists in the fact that SAW is excited in controlled piezo-substrate and reflected signal is received. At that, on the piezo substrate there is formed a topology corresponding to its specified operating frequency, in which excitation of SAW and reception of the reflected signal is carried out by one interdigital transducer (IDT) located between groups of reflecting structures, where reflecting structures on one side of IDT are offset relative to it by a certain value. Parameters of IDT and reflecting structures are selected by providing condition of acoustic synchronism. Then, the received reflected signal is supplied to the vector analyzer, which provides its representation in the form of resistance to frequency dependence, the region with the largest number of amplitude bursts is determined, section of the curve having maximum sweep is identified, the minimum value of this section is used to determine the value of the actual operating frequency of the piezo substrate by projection and to calculate the actual propagation speed SAW in the piezo-substrate in accordance with a given ratio.
EFFECT: high accuracy of measuring propagation speed of SAW in a piezo-substrate.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении для измерения скорости распространения поверхностных акустических волн (ПАВ) в пьезоподложке.The invention relates to the field of measuring technology and can be used in instrumentation to measure the speed of propagation of surface acoustic waves (SAW) in a piezo substrate.

Во многих разработках устройств на ПАВ требуется знание скорости распространения акустической волны в подложке с высокой точностью, позволяющей рассчитать и использовать такую топологию, которая обеспечит максимальную эффективность устройства при прочих заданных характеристиках. В частности, на практике, подложки, используемые при изготовлении чувствительных элементов (ЧЭ) на ПАВ, могут иметь величину скорости распространения ПАВ, отличную от справочной, и это отличие приводит к изменению параметров готовых изделий.Many designs of SAW devices require knowledge of the propagation velocity of an acoustic wave in a substrate with high accuracy, allowing the calculation and use of such a topology that will ensure the maximum efficiency of the device with other given characteristics. In particular, in practice, substrates used in the manufacture of SAW-based sensing elements (SE) can have a SAW propagation velocity that differs from the reference one, and this difference leads to a change in the parameters of finished products.

Из уровня техники известны некоторые способы измерения скорости ПАВ.Several methods for measuring surfactant velocity are known in the art.

В частности, известен способ с использованием интерферометрической методики измерения скорости ПАВ [1]. Предлагаемая методика основана на оптическом зондировании ПАВ одновременно в двух точках поверхности пьезоподложки и использовании при измерениях двухлучевого оптического интерферометра. Два пространственно разнесенных оптических пучка дифрагируют на ПАВ, затем смешиваются и создают интерференционную картину. По измерению периода осцилляций этой картины вследствие изменения частоты ПАВ находится групповая скорость волны. Для проведения расчета требуется программное обеспечение эксперимента, включающее в себя: 1) накопление данных со статистической обработкой и с автокоррекцией дрейфа фазы интерферометра, вызванного изменением внешних условий; 2) Фурье-анализ спектра сигнала с использованием обобщенных переменных и учетом дисперсии ПАВ; 3) вычислительный алгоритм определения групповой скорости ПАВ. При этом точность определения скорости зависит от условий эксперимента и составляет 3 м/с для групповой скорости.In particular, there is a known method using an interferometric technique for measuring the speed of surfactants [1]. The proposed technique is based on optical probing of SAWs simultaneously at two points of the piezo-substrate surface and using a two-beam optical interferometer for measurements. Two spatially separated optical beams are diffracted by a SAW, then mixed and create an interference pattern. By measuring the oscillation period of this pattern due to a change in the SAW frequency, the group velocity of the wave is found. To carry out the calculation, the experimental software is required, which includes: 1) data accumulation with statistical processing and with auto-correction of the interferometer phase drift caused by changes in external conditions; 2) Fourier analysis of the signal spectrum using generalized variables and taking into account the variance of the SAW; 3) computational algorithm for determining the group velocity of the surfactant. In this case, the accuracy of determining the velocity depends on the experimental conditions and is 3 m / s for the group velocity.

Известен также способ измерения скорости ПАВ основанный на интерференции входного и задержанного электрических сигналов [2]. В одном из каналов двухканальной измерительной схемы использована линия задержки (ЛЗ), выполненная на пьзоподложке с неизвестной скоростью ПАВ. Для уменьшения влияния сигнала тройного прохода в ЛЗ авторы используют импульсный метод измерения, что повышает требования к амплитудам входного и задержанного радиосигналов. При этом нужно учитывать фазовые сдвиги в усилителях. Сигналы в обоих каналах должны быть когерентными для устранения влияния случайной начальной фазы между радиоимпульсами в измерительных каналах на точность измерения. В предложенном методе не исследуется влияние электрической наводки на выходном встречно-штыревом преобразователе (ВШП). Авторы метода оценивают точность измерения скорости -10-6. Однако, точность будет в большой степени зависеть от погрешностей используемой аппаратуры.There is also known a method for measuring the speed of SAW based on the interference of the input and delayed electrical signals [2]. In one of the channels of the two-channel measuring circuit, a delay line (LZ) is used, made on a piezo substrate with an unknown SAW velocity. To reduce the influence of the triple pass signal in the laser, the authors use the pulsed measurement method, which increases the requirements for the amplitudes of the input and delayed radio signals. In this case, you must take into account the phase shifts in the amplifiers. Signals in both channels must be coherent to eliminate the influence of the random initial phase between radio pulses in the measuring channels on the measurement accuracy. The proposed method does not investigate the effect of electrical pickup on the output interdigital converter (IDT). The authors of the method estimate the accuracy of speed measurement -10 -6 . However, the accuracy will largely depend on the inaccuracies of the hardware used.

Известен способ измерения скорости ПАВ [3], основанный на дифференциальном методе вычисления. Способ реализуется за счет выбора диапазона измерения частоты возбуждения ПАВ и разности расстояний от излучателя до приемников. Способ заключается в том, что излучатель и приемники устанавливаются на поверхности исследуемого материала с учетом максимального и минимального возможных значений скорости ПАВ в исследуемом материале и относительной погрешности измерения. Диапазон погрешности измерения выбирается с учетом разности расстояний от излучателя до приемников, абсолютной ошибки измерения, разности расстояний от излучателя до приемников и максимального и минимального возможных значений скорости ПАВ в исследуемом материале, при этом в каждом диапазоне измерения частоты возбуждения ПАВ находится один минимум амплитуды суммарного сигнала приемников. Скорость ПАВ определяется по частоте возбуждения ПАВ, соответствующей минимуму амплитуды суммарного сигнала.A known method for measuring the speed of surfactants [3], based on a differential calculation method. The method is implemented by selecting the range of measurement of the SAW excitation frequency and the difference between the distances from the emitter to the receivers. The method consists in the fact that the emitter and receivers are installed on the surface of the test material, taking into account the maximum and minimum possible values of the speed of the surfactant in the test material and the relative measurement error. The measurement error range is selected taking into account the difference in the distances from the emitter to the receivers, the absolute measurement error, the difference in the distances from the emitter to the receivers, and the maximum and minimum possible values of the SAW velocity in the test material, while in each measurement range of the SAW excitation frequency there is one minimum of the amplitude of the total signal receivers. The SAW speed is determined by the SAW excitation frequency corresponding to the minimum amplitude of the total signal.

Еще один известный способ измерения скорости ПАВ [4], основанный на дифференциальном методе вычисления, заключается в том, что в устройстве устанавливают излучающий и приемные ВШП на определенном расстоянии, возбуждают излучающий ВШП в диапазоне частот Δƒ, удовлетворяющем неравенству

Figure 00000001
где ƒ0 - центральная частота излучающего ВШП; N - число пар штырей ВШП. Затем определяют минимальное значение сигнала, полученного путем сложения принятых приемными ВШП сигналов, измеряют частотомером частоту, соответствующую минимальному значению суммарного сигнала, по которой с учетом разности расстояний от излучающего преобразователя до двух приемных ВШП определяют искомый параметр.Another well-known method for measuring the speed of SAW [4], based on the differential calculation method, is that the emitting and receiving IDTs are installed in the device at a certain distance, and the emitting IDTs are excited in the frequency range Δƒ, satisfying the inequality
Figure 00000001
where ƒ 0 is the center frequency of the emitting IDT; N is the number of pairs of IDT pins. Then the minimum value of the signal obtained by adding the signals received by the receiving IDTs is determined, the frequency corresponding to the minimum value of the total signal is measured with a frequency meter, according to which the desired parameter is determined taking into account the difference in the distances from the emitting transducer to the two receiving IDTs.

Основным недостатком уровня техники является низкая точность измерения скорости распространения ПАВ в пьезоподложке, обусловленная тем, что существующие методы требуют использования соответствующей дополнительной аппаратуры, вносящей погрешности в результаты измерения, кроме того для нахождения скорости ПАВ требуется дополнительно производить специальные вычисления.The main disadvantage of the prior art is the low accuracy of measuring the SAW propagation velocity in the piezo substrate, due to the fact that the existing methods require the use of appropriate additional equipment, which introduces errors in the measurement results, in addition, to find the SAW velocity, additional special calculations are required.

Наиболее близким по существу аналогом к предлагаемому способу измерения скорости ПАВ является техническое решение [4]. Однако, кроме недостатков общего уровня техники, в указанном прототипе отмечаются следующие особенности: в выбранной структуре выходные ВШП подвержены влиянию электрических наводок, также в области на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ), близкой к центральной частоте, вследствие взаимодействия двух ВШП, находящихся на одной линии, наблюдается снижение уровня сигнала, при этом добавляется погрешность от выбранного расстояния между входным и выходными ВШП. Все эти недостатки в совокупности дают достаточно большую погрешность измерений скорости ПАВ.The closest analogue to the proposed method for measuring the speed of surfactants is a technical solution [4]. However, in addition to the shortcomings of the general level of technology, in the specified prototype, the following features are noted: in the selected structure, the output IDTs are subject to the influence of electrical interference, also in the region on the amplitude-frequency characteristic (AFC) close to the center frequency, due to the interaction of two IDTs located on the same line, a decrease in the signal level is observed, while an error is added from the selected distance between the input and output IDTs. All these disadvantages taken together give a rather large measurement error of the surfactant velocity.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности высокоточного определения фактической скорости распространения ПАВ в пьезоподложке для расчета топологии устройств на ПАВ при снижении производственных затрат.The objective of the present invention is to provide the possibility of highly accurate determination of the actual velocity of propagation of SAW in a piezo substrate for calculating the topology of SAW devices while reducing production costs.

Технический результат, соответственно, заключается в повышении точности измерения скорости распространения ПАВ в пьезоподложке.The technical result, respectively, is to increase the accuracy of measuring the velocity of propagation of surfactants in the piezoelectric substrate.

Указанная задача с достижением заявленного технического результата решается способом измерения скорости ПАВ, заключающимся в том, что излучающим ВШП возбуждают в контролируемой пьезоподложке ПАВ и осуществляют прием отраженного сигнала. При этом на пьезоподложке формируют топологию, соответствующую ее заданной рабочей частоте, в которой возбуждение ПАВ и прием сигнала осуществляются ВШП, расположенным между группами отражающих структур (ОС). При этом ОС с одной стороны от ВШП смещены относительно ВШП на значение

Figure 00000002
где N - количество отражателей в ОС; λ - длина ПАВ в пьезоподложке. Кроме того, параметры ВШП и ОС выбираются такими, чтобы обеспечить условие акустического синхронизма. Затем принятый отраженный сигнал подают в векторный анализатор, обеспечивающий его представление в виде зависимости сопротивления от частоты, определяют область с наибольшим количеством амплитудных всплесков и выявляют участок кривой, имеющий максимальный размах. По минимальному значению этого участка путем проекции определяют значение фактической рабочей частоты пьезоподложки и вычисляют фактическую скорость распространения ПАВ в пьезоподложке как
Figure 00000003
где V1ПАВ - фактическая скорость распространения ПАВ в пьезоподложке; VПАВ - справочная скорость распространения ПАВ в данном материале пьезоподложки; ƒ1 - фактическая рабочая частота пьезоподложки; ƒp - заданная рабочая частота пьезоподложки.The specified task with the achievement of the claimed technical result is solved by the method of measuring the speed of the SAW, which consists in the fact that the emitting IDT is excited in the controlled piezoelectric substrate by the SAW and the reflected signal is received. In this case, a topology is formed on the piezo substrate, corresponding to its given operating frequency, in which the SAW excitation and signal reception are carried out by an IDT located between the groups of reflecting structures (OS). In this case, the OS on one side of the IDT is displaced relative to the IDT by the value
Figure 00000002
where N is the number of reflectors in the OS; λ is the length of the surfactant in the piezo-substrate. In addition, the IDT and FB parameters are selected to provide the condition of acoustic synchronism. Then the received reflected signal is fed to the vector analyzer, which provides its representation in the form of a dependence of resistance on frequency, the area with the greatest number of amplitude bursts is determined, and the section of the curve with the maximum swing is identified. Based on the minimum value of this section by projection, the value of the actual operating frequency of the piezo substrate is determined and the actual velocity of SAW propagation in the piezo substrate is calculated as
Figure 00000003
where V 1surfactant - the actual velocity of propagation of the surfactant in the piezoelectric substrate; V surfactant - reference velocity of surfactant propagation in the given material of the piezo-substrate; ƒ 1 - actual operating frequency of the piezo substrate; ƒ p is the given operating frequency of the piezo substrate.

Использование в предлагаемом способе топологии с одним ВШП позволяет исключить погрешности влияния наведенных сигналов, а также избежать снижения сигнала в области на АЧХ, близкой к центральной частоте, возникающего из-за взаимодействия двух находящихся рядом ВШП. Расположение ОС выбирается таким, чтобы при осуществлении измерений отраженные с двух сторон сигналы не накладывались друг на друга, образуя на выходе непрерывный сигнал, несущий полезную информацию. При этом исключается погрешность, вносимая несколькими измерительными приборами, т.к. для полного цикла измерений используется только один прибор - векторный анализатор, который также используется для представления сигнала в виде зависимости сопротивления от частоты, на основе которого впоследствии и происходит вычисление фактической рабочей частоты и, соответственно, скорости распространения ПАВ в пьезоподложке с точностью, определяемой только точностью самого векторного анализатора.The use of the topology with one IDT in the proposed method makes it possible to eliminate errors in the influence of induced signals, as well as to avoid signal reduction in the area at the frequency response close to the center frequency, arising from the interaction of two adjacent IDTs. The location of the OS is chosen so that during measurements, signals reflected from both sides do not overlap each other, forming a continuous signal at the output that carries useful information. This eliminates the error introduced by several measuring instruments, since for a full measurement cycle, only one device is used - a vector analyzer, which is also used to represent the signal as a dependence of resistance on frequency, on the basis of which the actual operating frequency and, accordingly, the SAW propagation velocity in the piezo substrate are subsequently calculated with an accuracy determined only by accuracy the vector analyzer itself.

Настоящее изобретение поясняется чертежами.The present invention is illustrated by drawings.

Предлагаемый способ реализуется с использованием устройства на ПАВ (чувствительного элемента (ЧЭ)), топология которого приведена на фиг. 1.The proposed method is implemented using a SAW device (sensing element (SE)), the topology of which is shown in Fig. one.

На фиг. 2 приведены графики частотной зависимости активного и реактивного сопротивлений ЧЭ.FIG. 2 shows the graphs of the frequency dependence of the active and reactive resistances of the SE.

На фиг. 3 показано графическое представление векторным анализатором зависимости сопротивления от частоты обрабатываемого сигнала (фиг. 3А - общий вид, фиг. 3Б - укрупненный вид).FIG. 3 shows a graphical representation of the dependence of resistance on the frequency of the processed signal by a vector analyzer (Fig. 3A is a general view, Fig. 3B is an enlarged view).

На фиг. 4 приведены результаты измерения ЧЭ, топология которого показана на фиг. 1, на векторном анализаторе «Rohde & Schwarz ZNB 4» (фиг. 4А - общий вид, фиг. 4Б - укрупненный вид).FIG. 4 shows the results of measuring the SE, the topology of which is shown in Fig. 1, on a vector analyzer "Rohde & Schwarz ZNB 4" (Fig. 4A - General view, Fig. 4B - enlarged view).

Способ измерения скорости ПАВ в пьезоподложке заключается в следующем.The method for measuring the speed of a surfactant in a piezo substrate is as follows.

На образце пьезоэлектрической пластины 1 (в качестве материала пьезоподложки может быть выбран ниобат лития, кварц и др.) формируется топология, состоящая из одного ВШП 2 и ОС 3 (фиг. 1), выполненных по обе стороны от ВШП 2 и состоящих из групп отражателей 4 (отражатели выполняются в виде канавок или штырей). Количество отражателей 4 в каждой ОС 3 равно N. ОС 3 с одной стороны от ВШП 2 смещены относительно ВШП 2 на значение

Figure 00000004
где N - количество отражателей в ОС; λ - длина ПАВ в пьезоподложке. Пьезоэлектрическая пластина 1 с указанной топологией образует ЧЭ. Внешние электрические измерительные приборы подключаются к ВШП 2 полученного ЧЭ. В качестве измерительного прибора используется векторный анализатор цепи с высокой разрешающей способностью по частоте.On a sample of piezoelectric plate 1 (lithium niobate, quartz, etc. can be selected as the material of the piezoelectric substrate), a topology is formed, consisting of one IDT 2 and OS 3 (Fig. 1), made on both sides of IDT 2 and consisting of groups of reflectors 4 (reflectors are made in the form of grooves or pins). The number of reflectors 4 in each OS 3 is N. OS 3 on one side of IDT 2 are displaced relative to IDT 2 by a value
Figure 00000004
where N is the number of reflectors in the OS; λ is the length of the surfactant in the piezo-substrate. The piezoelectric plate 1 with the indicated topology forms the SE. External electrical measuring devices are connected to IDT 2 of the received SE. A high frequency resolution vector network analyzer is used as a measuring device.

ЧЭ, с точки зрения электрических цепей, представляет собой двухполюсник, входное сопротивление которого составляет

Figure 00000005
где RBx(ω) - активная составляющая, ХВх(ω) - реактивная составляющая ZBx(jω). На основании метода эквивалентных схем можно вычислить и построить графики зависимости RBx(ƒ) и XBx(ƒ) (фиг. 2). Плавный и медленный характер изменения указанных функций определяется топологией и параметрами ВШП 2, а амплитудные всплески выходного сигнала - топологией и параметрами ОС 3. Для каждой рабочей частоты параметры ВШП 2 и ОС 3 выбираются такими, чтобы на этой частоте RВx составляла 50 Ом (условие согласования устройств). При изготовлении ЧЭ размеры элементов топологии выбираются исходя из условия акустического синхронизма ВШП 2 и ОС 3: ширина электрода ВШП 2 и ширина отражателя 4 ОС 3 равны
Figure 00000006
а расстояния между соседними электродами ВШП 2 и между соседними отражателями 4 ОС 3 равны
Figure 00000007
при этом длина ПАВ X в пьезоподложке имеет значение
Figure 00000008
где VПАВ - справочная скорость распространения ПАВ в данном материале пьезоподложки; ƒp - заданная рабочая частота пьезоподложки. Таким образом, при расчете ширина каждого электрода ВШП 2 и ширина каждого отражателя 4 ОС 3 составит значение
Figure 00000009
Все вышеперечисленные параметры рассчитываются исходя из справочной скорости распространения ПАВ для конкретного материала пьезоподложки.SE, from the point of view of electrical circuits, is a two-pole device, the input resistance of which is
Figure 00000005
where R Bx (ω) is the active component, Х Вх (ω) is the reactive component Z Bx (jω). Based on the method of equivalent circuits, it is possible to calculate and plot the graphs of the dependence R Bx (ƒ) and X Bx (ƒ) (Fig. 2). The smooth and slow nature of the change in these functions is determined by the topology and parameters of IDT 2, and the amplitude bursts of the output signal - by the topology and parameters of OS 3. For each operating frequency, the parameters of IDT 2 and OS 3 are selected so that at this frequency R Bx is 50 Ohm (condition device matching). When manufacturing SE, the dimensions of the topology elements are selected based on the condition of acoustic synchronism of IDT 2 and OS 3: the width of the electrode IDT 2 and the width of the reflector 4 OS 3 are
Figure 00000006
and the distances between adjacent electrodes IDT 2 and between adjacent reflectors 4 OS 3 are equal
Figure 00000007
in this case, the SAW length X in the piezo substrate is
Figure 00000008
where V surfactant is the reference velocity of surfactant propagation in a given piezo-substrate material; ƒ p is the given operating frequency of the piezo substrate. Thus, when calculating the width of each electrode IDT 2 and the width of each reflector 4 OS 3 will be the value
Figure 00000009
All of the above parameters are calculated based on the reference velocity of propagation of the surfactant for a specific material of the piezo substrate.

В исследуемом образце полученного ЧЭ излучающим ВШП 2 возбуждают ПАВ и им же осуществляют прием отраженного от ОС 3 сигнала. Т.к. ЧЭ подключен к векторному анализатору, отраженный сигнал подается на него. Векторный анализатор обеспечивает обработку данного сигнала и его представление в виде зависимости сопротивления от частоты (фиг. 3).In the investigated sample of the obtained SE, the emitting IDT 2 is excited by the SAW and the signal reflected from the OS 3 is received by it. Because SE is connected to a vector analyzer, the reflected signal is fed to it. The vector analyzer provides processing of this signal and its presentation in the form of a dependence of resistance on frequency (Fig. 3).

На полученном графическом представлении определяют область с наибольшим количеством амплитудных всплесков и выявляют участок кривой, имеющий максимальный по оси сопротивления размах. Выбирают минимальное значение этого участка, и проецируют значение этого участка на ось частот, определяя, таким образом, значение фактической рабочей частоты пьезоподложки ƒ1.On the resulting graphical representation, the area with the greatest number of amplitude bursts is determined and the section of the curve is identified that has the maximum swing along the resistance axis. The minimum value of this section is selected, and the value of this section is projected onto the frequency axis, thus determining the value of the actual operating frequency of the piezoelectric substrate ƒ 1 .

На практике, величина скорости распространения ПАВ в подложке, используемой при изготовлении ЧЭ, может отличаться от справочной. Это отличие приводит к изменению параметров реальных образцов, выражающемуся на графике в смещении минимума амплитудных всплесков на кривой RBx(ƒ), и, как следствие, к изменению величины RВх. Таким образом, условие акустического синхронизма и, следовательно, фактическая рабочая частота пьезоподложки ƒ1, на которую приходится минимум участка кривой, имеющего максимальный размах, в реальном ЧЭ изменится.In practice, the value of the propagation velocity of the surfactant in the substrate used in the manufacture of SEs may differ from the reference value. This difference leads to a change in the parameters of real samples, which is expressed on the graph in the shift of the minimum of amplitude bursts on the curve R Bx (ƒ), and, as a consequence, to a change in the value of R In . Thus, the condition of acoustic synchronism and, consequently, the actual operating frequency of the piezoelectric substrate, 1 , which accounts for the minimum of the portion of the curve with the maximum swing, in a real SE will change.

Так как ширина р в изготовленном ЧЭ определяется расчетом, то, исходя из соотношения

Figure 00000010
можно определить
Figure 00000011
Figure 00000012
где V1ПАВ - фактическая скорость распространения ПАВ в данной пьезоподложке. Выяснив с помощью векторного анализатора значение фактической рабочей частоты пьезоподложки ƒ1 можно с высокой точностью вычислить фактическую (реальную) скорость распространения ПАВ пьезоподложки V1ПАВ.Since the width p in the manufactured SE is determined by calculation, then, based on the ratio
Figure 00000010
can be determined
Figure 00000011
Figure 00000012
where V 1surfactant is the actual velocity of the surfactant propagation in the given piezoelectric substrate. Having found out with the help of a vector analyzer the value of the actual operating frequency of the piezo-substrate 1, it is possible to calculate with high accuracy the actual (real) propagation velocity of the SAW of the piezo-substrate V 1Surf .

На фиг. 4 приведены результаты измерения R(ƒ) ЧЭ, топология которого показана на фиг. 1, на векторном анализаторе «Rohde & Schwarz ZNB 4». Расчет произведен для ЧЭ, выполненного на подложке из LiNbO3 128° Y-X. Скорость распространения ПАВ в таком срезе кристалла по данным справочника составляет VПАВ=3997,9 м/с, а минимум участка с амплитудными всплесками должен находиться на частоте 433 МГц. При наблюдении минимума кривой характеристики R(ƒ) на изготовленном образце, с возможной для данного анализатора точностью, была зафиксирована частота ƒ1=430,597021 МГц. Используя вышеприведенную формулу можно определить реальную скорость ПАВ в данной пьезоподложке

Figure 00000013
и скорректировать в дальнейшем расчет топологии для устройств на ПАВ, изготавливаемых из данного кристалла.FIG. 4 shows the results of measuring R (ƒ) SE, the topology of which is shown in Fig. 1, on a vector analyzer "Rohde & Schwarz ZNB 4". The calculation was carried out for a SE, performed on a LiNbO 3 128 ° YX substrate. According to the handbook, the SAW propagation velocity in such a cut of the crystal is V SAW = 3997.9 m / s, and the minimum of the section with amplitude bursts should be at a frequency of 433 MHz. When observing the minimum of the characteristic curve R (ƒ) on the manufactured sample, with the accuracy possible for this analyzer, the frequency ƒ 1 = 430.597021 MHz was fixed. Using the above formula, you can determine the real velocity of the surfactant in a given piezoelectric substrate
Figure 00000013
and further correct the calculation of the topology for SAW devices made from this crystal.

Проведенные расчеты показывают, что при наличии инструмента, позволяющего измерять R(ƒ) изготовленного ЧЭ с предлагаемой топологией, возможно определить с высокой точностью реальную скорость распространения ПАВ в образцах пьезоподложки. А поскольку фирма-производитель обычно гарантирует направление главной оси вырезаемой пьезоподложки, то, уточнив скорость распространения ПАВ в одном образце, можно распространить результат на всю партию пьезоподложек.The calculations show that in the presence of a tool that allows measuring R (ƒ) of a manufactured SE with the proposed topology, it is possible to determine with high accuracy the real velocity of SAW propagation in the piezo-substrate samples. And since the manufacturer usually guarantees the direction of the main axis of the cut out piezo substrate, then, by specifying the velocity of SAW propagation in one sample, the result can be extended to the entire batch of piezo substrates.

Применение в производстве данного способа высокоточного определения фактической скорости распространения ПАВ в пьезоподложке позволит точнее рассчитать топологию ЧЭ для каждого конкретного кристалла подложки, и, таким образом, повысить эффективность создания устройств на ПАВ при снижении производственных затрат.The use in the production of this method of high-precision determination of the actual propagation velocity of the surfactant in the piezo-substrate will make it possible to more accurately calculate the SE topology for each specific crystal of the substrate, and, thus, to increase the efficiency of creating SAW-based devices while reducing production costs.

Источники информации:Information sources:

1. Е.А. Колосовский, А.В. Царев, И.Б. Яковкин. "Улучшенная методика измерения скорости ПАВ в анизотропных структурах". Акустический журнал, 1998, т. 44, №6, стр. 793-800.1.E.A. Kolosovsky, A.V. Tsarev, I.B. Yakovkin. "An improved technique for measuring the speed of surfactants in anisotropic structures." Acoustic journal, 1998, vol. 44, no. 6, pp. 793-800.

2. И.Г. Симаков, Ч.Ж. Гулгенов. "Регистрация изменения амплитуды и скорости релеевских волн на поверхности пьезоэлектрика. Вестник Бурятского Государственного Университета, 2011, №3, стр. 216-220.2. I.G. Simakov, Ch. Zh. Gulgenov. "Registration of changes in the amplitude and speed of Rayleigh waves on the surface of a piezoelectric. Bulletin of the Buryat State University, 2011, No. 3, pp. 216-220.

3. Авторское свидетельство СССР №1490501 на изобретение "Способ измерения скорости поверхностных акустических волн", опубл. 30.06.1989, МПК G01H 5/00.3. USSR author's certificate No. 1490501 for the invention "Method for measuring the speed of surface acoustic waves", publ. 06/30/1989, IPC G01H 5/00.

4. Авторское свидетельство СССР №1298549 на изобретение "Способ измерения скорости поверхностных акустических волн", опубл. 23.03.1987, МПК G01H 5/00.4. USSR author's certificate No. 1298549 for the invention "Method for measuring the speed of surface acoustic waves", publ. 03/23/1987, IPC G01H 5/00.

Claims (9)

Способ измерения скорости поверхностных акустических волн, заключающийся в том, что возбуждают в контролируемой пьезоподложке поверхностную акустическую волну и осуществляют прием отраженного сигнала, отличающийся тем, что на пьезоподложке формируют топологию, соответствующую ее заданной рабочей частоте, в которой возбуждение поверхностной акустической волны и прием отраженного сигнала осуществляются одним встречно-штыревым преобразователем, расположенным между группами отражающих структур, причем отражающие структуры с одной стороны от встречно-штыревого преобразователя смещены относительно встречно-штыревого преобразователя на значение
Figure 00000014
A method for measuring the speed of surface acoustic waves, which consists in exciting a surface acoustic wave in a controlled piezo substrate and receiving a reflected signal, characterized in that a topology is formed on the piezo substrate, corresponding to its given operating frequency, in which the excitation of a surface acoustic wave and reception of a reflected signal are carried out by one interdigital converter located between groups of reflective structures, and the reflective structures on one side of the interdigital converter are displaced relative to the interdigital converter by a value
Figure 00000014
 где N - количество отражателей в отражающих структурах;where N is the number of reflectors in reflective structures; λ - длина поверхностной акустической волны в подложке;λ is the length of the surface acoustic wave in the substrate; при этом параметры встречно-штыревого преобразователя и отражающих структур выбираются обеспечивающими условие акустического синхронизма, затем принятый отраженный сигнал подают в векторный анализатор, обеспечивающий его представление в виде зависимости сопротивления от частоты, определяют область с наибольшим количеством амплитудных всплесков, выявляют участок кривой, имеющий максимальный размах, по минимальному значению этого участка путем проекции определяют значение фактической рабочей частоты пьезоподложки и вычисляют фактическую скорость распространения поверхностных акустических волн в пьезоподложке какin this case, the parameters of the interdigital transducer and reflecting structures are selected to ensure the condition of acoustic synchronism, then the received reflected signal is fed to the vector analyzer, which provides its representation in the form of a dependence of resistance on frequency, the region with the greatest number of amplitude bursts is determined, and the section of the curve with the maximum range is identified , by the minimum value of this area by projection, the value of the actual operating frequency of the piezo substrate is determined and the actual velocity of propagation of surface acoustic waves in the piezo substrate is calculated as
Figure 00000015
Figure 00000015
 где V1пав - фактическая скорость распространения поверхностных акустических волн в пьезоподложке;where V 1pav - the actual speed of propagation of surface acoustic waves in the piezoelectric substrate; Vпав - справочная скорость распространения поверхностных акустических волн для данного материала пьезоподложки;V pav - reference velocity of propagation of surface acoustic waves for a given material of the piezo-substrate; ƒ1 - фактическая рабочая частота пьезоподложки;ƒ 1 - actual operating frequency of the piezo substrate; ƒр - заданная рабочая частота пьезоподложки.ƒ p is the given operating frequency of the piezo substrate.
RU2020117623A 2020-05-28 2020-05-28 Method for measuring the speed of surface acoustic waves in a piezo-substrate RU2738454C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020117623A RU2738454C1 (en) 2020-05-28 2020-05-28 Method for measuring the speed of surface acoustic waves in a piezo-substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020117623A RU2738454C1 (en) 2020-05-28 2020-05-28 Method for measuring the speed of surface acoustic waves in a piezo-substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2738454C1 true RU2738454C1 (en) 2020-12-14

Family

ID=73835125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020117623A RU2738454C1 (en) 2020-05-28 2020-05-28 Method for measuring the speed of surface acoustic waves in a piezo-substrate

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2738454C1 (en)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4255726A (en) * 1978-03-20 1981-03-10 Hitachi, Ltd. Surface acoustic wave filter
SU945951A1 (en) * 1979-03-21 1982-07-23 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср Filter on surface acoustic waves
SU1721789A1 (en) * 1989-12-19 1992-03-23 Ленинградский Институт Авиационного Приборостроения Device on surface acoustic waves
RU1620022C (en) * 1989-02-10 1994-12-15 АО "Фонон" Unidirectional converter of surface acoustic waves
RU2117383C1 (en) * 1997-09-24 1998-08-10 Валерий Борисович Швец Unidirectional surface acoustic wave converter
RU2158475C1 (en) * 1999-04-29 2000-10-27 Швец Валерий Борисович Reversible natural-directivity surface-acoustic-wave transducer (design versions)
RU2159986C1 (en) * 1999-03-29 2000-11-27 Швец Валерий Борисович Reversible transducer with natural directivity of surface acoustic waves (design versions)
RU2185607C1 (en) * 2001-05-18 2002-07-20 Таганрогский государственный радиотехнический университет Procedure measuring ultrasound velocity in crystals
RU2308799C1 (en) * 2005-12-23 2007-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "БУТИС" Saw filter
RU2333513C1 (en) * 2006-10-30 2008-09-10 ООО "Научно-производственное предприятие "Технологии радиочастотной идентификации и связи" (НПП "ТРИиС") Radio frequency identification anti-collision system
RU2350982C2 (en) * 2007-04-19 2009-03-27 Владимир Сергеевич Богословский Passive identification mark on surface acoustic waves with resonator
RU2457450C1 (en) * 2011-03-25 2012-07-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Detecting element for measuring mechanical stress
RU154305U1 (en) * 2015-03-04 2015-08-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" RESONATOR ON SURFACE ACOUSTIC WAVES

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4255726A (en) * 1978-03-20 1981-03-10 Hitachi, Ltd. Surface acoustic wave filter
SU945951A1 (en) * 1979-03-21 1982-07-23 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср Filter on surface acoustic waves
RU1620022C (en) * 1989-02-10 1994-12-15 АО "Фонон" Unidirectional converter of surface acoustic waves
SU1721789A1 (en) * 1989-12-19 1992-03-23 Ленинградский Институт Авиационного Приборостроения Device on surface acoustic waves
RU2117383C1 (en) * 1997-09-24 1998-08-10 Валерий Борисович Швец Unidirectional surface acoustic wave converter
RU2159986C1 (en) * 1999-03-29 2000-11-27 Швец Валерий Борисович Reversible transducer with natural directivity of surface acoustic waves (design versions)
RU2158475C1 (en) * 1999-04-29 2000-10-27 Швец Валерий Борисович Reversible natural-directivity surface-acoustic-wave transducer (design versions)
RU2185607C1 (en) * 2001-05-18 2002-07-20 Таганрогский государственный радиотехнический университет Procedure measuring ultrasound velocity in crystals
RU2308799C1 (en) * 2005-12-23 2007-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "БУТИС" Saw filter
RU2333513C1 (en) * 2006-10-30 2008-09-10 ООО "Научно-производственное предприятие "Технологии радиочастотной идентификации и связи" (НПП "ТРИиС") Radio frequency identification anti-collision system
RU2350982C2 (en) * 2007-04-19 2009-03-27 Владимир Сергеевич Богословский Passive identification mark on surface acoustic waves with resonator
RU2457450C1 (en) * 2011-03-25 2012-07-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Detecting element for measuring mechanical stress
RU154305U1 (en) * 2015-03-04 2015-08-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" RESONATOR ON SURFACE ACOUSTIC WAVES

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Богословский С.В. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА НА ПАВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ //НАУЧНАЯ СЕССИЯ ГУАП Сборник докладов: в 3 частях. 2015. *
Варламов А. В. Оптимизация конфигурации интегрального акустооптического преобразователя TE-TM мод на подложке из ниобата лития X-среза //ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА СВЧ, том 1, номер 1, 2019, стр. 299-203. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011185921A (en) System and method for measuring damage length
RU2738454C1 (en) Method for measuring the speed of surface acoustic waves in a piezo-substrate
JP5320971B2 (en) Frequency stability inspection method and frequency stability inspection apparatus
RU2410650C2 (en) Method to measure level of material in reservoir
RU2707576C1 (en) Method for calculating current difference of phase and frequency of signals of inertial flow meters (versions)
AU1563100A (en) Method for improving measurements by laser interferometer
CN110823530B (en) Method for obtaining quality factor of micro-resonant cavity
RU2686579C1 (en) Method of determining plasma etching parameters
RU2494358C1 (en) Sensitive element for temperature measurement
RU2654215C1 (en) Method of measuring distance by range finder with frequency modulation
Zhezherin et al. Measurement of Surface Acoustic Waves Velocity in the Piezo Substrate
Knapp et al. Accurate determination of thin film properties using SAW differential delay lines
Horikawa et al. 2Pa3-1 Identification method of wireless SAW sensor based on mass loading effect
RU2457450C1 (en) Detecting element for measuring mechanical stress
KR101879278B1 (en) SAW phase velocity extraction method for the SAW filter design
Zhezherin et al. Analysis Possibility Application SAW Structure for Temperature Sensor
RU2592055C1 (en) Sensitive element on surface acoustic waves for temperature measurement
WO2023243365A1 (en) Laser device
SU1682915A1 (en) Method of determining acoustic parameters of materials
SU1384959A1 (en) Device for measuring ultrasound velocity
Papageorgiou et al. A method for remote measurements of velocity for vibration analysis
RU2016406C1 (en) Acoustoelectronic method of determining displacements of objects
RU2396526C2 (en) Deformation detecting element with dispersion structures
SU305562A1 (en) METHOD FOR DETERMINING RESONANT FREQUENCY RESONATOR
SU1298549A1 (en) Method of measuring velocity of surface acoustical waves