基于ZnO-Metglas復合多層膜結構的磁電聲表面波諧振器研究.pdf

1、本論文針對基于磁電復合材料的磁場傳感器在低頻或直流磁場測試時靈敏度低、體積大等問題，研究了一種基于ZnO/Metglas復合多層膜的磁電聲表面波磁場傳感器。該磁傳感器結合了磁電復合材料與聲表面波技術，可以實現直流及寬頻交流磁場下的高靈敏度探測，且具有溫度穩(wěn)定性高、可與MEMS等工藝兼容和無源無線等優(yōu)點。論文的主要研究內容包括：
　　一、采用散射矩陣法求解了ZnO/Metglas半無限基底結構中瑞利波的波速及機電耦合系數，利用反散射

2、矩陣法求解了此結構壓電薄膜上表面的位移與電勢的狀態(tài)矢量。利用耦合模(COM)模型，考慮機械負載與電負載對該結構的影響，求解了等效波速、反射系數、換能系數等COM參數。計算結果表明：金屬電極電負載開路柵相比于短路柵對波速的影響小，在開路柵中，當金屬化率η為0.5，中心頻率與ZnO厚度乘積fhZnO=0.162GHz*μm時，電負載對波速影響最大達-0.45％，機械負載對ZnO/Metglas多層膜結構波速的影響為正值。由電負載引起的反射比

3、機械負載的大，開路電極的反射系數為正，短路電極的反射系數為負。金屬化率對聲表面波振幅及靜電儲能有一定的影響。
　　二、介紹了一種非晶態(tài)合金的數學模型，模擬了帶材在不同方向退火后的磁化特性，求解了磁化強度、磁致伸縮系數以及楊氏模量對于磁場的依賴關系。對Metglas2605SA1進行了磁場退火實驗，結果表明溫度為360℃保溫一小時磁場退火效果最好。對未退火的非晶帶材及360℃磁場退火后的樣品進行了共振反共振頻率測試，測試結果表明：磁

4、場退火改變了非晶帶材的應力狀態(tài)，易軸方向測試的磁機械耦合系數k33明顯增大，在外加磁場8Oe時達到0.32，比未退火樣品增大了一倍；對比退火后樣品易軸難軸的△E效應，楊氏模量隨外加磁場的變化規(guī)律與數學模型仿真結果相吻合，其中難軸方向測試的磁機械耦合系數略低于易軸方向，難軸方向楊氏模量隨外加磁場的增加先增大后降低，楊氏模量效應達到53.3%。
　　三、對Metglas非晶軟磁帶材進行了拋光處理，通過優(yōu)化磁控濺射參數，以及改變基底束縛