应用于HVPSAW中的石英晶体切型

1988年，Zaslavsky等人实验研究了在表面波器件中使用“纵向近表面波”(Longitudinal near-surface volume acoustic waves) 的可能性。该波型主要是基于纵向粒子运动的表面飞掠块横波。在ST切晶体中，纵向近表面波是一般表面波频率的1.8倍，但其常被考虑为寄生波。1979年，Jhunjhunwala提到，由于漏表面波存在于慢剪切体波与快剪切体波之间，因此“第二漏表面波”(指的是纵向近表面波) 也可以存在于快剪切体波与准体纵波 (Quasi-longitudinal Waves) 之间。Jhunjhunwala预计到，虽然其波速要高于纯漏表面波波速，但是由于其高泄漏性，几乎没有什么用处。九十年代中期，表面波研究人员开始在其他压电衬底中研究高波速虚拟表面波 (High Velocity Pseudo Surface Acoutic Wave, HVPSAW)。该波型可能蕴含着低损耗，高机电耦合系数和较低温度系数的潜质。Cunha等人在1998年的文章中报道了他们的研究结果，见表3。这里给出其一欧拉角为 (0º, -54.7º, 0º) 石英晶体切型的算例以说明高波速虚拟表面波：

相速度 (短路)：5744.7 m/s
相速度 (开路)：5745.4 m/s
机电耦合系数 (K2)：0.00023

文章中没有报道该切型的温度系数。2000年，Yong等人利用有限元工具研究了欧拉角为 (0º, 125º ~140º, 0º) 石英晶体切型的高波速虚拟表面波。Yong所应用的电极高度在体现频率温度行为以及高波速虚拟表面波模型的波衰减行为方面起了关键性作用。合适选用光学电极高度以及切角可以制造出低损耗和低温度稳定性高波速虚拟表面波型谐振器。作者相信高波速虚拟表面波的无线潜力不久将能够被开发出来。

表3 不同压电衬底层的高波速虚拟表面波

讨论

本文作者在2004年的综述文章中评论到：“石英晶体将继续是温度稳定性表面波应用中的选择材料。从早期对广义表面波 (也包括非纵向平面粒子运动的瑞利波)，表面横波以及漏表面波的调查研究到高波速虚拟表面波的{zx1}发展，表面波研究人员一直xx着这些材料是否能提供其他性能方面的潜质。对于早期的表面波滤波器，叉指电极反射法虽然在降低寄生波方面的作用捉襟见肘，但它承担了这一艰巨任务。然而时至今日，叉指电极反射反而成为了降低表面波滤波器损耗的绊脚石。从另一角度来说，表面波研究人员应该放慢速度，回头看看我们在过去失去了些什么。在过去我们认为不好的东西或者丢弃的东西，也许对于现在来说偏偏是至关重要的。只要我们持之以恒的去研究这些材料，相信，会看到更多令我们感叹，令我们称奇的光芒……”。

去年九月，Epson Toyocom Corporation公司发布了令企业界惊讶的消息：“Epson Toyocom Corporation作为晶体器件的{ldz}，今天宣布，我们利用{dywe}的技术完成了世界上{dy}件具有立方频率温度性质的表面波谐振器。这一谐振器应用到了{zx1}开发的EG-4101/4121CA (表面波振荡器)当中。该振荡器具有高频率，低抖动，低相位噪声的优越性能，并且还拥有出色的频率温度稳定性 (温度范围较大)”，见图14。

图14 具有立方频率温度特性的新型表面波