高性能S、C波段聲表面波微波延遲線(xiàn)

　1 引言
　　隨著晶片材料和半導(dǎo)體工藝技術(shù)水平的快速發(fā)展，本文作者通過(guò)扇型結(jié)構(gòu)聲表面波換能器的拓?fù)湓O(shè)計(jì)，晶片材料和制作工藝流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，研制出S、C波段聲表面波（SAW）微波延遲線(xiàn)，它比聲體波（BAW）微波延遲線(xiàn)的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝流程更加簡(jiǎn)單，體積更小，延時(shí)精準(zhǔn)度高、一致性好、可靠性高，更適合量產(chǎn)。可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、電子對(duì)抗、高度計(jì)、通信、引信、信號(hào)處理器、目標(biāo)模擬、微波信號(hào)存儲(chǔ)和鑒頻等系統(tǒng)中。在空間設(shè)備中應(yīng)用具有強(qiáng)抗輻照能力。
　　2 SAW微波延遲線(xiàn)基本工作原理
　　SAW微波延遲線(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)，如圖1所示，它由壓電晶片、輸入/輸出叉指換能器（IDT）、金屬屏蔽條和反射吸聲層組成。其工作原理是當(dāng)電信號(hào)加載到輸入換能器后， 利用逆壓電效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)并以聲的速度（比電磁信號(hào)慢105）沿晶片表面?zhèn)鞑ヒ欢尉嚯x，經(jīng)輸出換能器接收，利用壓電效應(yīng)把聲信號(hào)還原成電信號(hào)，形成電信號(hào)的延遲。顯然改變兩個(gè)換能器間的相對(duì)距離，就可得到不同延遲時(shí)間的電信號(hào)，金屬屏蔽柵條用于輸入/輸出換能器間的電磁屏蔽，吸聲層用于吸收聲波反射。
　　
　　圖1 SAW微波延遲線(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)示意圖
　　3 SAW微波延遲線(xiàn)的研制
　　3.1 扇形拓?fù)銲DT結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　SAW延遲線(xiàn)要實(shí)現(xiàn)微波頻段的工作頻率、寬的工作帶寬、高的三次渡越抑制、低的插入損耗和小的帶內(nèi)波動(dòng)， 關(guān)鍵是IDT設(shè)計(jì)。根據(jù)工程項(xiàng)目的應(yīng)用要求，同時(shí)考慮到溫度（-55℃～＋85℃）變化可能引起的漂移，以及工藝過(guò)程可能帶來(lái)的誤差，我們建立了一種扇形拓?fù)銲DT的理論模型，經(jīng)仿真優(yōu)化確定了IDT拓?fù)湓O(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)，從研制出的幾種SAW微波延遲線(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果和最終產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果證明，這種新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目要求的S、C波段工作頻率，寬的工作帶寬（200～500MHz），延時(shí)時(shí)間（0.05～3us），三次渡越抑制（40dB～55dB）和直通抑制（30dB～45dB）等指標(biāo)要求。
　　3.2 晶片材料選擇（2～4英寸圓晶片）
　　由于表面聲波是沿晶片表面?zhèn)鞑?，所以在晶片材料的選擇上對(duì)其表面狀態(tài)的要求很高。對(duì)工作在微波頻段的SAW器件來(lái)講，在工藝制作過(guò)程中晶片材料的透光性可導(dǎo)致晶片背面形成漫散射，從而降低光刻襯度，導(dǎo)致失真的線(xiàn)寬，至使工作頻率、帶寬等性能產(chǎn)生偏差，同時(shí)IDT的指間隔非常?。?/4λ），很容易受到靜電釋放影響，導(dǎo)致IDT的燒毀。為此我們選用了具有弱熱釋電效應(yīng)的2～4英寸標(biāo)準(zhǔn)晶片見(jiàn)圖2，有效解決了靜電釋放導(dǎo)致IDT燒毀和晶片開(kāi)裂現(xiàn)象，同時(shí)光的漫散射也得到了有效抑制，成品率大幅提高。