利用 PMN-PT 实现切向与酒杯模态的自对准单电极驱动
应用物理
2023-05-08 v1
摘要
考虑到微机电系统（MEMS）中旋转传感与计时应用的发展，弯曲模态谐振形状在频率上不及体声波（BAW）对应模态，后者通过静电与压电换能均可实现更高频率。在承载 BAW 陀螺仪与计时基准的 1-30 MHz 范围内，压电与静电 MEMS 具有相似的换能效率。尽管若设计巧妙，静电换能可实现电极与谐振器间针对多种 BAW 模态的自对准，但对于需要电极图形化的 BAW 模态压电换能，失准不可避免。本文展示了利用跨整个圆盘表面的自对准无图形化电极，对 [011] 取向单晶铅镁铌酸盐-钛酸铅（PMN-PT）薄膜圆盘进行横向压电驱动，以激发切向模态与椭圆复合谐振模态族。该谐振模态耦合利用了 [011] PMN-PT 的独特性质，即面内压电系数符号相反。制备 1 端口圆盘换能器，进行射频反射测量，展示了 1-30 MHz 范围内的复合模态族形状。利用 Polytec 激光多普勒振动仪（LDV）的面内位移测量实现了模态换能的独立验证。切向模态在 335 kHz 谐振频率下实现 40/sec 抖动速率，而 n=2 酒杯模态在半径 60 m 圆盘谐振器于空气中、8.42 MHz 谐振频率下实现 11.46 nm 尖端位移。能够以此类指标激发切向与酒杯模态的单电极谐振器，为带有内置主校准级的 BAW MEMS 陀螺仪奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2205.06668,
title = {Self-Aligned Single-Electrode Actuation of Tangential and Wineglass Modes using PMN-PT},
author = {Ozan Erturk and Kilian Shambaugh and Ha-Seong Park and Sang-Goo Lee and Sunil A. Bhave},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.06668},
year = {2023}
}