论文部分内容阅读
声表面波在传播过程中由于结构自身旋转而产生的陀螺效应会导致波传播特性发生改变。压电半导体材料由于同时具有压电效应和半导体特性而被逐渐用于制造各类功能不同的声表面波器件。本文研究了考虑旋转效应时不同压电半导体结构中广义Rayleigh波的传播特性,主要包括三部分内容:第一,研究了旋转的压电半导体半空间中的广义Rayleigh波。建立压电半导体半空间模型并考虑结构绕固定轴旋转,基于弹性动力学和压电半导体理论,建立并且推导得到了以位移函数、电势函数和扰动载流子浓度函数表示的波动场控制方程组。结合波函数试探解和边界条件得到关于波速和波数的频散方程。选取了最小模值逼近法对该频散方程进行数值求解,研究结果表明:广义Rayleigh波的相速度与衰减在计算范围内都与旋转角速度呈近似线性关系,在不同电学边界下旋转使波的衰减情况发生变化,并且外加偏置电场能够小幅度改变旋转对相速度以及衰减的影响程度。第二,建立更贴近实际应用的压电半导体层状结构模型,选取压电半导体材料和弹性材料作为覆盖层和基底,并将弹性基底视作半空间结构。分别推导了覆盖层和弹性基底的场控制方程组并求解。数值结果表明广义Rayleigh波的相速度和衰减与旋转角速度在计算范围内呈近似线性关系,且都随着压电半导体层厚度的变化而变化;不同方向与大小的偏置电场会使波在一定范围内增益且会改变旋转对广义Rayleigh波相速度和衰减的影响。第三,基于旋转的压电半导体层状结构模型,考虑初应力这一因素,研究了无偏置电场时覆盖层中的初应力以及由外加偏置电场引起的初应力和初始电位移对广义Rayleigh波传播特性的影响。假设压电半导体层中初应力为常数,并且推导了初应力和初始电位移与偏置电场之间的关系。建立并求解了不同情况下的场控制方程组,数值结果表明:压电半导体层中存在的初应力会改变广义Rayleigh波的相速度并且会使波幅的衰减弱化;在一定的波数范围内,通过施加一定大小和方向的偏置电场能使波增益。通过以上研究发现旋转对不同压电半导体结构中广义Rayleigh波的传播特性具有一定程度的影响,并且可以通过施加外部偏置电场来对这些影响进行调控。