A comprehensive equivalent circuit model for high overtone bulk acoustic resonators (HBARs)
Vikrant J. Gokhale and Brian P. Downey
本文为高泛音散声谐振器(HBAR)提出了一种新的综合等效电路模型。 HBARs展示了几种非常尖锐的共振模式,几乎在非常宽的频率范围内周期性地分布。 HBAR的这种频谱响应具有独特的优势,但带来了重大的建模挑战。 拟议的电路包含并建模了HBAR的独特物理组件:压电传感器,基板(一种完美的周期性多模腔),压电耦合,以及关键,不完美匹配的传感器-基板接口,赋予HBAR模式频谱的特征周期性。 通过明智地使用固定,周期性或严格限制的虚拟集合元素分支和分支集,该模型保留了与物理设备的清晰和直观的链接,同时降低了安装密集宽带数据集所需的复杂性。 我们通过在1 GHz范围内同时为61种GaN/NbN/蓝宝石HBAR模式的测量数据以及提取诸如质量因子和耦合系数等模态参数来证明该模型的有效性和功率。 我们展示了这种新模型紧凑且可扩展:通过利用HBAR中固有的内部关系,该模型可以轻松扩展,包括多个传感器泛音和信封,多个不同的传感器和虚假模式。 除了拟合测量数据集外,新模型还可用于轻松分析HBAR标称状态的各种扰动。 我们预计新模型对于设计基于经典的基于HBAR的振荡器、滤波器和传感器以及将HBAR集成到量子电路中非常有用。
This paper presents a new and comprehensive equivalent circuit model for high overtone bulk acoustic resonators (HBARs). HBARs demonstrate several very sharp resonance modes distributed nearly periodically over a very wide frequency range. This spectrum response of HBARs offers unique advantages but poses significant modeling challenges. The proposed circuit incorporates and models the unique physical components of the HBAR: piezoelectric transducer, substrate (a perfectly periodic multimode cav...