Page 210 - 《应用声学》2024年第6期

1386 2024 年 11 月

启动信号源，产生激励信号，IDT 在激励信号 结果与仿真结果偏差增大，这可能归因于器件的谐
作用下由于逆压电效应产生SAW在基体表面传播， 振频率随器件表面温度的升高呈线性减小。温度升
所以器件表面开始升温，利用热电偶温度计测量输 高，声波相速度会发生变化，引起SAW 谐振频率改
入功率为 5.26 W (+37.21 dBm) 电极表面的温度， 变，从而降低器件的性能，使得实验过程中器件温度
相应的实验结果与仿真结果对比如图6(a) 所示。在 增加减缓 [19] 。图6(b)显示t = 20 s时基于红外相机
前 20 s 内实验结果与仿真结果基本吻合，验证了器 拍摄后进行图像处理呈现的器件表面的三维温度
件热效应来源于损耗机制，但随着时间进行，实验 分布，可以看到，孔径范围内温度明显高于孔径外的
温度。当SAW传播到基体边缘，由于边缘处反射使
 ࠄᰎፇ౧ 得边缘处温度最高，相比于其他区域存在较大的温
͌ᄾፇ౧
度梯度差。随着时间持续，表面温度继续升高，相应

的温度梯度差进一步扩大，当t = 80 s时，基体表面
的三维温度分布所显示此时边缘温度达到 140 C，
◦
ႃౝພए/C  SAWӝ۫ 相较于孔径外的表面温度，最大温度梯度差趋于稳

定，达到50 C，如果继续加大输入功率，达到器件的
◦
功率阈值，器件将出现裂片失效。

SAW٨͈᛫᭧ພएѬ࣋ 通过实验结果与仿真结果的对比，验证仿真模
 型的准确性，揭示器件在大功率作用下的热分布，相
    
௑ᫎ/s 较于厚度方向上温度梯度，孔径方向与两侧区域存
(a) ͌ᄾˁࠄᰎࠫඋ
在的巨大的温度梯度差是导致大功率下器件裂片
66.90
失效的主要原因。此外，修改仿真模型参数还可以
64.06
61.22 反映出器件热效应的其他相关信息。例如修改物理
t/ s
 58.38
场条件设置，施加电势分别设置为0 V、10 V、25 V、
 55.54
52.70 50 V，其他条件保持一致。电势设置为 0 V时，表示

ພए/C  49.86 只存在振动阻尼引起的损耗，不存在介电损耗，仿
47.02
 真 20 s 时结果如图 7 所示。从图 7 中明显可以看到，
44.18

41.34 在没有介电损耗的情况下器件表面温度基本不变，

 38.50
  但随着输入电压增加，电极表面温度急剧升高。所

 Y⊳mm
 以器件表面的热效应产生主要来源于 IDT 中的介
X⊳mm

电损耗，随着电势增加，器件温度显著升高。换句话
150.5
说，通过控制输入电压的方法可以有效地实现预期
140.2
t/ s
129.9 的温度控制。

119.6
200
 109.3
ພएѬ࣋
99.00
50 C
160
ພए/C 88.70


78.40 120
 68.10 ႃౝພए/C
  57.80 80

  47.50
 40
  Y⊳mm
X⊳mm
 0
ˀᏦᘽ 10 V 25 V 50 V
(b) ˀՏ௑҉۳̆ጚܱ฾តᄊʼ፥᛫᭧ພएѬ࣋ڏϸ ̮ႃ૯Ᏺ
图 6 电极温度的实验结果与仿真结果的对比 图 7 不同电势下的电极温度的仿真结果
Fig. 6 Comparison of experimental results and Fig. 7 Simulation results of electrode temperature
simulation results of electrode temperature for different potentials