手錶vs. 聲表面波

2020-12-05 技術最前沿

石英是很常見的壓電材料,我們平時戴的石英表就利用了石英的壓電特性。紐扣電池供電,讓石英晶體震動,頻率為32768次/秒,再把震動轉成每秒1次的脈衝,驅動微電機轉動秒針運動:滴答。

聲波通常是縱波,也有橫波,聲波所到之處的質點沿著傳播方向在平衡位置附近振動,聲波的傳播實質上是能量在介質中的傳遞。聲波是一種機械波,由聲源振動產生,聲表面波也一樣。

給充滿著正負電荷的壓電晶體兩端加電壓,原子受到電荷的壓力,為了保持電荷的平衡,原子來回震動使壓電晶體形狀輕微變形。電壓以一定的頻率施加,晶體就以一定的頻率震動,產生聲表面波。由於這個聲波在深度方向上衰減極快,只在表面傳播,故而得名。

聲表面波:Surface Acoustic Wave,簡稱SAW。

波主要有兩種:電磁波和機械波,前者傳播不需要介質,而聲波就屬於後者。機械波又分為縱波和橫波。

縱波:

橫波:

表面聲波:

固體中粒子以橢圓軌跡震動,橢圓的長軸垂直於固體表面,隨著固體深度越深,粒子運動幅度越小。

聲波可以簡單分為三類:可聞聲、次聲波、超聲波。

可聞聲:audio的頻率為20Hz ~ 20KHz, 是人耳能聽見的範圍,如耳機裡的音樂。

次聲波:infrasonic的頻率低於可聞聲,即<20Hz,如地震波。

超聲波:ultrasonic的頻率超過可聞聲,即>20kHz,如B超檢查,類似的還有A超、M超、D超(即CT)。

石英作為常見的壓電材料,在高電壓和高壓力的情況下表現出線性反應,但還沒有合適的方法把石英做成薄膜沉積在Si或者glass襯底上,用半導體平面工藝製作成晶片類的電子元件。常用的壓電材料形式一般有三種:像單晶由於的壓電體材料、像多晶一樣的壓電陶瓷材料,以及像非晶一樣的壓電薄膜材料。

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