Open Access

In the present work, nonlinearities in temperature compensating (TC) SAW devices are investigated. The materials used are LiNbO3-rot128YX as the substrate and Copper electrodes covered with a SiO2-layer as the compensating layer. In order to understand the role of these materials for the nonlinearities in such acoustic devices, a FEM simulation model in combination with a perturbation approach [1] is applied. The nonlinear tensor data of the different materials involved in TC-SAW devices have been taken from literature, but were partially modified to fit experimental data by introducing scaling factors. An effective nonlinearity constant is determined by comparison of nonlinear P-matrix simulations to IMD3 measurements of test filters. By employing these constants in nonlinear periodic P-matrix simulations a direct comparison to nonlinear periodic FEM-simulations yields the scaling factors for the material used. Thus, the contribution of different materials to the nonlinear behavior of TC-SAW devices is obtained and the role of metal electrodes is discussed in detail

Zerstörungsfreie Verfahren zur Messung von Eigenspannungen erfordern, abhängig vom gewählten Verfahren, die Kenntnis gewisser Kopplungskonstanten. Im Falle von Ultraschallmessverfahren sind das neben den elastischen Konstanten zweiter Ordnung (SOEC) vor allem die Konstanten dritter Ordnung (TOEC). Elastische Konstanten fester, metallischer Bauteile werden in der Regel in Zugversuchen bestimmt. Zur Ermittlung der TOEC werden diese mit Ultraschallmessmethoden kombiniert. Durch äußere Einflüsse, wie etwa mechanische Nachbehandlungen der zu untersuchenden Bauteile können sich diese Konstanten jedoch ändern und müssen folglich direkt am veränderten Material bestimmt werden. Mithilfe von Simulationen wird die Ausbreitung der zweiten Harmonischen und der nichtlinear erzeugten Oberflächenwellen in Wellenmischexperimenten analysiert und der akustische Nichtlinearitätsparameter (ANP) bzw. der Kopplungsparameter aus der Amplitudenentwicklung berechnet. Insbesondere wird untersucht, welchen Einfluss ein gegebenes Tiefenprofil der TOEC auf den ANP hat (Vorwärtsproblem) und inwiefern sich aus den Messungen des ANP auf ein vorliegendes Tiefenprofil der TOEC schließen lässt (inverses Problem). Außerdem wird diskutiert, welchen Einfluss lokale Änderungen der SOEC auf den ANP haben können und wie groß diese Änderungen sein dürfen, um die TOEC dennoch bestimmen zu können. Die Untersuchungen hierzu wurden auf der Basis eines 3D-FEM Modells mit zufällig orientierten Mikrorissen durchgeführt. Die numerischen Rechnungen zeigen dabei auch eine gute Übereinstimmung mit einem aus der Literatur bekannten und für dieses Problem erweiterten, analytischen Modell. Neben der rissinduzierten Nichtlinearität kann bei diesem auch die Gitternichtlinearität berücksichtigt werden.