Електрофізичні та адсорбційні явища в кристалічних діелектриках та шаруватих структурах при поширенні поверхневих акустичних хвиль

Він складається з пластини 1 з анізотропного п'єзоелектрика, розташованої з можливістю повороту відносно своєї осі симетрії, перпендикулярної її робочої поверхні, двох ідентичних пластин 2 і 3 із п'єзопасивного діелектрика, розташованих паралельно і симетрично відносно пластини 1, систем ЗШП 4 і 5, розташованих відповідно на пластинах 2 і 3. Системи ЗШП 4 і 5 зорієнтовані під кутом один до одного. При повороті пластини 1 закріпленої в обоймі 6, проміжок між перетворювачами 4 і 5 і поверхнею пластини 1 залишається постійним, апертура ЗШП перекривається пластиною 1 при заданому кутовому переміщенні. Системи ЗШП на пластинах 2 і 3 зроблені таким чином, що разом з п'єзопластиною утворюють елемент на ПАХ тотожний вузькосмуговому фільтру. Фільтри ввімкнені в якості частотозадаючих елементів в диференційну схему, що має два генератори і формувач сигналів різницевої частоти. В початковому стані пластина 1 зорієнтована таким чином, що її вісь z є бісектрисою кута між поздовжніми осями ОО1 і ЕЕ1 системи ЗШП на пластинах 2 і 3. В цьому випадку швидкості поширення ПАХ, збуджуваних ЗШП в пластині 1 однакові, і, отже, елементи на ПАХ мають однакові центральні частоти f0. При повороті пластини 1 швидкості поширення в ній ПАХ внаслідок анізотропії стають різними в напрямку поздовжніх осей ЗШП, що призводить до зміни f0 елементів таким чином, що f0 одного елемента збільшується, а другого зменшується, в результаті чого вихідний сигнал всього акустоелектронного перетворювача стає рівним різниці частот автогенератора. Очевидно, що за допомогою простого елемента, перетворюючого будь-яку фізичну дію (механічну, електромагнітну, теплову) в відносне переміщення пластин 1, 2, 3 можливо створювати керовані АЕП різного призначення і класів.

Крім високих параметрів пристроїв (переналагоджування робочої частоти фільтра, наприклад, сягає більш ніж 9%, що приблизно на порядок більше ніж у аналогів) досягається їх висока уніфікація за рахунок застосування безконтактного перетворювача, а також інтелектуалізація сенсорів різного призначення внаслідок простого спряження (частотний вихід) з ЕОМ.

Прикладом практичного використання явища перетворення акустичних хвиль в дискретно-шаруватій структурі тверде тіло - рідина - тверде тіло є створені на його основі датчики тиску і вимірювання товщини плівок.

Температурні залежності ЕФП діелектричних матеріалів і шаруватих структур лягли в основу створених сенсорів температури. Так велике значення від'ємного температурного коефіцієнта опору сегнетокераміки в області високих температур (120 -- 600 °С) дозволило створити сенсор температури з високими чутливістю (більше 5 мкАЧ°С -1) і динамічною реакцією на зміну температури (менше 1 с).

На основі комбінованого використання оптичних, п'єзоелектричних і температурних властивостей п'єзонапівпровідникових матеріалів в шаруватій структурі InSb/LiNbO3 з резонансною зустрічно-штирьовою системою створено сенсор ІЧ випромінювань в області довжин хвиль l=3,0-5,0 мкм. В ньому чутливий до ІЧ променів у вказаному діапазоні хвиль шар InSb наноситься на прозорий для ІЧ променів LiNbO3 в області зустрічно-штирьової резонансної структури. ІЧ промені при попаданні на ІnSb поглинаються ним, розігрівають його і разом з тим розігрівається LiNbO3.

Внаслідок високого ТКЧ LiNbO3, рівного для YZ-зрізу 87Ч10-6°С-1, змінюється швидкість ПАХ і, відповідно, частота резонансної структури.

В цьому ж розділі проведено аналіз і оцінку акустичних ефектів, що виникають в шаруватих структурах елемент на ПАХ - сорбційна плівка під дією фізико-хімічних процесів взаємодії її з компонентами газового середовища. Показано, що в залежності від співвідношення товщини і ширини плівки з довжиною хвилі, величини зміни її акустичних характеристик в процесі такої взаємодії і співвідношення їх з акустичними характеристиками звукопроводу можуть мати місце трансформації звичайно використовуваних ПАХ Релея в інші типи хвиль, властивості і параметри яких суттєво відрізняються. В такому випадку на зміні параметрів ПАХ-відгуку може відбитися не прямий вплив, наприклад, зміни маси сорбційної плівки чи пружних констант, а акустичний ефект трансфорамації одного типу хвиль в інший, що може призвести до неадекватної інтерпретації одержаних результатів. Розроблена фізико-математична модель взаємодії ПАХ з адсорбуючим шаром, яка базується на тому, що в загальному випадку зміна параметрів сорбційного шару викликає відносну зміну швидкості поширення ПАХ відповідно співвідношенню

 (9)

де m - маса плівки;

с - жорсткість матеріалу плівки;

eр - діелектрична проникність матеріалу плівки;

s - електропровідність плівки;

Т - температура плівки;

Р - тиск зовнішнього середовища.

Для тонкої (kh<<1, де k - хвильове число, h - товщина плівки) полімерної ізотропної діелектричної плівки при фіксованих Р і Т, що практично легко забезпечити, одержано для відносної зміни частоти вихідного сигналу сенсора

, (10)

де - центральна частота сенсора без плівки;

- густина матеріалу плівки.

q - константа, що характеризує властивість матеріалу звукопроводу.

Для матеріалів плівок у яких суттєво міняються при взаємодії з газовими компонентами діелектричні властивості і з використанням в сенсорі ЗШП одержано для електричної ємності сенсора

, (11)

де - ємність пари електродів на одиницю їх довжини без плівки;

N - число електродів;

r - коефіцієнт металізації ЗШП, рівний r=d/2b;

- товщина електрода; d - ширина електрода, b - відстань між ними;

Експериментальні дослідження проводились з шаруватими структурами, в котрих використовувались плівки на основі каучуків, селікогеля, солей масних кислот і комплексонатів германію з товщинами від мономолекулярних шарів до 5 мкм.

Показана можливість суттєвого підвищення селективності сенсорів формуванням структур типу "сендвіч" з комбінацією фізико-хімічних і структурних властивостей матеріалів. По такому принципу створено сенсор водню, в якому один шар виконує роль молекулярного сита, а другий проявляє до нього високу здатність розчинності, чим забезпечується подвійна селективність.

Досягнута вибірковість водню рівна 10-2 по відношенню до таких супутніх газів як кисень, азот, двоокис вуглецю і чутливість до 0,01 в межах концентрацій 0 - 100 ppm. Одержані високі параметри сенсорів побудованих на основі Л-Б плівок. Суттєво, що представлені на рис. 12, 13 залежності одержані при температурі Т=20 °С без підігріву на стадії десорбції.

В кінці дисертації містяться висновки, в яких викладені найбільш важливі наукові результати роботи і показана їх практична значимість. В Додатках до дисертації містяться описи вимірювальних установок, таблиці розрахункових значень меж полів допуску модуля перехідної характеристики при моделюванні на ЕОМ випадкових похибок топології ЗШП, а також документи, що підтверджують практичне використання результатів дисертаційної роботи.

Висновки

В дисертації отримано якісно нові науково обґрунтовані результати в області акустоелектроніки, які в сукупності розв'язують важливу наукову проблему, пов'язану з генерацією, поширенням та детектуванням поверхневих акустичних хвиль в кристалічних діелектриках та шаруватих структурах. Встановлено механізми фізичних явищ, що виникають в них при поширенні ПАХ і реалізовано на їх базі новий методологічний підхід у створенні високоефективних керованих акустоелектронних пристроїв на ПАХ та інтелектуальних сенсорів нового покоління, що суттєво розширює реалізацію потенційних можливостей акустоелектроніки. Основні результати дисертаційної роботи полягають в наступному.

Одержано і систематизовано нові дані про електрофізичні параметри та акустичні характеристики для ПАХ Релея (коефіцієнт електромеханічного зв'язку, діелектрична проникність, швидкість поширення ПАХ, залежність швидкості ПАХ від кута між хвильовим вектором і кристалографічною віссю, коефіцієнт згасання ПАХ), їх температурні і частотні залежності ряду перспективних для акустоелектроніки діелектриків та шаруватих структур - кристалів кварцу, п'єзокераміки системи ЦТС, структур А2В6/п'єзоелектрик, плівка Л-Б/ п'єзоелектрик, комплексонати германію. Для конкретних марок п'єзокераміки системи ЦТС визначені граничні значення частотного діапазону ПАХ і ширини полоси пропускання сигналу по критерію вносимих втрат, що складає, зокрема, для п'єзокераміки ПКР-53 (М) відповідно 30 Мгц і 5%, а для PZT-2 відповідно 50 Мгц і 7%. Сукупність одержаних даних по ЕФП досліджених матеріалів є достатньою основою для створення високоефективних керованих функціонально гнучких акустоелектронних пристроїв.

В сегнетокераміці при температурах 80 °С, 110 °С і 140 °С, що значно нижче температури фазового переходу (295 °С), виявлено явище осциляцій електричної провідності. Встановлено, що явище обумовлене релаксацією 90-градусних доменів внаслідок суттєвої нестійкості їх стану, набутого в процесі поляризації, прискореного зворотнього їх руху стимульованого дією теплового поля до стану стійкої рівноваги (мінімуму термодинамічного потенціалу), проскакування його і наступного повернення до нього під дією внутрішнього електростатичного поля 180-градусних доменів і крапкових дефектів, сформованого зовнішнім поляризуючим полем.

Встановлено, що новий клас діелектричних матеріалів - комплексонати германію в діапазоні довжин оптичних хвиль 310-1200 нм володіє спектральними характеристиками, аналогічними по коефіцієнту пропускання спектральним характеристикам натрієвого скла, а на деяких ділянках, які можна задавати при синтезі матеріалів, досягається перевищення на 1 - 6%. Крім того, виявлена суттєва адсорбційна здатність плівок комплексонатів германію по відношенню до певних хімічних компонентів газового середовища (аміак, пари спиртів та кислот, волога). Показана можливість створення на їх основі газових сенсорів нового покоління.

Встановлено, що в монокристалах кварцу Y- і ST-зрізів має місце суттєва залежність величини швидкості поширення ПАХ від кута між хвильовим вектором і кристалографічною віссю. Для кварцу ST-зрізу в межах зміни кута ±35° швидкість поширення ПАХ змінюється на 12,7 % і має високу лінійність характеристики, що дозволило використати кутову залежність ПАХ для керування характеристиками акустоелектронних пристроїв.

Анізотропія фазової швидкості ПАХ та безконтактний спосіб її збудження і детектування в шаруватій структурі п'єзопасивний діелектрик з ЗШП - вакуум - анізотропний п'єзоелектрик дозволяють досягти якісно нового ступеня керованості параметрами ПАХ і характеристиками АЕП. Зокрема, при використанні в структурі SiO2 ST-зрізу можна досягти зміни робочої частоти пристроїв на ПАХ до 10 %, що в 6 - 8 разів перевищує аналоги.

На основі даної структури розроблено високоефективний метод керування характеристиками, який є базовим для нового класу керованих функціонально гнучких акустоелектронних пристроїв на ПАХ.

В дискретно шаруватій структурі тверде тіло - рідина - тверде тіло має місце суттєва дисперсія швидкості акустичних хвиль, параметри яких залежать від нормованої по l товщини шару рідини. Показано, що на базі такої структури можуть бути створені високоефективні керовані акустоелектронні пристрої, які по ступеню керованості характеристиками в 2 - 3 рази перевищують аналоги.

Встановлені фізичні механізми генерації, поширення та детектування ПАХ і керування їх параметрами в шаруватій структурі фоточутливий напівпровідник - п'єзоелектрик та в селективно поляризованій п'єзокераміці та тензочутливій структурі ЗШП з п'єзокерамічним звукопроводом. На їх основі створено керовані акустоелектронні пристрої, що в 2-3 рази переважають аналоги по ступеню керованості характеристиками.

Розроблена фізико-математична модель взаємодії ПАХ з адсорбуючою плівкою в шаруватій структурі, яка відображає закономірності зміни вихідного сигналу сенсора газу адекватно зміні концентрації газового компонента. Показано, що для тонкої (kh<<1) полімерної плівки основний механізм взаємодії обумовлений масовим навантаженням адсорбованого газового компоненту. На основі розробленої моделі розвинене метод створення газових сенсорів нового покоління з елементами на ПАХ і адсорбуючими шаруватими структурами, в тому числі з плівками Ленгмюра-Блоджетт.

Розроблений метод аналізу впливу на розрахункові характеристики пристроїв на ПАХ випадкових відхилень топології ЗШП має ряд переваг перед методом Монте-Карло. Він дозволяє, зокрема, чітко визначити статистичні параметри характеристик ПАХ-пристроїв в залежності від характеру похибок топології ЗШП і в десятки разів скоротити обчислювальні витрати. Даним методом встановлена ступінь чутливості параметрів перехідної характеристики класичної структури фільтра на ПАХ до похибок періоду розташування електродів ЗШП і їх перекриття для 16 найбільш часто використовуваних при аподизації вагових функцій. Показано, що по критерію чутливості параметрів характеристики до вказаних похибок оптимальною для зважування ЗШП є функція Кайзера. Визначені фактори, які обмежують досягнення заданих точностей.

Одержана і досліджена нова вагова функція, що базується на теоремі Котельникова і зв'язку імпульсної характеристики з передаточною характеристикою через Фур'є перетворення і враховує дискретизацію та обмеженість імпульсної перехідної характеристики ЗШП. Показано, що функція дозволяє в порівнянні з ваговою функцією Кайзера одержати кращі параметри пристроїв - згасання сигналу за полосою пропускання на 5 дБ і зменшення бокових пелюсток на 7 дБ.

Основні публікації за темою дисертації

Статті в наукових журналах

Гуляев Ю.В., Лепих Я.И., Калашников А.Н. Исследование характеристик фильтров на поверхностных акустических волнах аналитическим методом. // Радиотехника и электроника. -1988.-Т.33.- №11.-С.2395-2399.

Лепих Я.И. Применение пьезокерамики системы ЦТС в устройствах на поверхностных акустических волнах // Электронная техника. Сер.10. Микроэлектронные устройства. - 1988.- вып. 5(71). - С.48-50.

Смынтына В.А., Лепих Я.И., Римашевский А.А., Чистяков В.П. Полупроводниковые пленочные элементы, адсорбционно-чувствительные к кислороду // Приборы и системы управления. - 1989.- №2.-С.32-34.

Лепих Я.И., Снегур П.А. Автоматизированный измеритель электрофизических параметров пьезоэлектрических звукопроводов // Приборы и техника эксперимента.- 1989.-№ 1.-С.245-246.

Лепих Я.И. Исследование угловой зависимости скорости ПАВ в кварце различных кристаллографических срезов // Акустоэлектрические и фотоакустические методы исследования вещества. Тематический сборник.-К. - 1989.-С.102-104.

Lepikh Ya.I. Kalashnikov A.N. Optimization of Apodized Interdital Transducers of SAW Devices // Telecom. and Rad. Eng. - 1990.-V. 44.-Pt.-10.-P.107-108.

Лепих Я.И., Протопопов С.Р. Исследование зависимости вносимых потерь в устройствах на ПАВ от частоты // Техника средств связи. Сер. ОТ. - 1990.- Вып. 1.-С.78-83.

Лепих Я.И. Акустопоглощающий материал для массового производства устройств на поверхностных акустических волнах // Техника средств связи. Сер ТПО.-1990.-Вып. 1.-С.78-79. ДСП.

Калашников А.Н., Лепих Я.И., Назаренко А.Ф. Анализ чувствительности параметров комплексной частотной характеристики устройств на поверхностных акустических волнах к воздействию технологических факторов // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 1994. - №1. -С.18-25.

Калашников А.Н., Лепих Я.И., Литвинов В.Ф., Назаренко А.Ф. Сравнительный анализ АЧХ LC-фильтров Баттерворта и АЧХ фильтров на ПАВ с учетом технологических факторов // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 1996. -Т.39. - №1.- С.55-62.

Лепих Я.И. Датчик с элементом на поверхностных акустических волнах для измерения толщины пленок // Приборы и техника эксперимента. - 1996. - №6.- С.145.

Лепих Я.И. Автоматизированная установка поляризации пьезокерамики // Приборы и техника эксперимента. - 1996. - №6. -С.146.

Лепих Я.И. Температурные осцилляции проводимости пьезокерамики // Письма в ЖТФ. - 1996.- Т.22.- Вып.14. -С.65-67.

Lepikh Ya. I. Selective polarization of ferroelectrics in Functional electronics // Semicond. Phys. Quant. Electron. Optoelectron..-1999.-V. 2.-№ 3.-P.38-40.

Лепих Я.И. Метод оптимизации импеданса преобразователей поверхностных акустических волн // Радіоэлектроніка та інформатика. - 1999. - № 1.-С.10-11.

Лепіх Я.І. Особливості проектування вузькосмугових фільтрів на ПАХ з п`єзокерамічним звукопроводом // Радіоелектроніка та інформатика.-1999.-№ 2.-С.17-18.

Lepikh Ya. I. High-temperature ferroelectric ceramic sensor with increased sensitivity and dunamic response // Thermoelectricity.-1999.- № 4.-P.26-30.

Лепих Я.И. Фотоуправляемый акустоэлектронный преобразователь // Фотоэлектроника.-1999.-Вып. 8.-С.121-122.

Lepikh Ya. I. Strain effect in surface acoustic wave elements with a piezoelectric acoustic line and sensors based on this effect // Semicond. Phys. Quant. Electron. Optoelectron.-2000.-V. 3.-№ 1.-P.91-93.

Lepikh Ya. I. Physical mechanism of ferroceramic electrical conductivity temperature oscillations // Semicond. Phys. Quant. Electron.Optoelectron.-2000.-V. 3.-№ 3.-P.16-17.

Lepikh Ya.I., Smyntyna V.A., Pronichkin V.D. Sensing properties of sodium stea-rate Langmuir-Blodgett films // Funktional Materials.-2000.-V.7.-№ 1.-P.176-178.

Lepikh Ya. I. The procedure to increase selectivity of acoustoelectronic gas sensors with film elements // Funktional Materials.-2000.-V. 7.-№ 2.-P. 356-357.

Лепих Я.И., Смынтына В.А. Функциональные материалы на основе комплексных соединений германия // Письма в ЖТФ. - 2000. - Т. 26. - Вып.4.-С.72-76.

Лепих Я.И. Весовая функция, учитывающая дискретность и ограниченность импульсной характеристики фильтров на поверхностных акустических волнах // Радіоелектроніка та інформатика.-2000.-№ 1.-С. 4-8.

Лепіх Я.І., Сминтина В.А. Адсорбційні властивості плівкових структур комплексонатів германію // Науковий вісник Чернівецького держ. ун-ту ім. Ю.А.Федьковича.-2000.-№ 79.-С. 98-100.

Лепіх Я.І. Дослідження газосенсорних властивостей елементів на поверхневих акустичних хвилях з плівковими структурами // Науковий вісник Чернівецького держ. ун-ту ім. Ю.А.Федьковича.-2000.-№ 86.-С.96-100.

Авторські свідоцтва

Фильтр на поверхностных акустических волнах. А.с. №1235442. СССР МКИ Н ОЗ Н. 9/64 / Я.И.Лепих, Л.С.Прохоров (СССР).-Опубл.01.02.86. ДСП

Устройство для контроля пьезоэлектрических звукопроводов. А.с. № 1420382. СССР. МКИ G 01 Н 5/00. Опубл. 30.08.88. / Я.И. Лепих, П.А. Снегур (СССР). Бюл. № 32.

Преобразователь поверхностных акустических волн. А.с. №1545917. СССР МКИ Н ОЗ Н. / Я.И. Лепих (СССР).13.07.87. ДСП.

Фильтр на поверхностных акустических волнах. Решение о выдаче А.с. СССР по заявке № 4319074/22 (156809) от 20.10.87. МКИ Н 03 Н 9/64 / Я.И.Лепих, П.А. Снегур (СССР).

Устройство для измерения параметров пьезоэлектрических звукопроводов. А.с. №1501685. СССР. МКИ G 01 Н 5/00. Я.И. Лепих, П.А. Снегур (СССР). 15.04.89. ДСП.

Управляемое акустоэлектронное устройство. А.с. №1627048. СССР. МКИ Н ОЗ Н. 8.10.90. / Я.И. Лепих, Ю.В. Гуляев, П.А. Снегур (СССР). Заявлено 5.06.88. ДСП.

Поглотитель поверхностных акустических волн. А.с. № 1586471 СССР, МКИ Н 01 L 41/18 / Я.И. Лепих, С.Р.Протопопов (СССР) Заявлено 22.08.88. ДСП.

Преобразователь давления на ПАВ. А.с. №1722140. СССР. МКИ Н ОЗ Н. 9/64. Ю.В. Гуляев, Я.И. Лепих, П.А.Снегур (СССР). Заявлено 05.12.89. ДСП.

Материал для поглощения поверхностных акустических волн. А.с. № 1713404. СССР. А1 МКИ Н 03 Н 3/08 / Я.И. Лепих, С.Р.Протопопов (СССР). Заявлено 05.12.89. ДСП.

Фильтр на поверхностных акустических волнах. А.с. №1731023. СССР МКИ Н ОЗ Н. Я.И. Лепих, П.А. Снегур (СССР). 28.01.91. ДСП.

Доповіді і тези доповідей на наукових конференціях

Лепих Я.И., Калашников А.Н. Определение зависимости характеристик фильтров на ПАВ от технологических погрешностей // В кн.: Тезисы докладов XIII Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике.-1986.-Ч. 2.-С.323-324.

Лепих Я.И. Исследование температурных зависимостей электрофизических параметров пьезокерамики ЦТС. // В кн.: Тезисы докладов XII Всесоюзной научной конференции по микроэлектронике. -Тбилиси. Изд. Тбилисского госуниверситета. -1987. Ч.III.- С.3-4. ДСП.

Лепих Я.И. Устройство на ПАВ с управляемой АЧХ. // В кн.: Материалы Всесоюзной научно-технической конференции "Акустоэлектронные устройства обработки информации на поверхностных акустических волнах". - Черкассы. - 1990. -С.165-166.

Lepikh Ya.I. Studies of piezoceramic materials for acoustoelectronics // Electronics ceramics production and properties: Proceeding of the Internаt/ Confer. / Edited by A.Krumins. - R.: LU, 1990. - Part II. P.31033.

Лепих Я.И. Датчики механических величин на поверхностных акустических волнах // 35. Internationales Wissenschaftliches Kollogvium technische Hochschule Ilmenau. DDR. - 1990. Vortragsreine. B9. S.80-82.

Лепих Я.И. Изменение импеданса встречно-штыревого преобразователя ПАВ секционированием // В кн.: Аннотации докладов ХІ Всесоюзной акустической конференции.-М.-1991.-С. 32.

Kalashnikov A.N., Lepikh Ya.I., Nazarenko A.F. The comparison between the theoretical and experimental analysis results of the SAW device fabrication error influence // Proc. Internat. symp. Acoustoelectronics, freguency control and signal generation. Moscow. MREI publishers. - 1996. pp.327-331.

Lepikh Ya. I. Controlled acousto-optical SAW generator // Proc. Internat. symp. Acoustoelectronics, frequency control and signal generation. Moscow. MREI publishers.-1996.-P. 192-193.

Лепих Я.И. Датчик для измерения усилия натяжения упругих поверхностей // Сб. докл. V Международной конф. "Пьезотехника-96". -Россия.-Барнаул. Изд-во Алтайского гос. ун-та, им. И.И. Ползунова. - 1996.- С.74-75.

Lepikh Ya.I. The unified surface acoustic wave transducer for the physical value sensors // IV-th NEXUSPAN Workshop on sensors for control of irradiation. - 30-31 May. - 1997. Odessa. pp.75-76.

Lepikh Ya.I. New procedure to increase selectivity of acoustoelectronic gas sensors with film elements // Workshop "Sensors springtime in Odessa". Odessa. - 29-30 May. - 1998. p.48.

Цитована література

1. TirstenH.F. Elastic wave guieded by thin films // J.Appl. Phys.-Feb.1969.-Vol.40.-№ 2.-pp.770-789.

2. Siedel H., White D.L. Ultrasonics surface waveguides. U.S. Patent 3488602. Jan. 6. 1970

3. Dias J.F., Karrer H.E. Stress effects in acoustic surface wave circuits and applications to pressure and force rtansducers // IEEE Int/ Solid-State Circuits Conf., Did. Tech. Papers.-1974.Vol. XVII.-PP.166-187.

4. Гуляев Ю.В., Карбанов А.Ю., Кмита А.М., Медведь А.В. и др. К теории электронного поглощения и усиления поверхностных звуковых волн в пьезокристаллах // ФТТ.-1970.-Т.12.-№ 9.-С.2595-2601.

5. Дашенков В.М., Кавченко В.И., Юрьевич И.Г. Фильтры на ПАВ с управляемыми частотными характеристиками // Письма в ЖТФ. - 1983. Т.9. Вып.8. С.493-496.

6. Грищенко Е.К. Вторичное пьезоэлектрическое взаимодействие в ограниченных твердых телах и управление акустическими полями. Автореферат диссерт. доктора физ.-мат. наук. 01.04.06. - М. - 1989. -С.35.

7. Бурлий П.В., Кучеров И.Я, Левченко А.А. Управление акустоэлектронным взаимодействием при встречном распространении ультразвука в слоистых структурах // Укр. физ. журн.-1986.-Т.34.-№ 6.-С.924-927.

8. Алексеев А.Н., Злоказов М.В. Управляемые устройства обработки сигналов на ПАВ // Зарубежная электронная техника.-1980.-№ 10.-С.3-63.

9. Рупкус С.С. Акустоэлектронные селективные радиотехнические устройства. Автореф. дис. д-ра техн. наук. 05.12.17. Каунасск. политехн. ин-т.-Каунас, 1990.-41 с. ДСП.

Анотації

Дисертація присвячена встановленню закономірностей електрофізичних та адсорбційних явищ, в кристалічних діелектриках і шаруватих структурах, що виникають в них при поширенні поверхневих акустичних хвиль (ПАХ) і розробці на їх основі ефективних фізичних методів керування характеристиками акустоелектронних пристроїв (АЕП).

Одержано нові дані електрофізичних параметрів та акустичних характеристик для хвиль Релея, їх температурні та частотні залежності ряду перспективних діелектриків, що можуть бути використані в акустоелектроніці.

Запропоновано новий аналітичний метод аналізу впливу випадкових відхилень топології зустрічно-штирьових перетворювачів (ЗШП) на характеристики АЕП на ПАХ. Виведена і досліджена вагова функція для аподизації ЗШП.

Диссертация посвящена установлению закономерностей электрофизических и адсорбционных явлений в кристаллических диэлектриках и слоистых структурах, которые возникают в них при распространении поверхностных акустических волн (ПАВ) и разработке на их основе эффективных физических методов управления характеристиками акустоелектронных устройств (АЭУ).

Получены и систематизированы новые данные об электрофизических параметрах и акустических характеристиках для волн Релея (коэффициент электромеханической связи, диэлектрическая проницаемость, скорость распространения ПАВ, зависимость скорости ПАВ от угла между волновым вектором и кристаллографической осью, коэффициент поглощения ПАВ), их температурных и частотных зависимостях для ряда кристаллических диэлектриков, которые могут быть использованы в акустоэлектронике. В их числе кварц Y- и ST- срезов, пьезокерамика системы цирконата-титаната свинца (ЦТС), новый класс материалов на основе координационных соединений германия (КСГ), слоистые структуры полупроводников класса А2В6 и пленок Ленгмюра-Блоджетт на пьезоэлектриках.

Исследованы оптические характеристики и адсорбционные свойства пленочных структур ряда КСГ. Установлено, в частности, что в области длин волн 310 - 1200 нм по коэффициенту пропускания их спектральные характеристики аналогичны натриевому стеклу.

Предложен, исследован и реализован для управления характеристиками АЭУ на ПАВ метод, основанный на анизотропии фазовой скорости волны Рэлея в монокристаллических пьезоэлектриках и безконтактном способе возбуждения и детектирования ПАВ. Для практической реализации метода предложен и разработан унифицированный безконтактный преобразователь ПАВ, являющийся базовым элементом нового класса управляемых АЭУ различного функционального назначения. Достигнута в 6 -8 раз большая в сравнении с аналогами управляемость их характеристиками.

Предложены, исследованы и разработаны другие новые физические методы управления характеристиками АЭУ: на основе явления преобразования акустических волн в дискретно слоистой системе твердое тело - слой жидкости - твердое тело, на основе оптоакустического взаимодействия в слоистой структуре фоточувствительный пьезополупроводник / пьезоэлектрик, на основе тензоэффекта в элементе на ПАВ с пьезокерамическим звукопроводом, а также метод селективной поляризации сегнетоэлектриков.

Обнаружено и исследовано явление температурных осцилляций электрической проводимости в сегнетокерамике ЦТССт-5, имеющее место при температуре значительно ниже точки фазового перехода. Дано пояснение физического механизма явления с позиций релаксационных процессов 90-градусных доменов и роли точечных дефектов.

Разработана физико-математическая модель взаимодействия ПАВ с адсорбирующим слоем, которая отображает закономерности изменения выходного сигнала сенсора адекватно изменению концентрации газового компонента и на ее основе развит метод создания интеллектуальных сенсоров газа с элементами на ПАВ и слоистыми структурами, в том числе пленками Ленгмюра - Блоджетт.

Предложен новый аналитический метод анализа влияния случайных отклонений топологии встречно-штыревых преобразователей (ВШП) на характеристики устройств на ПАВ, который имеет ряд существенных преимуществ в сравнении с использующимся другими авторами методом Монте-Карло. Метод позволяет выделить вклад влияния на характеристики АЭУ на ПАВ отдельных источников и примерно на порядок сократить вычислительные затраты. Исследована степень чувствительности к случайным отклонениям топологии 16 наиболее часто используемых при аподизации ВШП весовых (оконных) функций. Результаты исследований затабулированы и используются в стандартных программах проектирования в качестве справочных.

На основе теоремы Котельникова и с учетом связи импульсной характеристики с передаточной через Фурье преобразование получена и исследована новая весовая функция для аподизации ВШП, учитывающая ограниченность и дискретизацию импульсной характеристики. Показано, что она имеет преимущества в сравнении с другими весовыми функциями, в частности, с функцией Кайзера.

Предложен ряд оригинальных конструктивно-технологических решений акустоэлектронных преобразователей, пассивных и управляемых устройств на ПАВ, датчиков физических величин, интеллектуальных газовых сенсоров нового поколения, которые имеют ряд существенных отличий и преимуществ перед аналогами, что подтверждено авторскими свидетельствами и заявками на изобретения.

The Dissertation is aimed at definition of the laws of electrical-and-physical and adsorption phenomena arising in the crystalline dielectrics and laminated structures in the result of the surface acoustic waves (SAW) expansion, as well as at developing on their basis the efficient physical control methods for the acoustic-and-electronic devices (AED) characteristics.

Obtained and systematized were the new data on the electrical-and-physical parameters and acoustic characteristics for Relay waves, their temperature and frequency dependence on a number of promising dielectrics which may be used in acoustic electronics.

New analytical method for analyzing the influence of the anti-post converters (APC) occasional topologic deviations on the SAW and AED characteristics is proposed. A new gravimetric function for the APC apodization was deducted and investigated.

Размещено на Allbest.ru