Физические и акустические свойства синтетического монокристалла алмаза IIa типа и слоистых пьезоэлектрических структур на его основе для применения в акустоэлектронике

• Автор: Теличко, Арсений Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 160 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список принятых аббревиатур и обозначений

Введение
ГЛАВА 1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В КРИСТАЛЛАХ И СЛОИСТЫХ СТРУКТУРАХ, В ТОМ ЧИСЛЕ, В УСЛОВИЯХ КОНЕЧНЫХ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В АКУСТОЭЛЕКТРОНИКЕ МАТЕРИАЛОВ И СТРУКТУР (ОБЗОР)

1.1 Термодинамические потенциалы

1.2 Распространение объемных акустических волн

1.2.1 Обобщенный закон Гука

1.2.2 Уравнение движения частиц упругой среды

1.2.3 Тензор Кристоффеля

1.2.4 Поток энергии упругих волн

1.3 Типы акустических волн в слоистых пьезоэлектрических структурах

1.4 Зависимость акустических свойств кристаллов от давления. Коэффициенты управления
1.5 Параметр Грюнайзена
1.6 Расчет мощности упругих волн, излучаемых тонкоплёночным пьезоэлектрическим преобразователем. Форм-фактор
1.6.1. Система пьезоэлектрик - звукопровод
1.6.2 Система пьезоэлектрик - электроды - звукопровод
1.6.3 Система электрод - пьезоэлектрик - электрод -звукопровод
1.6.4 Описание программы HBAR ver. 2.
1.7 Механизмы фонон-фононного затухания Ахиезера и Ландау-Румера
1.8 Типы акустических колебаний, используемых в резонаторах
1.9 Основные типы акустических резонаторов
Выводы к главе
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ УПРУГИХ ПОСТОЯННЫХ КРИСТАЛЛОВ
2.1 Зависимость упругих постоянных второго порядка кристаллов от температуры
2.2 Температурные зависимости упругих постоянных 2-го порядка тригональных, гексагональных и тетрагональных кристаллов
2.3 Развитие температурной зависимости упругих постоянных 2-го порядка кубических кристаллов. Учет нелинейных упругих постоянных
---------внлотБ~до~4-го~порядка
Выводы к главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГИХ СВОЙСТВ СИНТЕТИЧЕСКОГО МОНОКРИСТАЛЛА АЛМАЗА IIA ТИПА
3.1 Исследование распространения объемных акустических волн в синтетическом монокристалле алмаза
3.1.1 Экспериментальная установка
3.1.2 Исследуемые образцы
3.1.3 Экспериментальные результаты измерений скоростей звука
в алмазе. Расчёт упругих постоянных. Анализ ошибок
3.2 Исследование зависимостей скоростей объемных акустических волн
от давления в синтетическом монокристалле алмаза

3.2.1 Экспериментальная установка по приложению одноосного напряжения. Алгоритм определения упругих постоянных 3-го порядка
3.2.2 Экспериментальные результаты. Анализ ошибок
3.3 Определение упругих постоянных 3-го порядка синтетического
монокристалле алмаза
Выводы к главе
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЛОИСТЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ АЛМАЗА
4.1 Исследование качества слоистых пьезоэлектрических структур
4.1.1 Определение глубины нарушенного слоя
4.1.2 Исследование качества напыляемых пленок
4.2 Экспериментальные образцы составных акустических резонаторов
4.3 Математическое моделирование с целью оптимизации конструкции составных акустических резонаторов на основе синтетического монокристалла алмаза
4.4 Экспериментальное исследование составных акустических
резонаторов на алмазной подложке
4.4.1 Экспериментальная установка для СВЧ акустических исследований
4.4.2 Результаты экспериментального исследования СВЧ добротностей составных акустических резонаторов. Влияние температуры
4.5 Сравнение результатов моделирования составного акустического резонатора с экспериментальными данными
4.6 Исследование паразитных пиков АЧХ составного акустического резонатора
4.7 Затухание акустических волн в синтетическом монокристалле алмаза
4.7.1 Источники затухания СВЧ акустических волн в составных акустических резонаторах
4.7.2 Параметр качества. Смена режимов затухания в алмазе
4.7.3 Определение параметра Грюнайзена и времени термической релаксации в алмазе
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
-еНИеОК-Л И-Т-ЕР А-Т-У-РЫ................................................. 1
ПРИЛОЖЕНИЯ

список
принятых аббревиатур и обозначений
Аббревиатуры А антисимметричная волны Лэмба
CVD Chemical vapor deposition, метод изготовления алмазных плёнок путём
химического осаждения из газовой фазы EBSD Electron Back-Scattering Diffraction, дифракция обратно рассеянных быстрых
электронов
FBAR Thin Film Bulk Acoustic Resonator, композитный тонкопленочный резонатор
F1BAR Fligh-overtone Bulk Acoustic Resonator, составной акустический резонатор
HPF1T Fligh-Pressure High-Temperature, метод изготовления монокристаллов алмаза
при сочетании высокого давления и высокой температуры S симметричная волна Лэмба
SH волна с поперечно-горизонтальной поляризацией
SMR Solidly Mounted Resonator, многослойный резонатор
ACM атомно-силовой микроскоп
АЧХ амплитудно-частотная характеристика
САР составной акустический резонатор
СВЧ сверхвысокие частоты
КЛ Кикучи линии
КЭМС коэффициент электромеханической связи
НЛ ниобат лития
ОАВ объемная акустическая волна
ПАВ поверхностная акустическая волна
ПГ параметр Грюнайзена
РЭМ растровый электронный микроскоп
ТКЛР температурный коэффициент линейного расширения
ТКЧ температурный коэффициент частоты
-ТПП----тонкопленочный-пьезоэлект-рический-преобразователь
ТЧХ температурно-частотная характеристика
УП2П упругие постоянные 2-го порядка
УПЗП упругие постоянные 3-го порядка
УП4П упругие постоянные 4-го порядка
ФЧХ фазово-частотная диаграмма
ЭУП эффективные упругие постоянные

где рgi - гравитационная сила, действующая на единицу массы, р - плотность вещества и р, = ъ,кПк - сила, действующая на единицу поверхности. Здесь тензор напряжений а,* представляет собой ;-ю компоненту силы, действующей на единицу поверхности,
перпендикулярной ОСИ Хк.
Предположим, что в каждый момент устанавливается равновесное состояние, соответствующее величине приложенных сил. Тогда изменение состояния является термодинамически обратимым процессом и, следовательно, выполняются условия равновесия

о-74)
Получим:
51У = |pgldU,dV +1а^и^ск. (1 75)

Второе слагаемое преобразуется к интегралу по объему:
&ж = 1 РЕ,с1и,с1У + ^-{р^и,)ау. (1.76)
V V Vх к
Взяв производную под знаком интеграла и перегруппировав слагаемые, в правой части
равенства выделим под интегралом величину (5a/
дхк ,
<м. (1.77)
Кинетическая энергия движения вещества входит в выражение (1.77) для работы, совершаемой внешними силами над твердым телом объема У0:
Ш 1Г + Р*'+ У. (1.78)
К„ Vе* к у К0 V °хк )
Действительно, сила, действующая на единицу объема, (дo,k/дxk+pg,), не равна нулю
до,к д2и,
+ Р8,=Р^Г- (1.79)
-дх-г-----------------------Ш-

Преобразуя второй член в (1.76), получаем
^ = р^Гаи,ау + ^,каБ1каУ . (1.80)
К 1'о
Поскольку сШ, представляет собой смещение за время Ж (сШ, = (ди/д{)с1(), то первый член записывается в виде: