Особенности распространения поверхностных и оттекающих акустических волн в монокристаллах и слоистых средах

• Автор: Диденко, Ирина Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПАВ В МОНОКРИСТАЛЛАХ: ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ И ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Волновое уравнение для анизотропной пьезоэлектрической среды
1.2 Постановка граничной задачи о ПАВ и методы ее решения
1.3 Матричный формализм и его применение в теории ПАВ
1.4 Численный метод исследования ПАВ, основанный на матричном формализме
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОТТЕКАЮЩИХ ВОЛН В МОНОКРИСТАЛЛАХ
2.1. Введение
2.2. Оттекающие поверхностные акустические волны и численные методы их
исследования
* т ‘>-
2.3. Примеры вырождения ОПАВ в незатухающие врлнь]
2.3.1.Волны рэлеевского типа или «истинные» П&
2.3.2. Особые волны
2.3.3. Композитные особые волны
2.3.4. Брюстеровские решения задачи об отражении ОАВ
2.4. Основные результаты и выводы
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ОТТЕКАЮЩИХ ВОЛН В СЛОИСТЫХ СРЕДАХ
3.1. Введение
3.2. Применение матричного метода для расчета характеристик ПАВ и ОПАВ в слоистых структурах
3.3. Примеры исследования поверхностных и оттекающих акустических волн в различных пленочных структурах
3.3.1. Пленка 2п0 на различных срезах кварца
3.3.2. Пленка А1 на срезе кварца 8Т,Х+25°
3.3.3. Примеры волн рэлеевского типа в слоистых структурах АГЫ/кварц, гпО/ЬіИЬОз, гпО/ОаАз, АШ/А120з
3.3.4. Тетраборат лития с пленкой алюминия
3.3.5. Пленка плавленого кварца на ниобате лития
3.3.6. Структура ZnO на SiC
3.4. Основные результаты и выводы
ГЛАВА 4. ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ ПАВ В СЛОИСТЫХ СТРУКТУРАХ
4.1. Введение
4.2. Примеры высокоскоростных ПАВ
4.2.1. Пленка ZnO на SiC
4.2.2. Пленка ZnO на алмазе
4.2.3. ВПАВ «несимметричного» типа в сапфире с пленкой ZnO
4.2.4. Однопарциальные волны в слоистых системах In/PbS, ZnO/ADP и
ZnO/KDP
4.3. Основные результаты и выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Блок-схема программы SAW
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Блок-схема программы LSAW
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Блок-схема программы LAYER
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Блок-схема программы LELAY

ВВЕДЕНИЕ
В последние годы в связи с бурным развитием систем связи резко возросла потребность в разнообразных устройствах на поверхностных акустических волнах (ПАВ) -фильтрах, линиях задержки, резонаторах и т.д. - которые часто являются ключевыми элементами таких систем. По сравнению с аналогами, основанными на других физических принципах, устройства на ПАВ более миниатюрны и обеспечивают высокую стабильность основных параметров. Кроме того, благодаря анизотропии кристаллов, используемых в качестве звукопровода в устройствах на ПАВ, возможно варьирование параметров устройства в широком диапазоне.
Многообразие типов волн, возникающих в результате анизотропии кристаллов, с одной стороны усложняет задачу исследования, с другой расширяет возможности получения различных требуемых значений параметров прибора. Новые возможности в расширении области применения устройств на ПАВ появились благодаря применению оттекающих поверхностных акустических волн (ОПАВ) наряду с обычными ПАВ. Оттекающие волны обеспечивают более высокую скорость распространения, а, следовательно, возможность повышения рабочей частоты устройств без уменьшения размера электродов преобразователя. Во многих случаях оттекающие волны также обладают лучшей термостабильностью и более высоким коэффициентом электромеханической связи (КЭМС), необходимым для уменьшения величины вносимых потерь в устройстве. Исследование ОПАВ - более сложная задача, так как на их характеристики влияют особенности распространения объемных волн, и вопросы этой взаимосвязи требуют отдельного рассмотрения.
В последние годы большое внимание уделяется слоистым структурам, как дополнительному способу усовершенствования параметров прибора. Например, пьезоэлектрические пленки позволяют повысить КЭМС поверхностных волн, диэлектрические пленки из плавленого кварца позволяют улучшить термостабильность. Таким образом, нанесение различных тонких пленок на монокристаллическую подложку позволяет в соответствии с предъявляемыми требованиями снизить вносимые потери в устройстве, улучшить температурные характеристики, а также использовать в качестве рабочего сигнала волну большей скорости, возникающую благодаря дисперсии.
Быстрая и точная оценка целесообразности использования данной ориентации звукопровода или слоистой структуры может быть осуществлена не прибегая к эксперименту,

вышает скорость самой медленной из предельных объемных волн и принадлежит к первому межзвуковому интервалу скоростей. Такие решения существуют в определенных направлениях определенных срезов анизотропного материала и представляют собой однопарциальные или двухпарциальные поверхностные акустические волны.
Рассмотрим характер решения, если направление распространения несколько отклонить от такого изолированного направления. В этом случае решение с действительной тангенциальной проекцией ki волнового вектора к не будет в точности удовлетворять граничным условиям свободной поверхности. Однако если ki содержит небольшую мнимую добавку, соответствующую затуханию в направлении распространения, это позволяет найти решения, удовлетворяющие граничному условию свободной поверхности. В такое решение (для чисто упругой среды) входят две неоднородные парциальные волны, сильно затухающие при удалении от поверхности, и одна квазипо-перечная объемная парциальная волна, вектор потока энергии которой направлен вглубь среды. При этом часть акустической энергии уносится с поверхности в объем кристалла, и такое решение не может считаться поверхностной волной, так как компоненты смещения не обращаются в нуль при бесконечном удалении от поверхности вглубь среды. Найденное решение носит название «псевдоповерхностной», или «оттекающей» (leaky) волны [25,26].
В интервале скоростей (VbV2) в структуру оттекающей волны входит одна объемная парциальная волна. Соответствующая оттекающая волна называется низкоскоростной оттекающей волной (НОПАВ). Высокоскоростная оттекающая волна распространяется со скоростью V2 НОПАВ: и=Снеод.1инеод.1+ Онеод.2ипеод.2"*" СнеодзОнеодз+ СоблЦ бл
ВОПАВ: и=Сне0д. iUHeoA i+ Сне0д.2инеод.2+ Соб. iU06, j+ CUo (2.1)
где U - парциальные волны;
С - амплитудные коэффициенты.
Таким образом, в отличие от обычных ПАВ, в структуру оттекающей волны входит по крайней мере одна объемная парциальная мода с потоком энергии, направленным в объем кристалла. Волна при этом затухает в направлении распространения.
При малом затухании оттекающие поверхностные акустические волны практически не отличаются от обычных ПАВ и могут быть легко обнаружены эксперимен-