Функциональная акустоэлектроника. Поверхностные акустические волны.

ФАЭ- раздел электроники, в котором изучается акустоэлектрические эффекты, происходящие в твердых континуальных средах, а так же создаются приборы для преобразования, хранения и выдержки информации на основе динамичных неоднородностей акустической и электромагнитной природы. Акустический сигнал представляет собой волну упругих механических возмущений, распространяющихся в твердом теле со скоростью звука(10⁵см/с). Для преобразования электромагнитного сигнала в акустический и наоборот используют прямой и обратный пьезоэлектронный эффекты.

Рассмотрим физику этих преобразований:

Акустоэлектрическое взаимодействие основано на взаимодействии ультразвуковых волн на f=10⁷-10¹³ Гц со свободными электронами в металле или полупроводнике. Внутри кристаллической решетки существует очень сильное электромагнитное поле, когда ультразвуковая волна проходит через кристалл, она вызывает колебания в кристаллической решетке и соответственно изменение э.полей. Под действием таких полей происходит изменение параметров движения электронов. Ультразвуковые волны и упругие колебания решетки могут р-ть как фононы, то есть в твердом теле – фонон-электрическое взаимодействие. Возникновение в п/п (металле) ЭДС или электрического тока под воздействием ультразвуковых волн – акустоэлектронный эффект.

Рассмотрим ситуацию, когда твердое тело в электрическом поле, направленность которого совпадает с направлением распространения ультразвуковых волн. Тогда в зависимости от соотношения скоростей электронов и ультразвуковых колебаний происходит либо усиление, либо ослабление звуковой волны. Эти УЗВ бывают: объемные (по V), либо поверхностные.

Рассмотрим вблизи поверхности – Поверхностные акустические волны (ПАВ). Глубина их проникновения с длиной волны. Рассмотрим устройство, работающее на принципе акустоэлектрического взаимодействия. Но сначала свойства ПАВ:

1. Небольшая скорость распространения 2-4 км/с, малая длина волны.

2. Распространяются ПАВ в виде направленного луча.

3. Взаимодействие ПАВ с планарными пленочными структурами

4. Возможность преобразования ПАВ в электрический сигнал и наоборот.

5. Возможность с помощью отражателей и ответвителей изменять направление движения ПАВ.

Теперь устройства:

Оно состоит из звукопровода, на поверхности которого нанесены специальные штыревые электроды (полоски).

Входной встречно-штыревой преобразователь(ВШП) подключен к источнику электрического сигнала например синусоидальной формы. На основе обратного пьезоэлектрического эффекта преобразование электрического сигнала в механическую деформацию кристалла. Эти колебания передаются по звукопроводу в виде ПАВ, а принимаются выходным ВШП, который преобразовывает эти колебания в электрические разряды разной полярности. Эти электрические сигналы разделены этими штырями так, что происходит протекание электрического тока в нагрузку. ПАВ могут генерироваться, направляться и регистрироваться с помощью тонкопленочных структур, нанесенных на поверхность звукопровода. Континуальная среда – пьезо-звукопроводник динамической неоднородность ПАВ.

На основе этих устройств создаются и широко используются различные приборы, но основным необходимым условием работы является соблюдение принципа акустического синхронизма. Когда длина волны совпадает с пространственным периодом решетки. Изменяя геометрию (размеры, расстояние) штыревых преобразователей можно получать различные АЧХ. Устройство на основе ПАВ применяются в качестве генераторов, фильтров, Л.З., усилителей, резонаторов, запоминающих устр-в, Фурье-преобразователей и т.д.

Функциональная магнитоэлектроника (ФМ).