1.2. Аэу на поверхностных акустических волнах

Возможность использования ПАВ в радиоэлектронных устройствах была впервые показана в начале 60-х годов. С тех пор наблюдается неуклон- ный рост объема исследований, посвященных методам возбуждения и пре- образования этих волн. Растет число разработок практических устройства для самых разнообразных областей радиоэлектроники.

Как и объемные волны, поверхностные акустические волны можно применять в радиоэлектронике ввиду низкой скорости распространения, отсутствия дисперсии и малого затухания вплоть до сверхвысоких частот. Однако имеется важное дополнительное преимущество, связанное с обеспечением доступа к поверхности материала на пути распространения волны. Это предоставляет, по крайней мере в принципе, значительно большие возможности. Так как устройства становятся двумерными, появляется большой простор в выборе методов возбуждения и детектирования волн, а также их преобразования по мере распространения. Это позволяет существенно усложнить структуру устройств. Ситуация подобна той, которая наблюдается в технике полупроводниковых приборов, где использование планарной технологии привело к появлению значительно более сложных и совершенных изделий. Технология интегральных микросхем оказала прямое влияние на развитие технологии приборов на ПАВ, снабдив последнюю рядом методов изготовления. Были заимствованы важнейшие технологические процессы, включая нанесение тонких пленок различных материалов, травление звукопроводов и фотолитографию, с помощью которой удается получить сложную топологию с высокой точностью. Эти методы позволили создать устройства высокой сложности. Кроме того, во многих случаях они экономически эффективны и приспособлены для массового производства.[4]

Акустоэлектронные устройства состоят из пьезоэлектрической подложки (звукопровода) с нанесенными на ее поверхность металлическими электродами и другими элементами (рис. 1.1). Устройства изготавливаются по планарной технологии, металлические структуры наносятся на поверхность подложки с помощью методов фотолитографии. Готовые устройства запаковываются в корпуса и размещаются на печатной плате с помощью стандартной технологии монтажа интегральных схем.

Функционирование ПАВ устройств основано на явлениях возбуждения, распространения, отражения и приема акустических волн, существующих в тонком (соизмеримом с длиной волны) слое поверхности звукопровода. Характеристики устройства определяются физическими параметрами материала подложки и расположенными на поверхности подложки элементами, обра-

Рис 1.1. АЭУ на ПАВ

зующими топологию. Поэтому для разработки нового устройства, прежде всего, необходимо выбрать материал подложки и рассчитать топологию. Основными элементами устройств на ПАВ являются подложка и топологические элементы: преобразователи ПАВ; отражательные структуры (ОС); многополосковые ответвители (МПО); акустические поглотители. Подложка устройства является одновременно и звукопроводом, и частью преобразователей ПАВ, и несущим элементом конструкции. Выбор материала подложки осуществляется на одном из первых этапов проектирования устройств на ПАВ. В качестве подложки устройств на ПАВ могут использоваться различные срезы монокристаллов, обладающих пьезоэлектрическим эффектом, пьезокерамика и тонкопленочные структуры. Преобразователи ПАВ выполняют функцию возбуждения и приема акустических волн, т. е. обеспечивают преобразование электрической энергии в акустическую и обратно за счет обратного и прямого пьезоэлектрического эффекта. Преобразователь ПАВ представляет собой систему расположенных на подложке металлических электродов. Расстояние между электродами выбирается исходя из длины возбуждаемой или принимаемой преобразователем акустической волны. Электроды определенным образом подключаются к возбуждающему генератору (во входном преобразователе) или к нагрузке (в выходном преобразователе). В АЭУ, изображенном на рис. 1.1, в качестве входного и выходного преобразователей используются двухфазные эквидистантные (с равномерным шагом электродов) встречноштыревые преобразователи (ВШП). Отражательные структуры предназначены для отражения и преломления волн и часто используются для изменения траектории распространения волн. Отражателями ПАВ служат любые неровности и неоднородности поверхности подложки. Контролируемое отражение волн обеспечивается применением систем пространственно распределенных отражателей, расстояние между которыми согласовано с длиной акустических волн. Наибольшее распространение получили отражатели в виде металлических электродов или канавок. Многополосковые ответвители обеспечивают смещение и разделение акустических потоков. Акустические поглотители обеспечивают гашение волн, чаще всего на границах подложки.[2]