eng
Содержание
Содержание
Введение ....................................................................................................... 9
Благодарности ............................................................................................. 20
ГЛАВА 1. ЧТО ТАКОЕ АКУСТОЭЛЕКТРОНИКА.
ФОТОПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ.
АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ, УСИЛЕНИЕ
ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН,
АКУСТИЧЕСКАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ В СЛОИСТЫХ
СТРУКТУРАХ ................................................................................... 21
1.1.
Возбуждение и распространение упругих волн в кристаллах ................... 23
1.1.1.
Возбуждение ультразвуковых волн .................................................. 28
1.1.2.
Усиление объемных УЗВ .................................................................. 33
1.1.3.
Усиление поверхностных УЗВ ......................................................... 41
1.1.4.
Нелинейные акустоэлектронные эффекты ..................................... 44
1.2.
Фотопоглощение ультразвуковых волн в CdS и CdSe при низких
температурах ............................................................................................... 54
1.2.1.
Методика эксперимента ................................................................... 55
1.2.2.
Экспериментальные результаты. Влияние освещения
на поглощение УЗВ в CdS при температуре жидкого гелия ........... 60
1.2.3.
Зависимость ФПУ от температуры и электрического поля ............ 63
1.2.4.
Теория фотопоглощения звука при низких температурах.
Обсуждение экспериментальных результатов ................................. 67
1.2.5.
Фотопоглощение ультразвука в CdSe при низких температурах ...... 74
1.2.6.
Основные результаты раздела .......................................................... 78
1.3.
Поверхностные УЗВ в слоистых структурах пьезодиэлектрик —
полупроводник ............................................................................................ 79
1.3.1.
Усиление рэлеевских УЗВ в структурах с пространственно
разделенными полупроводниковой и пьезодиэлектрической
средами .............................................................................................. 79
1.3.2.
Акустоэлектрический эффект в слоистых структурах
пьезодиэлектрик — полупроводник ................................................ 82
1.3.3.
Акустоэлектронное взаимодействие в слоистой
структуре Si—LiNbO3 ........................................................................ 84
1.3.4.
Методика эксперимента ................................................................... 84
1.3.5.
Экспериментальные результаты ...................................................... 90
1.3.6.
Обсуждение экспериментальных результатов ............................... 100
1.3.7.
Некоторые возможные применения АЭ эффекта в слоистых
структурах ....................................................................................... 101
1.3.8.
Возбуждение и усиление поверхностных УЗВ в монолитной
структуре пьезодиэлектрическая пленка — полупроводник ........ 107
1.3.9.
Акустоэлектрические домены в эпитаксиальных
пленках GaAs .................................................................................. 114
1.3.10.
Выводы по разделу 1.3 .................................................................... 123
1.4.
Основные результаты исследований по главе 1 ....................................... 124
ГЛАВА 2. АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В СЛОИСТОЙ
СТРУКТУРЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИК — ПОЛУПРОВОДНИК ....... 134
2.1.
Некоторые свойства рэлеевских ультразвуковых волн ............................ 134
2.1.1.
Возбуждение и прием УПВ с помощью гребенчатого
электромеханического преобразователя встречно‑штыревого
типа ................................................................................................. 137
2.1.2.
К теории усиления УПВ в слоистых структурах
пьезоэлектрик — полупроводник .................................................. 139
2.1.3.
Экспериментальное исследование усиления УПВ в слоистых
структурах ....................................................................................... 139
2.2.
Нелинейное взаимодействие УПВ двух различных частот в условиях
сверхзвукового дрейфа носителей ............................................................ 143
2.2.1.
К выбору структуры LiNbO3 — пленка CdSe и технология
ее изготовления ............................................................................... 144
2.2.2.
Методика экспериментального исследования .............................. 146
2.2.3.
Экспериментальные результаты. Определение порогового
поля ................................................................................................. 150
2.2.4.
Зависимость коэффициента электронного усиления
и поглощения УПВ от проводимости ............................................ 154
2.2.5.
Супергетеродинное усиление УПВ. Генерация УПВ суммарной
(123 МГц) и разностной (67 МГц) частот ...................................... 156
2.2.6.
Заключительные замечания по разделу 2.2 ................................... 159
2.3.
Акустоэлектрический эффект в слоистых структурах пьезоэлектрик —
полупроводник .......................................................................................... 162
2.3.1.
Теория акустоэлектрических эффектов в слоистых структурах .... 163
2.3.2.
Методика экспериментального исследования
акустоэлектрических эффектов в слоистых структурах
пьезоэлектрик — полупроводник .................................................. 164
2.3.3.
Экспериментальные результаты исследования
акустоэлектрических эффектов в слоистых структурах,
сравнение с теорией ....................................................................... 169
2.3.4.
Примеры некоторых возможных применений поперечного
акустоэлектрического эффекта в слоистых структурах ................ 179
2.4.
Влияние поперечного дрейфа носителей тока на электронное
поглощение УПВ в слоистой структуре ................................................... 184
2.4.1.
Теоретическое рассмотрение задачи о влиянии поперечного
электрического тока на эффективность взаимодействия УПВ
с носителями в слоистой структуре ............................................... 186
2.4.2.
Экспериментальное исследование влияния поперечного
дрейфа носителей на электронное поглощение УПВ в слоистой
структуре ......................................................................................... 188
2.4.3.
Акустоэлектронное устройство для фазовой модуляции
радиосигналов ................................................................................. 191
2.5.
Основные результаты по главе 2 ................................................ 194
ГЛАВА 3. ПОПЕРЕЧНЫЙ АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ,
ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ АКУСТОПРОВОДИМОСТЬ В CdS
В ПЬЕЗОПОЛУПРОВОДНИКАХ И СЛОИСТЫХ
СТРУКТУРАХ, ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ПОПЕРЕЧНЫМ
ДРЕЙФОМ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА,
СУПЕРГЕТЕРОДИННОЕ УСИЛЕНИЕ В СdS ........................... 200
3.1.
Поперечный акустоэлектрический эффект в сульфиде кадмия ............. 200
3.1.1.
Методика эксперимента ................................................................. 201
3.1.2.
Экспериментальные результаты исследования поперечного
акустоэлектрического эффекта в CdS ............................................ 206
3.1.3.
Положительная акустопроводимость, сравнение
экспериментальных результатов с теорией ................................... 209
3.2.
Обращенный поперечный акустоэлектрический эффект
и отрицательная акустопроводимость в слоистых структурах
пьезодиэлектрик — полупроводник ......................................................... 214
3.2.1.
Методика эксперимента ................................................................. 215
3.2.2.
Обсуждение экспериментальных результатов ............................... 218
3.2.3.
Применение поперечного акустоэффекта в системах обработки
информации .................................................................................... 226
3.3.
Влияние поперечного дрейфа электронов на поглощение ПАВ
в сульфиде кадмия .................................................................................... 229
3.3.1.
Методика эксперимента ................................................................. 230
3.3.2.
Экспериментальные результаты .................................................... 234
3.3.3.
Теоретическое рассмотрение влияния поперечного дрейфа
электронов на поглощение ПАВ в сульфиде кадмия .................... 240
3.3.4.
Возможные применения взаимодействия ПАВ с поперечным
дрейфом в устройствах обработки сигналов ................................. 247
3.4.
Супергетеродинное усиление ПAB в CdS ................................................ 252
3.4.1.
Схема и результаты эксперимента ................................................. 254
3.4.2.
Акустоэлектронный усилитель с внутренним гетеродином ......... 262
3.5.
Результаты исследований ......................................................................... 263
ГЛАВА 4. ЗАПОМИНАНИЕ СИГНАЛА В СЛОИСТОЙ СТРУКТУРЕ
LiNbO3 — CdSe — МЕТАЛЛ. ПОВЕРХНОСТНЫЕ
АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ УВЧ ДИАПАЗОНА В СТРУКТУРЕ
ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ПЛЕНКА —
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОДЛОЖКА.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН
С ПОПЕРЕЧНЫМ ТОКОМ .......................................................... 269
4.1.
Расчет поглощения поверхностных акустических волн (ПАВ)
и акустоэлектрических эффектов в слоистой структуре
при металлизации внешней поверхности полупроводниковой пленки .... 272
4.1.1.
Поглощение и фазовая скорость ПАВ при металлизации
полупроводниковой пленки ........................................................... 273
4.1.2.
Поперечный акустоэлектрический (АЭ) эффект и свертка
сигналов при различных граничных условиях на поверхности
полупроводниковой пленки ........................................................... 280
4.1.3.
Расчет АЭ эффектов в структуре с двухслойной пленкой ............ 286
4.1.4.
Свертка и запоминание сигналов большой длительности ........... 290
4.2.
Методика экспериментального исследования ........................................ 292
4.2.1.
Изготовление экспериментальных структур ................................. 292
4.2.2.
Методика исследования поглощения, АЭ эффекта и свертки
при изменении проводимости пленки .......................................... 294
4.2.3.
Методика исследования запоминания сигнала свертки ............... 299
4.3.
Результаты исследования акустоэлектронного взаимодействия
в структуре LiNbO3—CdSe (эксперимент, сравнение с расчетом) ......... 301
4.3.1.
Изменение поглощения при металлизации пленки ..................... 301
4.3.2.
Свертка сигналов и АЭ эффект в структуре LiNbO3 — CdSe.
Знакопеременный АЭ эффект ....................................................... 302
4.3.3.
Запоминание сигнала свертки ....................................................... 309
4.3.4.
Влияние поперечного напряжения на поглощение ПАВ ............. 312
4.4.
Распространение ПАВ УВЧ диапазона в структурах пленка —
подложка ................................................................................................... 315
4.4.1.
Распространение ПАВ в структурах на подложках
из диэлектрика с пленкой ZnO. Характеристики приборов
в структурах на Al2O3 и АИГ ........................................................... 317
4.4.2.
Поглощение ПАВ в структурах Si/SiO2/ZnO, изготовленных
по стандартной технологии ............................................................ 323
4.4.3.
Влияние толщины, геометрии и рельефа пленок ZnO
на поглощение ПАВ ....................................................................... 325
4.5.
Основные результаты главы 4 ................................................................... 330
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ
АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В ВОЛНОВОДЕ ТИПА V/V.
ЭЛЕКТРОННОЕ УСИЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ
АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В МОНОЛИТНОЙ СЛОИСТОЙ
СТРУКТУРЕ LINBO3 — ПЛЕНКА INSB. АКТИВНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ МОНОЛИТНОЙ СТРУКТУРЫ
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИК — ПЛЕНКА ПОЛУПРОВОДНИКА
В УСТРОЙСТВАХ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ........................... 338
5.1.
Распространение поверхностных акустических волн в волноводе
типа V/V (Экспериментальное исследование влияния электрического
поля на распространение ПАВ в волноводах типа V/V) ....................... 339
5.1.2.
Управляемый фазовращатель на основе одиночного ΔV/V
волновода ........................................................................................ 349
5.1.3.
Векторный фазовращатель на основе двух акустически
связанных волноводов типа ΔV/V .................................................. 354
5.1.4.
Сенсоры электрического напряжения на основе акустических
волноводов типа ΔV/V .................................................................... 356
5.1.5.
Исследование отражения ПАВ в акустическом волноводе типа
ΔV/V с периодически изменяющейся шириной ........................... 360
5.1.6.
Основные результаты раздела 5.1 ................................................... 364
5.2.
Электронное усиление поверхностных акустических волн
в монолитной слоистой структуре LiNbO3 — пленка InSb ..................... 365
5.2.1.
Теория электронного усиления ПАВ в структуре пьезоэлектрик —
диэлектрический слой — полупроводник. (Электронное
поглощение (усиление) и фазовая скорость ПАВ в монолитной
слоистой структуре пьезоэлектрик — полупроводник) ................ 365
5.2.2.
Влияние диэлектрического подслоя на акустоэлектронное
взаимодействие в структуре пьезоэлектрик — диэлектрический
подслой — полупроводник ............................................................. 369
5.2.3.
Электронное поглощение (усиление) и фазовая скорость ПАВ
в активном полосковом волноводе на основе структуры
пьезоэлектрик — полупроводник .................................................. 372
5.2.4.
Акустоэлектронное взаимодействие и электрофизические
параметры тонких пленок InSb
в структуре LiNbO3—SiOx—InSb—SiOx .......................................................377
5.2.5.
Основные результаты раздела 5.2 ................................................... 404
5.3.
Активные элементы на основе монолитной структуры
пьезоэлектрик-пленка полупроводника в устройствах обработки
сигналов ..................................................................................................... 405
5.3.1.
Методика экспериментального исследования монолитного
акустоэлектронного усилителя на основе активного
волновода ................................................................ 406
5.3.2.
Результаты измерения параметров акустоэлектронного
усилителя, работающего в непрерывном режиме ......................... 410
5.3.3.
Линия задержки и полосовой фильтр на ПАВ с внутренним
монолитным усилительным элементом ........................................ 414
5.3.4.
Акустоэлектронный генератор ПАВ на основе монолитной
слоистой структуры LiNbO3 — пленка InSb .................................. 416
5.3.5.
Акустоэлектронный генератор ПАВ с акустической обратной
связью ........................................................................... 419
5.3.6.
О предельных значениях параметров акустоэлектронных
усилительных элементов на основе структур LiNbO3—InSb ........ 422
5.3.7.
Основные результаты раздела 5.3 ................................................... 425
Заключение ........................................................................................................ 431
Примечания ....................................................................................................... 436