Акустоэлектронное взаимодействие и его применение в науке и технике

Привет, Вы узнаете о том , что такое акустоэлектронное взаимодействие, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое акустоэлектронное взаимодействие , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Акустроэлектроника и акустооптика.

акустоэлектронное взаимодействие (АЭВ) - взаимодействие акустических волн с электронами проводимости в полупроводниках и металлах. Смещение атомов решетки, вызванное УЗ-волной, приводит к изменению внутрикристаллических полей, что сказывается на распределении и характере движения электронов проводимости. В свою очередь перераспределение электронов и их направленное движение изменяют картину деформаций, а следовательно, и характер распространения акустические волны в кристалле.

Акустоэлектронное взаимодействие (АЭВ) — это явление, при котором акустические волны взаимодействуют с электронами в кристаллических или полупроводниковых материалах, вызывая изменение их электрических свойств. Это важное явление, которое находит применение в различных областях науки и техники. Вот несколько его применений:

1. Акустооптика: АЭВ используется в акустооптических устройствах для изменения свойств световых волн. Это применяется, например, для создания устройств, регулирующих интенсивность света, модуляции фазы и прочего.

2. Акустоэлектронные фильтры: АЭВ применяется в электронных фильтрах для регулирования частоты сигналов. Это используется, например, в радиосистемах для настройки или фильтрации сигналов.

3. Акустоэлектронные устройства задержки: АЭВ может использоваться для создания устройств задержки сигналов, что полезно в технике радиолокации и связи.

4. Акустоэлектрические резонаторы: Акустоэлектронные резонаторы могут использоваться в радиоприемниках для выбора определенных частот и усиления сигналов.

5. Исследования материалов: Акустоэлектронное взаимодействие применяется в исследованиях свойств материалов, таких как полупроводники, помогая понять их структуру и характеристики.

Эти примеры демонстрируют, как акустоэлектронное взаимодействие играет важную роль в создании различных устройств и технологий в науке и технике.

Согласно действующему ГОСТ акустоэлектронным изделием называется сборочная единица, выполняющая в составе радиоэлектронной аппаратуры определенную функцию на основе процессов возбуждения, распространения и преобразования акустических волн в упругой среде и (или) на взаимодействии их с электромагнитными полями .

Обобщенная функциональная схема акустоэлектронного устройства (АЭУ) приведена на рис. 1. Входной электрический сигнал с помощью входного электроакустического преобразователя преобразуется в акустическую волну, распространяющуюся в подложке устройства (акустическом канале). Выходной акустоэлектронный преобразователь преобразует акустическую волну в выходной электрический сигнал. Обработка информации может осуществляться как в акустическом канале, так и в процессе взаимного преобразования электрических и акустических сигналов. Особенностью АЭУ служит низкая, по сравнению с электромагнитными волнами, скорость распространения акустических волн. Носителями информации в АЭУ могут быть различные типы акустических волн – объемные волны, поверхностные волны, волны в слоях материалов.

Рис.1. Обобщенная функциональная схема акустоэлектронного устройства

На сегодняшний день разработано и широко используется множество АЭУ . В основу классификации АЭУ могут быть положены различные признаки, например, АЭУ различаются по функциональному назначению, функциональной сложности, адаптивности, уровню и степени интеграции, типу используемых акустических волн, конструктивно-топологическому исполнению (Рис.2). По функциональному назначению различают устройства генерации и формирования сигналов, обработки сигналов, идентификации объектов, устройства измерения и сигнальные устройства. По функциональной сложности реализована линейка АЭУ от простейших элементов (сумматоров, фазовращателей и т.д) до акустоэлектронных процессоров , выполняющих различные операции обработки сигналов, например, преобразование Фурье, Гильберта, Меллина и др. По типу применяемых акустических волн наибольшее распространение имеют устройства на поверхностных, приповерхностных и объемных акустических волнах (ОАВ) и меньшее распространение – устройства, использующие волны в слоях материалов.

Рис.2. Классификация акустоэлектронных устройств

Принципы построения, описания и функционирования АЭУ схожи, существующие отличия связаны с особенностями возбуждения, приема и распространения конкретного типа акустических волн. В устройствах на ПАВ тенденция повышения рабочих частот связана с наблюдаемым смещением в применении от поверхностных волн релеевского типа к вытекающим и псевдоповерхностным волнам, имеющим более высокие скорости распространения и ряд других преимуществ . Существуют устройства, одновременно использующие несколько акустических мод, распространяющихся в одной подложке и реализующие несколько функциональных операций.

При АЭВ происходит обмен энергией и импульсом между УЗ-волной и электронами проводимости. Передача энергии от волны к электронам приводит к дополнит. электронному поглощению УЗ, а передача импульса - к акустоэлектрическому эффекту. Когда в проводнике имеет место направленное движение электронов со сверхзвуковой скоростью, они отдают часть энергии своего направленного движения волне, в результате чего возникает усиление УЗ. Кроме того, вследствие АЭВ в проводниках возникает ряд специфических механизмов нелинейности акустических волн, обусловливающих разнообразные нелинейные эффекты.

АЭВ представляет собой взаимодействие электронов с колебаниями длинноволновой части акустического спектра ( , где Т - температура, - частота колебаний), при описании которых кристалл рассматривается как упругий континуум, а колебания решетки - как волны упругой деформации. В пределе высоких частот АЭВ эквивалентно электронно-фононному взаимодействию.

Механизм АЭВ. В процессе АЭВ сила F, действующая на свободные носители со стороны деформированной решетки, вызывает электронные токи и перераспределение носителей. Возникающие при этом электромагнитного поля частично компенсируют силу F, и реально действующая сила оказывается в результате экранирования в раз меньше ( - диэлектрическая проницаемость кристалла; - частота и волновой вектор УЗ-волны). Перераспределенные заряды и индуцированные поля действуют на решетку с силой, объемная плотность к-рой пропорциональна в конечном итоге амплитуде деформации. В зависимости от типа кристалла и диапазона УЗ-частот силы, возникающие в системе решетка- носители, имеют различное происхождение.

В полупроводниках АЭВ определяют два основных механизма. Общим для всех материалов является взаимодействие через деформационный потенциал ,обусловленное локальными изменениями ширины запрещенной зоны полупроводника под действием деформации. В результате на электрон действует сила F, пропорциональная градиенту деформации S: с константой деформационного потенциала D, к-рая зависит от направления распространения и поляризации УЗ-волны. В свою очередь, на решетку действует сила, пропорциональная градиенту функции распределения носителей :

где р - импульс электрона, r - его радиус-вектор, t - время. Взаимодействие через деформационный потенциал растет с увеличением частоты УЗ и поэтому эффективно на высоких частотах в неполярных полупроводниках (Ge, Si и др.) и полуметаллах (висмут и др.).

В полупроводниках без центра симметрии наблюдается пьезоэлектрическое взаимодействие, при к-ром деформация сопровождается появлением электрического поля и, наоборот, электрическое поле вызывает деформацию кристалла. На электрон в звуковой волне действует сила

пропорциональная деформации (е - заряд электрона, - пьезомодуль, - диэлектрическая проницаемость решетки). Объемная сила, действующая на решетку, пропорциональна градиенту электрического поля , индуцированного УЗ-волной:.

Сильная анизотропия пьезоэффекта приводит к зависимости АЭВ от направления распространения и поляризации УЗ-волны. Пьезоэлектрическое взаимодействие - основной механизм АЭВ в пьезополупроводниках (CdS, ZnO, GaAs, InSb, Те и др.) вплоть до частот порядка 10-100 ГГц, выше которых взаимодействие через деформационный потенциал становится преобладающим. В ряде центросимметрических кристаллов - сегнетоэлектриков (SbSI, ВаТiO₃ и др.) за счет эффекта электрострикции и больших внутренних электрических полей E_ВН возникает АЭВ, к-рое формально сводится к пьезоэлектрическому. При этом эфф. пьезоконстанта , где а - константа электрострикции.

В металлах из-за большой концентрации электронов они наряду с ионной решеткой определяют упругие свойства материала. АЭВ возникает как результат действия на электроны и ионы решетки самосогласованного электромагнитного поля, вызванного движением ионов. Для продольного звука это поле имеет электро-статический характер; в случае поперечного звука на электроны и ионы действует вихревое электрическое поле. Наряду с силами, определяемыми макроскопическим электромагнитным полем звуковой волны, на электроны действуют также силы, обусловленные локальным изменением электронного закона дисперсии при деформации кристалла. Поскольку со звуковой волной эффективно взаимодействует лишь небольшое число электронов, принадлежащих ферми-поверхности, то такое взаимодействие определяется потенциалом деформации, описывающим локальное возмущение поверхности Ферми. Нередко, особенно при квантовомеханич. описании АЭВ в металлах, все взаимодействие описывается в терминах эфф. деформац. потенциала. электромагнитного механизм взаимодействия помимо металлов проявляется в полуметаллах и полупроводниках с решеткой, содержащей большое число заряженных примесей.

В кристаллах с выраженным эффектом магнитострикции возможно АЭВ, обусловленное переменным магнитным полем, пропорциональным деформации. Оно характерно для ферромагнитных металлов (никель, кобальт) и сплавов, а также других магнитных материалов и зависит от спонтанной намагниченности и напряженности внеш. магнитного поля.

Экранирование. Эффективность АЭВ определяется не только величиной сил, действующих на электроны, но и характером перестройки электронной подсистемы под действием этих сил. В результате экранирования эффекты АЭВ зависят от высокочастотной электронной проводимости - отклика электронов на переменное и неоднородное электрическое поле, индуцированное УЗ. Зависимость проводимости от частоты, внеш. электрических и магнитных полей, температуры проявляется в акустические характеристиках проводника.

Экранирование приводит к сложной частотной зависимости АЭВ. Ее характер определяется соотношением между длиной акустическая волны и длиной свободного пробега электрона. В случае, если электрон на длине волны испытывает большое число соударений (kl_e= ), акустическая волна взаимодействует с электронными сгустками - возмущениями электронной плотности. Поведение электронного газа в этом случае хорошо описывается уравнениями гидродинамики. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Именно в этом диапазоне частот проявляется релаксац. характер процесса экранирования: степень экранирования зависит от соотношения между периодом колебаний и временем электронной релаксации ( - статическая проводимость).

При внеш. сила экранируется почти полностью. С ростом частоты степень экранирования уменьшается, но одновременно уменьшается и длина волны - характерное расстояние, на к-ром действует внеш. сила. Поэтому на высоких частотах, когда l становится меньше пространств. масштаба экранирования - радиуса Дебая - Хюккеля (- тепловая скорость электрона, n₀ - плотность электронов), степень экранирования вновь, велика. Минимальное экранирование возникает при кr_д=1.

Когда длина свободного пробега велика (kl_e>l), акустическая волна взаимодействует с отд. электронами. Основной вклад в АЭВ вносит небольшая группа движущихся в фазе с волной электронов, проекция скорости u которых на направление распространения волны близка к скорости звука . Для остальных электронов взаимодействие с волной малоэффективно, поскольку на длине свободного пробега действующая на них сила много раз меняет знак.

Эффекты акустоэлектронного взаимодействия. На опыте АЭВ проявляется либо непосредственно как эффект увлечения носителей заряда акустической волной, либо в виде зависимости параметров акустической волны (ее скорости, коэффициент поглощения и др.) от концентрации носителей проводимости, величины внеш. электрических и магнитных полей. АЭВ - одна из причин дисперсии звука в твердых телах. Получая в процессе АЭВ энергию, электроны рассеивают ее при столкновениях с дефектами и тепловыми фононами, обусловливая электронное поглощение УЗ. Зависимость коэффициент поглощения от частоты при этом может отличаться от квадратичной, предсказываемой классической теорией (см. Поглощение звука ).В полупроводниках в сильном электрическое поле поглощение звука сменяется его усилением. Усиление электрическим полем НЧ-фононов (акустических шумов) приводит к развитию электрической неустойчивости в полупроводниках и возникновению акустоэлектрических доменов. АЭВ является источником электронной акустической нелинейности, к-рая обусловливает зависимость от электронных параметров амплитуд акустических волн, возникающих в результате нелинейного взаимодействия, эффекты электроакустического эха в полупроводниках и др.

Электронное поглощение УЗ в металлах является основным при низких температурах. В длинноволновой области электронное поглощение обусловлено вязкостью электронного газа; коэффициент поглощения при этом пропорционален времени между соударениями электронов и квадрату частоты:

где - энергия Ферми, - плотность металла, - скорость звука, А - числовой коэффициент . Температурная зависимость электронного поглощения определяется зависимостью . С понижением температуры время между соударениями увеличивается, а вместе с ним растет и электронное поглощение. В области коротких волн коэффициент поглощения линейно увеличивается с ростом частоты

где - фермиевская скорость электрона, т - его масса, - числовой коэффициент. Коэффициент поглощения не содержит зависимости от , а следовательно, не зависит от механизма рассеяния носителей и слабо зависит от темп-ры.

Особый характер имеет акустическое поглощение в металлах, помещенных в постоянное магнитное поле. В магнитное поле траектории электронов искривляются, и в достаточно сильных полях, для которых циклотронная частота (В - магн. индукция, с - скорость света) значительно превосходит частоту соударений , движение приобретает периодический характер. Траектории такого движения определяются топологией поверхности Ферми.

В общем случае коэффициент поглощения имеет тот же порядок, что и в отсутствие поля. Однако, когда на характерном размере траектории электрона (диаметр орбиты для замкнутых траекторий или пространств. период для открытых) укладывается целое число длин волн, поглощение сильно возрастает. В результате возникает осцилляционная зависимость коэффициент поглощения от частоты или магнитного поля: взаимодействие волны с электронами на замкнутых траекториях определяет геометрические осцилляции ,а на открытых траекториях - магнитоакустический резонанс. При низких температурах в сильных магнитных полях возникают квантовые осцилляции - периодическая зависимость коэффициент поглощения УЗ от величины 1/В (рис. 1), обусловленная квантованием движения электронов в магнитном поле (см. Квантовые осцилляции в магнитном поле). По своему происхождению квантовые осцилляции поглощения УЗ аналогичны Шубникова - де Хааза аффекту. Наконец, при wt>1 возможно наблюдение акустического циклотронного резонанса.

Рис. 1. Гигантские квантовые осцилляции коэффициента поглощения ультразвука в цинке на частоте 220 МГц при Т=4,2К.

Рис. 2. Температурная зависимость коэффициента продольных звуковых волн в свинце на частоте 50 МГц: 1 - в сверхпроводящем состоянии; 2 - при разрушении сверхпроводимости магнитным полем.

Акустическое поглощение в сверхпроводниках происходит только из-за взаимодействия акустической волны с "нормальными" электронами; сверхпроводящие электроны в поглощении звука не участвуют. Поскольку с уменьшением температуры число "нормальных" электронов уменьшается, то при темп-ре Т<Т_с (Т_с - температура перехода в сверхпроводящее состояние) коэффициент поглощения звука падает, стремясь к нулю при (рис. 2, кривая 1).

Электронное поглощение УЗ в полупроводниках- основной механизм поглощения в широком диапазоне темп-р и частот. Несколько механизмов АЭВ, наличие различных типов носителей и примесных центров, возможность изменения концентрации и подвижности, влияние электрических и магнитных полей приводят к сложной картине акустического поглощения в полупроводниках. В пьезополупроводниках пьезоэлектрических механизм АЭВ преобладает над всеми другими при температурах вплоть до комнатных и в диапазоне частот вплоть до десятков Гц и дает основной вклад в поглощение по сравнению с др. механизмами диссипации акустической энергии. Для комнатных темп-р, когда длина свободного пробега электрона много меньше длины волны коэффициент поглощения имеет вид

где -коэффициент электромеханической связи.

При низких температурах , когда , коэффициент поглощения

не зависит от времени между соударениями , а следовательно, слабо зависит от температуры. В обоих случаях с увеличением частоты поглощение растет и коэффициент достигает максимума, равного , при (рис. 3, кривая 1), а затем убывает вследствие кулоновского экранирования. Последнее определяет и зависимость коэффициент поглощения от концентрации носителей n₀: он сначала растет пропорционально n₀, а затем, проходя через максимум, падает как 1/n₀. При всех разумных концентрациях носителей поглощение УЗ в пьезополупроводниках значительно эффективнее при , т. е. в области комнатных темп-р.

Значит. электронное поглощение, обусловленное АЭВ через деформационный потенциал, наблюдается в многодолинных полупроводниках (Ge, Si) и полуметаллах (Bi), где энергия электрона имеет несколько минимумов (долин), расположенных в различных точках зоны Бриллюэна.

Рис. 3. Зависимости электронного коэффициента поглощения (1) ультразвука и изменения скорости звука (2)от величины

Рис. 4. Зависимость электронного коэффициента усиления ультразвука от дрейфовой скорости электронов

При определении направлении распространения волны на электроны, принадлежащие двум разным минимумам, вследствие АЭВ будут действовать силы, равные по величине, но противоположные по направлению. Тогда неоднородный объемный заряд не образуется и экранирование оказывается слабым. Коэффициент . поглощения в этом случае монотонно растет с увеличением n₀ и в кристаллах с высокой концентрацией достигает значит. величины.

В сильных магнитных полях при низких температурах в вырожденных полупроводниках и полуметаллах наблюдаются те же резонансные осцилляц. зависимости, что и в металлах. В невырожденных полупроводниках возможно наблюдение только акустического циклотронного резонанса.

Электронная дисперсия скорости звука наиболее значительна в пьезополупроводниках, где она достигает несколько процентов. Дисперсия носит релаксационный характер: на НЧ электроны почти полностью экранируют пьезоэлектрич. поля и скорость звука равна значению v_sq, определяемому только упругими свойствами кристалла. На больших частотах влияние электронов незначительно и скорость звука равна ее значению в пьезодиэлектрике (рис. 3, кривая 2).

Усиление УЗ в полупроводниках возникает, когда имеется направленное движение (дрейф) носителей заряда вдоль распространения волны. Дрейф создается внешним электрическим полем. С ростом поля движение электронов сначала уменьшает коэффициент поглощения (рис. 4), а затем при скорости дрейфа , равной , обращает его в нуль. При сверхзвуковом движении возникает электронное усиление УЗ; оно происходит за счет энергии источника, поддерживающего сверхзвуковой дрейф носителей. С ростом напряженности внеш. поля усиление растет линейно, достигает максимума, а затем начинает уменьшаться, поскольку при больших дрейфовых скоростях электроны не успевают эффективно взаимодействовать со звуковой волной (рис. 4). В пьезополупроводыиках при коэффициент электронного усиления

достигает максимума, равного , при значении дрейфовой скорости

достаточно близком к . В случае зависимость остается линейной вплоть до значений, близких к тепловой (или фермиевской) скорости электронов

где - коэффициент электронного поглощения в отсутствие дрейфа.

Усиление УЗ возможно, если только оно превосходит поглощение, обусловленное решеткой. На опыте наблюдалось усиление УЗ в пьезополупроводниках (CdS, CdSe, Те, GaAs, InSb и др.) в диапазоне частот 10-10⁴ МГц при температурах от гелиевых до комнатных. Значения экспериментально наблюдаемых инкрементов составляют 20-80 дБ/см. При низких температурах наблюдалось также усиление УЗ в неполярных полупроводниках (Ge) и полуметаллах (Bi).

Электронная акустическая нелинейность. Рассмотренные выше эффекты относились к распространению достаточно слабого УЗ. С повышением интенсивности звуковой волны все большую роль начинают играть нелинейные эффекты, искажающие ее форму, ограничивающие рост ее интенсивности при усилении или уменьшающие ее затухание. В проводящих средах, помимо обычного решеточного энгармонизма, существует специфический механизм нелинейности, связанный с захватом электронов проводимости в минимумы потенциальной энергии электрического поля, сопровождающего акустическую волну (т. н. электронная акустическая нелинейность). В полупроводниках такой механизм нелинейности становится существенным при интенсивностях УЗ, значительно меньших тех, при которых сказывается энгармонизм решетки, характерный для диэлектриков. Захват электронов электрическим полем волны приводит к различными эффектам в зависимости от соотношения между длиной звуковой волны и длиной свободного пробега электрона.

Для НЧ-звука в пьезополупроводниках основную роль играет пространственное перераспределение носителей: с ростом интенсивности звука растет число электронов, захваченных в потенциальных ямах, созданных переменным пьезопотенциалом (т. н. концентрационная нелинейность). Когда глубина потенциальных ям - превышает тепловую энергию электронов kТ, носители застревают в ямах и оказывают меньшее воздействие на волну. В результате электронное усиление (поглощение) звука падает с ростом его интенсивности, а форма волны существенно отличается от синусоидальной.

При распространении ВЧ-звука в металлах, полуметаллах и полупроводниках акустическая волна значительно искажает распределение по импульсам тех электронов, которые движутся в фазе с волной и эффективно взаимодействуют с ней (т. н. импульсная акустическая нелинейность). Это искажение тем сильнее, чем больше интенсивность звука, а также время между соударениями, определяющее время жизни электрона в потенциальной яме.

С ростом интенсивности все больше электронов движутся в фазе с волной и не взаимодействуют с ней, что приводит к уменьшению усиления или поглощения звука. Импульсная акустическая нелинейность аналогична нелинейному Ландау затуханию электромагнитных волн в плазме. Имеется и ряд др. электронных механизмов акустической нелинейности, связанных, напр., с разогревом электронного газа УЗ-волной, захватом носителей на примесные центры - ловушки и т. д.

Вследствие электронной акустической нелинейности при распространении УЗ-волны в кристалле возникают электрического поля и токи не только на частоте УЗ, но и на частотах гармоник. Обратное воздействие этих полей на решетку приводит к генерации акустических гармоник. Аналогичным образом при одновременном распространении в кристалле неск. УЗ-волн электронная нелинейность служит причиной нелинейного взаимодействия акустических волн (см. Нелинейная акустика ).При воздействии на кристалл переменным электрического (электромагнитного ) полем электронная нелинейность обеспечивает параметрическое усиление акустических волн на субгармониках частоты внеш. поля, эффект обращения акустического волнового фронта, который лежит в основе электроакустического эха, и др. эффекты.

Эффекты АЭВ в полупроводниках применяются в акустоэлектронике при создании приборов для усиления и генерации волн, управления амплитудой и фазой волны, выполнения нелинейных операций с сигналами. АЭВ в металлах широко используется для изучения формы поверхности Ферми.

Акустоэлектронные устройства на основе акустоэлектронного взаимодействия

Взаимодействие акустич. волн с электронами проводимости в твердых телах приводит к таким явлениям, как электронное усиление и поглощение акустич. волн, акустоэлектрический эффект, лежащих в основе работы акустоэлектронных усилителей, генераторов, фазовращателей и др. В акустоэлектронных усилителях ОАВ (рис. 5) усиление волн происходит в результате их взаимодействия с дрейфующими носителями заряда в объеме массивного бруска пьезополупроводника. Для создания дрейфа носителей заряда к торцевым поверхностям бруска прикладывают электрич. напряжение (т. н. дрейфовое напряжение), создающее ток дрейфа электронов. При непрерывном режиме работы ток дрейфа может привести к перегреву усилителя и вызвать его разрушение. При работе усилителя в импульсном режиме дрейфовое напряжение подается в виде импульсов, длительность которых равна времени прохождения по звукопроводу усиливаемого сигнала; при этом средняя выделяемая мощность относительно невелика. На эффекте электронного усиления основано действие акустоэлектронного генератора ОАВ, представляющего собой акустич. резонатор, выполненный в виде пьезополупроводниковой пластины с нанесенными на ее торцевые поверхности электродами (рис. 6). Если направление распространения акустич. волн в акустич. резонаторе совпадает с направлением дрейфа носителей заряда, то происходит их усиление. При достаточно высокой скорости дрейфа приращение энергии в результате усиления акустич. волн преобладает над потерями, связанными с поглощением волн при их распространении в обратном направлении и их отражениями от граней резонатора, что приводит к генерации акустич. колебаний. Амплитуда и спектр частот генерируемых колебаний в осн. определяются концентрацией носителей заряда и толщиной пластины.

Среди устройств на ПАВ наиболее перспективны акустоэлектронные усилители ПАВ, выполненные на основе монолитных слоистых структур, содержащих «сильный» пьезоэлектрик (напр., LiNbO3), в котором распространяется ПАВ, и тонкую пленку полупроводника с высокой подвижностью электронов (напр., из InSb), в которой происходит дрейф носителей заряда (рис. 7). Взаимодействие ПАВ с дрейфующими носителями заряда происходит в пленке полупроводника, в которую проникает сопровождающее ПАВ переменное электрич. поле. Использование слоистых структур позволяет получить непрерывный режим усиления ПАВ, а также подавление паразитных сигналов, обусловленных отражением ПАВ от торцов кристалла и от преобразователей. Коэф. усиления такого усилителя достигает 30–60 дБ/см при коэф. шума менее 10 дБ в частотном диапазоне от 100 до 500 МГц (с полосой пропускания 5–20%).

Устройством, принцип действия которого связан с зависимостью скорости акустич. волн от параметров электронной подсистемы в полупроводнике, является акустоэлектронный фазовращатель на ПАВ. Для изменения фазы электромагнитных колебаний их преобразуют в акустич. волны и обратно, воздействуя при этом на скорость акустич. волн на пути их распространения, а следовательно, и на фазу акустич. колебаний, регистрируемых выходным преобразователем. Напр., управляя электропроводностью фоточувствит. полупроводниковой пленки, нанесенной на поверхность звукопровода из пьезоэлектрика (путем изменения интенсивности подсветки или скорости дрейфа электронов), можно управлять скоростью распространения ПАВ.

Разность потенциалов, возникающая вследствие акустоэлектрич. эффекта на границах пьезоэлектрич. полупроводника или полупроводникового слоя в структуре пьезоэлектрик–полупроводник, используется в т. н. квадратичных или синхронных акустоэлектрических детекторах акустич. волн. Эти устройства, обладающие широким динамич. диапазоном, получили распространение в АЭ устройствах обработки сигналов.

Применение акустоэлектронных компонентов на ПАВ

На сегодняшний день ПАВ технологии и ПАВ компоненты прочно заняли свою нишу по применению в радиоэлектронной аппаратуре различного назначения.

Все применения можно разделить на две основные области, первая - это бытовая радиоэлектронная аппаратура, вторая - специальная и профессиональная электроника. При дальнейшей детализации можно выделить следующие важнейшие применения:

• мобильная сотовая связь (радиотелефоны и базовые станции);
• приемо-передающие устройства навигационных систем (GPS, GLONASS);
• радиолокационные системы, системы управления воздушным движением;
• спутниковые системы связи (бортовая и наземная аппаратура);
• телевизионные системы (кабельные и спутниковые);
• системы охраны и безопасности;
• системы дистанционного радиоуправления;
• системы мониторинга состояния окружающей среды и промышленных объектов;
• системы радиочастотной идентификации и логистика.

Мировой рынок акустоэлектронных ПАВ компонентов

В настоящее время более 50 компаний в мире занимаются разработкой и производством акустоэлектронных компонентов на ПАВ. Среди них как крупные транснациональные компании, имеющие свои представительства в различных странах и осуществляющие крупносерийное производство широкой номенклатуры устройств, так и небольшие фирмы с мелкосерийным производством. Наиболее крупными производителями являются компании Epcos, Murata, Vectron International, RF Monolithics, TriQuint. В таблице 2 представлены некоторые компании производители компонентов на ПАВ и номенклатура выпускаемой ими продукции.

Таблица 2. Фирмы – производители устройств на ПАВ

Примечание. Условные обозначения: Ф – фильтр, Р – резонатор, АД – антенный дуплексор, М – модуль, ЛЗ –линия задержки, К – коррелятор, Г – генератор, С –сенсоры, РЧИД – устройства радиочастотной идентификации.

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

• акустоэлектроника

Исследование, описанное в статье про акустоэлектронное взаимодействие, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое акустоэлектронное взаимодействие и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Акустроэлектроника и акустооптика