Реферат - Акустоелектроніка - скачати безкоштовно
Химия

Реферат — Акустоелектроніка — скачати безкоштовно


Завантажити реферат: Акустоелектроніка

Акустоелектроніка – це напрям функціональної мікроелектроніки, заснований на використанні п’єзоелектричного ефекту, а також явищ, пов’язаних із взаємодією електричних полів з хвилями акустичних напруг у п’єзоелектричному напівпровідниковому матеріалі. По суті, акустоелектроніка займається перетворенням акустичних сигналів на електричні та електричних на акустичні. Звернемо увагу на те, що дане визначення аналогічне визначенню оптоелектроніки, де йдеться про взаємні перетворення оптичних та електричних сигналів.

На рис. 1, а показана структура елементарного осередку кварцу, що складається з 3 молекул діоксиду кремнію. За відсутності деформації центр тяжкості позитивних та негативних іонів збігається (плюсом відзначені іони кремнію, мінусом – кисню). Стиснення кристала у вертикальному напрямку (рис. 1 б) призводить до зміщення позитивних іонів вниз, а негативних вгору. Відповідно, на зовнішніх електродах утворюється різниця потенціалів. Розглянуте явище називають прямим п’єзоелектричним ефектом. Існує і зворотний п’єзоефект, коли під дією прикладеної напруги та залежно від його полярності п’єзокристал (кварц, сегнетова сіль, турмалін та ін) поляризується та змінює свої геометричні розміри. Якщо ж до п’єзокристалу додати змінну напругу, то в ньому порушуються механічні коливання певної частоти, яка залежить від розмірів кристала.

Явлення прямого та зворотного п’єзоефекту відомі давно. Однак лише в останні роки завдяки розвитку напівпровідникової техніки та мікроелектроніки вдалося створити якісно нові акустоелектронні функціональні пристрої.

Одним із основних приладів акустоелектроніки є електроакустичний підсилювач (ЕАУ). На рис. 2 показано схему такого підсилювача на об’ємних хвилях. На торцях напівпровідникового звукопроводу (З) розташовані п’єзоелектричні перетворювачі (П), які за допомогою омічних контактів (К) приєднані з одного боку до звукопроводу, а з іншого – до вхідних та вихідних клем. При подачі на вхід змінної напруги у вхідному п’єзоперетворювачі збуджується акустична хвиля, яка поширюється звукопроводом. Взаємодія хвилі з електронами, що рухаються в тому ж напрямку по напівпровідниковому звукопроводу, забезпечує її посилення. Розглянемо це. Припустимо, що звукопровід вводиться гармонійна поздовжня акустична хвиля, що рухається зі швидкістю Vв. Тиск у кристалі при цьому від точки до точки змінюється. У тих місцях, де кристал стискається, п’єзо-е. д. с. сповільнює рух електронів, а тих місцях, де розтягується, – прискорює. Внаслідок цього на початку кожного періоду хвилі утворюються згустки електронів. При Vэ > Vв згустки рухаються в ділянках хвилі, що гальмують, і передають їй свою енергію, чим і забезпечується посилення. Подібні акустоелектронні підсилювачі можуть давати вихідну потужність сигналу близько декількох ват, маючи смугу пропускання до 300 МГц. Їхній обсяг (у мікроелектронному виконанні) не перевищує 1 см3.

Основним недоліком об’ємних ЕАУ є порівняно велика потужність, що розсіюється в звукопроводі. Найбільш перспективними щодо цього є ЕАУ на поверхневих хвилях. Структура такого підсилювача показано на рис. 3 а. За допомогою вхідного гратчастого перетворювача (рис. 3 б), напилюваного на поверхню п’єзоелектричного кристала Пе, в останньому збуджується акустична хвиля. На деякій ділянці поверхня п’єзокристалу стикається з поверхнею напівпровідникової пластини, в якій джерело Е проходить струм. Отже, на ділянці поверхневого контакту п’єзокристалу та напівпровідника відбудеться взаємодія акустичної хвилі з потоком електронів. Саме на цій ділянці відбувається акустичне посилення сигналу, який потім знімається у вигляді посиленої змінної напруги з вихідного перетворювача, що працює в режимі зворотного п’єзоефекту.

Гідність ЕАУ поверхневого типу полягає в тому, що матеріали п’єзоелектрика та напівпровідника можуть бути різними. Перший з них повинен мати високі п’єзоелектричні властивості, другий — забезпечувати високу рухливість електронів. Як напівпровдниковий шар у подібних підсилювачах використовують зазвичай кремнієвий монокристал n-типу товщиною близько 1 мкм, вирощений на сапфіровій підкладці епітаксійним способом. Цей матеріал має питомий опір порядку 100 Ом см і рухливість носіїв заряду до 500 см2/(Вс). Довжина робочої частини поверхневого ЕАУ становить приблизно 10 мм, ширина 1.25 мм, потужність постійного струму порядку 0.7 Вт.

Акустоелектронні пристрої є досить перспективними, особливо для широкосмугових схем та схем надвисокочастотного (НВЧ) діапазону.

Література

1. Б.С. Гершунський. Основи електроніки та мікроелектроніки. — К.: Вища школа, 1989, 423 с.

додаток

Реферат - Акустоелектроніка - скачати безкоштовно

Реферат - Акустоелектроніка - скачати безкоштовно

Реферат - Акустоелектроніка - скачати безкоштовно

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *