Монолитный акустоэлектрический конвольвер Советский патент 1992 года по МПК H03H9/00 

Изобретение относится к акустоэлект- ронике, а именно к нелинейным акустоэлек- тронным устройствам, и может быть использовано в системах радиолокации и связи для обработки сложных радиосигна- лов.

Известна конструкция монолитного конвольвера, содержащая один встречно- штыревой преобразователь (ВШП) и нелинейные элементы для свертки сигнала в виде диодной матрицы с общим омическим контактом на поверхности пьезополупро- водниковой подложки арсенида галлия . Недостатком указанного аналога является малая величина коэффициента электроме- ханической связи в арсениде галлия и отсюда недостаточная эффективность акустоэлектронного преобразования. Вследствие этого снижаются полоса пропускания, информационная емкость, динами- ческий диапазон и помехоустойчивость конвольвера.

Наиболее близким к изобретению является монолитный конвольвер, содержащий слоистый звукопровод пьезоэлектрик-пье- зополупроводник с входным и выходным ВШП и матрицей диодов Шоттки. В нем можно существенно повысить эффективность акустоэлектронного преобразования за счет того, что текстурированные пленки некоторых пьезоматериалов, например ZnO, обладают большим коэффициентом электромеханичской связи. Однако ширина полосы пропускания ограничивается не только величиной коэффициента электроме- ханической связи, но и дисперсией сигнала при его распространении по звукопроводу. Слоистая конструкция звукопровода в прототипе неизбежно приводит к дисперсии сигнала из-за соизмеримости толщины пьезоэлектрического слоя с длиной акусто- электрической волны, распространяющейся по звукопроводу.

Целью изобретения является расширение полосы пропускания монолитного кон- вольвера и тем самым увеличение его информационной емкости.

Цель достигается тем, что в конструкции монолитного коявольвера вместо слоистого звукопровода используется скрытый акустоэлектрический канал, который создается благодаря приведению в акустический контакт двух пластин-пьезополупроводни- ковой и пьезоэлектрической. На поверхности первой пластины создается диодная матрица с общим омическим контактом. Вторая служит для повышения эффективного коэффициента электромеханической свя- зи в прикоитактной области, где размещаются ВШП.

Принципиально новой в изобретении является идея использования границы акустического контакта двух пластин в качестве скрытого акустоэлектрического канала, в котором отсутствует дисперсия.

Акустический контакт обеспечивается лишь при соблюдении условия механической сплошности двух контактирующих сред. В теории упругости это условие сводится, как известно, к непрерывности механических смещений и напряжений на границе контакта двух упругих тел и означает, что упругая деформация составного тела происходит без проскальзывания его частей относительно друг друга.

В отличие от прототипа, у которого акустоэлектрический канал расположен на поверхности пьезополупроводниковой пластины, и в нем распространяется ПАВ релеевского типа, функционирование заявленного устройства основано на использовании особого типа волн-волн Стоунли. Для распространения волн типа Стоунли не требуется никаких особых ограничений на упругие характеристики двух контактирующих сред, если каждая из них, как в заявленном устройстве, обладает пьезоэлектрическими свойствами.

Таким образом, функционирование заявленного устройства основано на эффекте возбуждения и распространения акустоэ- лектрической волны типа волны Стоунли. Такая волна может распространяться в пло- скости контакта двух упругих пьезоэлектри- ческихсред. Амплитуда волны максимальна в плоскости контакта, а ее ослабление в глубь каждой из сред намного меньше, чем у ПАВ релеевского типа. Ограничения снизу на толщины пластин, указанные в формуле изобретения, связаны с законом экспоненциального ослабления амплитуды волны.

Одновременно акустический контакт должен обеспечить усиление электромеханической связи в слабом пьезополупровод- нике за счет сильного пьезоэлектрика. Для этого необходимо, чтобы коэффициент электромеханической связи у пьезоэлектрика был больше, чем у пьезополупроводника.

На чертеже изображен заявляемый монолитный акустоэлектрический конвольвер. Он содержит пьезополупроводниковую пластину 1, общий омический контакт 2 к диодам Шоттки и контактные площадки 3 к нему, контактные площадки 4 к ВШП 5, пластину 6 пьезоэлектрика, контакты Шоттки 7.

Пример 1 конструкции заявляемого конвольвера.

Заявляемый монолитный акустоэлектрический конвольвер содержит нелинейные элементы для свертки сигналов в виде матрицы контактов Шоттки 7, объединенных общим омическим контактом (управляющим электродом) 2 и выполненных на поверхности (001) пьезополупроводниковой пластины 1 арсенида галлия l-типа толщи- 5 ной мм. Толщина Удовлетворяет условию hi Я(е1+1)/4 ,5 мм, где ei 13,1; /1 0 0037;Я 5мкм. На этой же пластине с противоположных сторон рабочей области диодов Шоттки размещены 10 ВШП 5. Пластина 1 приведена в акустический контакте поверхностью пьезоэлектрической пластины б из сульфида кадмия толщиной мм, которая удовлетворяет УСЛОВИЮ П2 Я (Ј2 +1)/f4 5

)0,56 мм, где Ј2 44; ,032; т.е. rfr t}, как и требует формула изобретения. Ширина пластины 6 такая же, как у пластины 1, а ее длина немного меньше и выбрана так, чтобы контактные площадки не были 20 закрыты. ВШП выполнены на поверхности пластины 1 и закрыты сверху пластиной 6.

Пример 2 отличается от примера 1 тем, что пластина 6 сделана из ниобата лития Y-среза и имеет толщину ,5 мм, которая удовлетво- 5 ряет условию h2 Я(Ј2+1)/4 лгр. 16,6 мкм, где , 0, мкм.

Длина пластины 6 больше, чем у пластины 1. ВШП выполнены на пластине 6 и закрыты пластиной 1.Контактные площадки расположены на открытой поверхности пластины 6.

Заявляемое устройство изготовляется следующим образом.

Матрица контактов Шоттки 7 с общим 5 омическим контактом 2 и ВШП 5 создаются известными методами планарной технологии. Контактирующие поверхности пьезополупроводниковой и пьезоэлектрической пластин соединяются друг с другом любым из известных способов, обеспечивающих механическую сплошность контакта двух упругих сред, например диффузионной сваркой или склеиванием.

Входной сигнал в ВШП 5 преобразуется в акустоэлектрический сигнал, который распространяется в скрытом акустоэлект- рическом канале, где расположены диодные контакты Шоттки 7 с общим управляющим электродом 2. Все диоды поддерживаются в обратно-смещенном состоянии при подаче надлежащего напряжения на управляющий электрод. Можно

зафиксировать пространственное распре55

деление потенциала акустоэлектрического сигнала, если одновременно открыть все диоды коротким импульсом напряжения прямого смещения. Поскольку время переключения диода Шоттки может быть порядка и менее 1 не. то диоды заряжаются в соответствии с мгновенным значением потенциала под каждым из них. Если теперь на управляющий электрод подать сигнал той же частоты, что и входной, то с одного из ВШП можно снять сигнал его свертки, а с другого - сигнал его корреляции с ранее зафиксированным сигналом.

Предлагаемое техническое решение в виде скрытого акустоэлектрического канала, служащего волноводом для акустоэлект- рических волн типа волн Стоунли, обеспечивает отсутствие дисперсионных искажений входного сигнала и тем самым увеличивает ширину полосы пропускания и информационную емкость конвольвера. которые пропорциональны друг другу. Одновременно усиление акусгоэлектрической связи из-за включения в предлагаемую конструкцию пьезоэлектрической пластины 6 позволяет также увеличить динамический диапазон конвольвера и повысить его помехозащищенность.

Формула изобретения

Монолитный акустоэлектрический кон- вольвер, содержащий встречно-штыревые преобразователи и матрицу диодов Шоттки с общим омическим контактом, расположенную на поверхности пьезополупроводниковой пластины, отличающийся тем, что, с целью расширения полосы пропускания и увеличения информационной емкости, указанная поверхность соединена с соблюдением механической сплошности с поверхностью пьезоэлектрической пластины, у которой коэффициент электромеханической связи больше, чем у полупроводниковой пластины, причем встречно-штыревые преобразователи расположены между контактирующими пласти- нами, а их толщины удовлетворяют неравенствам

hi A(ei+1)/4jri7i(,2), где Ј1 , г и Ј2 , соответственно диэлектрические проницаемости и коэффициенты электромеханической связи пьезополупро- водникозой и пьезоэлектрической пластин; Я- длина акустоэлектрической волны.

Изобретение относится к акустоэлект- ронике. Целью изобретения является расширение полосы пропускания и увеличение информационной емкости. Цель достигается путем соединения пьезополупроводни- ковой пластины 1 с поверхностью пьезоэлектрической пластины 6, коэффициент электромеханической связи которой больше, чем у пьезополупроводниковой пластины 1, встречно-штыревые преобразователи 5 расположены между контактирующими пластинами, а их толщины удовлетворяют неравенств а м hi Я ( ей- 1J/4 31гц, ,2, где ei, 71 и Ј2 , ife - соответственно диэлектрические проницаемости и коэффициенты электромеханической связи пьезополупроводниковой и пьезоэлектрической пластин; Я - длина акустоэлектрической волны. 1 ил. (Л с vj OJ ГО Јь С О