Однофазный преобразователь поверхностных акустических волн Советский патент 1992 года по МПК H03H9/145 

Изобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано, например, в монолитных устройствах обработки информации, выполненных на подложках из арсенида галлия.

Известен акустоэлектрический преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ), представляющий собой встречно-штыревую систему электродов, изготовленную на эпитаксиальной структуре вида легированный слой - полуизолирующая подложка пьезополупроводникового материала GaAs. Возбуждение ПАВ в такой системе возможно при создании под электродами ВШП обедненных областей (барьеров Шотки). устраняющих закорачивание электрического поля ПАВ свободными носителями заряда.

Барьеры Шотки формируются за счет постоянной разности потенциалов Vo между электродами преобразователя и омическими контактами (ОК), наносимыми на эпитаксиальный слой вблизи ВШП.

Данные системы могут иметь рабочую частоту в 2 раза выше, чем обычные двухфазные ВШП на пьезодиэлектрике в том случае, если все электроды электрически эквипотенциальны (). При этом переменное напряжение между однофазными (однополярными) электродами, как барьерами Шотки и омическими контактами будет приводить вследствие прямого пьезоэффекта в обедненных областях к эффективному

возбуждению ПАВ на частоте fo , где А период электродов; V - скорость ПАВ. Эффективность формирования барьеров Шотки и, следовательно, возбуждения ПАВ тем выше, чем ближе расположены омические контакты и электроды преобразователя.

Недостатком этого устройства являются довольно большие потери на преобразование электрической энергии в акустическую и обратно. Потери обусловлены, во-первых, неоднородностью формируемого под электродами барьера Шотки вследствие неодинакового удаления различных участков электродов от омических контактов и, во-вторых, двунаправленным характером излучения ПАВ преобразователем( I Ui 1 IU2 I).

Наиболее близким к предлагаемому является однофазный преобразователь, содержащий электроды с периодом А, прмещенные на пьезополупроводниковом материале с неоднородным по толщине образца профилем легирования вида п-п.

Эта конструкция обеспечивает одинаковые размеры обедненных областей под электродами преобразователя, что повышает эффективность акустоЗлектрического преобразования ПАВ.

Однако такое устройство тоже является двунаправленным приемоизлучающим преобразователем ПАВ, что мешает минимизации вносимых потерь (ВП) в устройствах на основе подобных конструкций.

Как известно минимальный уровень ВП в согласованных фильтрах ПАВ на основе двунаправленных преобразователей составляет 6 дБ, при котором наблюдается, кроме того, паразитная неравномерность АЧХ ( 4,5 дБ), обусловленная трехпролетными сигналами. Однонаправленные же преобразователи в согласованном режиме практически не отражают падающие со стороны максимального излучения волны, что дает возможность реализовать фильтры с минимальными ВП, ограниченными лишь добротностью согласующих элементов, при почти полном устранении неравномерности АЧХ.

Цель изобретения -уменьшение вносимых потерь однофазного акустоэлектронного преобразователя.

Данная цель достигается тем, что в однофазном преобразователе, содержащем систему электродов с периодом А, размещенных на неоднородно-легированной по толщине пьезополупроводниковой подложке, между электродами введена система отражающих упругих неоднородностей (выступов) с периодом А и шириной А /4, причем расстояние между центрами электродов и неоднородностей равно п А±3 А/8 (, 1, 2, ...). а ширина электродов равна А/2.

Введение неоднородностей позволяет в брэгговской полосе частот из эффективного отражения существенно снизить потери, обусловленные двунаправленностью преобразования, поскольку обеспечивает в брэгговской полосе частот синфазное сложение волн, возбуждаемых электродами и переотражаемых неоднородностями, при излучении ПАВ в основном направлении и противофазное сложение при излучении ПАВ в противоположном направлении. Выбор ширины электродов равной А /2 исключает отражение ПАВ от них, как от механических неоднородностей.

На чертеже показана конструкция предлагаемого устройства.

Устройство содержит пьезополупроводниковую подложку с областями высокого 1 и низкого 2 легирования, сплошной электрод 3, образующий с областью 1 омический контакт, периодические системы электродов 4 и выступов 5.

Устройство работает следующим образом.

Возбуждаемая прикладываемым переменным напряжением U волна при распространении под преобразователем будет испытывать переотражения от выступов шириной А /4 как упругих неоднородностей (электроды шириной А /2 волну не отражают). Поскольку фаза коэффициента отражения ПАВ от границы упругой неоднородности шириной А /4 равна ( jrn (п - целое), то, очевидно, интерференция излучаемых электродами и отраженных неоднородностями волн приведет в брэгговской полосе частот к преимущественному излучению волн вправо (при утр л) или влево (при 0), если расстояние между центрами электродов и выступов равно п А ± 3 А/8.

Направленность излучения D l-rpl,

характеризующая отношение амплитуд волн, излучаемых во взаимно противоположных направлениях, максимальна на основной брэгговской частоте и равна (N R), где N - число отражающих неоднородностей, R - коэффициент отражения одной неоднородности.

На основе заявленного устройства может быть реализован высокочастотный фильтр с минимальными вносимыми потерями при отсутствии искажений АЧХ, обусловленных трехпролетными сигналами. Для этого достаточно использовать в качестве входного и выходного поеобразователей фильтра две взаимоинвертированные (т.е. излучающие в основном по направлеНИЮ друг к другу) однофазные электродные структуры описанного типа.

Формула изобретения Однофазный преобразователь поверхностных акустических волн, содержащий систему электрически соединенных между собой электродов с периодом А. выполненных на пьезополупроводниковой подложке с неоднородным по толщине профилем легирования, отличающийся тем. что, с целью уменьшения потерь в преобразователе, между электродами введена система упругих неоднородностей в виде выступов с периодом Я и шириной Я /4. причем расстояние между центрами электродов и неоднородностей равно пЯ ±3/8Я. где , 1, 2а ширина электродов равна Я/2.

Изобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано, например, в монолитных устройствах обработки информации, выполненных на подложке из арсенида галлия. Целью изобретения является уменьшение потерь. Однофазный преобразователь содержит гребенчатый злектрод, имеющий ширину электродов Л/2, размещенный на пьезополупроводни- ковой подложке с неоднородным по толщине профилем легирования, а также систему упругих неоднородностей в виде выступов шириной А/4, причем расстояние между центрами электродов и неоднородностей равно п Л ± 3 Я/8 (п=0,1,2...). 1 ил.^

//У//У/