71
жить внешнее постоянное электрическое поле
E
0
,создающее
дрейф электронов в направлении ПАВ, то усиление будет зави-
сеть от соотношения скорости дрейфа носителей
V
др
и скорости
звука
V
а
(рис. 2.26,
а
).
Так,
при скорости дрейфа носителей, меньшей скорости
распространения ПАВ
V
a
>V
др
= E
0
( - подвижность электро-
нов), энергия волны поглощается электронным газом. При ско-
рости
дрейфа,
большей
фазовой
скорости
ПАВ
V
дp
>V
происходит перекачка энергии электронов в энергию
акустической волны, возрастает ее амплитуда в канале распро-
странения и, соответственно, на выходных ВШП получится
усиленный сигнал.
Таким образом, за счет перераспределения энергии в ди-
намических неоднородностях различной
физической природы
можно получить эффект усиления. Исследовались конструкции
усилителей на основе этого эффекта. В частности акустоэлек-
тронный усилитель, схема которого приведена на рис. 2.26,
б.
Рис. 2.26. Схема взаимодействия динамических
неоднородностей в полупроводнике с пьезоэлектрическими
свойствами (
а
), конструкция усилителя на ПАВ (
б
); 1
-
акусти-
ческая волна и зарядовые пакеты в отсутствии электрического
поля
E
0
; 2 - то же в присутствии поля
72
С целью обеспечения взаимодействия динамических не-
однородностей различной физической природы предложены
две континуальные среды. В одной
преимущественно распро-
страняются акустические волны (пьезоэлектрик), в другой -
электронные (полупроводник). Совмещение сред осуществляет-
ся путем создания слоистых структур с использованием техно-
логии тонких пленок. В качестве генератора ПАВ используется
стандартная конструкция ВШП. Звукопровод выполняется, на-
пример, на основе ниобата лития, на поверхности которого на
изолирующей пленке диоксида кремния выращивается пленка
антимонида индия толщиной около500 Å. Вся поверхность по-
крывается достаточно толстой (порядка 1000 Å) защитной
пленкой диоксида кремния. Края
полупроводниковой пленки
снабжены омическими контактами для подвода дрейфового на-
пряжения. В качестве полупроводниковых сред могут быть ис-
пользованы также CdS, CdSe, ZnS, ZnO, GaAs и др.
Сущность явления состоит в следующем. Если вблизи ра-
бочей поверхности пьезоэлектрического волновода поместить
полупроводник, то пьезоэлектрические поля, сопровождающие
ПАВ, будут проникать в полупроводник и наводить в нем элек-
трические токи. Если теперь приложить постоянное электриче-
ское поле, которое вызовет дрейф носителей заряда в полупро-
воднике в направлении распространения ПАВ, то носители за-
ряда будут отдавать свою энергию волне (ПАВ). Для усиления
волны необходимо, чтобы скорость их дрейфа превышала фазо-
вую скорость ПАВ.
Детектором является ВШП, на который поступает усилен-
ная акустическая волна. В качестве устройства управления ис-
пользуется пленка полупроводника в слоистой структуре на
тракте распространения сигнала.
На основе использования явления взаимодействия ПАВ с
носителями заряда в полупроводниковых и слоистых структу-
рах разработаны акустоэлектронные усилители.
73
На рис. 2.27 показано устройство акустоэлектронного
усилителя на поверхностных волнах.
На сапфировой подложке 3 в
пространстве между вход-
ным и выходным встречно-штыревыми преобразователями
(ВШП) выращивают эпитаксиальным способом монокристал-
лический слой кремния
n
-типа 2 толщиной около 1 мкм. У кра-
ев слой кремния снабжен омическими контактами для подвода
дрейфового напряжения
U
др
. Между акустической подложкой 4
и слоем кремния 2 существует воздушный зазор 1. Величина
воздушного зазора выбирается в зависимости от частоты усили-
ваемых сигналов (от 50 нм для работы на частоте 100 МГц до
20 нм – для 1 ГГц).Такие усилители могут работать как в им-
пульсном, так и в непрерывном режимах, имеют малый коэф-
фициент шума и коэффициент усиления до 35 дБ.
Рис. 2.27. Акустоэлектронный усилитель на ПАВ:
1 – воздушный зазор; 2 – кремниевая пленка;
3 – сапфировая подложка; 4 – акустическая подложка
74
Анализ показал, что акустоэлектронные
усилители могут
работать, как в импульсном, так и в непрерывном режимах уси-
ления. Коэффициент электронного усиления лежит в пределах
от 10 до 90 дБ, коэффициент шума до 10 дБ на центральных
частотах 10 Гц с полосой порядка 10 %.
Акустоэлектронные усилители выполняются по микро-
электронной технологии и легко монтируются в соответствую-
щие системы.
В настоящее время разработка функциональных акусто-
электронных устройств достигла такого уровня, что они спо-
собны заменить отдельные схемотехнические
устройства при
работе в реальном масштабе времени с выигрышем не только
по потребляемой энергии и надежности, но также по стоимости
габаритам и стоимости. Однако на пути широкой практической
реализации этих приборов стоят еще значительные технологи-
ческие трудности.
Do'stlaringiz bilan baham: 
