Конечно-элементное моделирование характеристик ПАВ-фильтров на основе тонких пленок титаната бария стронция

  • Тимошенко П.Е. Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
  • Широков В.Б. Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
  • Калинчук В.В. Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону, Россия
УДК: 538.9, 534.16

Аннотация

Выполнено конечно-элементное моделирование в COMSOL Multiphysics™ и исследованы характеристики фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) на основе тонкопленочных технологий. В качестве подложки используется оксид магния MgO. На подложку нанесена пленка титаната бария стронция BaxTi1-xO3 (BST) и алюминиевые встречно-штыревые преобразователи (ВШП). Нелинейные свойства пленки приводят к изменению материальных констант линейных уравнений пьезоэффекта, поэтому поведение материальных постоянных монокристаллических тонких пленок BST, в зависимости от величины вынужденной деформации, было описано на основе потенциала Ландау феноменологической теории. Представленные в работе результаты были получены при комнатной температуре для пленок титаната бария (BT) в $c$-, $r$- и $aa$-фазе и BST80 (Ba0.8Ti0.2O3) в $c$- и $aa$-фазе. Поскольку большинство материальных постоянных при изменении деформации испытывают аномалии на границах фаз, а внутри $r$-фазы некоторые упругие и электроупругие постоянные достигают экстремума, в этих областях было выявлено аномальное влияние пленки на характеристики фильтров на ПАВ.

Ключевые слова: поверхностные акустические волны, фильтры, сегнетоэлектрики, материальные константы, конечно-элементное моделирование

Информация об авторах

Павел Евгеньевич Тимошенко
канд. физ.-мат. наук, доцент физического факультета Южного федерального университета
e-mail: petimoshenko@sfedu.ru
Владимир Борисович Широков
д-р физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник Южного научного центра РАН, профессор физического факультета Южного федерального университета
e-mail: shirokov-vb@rambler.ru
Валерий Владимирович Калинчук
д-р физ.-мат. наук, чл.-кор. РАН, главный научный сотрудник, заведующий отделом Южного научного центра РАН
e-mail: kalin@ssc-ras.ru

Литература

  1. Мухортов В.М., Юзюк Ю.И. Гетероструктуры на основе наноразмерных сегнетоэлектрических пленок. Ростов-на-Дону. Изд-во ЮНЦ РАН, 2008. 224 с.
  2. Бирюков С.В., Мухортов В.М., Мухортов В.М. Новый датчик динамической деформации на основе тонких пьезоэлектрических пленок, полученных ионно-плазменным напылением // Мир измерений. 2007. № 7. С. 45–52.
  3. Есипов Ю.В., Мухортов В.М., Калинчук В.В. Испытательная установка для анализа деформации моделей трехмерных конструкций // Измерительная техника. 2008. № 10. С. 39–42. 2008. № 10. С. 39–42.
  4. Метьюз Г. Фильтры на поверхностных акустических волнах. Расчет, технология, применение. М.: Радио и связь, 1981. 521 c.
  5. Khassaf H., Khakpash N., Sun F., Sbrockey N.M., Tompa G.S., Kalkur T.S., Alpay S.P. Strain engineered barium strontium titanate for tunable thin film resonators // Applied Physics Letters. 2014. Vol. 104. No. 20. P. 202902(5). DOI: 10.1063/1.4879281
  6. Мухортов Вл.М., Бирюков С.В., Головко Ю.И., Карапетьян Г.Я., Масычев С.И., Мухортов В.М. Поверхностные акустические волны в тонких пленках титаната бария-стронция на подложках из оксида магния // Письма в Журнал технической физики. 2011. Т. 37. № 5. С. 31–37.
  7. Най Дж. Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц. М.: Мир, 1967. 386 с.
  8. Широков В.Б., Калинчук В.В., Шаховой Р.А., Юзюк Ю.И. К проблеме определения упругих констант // ДАН. 2015. Т. 463. № 6. С. 655–660.
  9. Shirokov V.B., Kalinchuk V.V., Shakhovoy R.A., Yuzyuk Yu.I. Anomalies of piezoelectric coefficients in barium titanate thin films // EPL (Europhysics Letters). 2014. Vol. 108. No. 4. P. 47008(4). DOI: 10.1209/0295-5075/108/47008
  10. Shirokov V.B., Kalinchuk V.V., Shakhovoy R.A., Yuzyuk Yu.I. Control of acoustic properties of a BaTiO3 thin film by a planar electric field // EPL (Europhysics Letters). 2015. Vol. 111. No. 1. P. 16002(4). DOI: 10.1209/0295-5075/111/16002
  11. Timoshenko P.E., Kalinchuk V.V., Shirokov V.B. Finite-element analysis of scattering parameters of surface acoustic wave bandpass filter formed on barium titanate thin film // International Journal of Smart and Nano Materials. 2018. Vol. 9. No. 2. P. 88–98. DOI: 10.1080/19475411.2018.1447045
  12. Широков В.Б., Калинчук В.В., Тимошенко П.Е. Свойства тонких пленок твердых растворов титаната бария стронция при вынужденном пьезоэффекте // ДАН. 2018. Т. 479. № 6. С. 620–625.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (19-08-01051, 19-01-00719).

Страницы
48-56
Раздел
Физика
Прислано
2020-11-29
Опубликовано
2020-12-27

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>