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

Авторы

  • Тимошенко П.Е. Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Российская Федерация
  • Широков В.Б. Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Российская Федерация
  • Калинчук В.В. Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону, Российская Федерация

УДК

538.9, 534.16

DOI:

https://doi.org/10.31429/vestnik-17-4-48-56

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 о финансировании

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

Информация об авторах

  • Павел Евгеньевич Тимошенко

    канд. физ.-мат. наук, доцент физического факультета Южного федерального университета

  • Владимир Борисович Широков

    д-р физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник Южного научного центра РАН, профессор физического факультета Южного федерального университета

  • Валерий Владимирович Калинчук

    д-р физ.-мат. наук, чл.-кор. РАН, главный научный сотрудник, заведующий отделом Южного научного центра РАН

Библиографические ссылки

  1. Мухортов В.М., Юзюк Ю.И. Гетероструктуры на основе наноразмерных сегнетоэлектрических пленок. Ростов-на-Дону. Изд-во ЮНЦ РАН, 2008. 224 с. [Mukhortov V.M., Yuzyuk Yu.I. Geterostruktury na osnove nanorazmernyh segnetoelektricheskih plenok [Heterostructures based on nanoscale ferroelectric films]. Southern Scientific Centre of RAS, Rostov-on-Don, 2008. (In Russian)]
  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. [Mukhortov Vl.M., Mukhortov Vas.M., Biryukov S.V. Novyj datchik dinamicheskoj deformacii na osnove tonkih p'ezoelektricheskih plenok, poluchennyh ionno-plazmennym napyleniem [New dynamic deformation sensor based on thin piezoelectric films obtained by ion-plasma sputtering]. Mir izmerenij [The world of measurements], 2007, no. 7, pp. 45–52. (In Russian)]
  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. [Esipov Yu.V., Mukhortov V.M., Kalinchuk V.V., Andzhikovich I.E. O vozmozhnosti rannego diagnoza sostoyaniya sterzhnevyh konstrukcij s primeneniem segnetoelektricheskih datchikov dinamicheskoj deformacii [The possibility of early diagnosis of the state of rod structures by ferroelectric dynamic deformation sensors]. Ekologicheskij vestnik nauchnyh centrov Chernomorskogo ekonomicheskogo sotrudnichestva [Ecological Bulletin of Scientific Centers of the Black Sea Economic Cooperation], 2010, vol. 7, no. 4, pp. 29–35. (In Russian)]
  4. Метьюз Г. Фильтры на поверхностных акустических волнах. Расчет, технология, применение. М.: Радио и связь, 1981. 521 c. [Matthews H. Surface wave filters: design, construction, and use. John Wiley & Sons, New York, 1977. DOI: 10.1016/B978-0-12-372537-0.X5000-6]
  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. [Mukhortov V.M., Biryukov S.V., Golovko Yu.I., Karapetyan G.Y., Masychev S.I., Mukhortov Vas.M. Poverhnostnye akusticheskie volny v tonkih plenkah titanata bariya-stronciya na podlozhkah iz oksida magniya [Surface acoustic waves in thin films of barium-strontium titanate on magnesium oxide substrates]. Pis'ma v Zhurnal tekhnicheskoj fiziki [Letters to the journal of technical physics], 2011, vol. 37, no. 5, pp. 31–37. (In Russian)]
  7. Най Дж. Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц. М.: Мир, 1967. 386 с. [Nye J.F. Physical properties of crystals. Oxford: Clarendon Press, 1957.]
  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. [Shirokov V.B., Kalinchuk V.V., Shakhovoy R.A., Yuzyuk Yu.I. The problem of determining elastic constants of thin ferroelectric films. Doklady Physics, 2015, vol. 60, no. 8, pp. 349–354. DOI: 10.1134/S1028335815080108]
  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. [Shirokov V.B., Kalinchuk V.V., Timoshenko P.E. Properties of thin films of barium–strontium titanate solid solutions under a stimulated piezoelectric effect. Doklady Physics, 2018, vol. 63, no. 4, pp. 142–147. DOI: 10.1134/S1028335818040092]

Скачивания

Загрузки

Выпуск

Том 17 (2020) № 4

Страницы

48-56

Раздел

Физика

Даты

Поступила в редакцию

29 ноября 2020

Принята к публикации

30 ноября 2020

Публикация

27 декабря 2020

Как цитировать

[1]
Тимошенко, П.Е., Широков, В.Б., Калинчук, В.В., Конечно-элементное моделирование характеристик ПАВ-фильтров на основе тонких пленок титаната бария стронция. Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества, 2020, т. 17, № 4, pp. 48–56. DOI: 10.31429/vestnik-17-4-48-56

Лицензия

Copyright (c) 2020 Тимошенко П.Е., Широков В.Б., Калинчук В.В.

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Похожие статьи

1-10 из 197

Вы также можете начать расширенный поиск похожих статей для этой статьи.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>