Акустоэлектроника

АКУСТОЭЛЕКТРОНИКА, раздел электроники, связанный с исследованием взаимодействия акустич. волн с эл.-магн. полями и электронами проводимости в конденсир. средах, а также с созданием акустоэлектронных устройств, работающих на основе этих эффектов. К А. часто относят также исследование эффектов возбуждения и распространения акустич. волн в конденсир. средах. Различие эффектов, используемых для создания акустоэлектронных устр-в, определило условное разделение А. на высокочастотную (микроволновую) акустику твёрдого тела (эффекты возбуждения, распространения и приёма акустич. волн высокочастотного диапазона и гиперзвуковых волн), собственно А. (взаимодействие акустич. волн с эл-нами проводимости в твёрдых телах) и акустооптику (явления взаимодействия световых волн с акустическими).

А. сформировалась как самостоят. раздел электроники в 60-х гг. 20 в., когда начались интенсивные исследования, связанные с открытием эффекта усиления акустич. волн дрейфующими эл-нами проводимости в кристаллах сульфида кадмия. Бурное развитие А. было вызвано необходимостью создания простых, надёжных и миниатюрных устр-в обработки радиосигналов для радиоэлектронной аппаратуры. С помощью устр-в А. осуществляется преобразование сигналов во времени (задержка сигналов, изменение их длительности), по частоте и фазе (преобразование частоты и спектра, сдвиг фаз), по амплитуде (усиление, модуляция), а также более сложные функцией, преобразования (интегрирование, кодирование и декодирование, получение ф-ции свёртки, корреляция сигналов); в ряде случаев акустоэлектронные методы преобразования сигналов являются более простыми (по сравнению, напр., с электронными методами), а иногда и единственно возможными. Возможности такого использования устр-в А. обусловлены малой скоростью распространения акустич. волн (по сравнению со скоростью распространения эл.-магн. волн) и разл. видами взаимодействия этих волн с эл.-магн. полями и эл-нами проводимости в твёрдых телах, а также малым поглощением акустич. волн в кристаллах (высокой добротностью акустич. колебат. систем).

В устр-вах А. используются как объёмные, так и поверхностные акустич. волны. Для изготовления акустоэлектронных устр-в используются в основном пьезоэлектрич. материалы и слоистые структуры, состоящие из слоев пьезоэлектрика и ПП, а также сегнетоэлектрики, ПП, не обладающие пьезоэлектрич. св-вами, и др.

В большинстве устр-в А. осуществляется преобразование высокочастотных электрич. сигналов в акустич. волны (возбуждение акустич. волн), к-рые распространяются в звукопроводе, а затем вновь преобразуются в высокочастотный сигнал (приём акустич. волн). Для возбуждения и приёма объёмных акустич. волн используются в основном пьезоэлектрические преобразователи: пьезоэлектрич. пластинки (на частотах до 100 МГц), пьезополупроводниковые преобразователи (диффузионные или с запирающим слоем, в диапазоне частот 50—300 МГц), плёночные преобразователи (на частотах св. 300 МГц), а для возбуждения и приёма поверхностных акустич. волн (ПАВ) — встречно-штыревые преобразователи.

Первыми устр-вами А. были устр-ва на объёмных волнах: линии задержки, осуществляющие задержку сигналов в диапазоне частот до 50 МГц, и кварцевые резонаторы, предназначенные для стабилизации частоты генераторов. Позднее были созданы акустические микроскопы и интроскопы.

Наибольшее распространение  получили акустоэлектронные устр-ва на ПАВ, что обусловлено малыми потерями на преобразование при возбуждении волн, возможностью управления распространением волн в любых точках звукопровода (на пути распространения волн), а также возможностью создания устр-в с управляемыми частотными,фазовыми и др. характеристиками. К таким устр-вам А. относятся: резонаторы на поверхностных акустических волнах, к-рые применяют в качестве узкополосных акустоэлектронных фильтров, а также вводят в контур генераторов для стабилизации их частоты; линии задержки (в т. ч. для длит. задержки сигналов в элементах памяти); фильтры на поверхностных акустических волнах (напр., полосовые, согласованные); устр-ва кодирования и декодирования сигналов и др.

В А. взаимодействие акустич. волн с эл-нами проводимости в проводниках и ПП, а также в слоистых структурах приводит к таким явлениям, как электронное усиление или поглощение акустич. волн, акустоэлектрич. эффект  и др. Эти эффекты лежат в основе работы разл. устр-в А.: акустоэлектронных усилителей и акустоэлектронных генераторов, устр-во свёртки и корреляции сигналов, акустоэлектронных фазовращателей, а также устр-в считывания, хранения и записи информации и др.

Лит.: Викторов И. Д., Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике, М., 1966; Карийский С. С., Устройства обработки сигналов на ультразвуковых поверхностных волнах, М., 1975; Поверхностные акустические волны — устройства и применения, пер. с англ., М., 1976; Гуляев Ю. В., Проклов В. В., Ш к е р д и н Г. Н., «УФН», 1978, т. 124, в. 1, с. 61—111; Гуляев Ю. В., в кн.: Проблемы современной радиотехники и электроники, М., 1980; Поверхностные акустические волны, под ред. А. Олинера, пер. с англ., М., 1981; Фильтры на поверхностных акустических волнах, под ред. Г. Мэттьюза, пер. с англ., М., 1981; Островский И. В., «Письма в ЖЭТФ», 1981, т. 34, в. 8, с. 467— 71; Дьелесан Э., Руайе Д., Упругие волны в твердых телах. Применение для обработки сигналов, пер. с франц., М., 1982.

Ю. В. Гуляев.