Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Поскольку скорость акустической волны, в частности ПАВ, примерно на пять порядков меньше, чем у электромагнитной волны, это позволяет создавать малогабаритн~е интегральные линии задержки (Л3) электромагнитных сигналов.Конструктивно Л3 состоит из входного преобразователя, звукопровода и выходного преобразователя. Наибольшее распространение нашли встречно-штыревые преобразователи, устройство которых иллюстрирует рис.ненныесоответственнопокрытие,6-10. 7, где 1 и 2 3 и 4; 5 -шинамиштыри, объедипоглощающеенаправление распространения ПАВ. Расстояниемежду соседними штырями, отходящими от одной шины, назы-31и BX(t)Ау54а)1 21 2б)Рис.10.71 2~Глава10.Наноэлектроника и функциональная электроникавается пространственным шагомh,который определяет частотуакустического синхронизмаf0 =акустической волны Лак=(см.
рис.h295vaкfh, т. е. на частоте10. 7,f0длинаб). При этих соотношениях электрический сигнал преобразуется в ПАВ наиболее эффективно, механизм этого преобразования можно уяснить изрис.10. 7,б. Входной сигнал Ивх(t) формирует электрические поля в зазорах между штырями у поверхности кристалла. Тангенциальные (продольные-в направленииz)составляющие векторов напряженности электрического поля в соседних зазорахимеют противоположныенаправления,что вызывает упругиевозмущения в кристалле, которые формируют ПАВ. Возбужденная ПАВ распространяется вдоль преобразователя в обе стороны. Для получения однонаправленной волны одна из двухволн устраняется с помощью поглощающего. покрытиярис.10.
7,5(см.б). Возможнq создание и однонаправленных преобразователей, но они сложнее и занимают большую площадь на подложке. В Л3 на ПАВ задержка вкристалла всего в1 ... 2 мм.1 мкссоответствует длинеЗа счет использования сложной конфигурации акустических спиральных волноводов и отражателейвозможно увеличение задержки вплоть до1 мс.Полоса пропускания (Лf) акустических линий задержки может быть достаточно широкой, вплоть до Лf =f0•Из-за неполного согласованиявходных и выходных преобразователей ПАВ с источником элект~рического сигнала инагрузкой, а также из-за потерь частиэнергии ПАВ в звукопроводе суммарные потери в Л3 составляют несколько дБ при времени задержки t 3 д ~ 1мкси40 ... 50 дБпри t 3 д ~1 мс. При изготовлении преобразователей с минимальh рабочие частоты определяются возможностяминым шагомлитографии. Использование субмикронной литографии позволяет получить рабочие частоты Л3 вплоть до10 ...
15 ГГц.Элементы акустического тракта (переизлучатели, отражатели, ответвители, делители, волноводы) предназначены для изменениянаправления распространения ПАВ, разветвления акустического сигнала, уменьшения апертуры (локализация волны), связанной с длиной перекрытия штырей А (см. рис.10. 7,а), и т. д. Рядиз перечисленных операций мож;но выполнить с помощью многополосковых ответвителей, представляющих соб.ой систему параллельных проводников, перпен;дикулярных направлению распространения ПАВ.296РазделИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ2.Простейшие акустоэлекrрнческне полосовые фильтры содержатвходной многоэлектродный преобразователь и выходной преобразователь с малым числом электродов, полоса пропускания которого значительно шире, чем входного.
Амплитудно-частотная характеристика (А ЧХ) такого фильтра определяется входным преобразователем. Форма А ЧХ искажается из-за конечнойдлины входного преобразователя, пространственной расходимости ПАВ при ее распространении к выходному преобразователю, отражений и других факторов. Для получения оптимальной А ЧХ применяют фильтры со значительно более сложнойструктурой. В фильтрах, использующих избирательные свойства преобразователей, не удается получить малую полосу пропускания. Узкополосные фильтры выполняются на основе резонаторов ПАВ.
Резонаторы используют отрезки звукопровс:щов сотражателями с двух противоположных сторон. По длине резонаторадолжноукладыватьсяцелоечислоакустическихполуволн. В такой резонатор помещают широкополосный преобразователь. В активных акустоэлектронных приборах, в частностиусилителях, осуществляется взаимодействие свободных электро(GaAs, InSb) с ультразвуковыми вол713нами с частотой 10 ••• 10 Гц. Если под действием переменнонов пьезополупроводникаго электрического поля возбуждается акустическая волна, апостоянноеэлектрическоенаправленииполе создает дрейфраспространенияволны,топриэлектроновскоростивэлектронов, большей скорости волны, возможно усиление, а прискорости электронов, меньшей скорости волны, происходит ослабление.
Аналогичный механизм реализуется в электровакуумных приборах СВЧ с динамическим управлением (см. гл.Подвижность электронов виSiGaAsиInSbмного больше, чем13).в Geи других полупроводниках, поэтому в них проще реализовать указанный механизм.10.5. ЭлементыСБИСна цилиндрических магнитных доменахМагнитные свойства тонких эпитаксиальных пленок на основегранатов, имеющих химическую формулукоземельный элемент (У,CdR 3 Fe50 12 ,гдеR-ред-и др.), используются для запоминания и обработки информации. В качестве носителей информации в таких пленках выступают цилиндрические магнитныеГлава10.Наноэлектроника и функциональная электроникадомены (ЦМД).
Информационная емкость СБИС определяете.я диаметромЦМД, который имеет размеры порядка микрона. Магнитные СБИС применяютсякакразличногородазапоминающие устройства (ЗУ). При малойтолщине пленкизанимаютвсепленки,ихамагнитныепоперечноевекторыдоменысечениенамагниченности перпендикулярны ее поверхности (рис.10.8,~1а)~~Л_t t t сУа). В исходном состояб)нии домены имеют форму полос, приРис.этом соседние полосы (заштрихованные и белые на рис.10.8,29710.8а) имеютпротивоположные направления вектора намагниченности (показаны стрелками), так что результирующая намагниченностьпленки равна нулю. При приложении перпендикулярного поверхности внешнего магнитного пол.я напряженностью Н(рис.
10.8, б) домены, у которых вектор их намагниченностисовпадает с направлением внешнего пол.я, расширяются, а домены с противоположным направлением вектора намагниченности сужаются. При напряженности внешнего магнитного пол.я больше некоторой величины Н мин полосовые домены превра -щаются в цилиндрические (см. рис.10.8,б), диаметр которыхуменьшаете.я с ростом Н и при некотором Н>Н макс ЦМД резкоисчезают (коллаuсируют), т. е. такие домены существуют принмин < н < нмакс•Таким образом, дл.я существования ЦМД необходимо иметьопределенное поле смещения, нужная напряженность которогосоздаете.яспомощьюпостоянногомагнитаиимеетзначения2000 ...
3000 А/м.Помимо зависимости от Н, на диаметр ЦМДсильно влияют материал и толщина пленки(h,обеспечивающая минимальный диаметр dминсм. рис.10.9)10.8, б),"" h "" 0,3 мкм.(d,см. рис.Между соседними доменами существуют магнитостатическиесилы отталкивания. В неоднородном магнитном поле ЦМД движете.я в сторону убывания Н. Однако скорость такого движенияневысока (~ 103 см/с), что .являете.я одной из причин низкогобыстродействия.
При использовании ЦМД в элементах памятинеобходима фиксация положения домена, что будет соответст-Раздел2982.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫРис.вовать хранению лог.1,10.9а отсутствие домена-хранению лог. О.Фиксация ЦМД осуществляется с помощью магнитостатических ловушек, представляющих собой области с низким значением потенциальной энергии ЦМД (потенциальные ямы). Наиболее часто используются ловушки, создаваемые тонкими (десятые доли мкм) ферромагнитными пленками из пермаллоя(80% Ni, 20% Fe),наносимыми на поверхность, на которойформируется ЦМД. Пермаллоевая пленка ослабляет внешнеемагнитн_ое поле и «Замыкает» магнитный поток, что притягивает к ней ЦМД. Возможно получение ловушек с помощью проводящей петли с током, создающим магнитное поле с направлением, противоположным вектору поля смещения.Систему пермаллоевых ловушек,расположенных на расстоянии меньше диаметра домена, можно использовать в качестве регистра и перемещать ЦМД по определенному адресу.
Дляэтого применяют управляющее магнитное поле, вектор напряженности которого направлен параллельно поверхности и вращается в плоскости пермаллоевых ловушек (аппликаций). Вращающеесяполе можносоздать спомощью двухвзаимноперпендикулярных катушек, в которых токи сдвинуты по фазе на90°.Рассмотрим процесс перемещения ЦМД на примере элементарегистраций. На рис.из10.9двухшевроновыхпермаллоевыхаппликапоказано положение ЦМД (заштрихованныйГлава10.Наноэлектроника и функциональная электроника299кружок) в различные фазы вращающегося управляющего магнитного поля.
Каждый ряд соответствует фазовому сдвигу Нупр==Н 1 на четверть периода вращения. Под влиянием Н упр в пермаллоевых пленках образуются магнитные полюса, которые создают дополнительное магнитное поле с составляющей, направленной по или против вектора смещения (Нем). В нулевой фазе(t = t 0=О) ЦМД располагается в верхней части шеврона, где результирующее поле смещения минимально и где в этот моментформируется (располагается) северный полюс, который притягивает ЦМД. Через четверть периода(t=Т /4) северный полюс исоответственно ЦМД перемещаются к правой стороне шевронаи т. д.
В результате через период(t =Т) ЦМД займет верхнее положение в соседней ловушке (последний ряд на рис.10.9).Такимобразом, время сдвига на один разряд регистра равно периодувращающегося поля. Типичная частота вращения магнитногополя составляет величину порядкати- 2000 .. .4000 А/м.100 кГцпри напряженносЧастота ограничена индуктивностью катушек и мощностью потерь.
Скорость перемещения доменов достигает сотен метров в секунду, плотность записи информацииможет быть104 ••• 10 5 бит/мм, а скорость записи 105 ••• 106 бит/с.Для считывания информации применяют петли, изготовленные из полупроводника, обладающего магниторезистивным эффектом. Эти петли наносят на основную пленку, и при пропускании через них тока магнитное поле в петле будет изменятьсяв момент прохождения под ней ЦМД. Это вызовет изменение сопротивления петли и соответственно тока в ней, что соответствует лог.1.Повышение информационной емкости устройств на ЦМДограничивается магнитостатическим взаимодействием междуЦМД,которое требует необходимого минимального расстояния между ними. Для нормальной работы расстояние междуЦМД в соседних элементах памяти должно быть не менеегдеd-4d,диаметр ЦМД.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
