Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 103
Текст из файла (страница 103)
обработка детали после обжига обеспечивает ей точно ааданную форму и размеры. На деталь наносятся электроды из серебра, никеля, платины и др., причем наибольшее распространение получил метод вжигания серебра. Для поляризации керамики к электродам подводится электрич. напрнженне (напряженность поля Е составляет от 0,5 до 3 кБ!мм в зависимости от химич. состава и метода поляризации). С целью уменьшения Е при поляризации образец нагревают до темп-р, близких к точке Кюри (т. к.
при этом домены обладают большей цодвижностью), а затем медленно охлаждают в присутствии поля. П. свойственно т. н. старение, т. е. изменение ее параметров (диэлектрич. проницаемости, пьезомодулей) со временем, особекно ааметное в первые несколько суток после изготовления и поляризации образцов, к-рое обусловлено иаменением как механич. напряжений на границах между зернами, так и величины остаточной поляризации. Изготовление сегнетоэлектриков в виде П.
позволяет получить высокоэффективные пьезоэлементы с наперед заданной конфигурацией, размерами и в определенных пределах — свойствами. П., выполненная на основе разнообразных химич. соединений (сегнетоэлектриков и их твйрдых растворов),— наиболее сяироко применяемый пьезоэлектрич. материал. По электромеханич. свойствам различают т. н. сегнетоиягкую П.,обладающую высокими значениями пьеаомодуля и диэлектрич. проницаемости, однако имеющую высокие электрич. потери, ниакую механическую добротность и сильно выраженную нелинейность (напр,, материалы ЦТСНВ-1, РИТ-5Н, ТБ-1), и сегиетожесткую П.
с низкими электрическими и механич. потерями и слабовыражеиной не- линейностью при относительно невысоких пьезоэлектрич.модулнх (например, ЦТС-23, Р7Т-8). Имеются также ПЬЕПОПОЛЭ П1 ОВОДИИК материалы промежуточного типа, напр. ЦТБС-З. Литл Серова И. А., Случевский В. С., Стрелок'П. Л., Произзолстео керэмических пьезоэлементов, Л., 1Эьэ; Физическая акустика, под рси.
У. Мэзоия, оер. с аигл., т. 1, ч. А, М., 1666, гл. 3; Г л о з м э и И. А., Пьезокерамика, 2иэл.,м., 1672; Смажезская Е.Г., Феи ьдм а и И. Б., Пьезоэлектрическая керамика, М., 1971; Я й И е Б., К у к У., Я ф С е Г., Пьезоэлектрический керамика, пер. с англ., М., 1974.
Р.Е. Пссияяое. ПЬЕЗОПОЛУПРОВОДНИК вЂ” полупроводниковый материал, обладающий пьеаоэффектом. При распространеыии акустич. волны в П. перемеыные деформации и иапрнжения вследствие пьезоэффекта приводят к появлеыизо электрич. ноля, изменяющегося с той же периодичностью н действующего на электроны проводимости. В результате такого взаимодействия ультраееука с электролами проводимости возникает ряд эффектов, напр. дополнительное поглоизеяие звука в полупроводнике, а также, при определевных условиях, происходит усиленно авука (См. Усиление ультразвука в полупроводниках).
Л, являются кристаллы С08, ЗпО, СЗТе, баАз, Са85 и др. ПЬЕЗОПОЛУПРОВ ОД Н Н К О В Ы Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ вЂ” иьеаоэлектричесяий преобразователь, представляюп(ий собой обедненныи носителями ааряда тонкий слой пьелополупроеоднииа. Обычно П. и, является вибратором пластинчатого типа, работающим на резонансной частоте продольных или поперечных колебавнй по толщине пластины (слоя) в диапазоне частот от 10 МГц до 75 ГГц; могут пругменяться и фокусирующне П. и. Для П. и. применяются следующие материалы: Сг)8, ЕпО, С08е, баАз, А)Н, ОаР, Еп8 и Зе. На относительно низких УЗ-вых частотах, примерно до 50 МГц, излучение и прием УЗ-вых волн успешно осуществляются с помощью реаонансных пьезодиэлектрич.
пластин толщиной в 17 Х, где А — длина звуковой волны в материале преобразователя (см. Пьезоэлемент). Но с увеличением чистоты пластины становятся настолько тонкими н хрупкими, что их изготовление и практическое использование оказываются нецелесообразными.
Напр., полуволновая кварцевая пластинка Х-среза на частоту 500 МГц должна иметь толщину около б мкм. Кроме того, при увеличении частоты на работу преобразователей начинают оказывать существенное влияние промежуточные слои, применяемые для создания акустич. контакта между пьезопластинкой и авукопроводом; это влияние может быть пренебрежимо малым только в том случае, если толщина слоев достаточно ьгала по сравнению с й. П. и. поаволяет обойти этн трудности н существенво расширить диапазон применения пьеаоэлектрич. преобразователей в сторону высоких частот. Обедненный носителями заряда тонкий слой (см.
Обедясипий слой) создают, используя свойство полупроводника локально измекять в достаточно ши- Рис. 1. Схема использоеаиия обедиеияого коситезями варила слон оьезоиолуирозоккика е качестве электро- акустического преобрззоззтеля; 1— обедненный слой; 3 — эзукоороеол — базовый электрол; г— омкческий контакт; 4 — высокочастотный генератор. роких пределах удельное электрнч.
сопротивление, почти не меняя прн этом акустич. Параметров, что в сочетании с пьеаоаффектом позволяет объединить преобразователь и авукопровод и одну интегральную конструкцию, Обедненный слой может быть соадан путем непосредственного осаждении высокоомной пленки пьезополупроводника на звукопровод (плеиочнмй преобразоеатсль), с помощью диффузии компенсирующей примеси в ниакоомный пьезополупроводниковый звукопровод (преобразователь с диффуаиояяим слоем), путем создания запорного слоя на его поверхности (преобразователь с еапирами1им слоем) или эффекта поля (полеаой преобраеоеатель).
В каждом из этих случаев преобразователь состоит из очень тонкого высокоомного слоя пьезополупроводника, образованного на поверхности низкоомного базового электрода (рис. 1). Высокочастотное электрич. напряжение, приложенное к такой структуре, почти полностью падает на высокоомном слое, а сам слой работает аналогич- ПЬЕЗОПОЛУПРОВОДИИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 275 но резонансной кварцевой пластинке Х- или У-среза в зависимости от его крнсталлографич. ориентации. П.
п. сочетают в себе достоинства резонансного пьеаоэлектрнч. преобразователя с преимуществами жесткой монолитной конструкции и естественного акустич. контакта. П. п. характеризуются большой шириной полосы пропускания, превышающей э отдельных случаях 100% (напр., преобразователь с диффузионным слоем). Это преимушество реализуется только в том случае, если базовый кристалл- электрод, на к-ром образован высокоомный слой пьезополупроводника, одновременко является н звукопроводом. Однако часто для целей акустоэлектроники и по конструктивным соображениям П. п. и звукопровод изготавливают яз различных материалов. В этом случае естественный акустич. контакт с звукопроводом образуется только у пленочного преобразователя.
Другие типы П. п. формируются на тонких, но еще достаточно прочных пластинках низкоомного пьезополупроводкика (толщиной -1 мм), к-рые затем приклеиваются к основному авукопроводу и служат базовым электродом П. и. В отличие от пьезодиэлектрич, преобразователей удельное электрич. сопротивление р внутри П. и. распределено, вообще говоря, неравномерно, и характер распределения зависит от типа преобразователя и способа его изготовления. Вследствие этого резонансная частота преобразователя определяется не просто толщиной образца, как это имеет ыесто в случае пьеаодиэлектриков, а эффективной толщиной высокоомного, акустически активного слоя е.
Обычно предполагают, что толщина слон р' «поперечных размеров П. п. и что слой имеет форму плоской пластины, тогда и излучаемая акустическая волна тоже плоскан. Если считать, что частота колебаний близка к резонансной, т. е. 4( (2р -р 1)А(2(и — целое число), что контактный слой между преобразователем и звукопроводом отсутствует и коэфф. электромеханич. связи Х полупроводника мал, а преобразователь и звукояровод имеют приблизительно равные волновые сопротивления, то П. п.
соответствует упрощенная эквивалентная электрич. схема (рнс. 2),' к-рая отличается от схемы дли пьезоднэлектрич, преобразователя только тем, что в ней имеется элемент, учитывающий активную электрнч. проводимость пьезополуправодника, — сопротивление электрвч. потерь П. п. Л. Емкость заторможенного преобразователя С = еббр' (где е — абсолютная диэлектрич. проницаемость материала, Я вЂ” площадь преобразователя) существует и в том ях зого преобразователя.
случае, если материал не обладает пьезоэлектрич. свойствами. Прн монотонном уменьшении р по толщине ньезополупроводкиконого образца выражения для р' и Л имеют вид: " (р (х) зм]'бх ( ! -(- (р (х] ее]* ' ( р(х) а ч,( 1 -(- [р (х) сь]с ' где ы — циклнч. частота, х — координата, отсчитываемая в глубь пьезополупроводникового образца от его поверхности, ( — полная толщина пьеаоколупроводникового образца. Основная резонансная частота П. и. (, — — с(2Ы, где с — скорость звука в материале полупроводника. При воабуждекик преобразователя на частоте, близкой к ]„„ он обладает механич.
реактивным сопротивлением, к-рому в аквивалентной схеме соответствуют индуктивность Сщ и емкость Сзр где Х(У~) — электрнч. сопротивление емкости С на резонансной частоте. Сопротивление Л, в эквивалентной схеме соответствует всем видам механнч. потерь, к-рые в идеальном случае обусловлены лишь излучением в звукопровод.
Эквивалентное сопротивление акустнч. излучения Лм к сопротивление 'емкости С на резонансной частоте преобразователя при одностороннем излучении свяааны соотно(пением: я (рс]. Х 4К' (рс) р ПЬЕЗОПОЛРПРОПОДПППОПЬЗЙ ПРЕОБРАЗОЫАТЕЛЬ где (рг)сг и (рс)вз — волновые сопротивления среды н преобразователя соответственно. Эффективность работы П. и. определяется в основном электрич.
потерями, связанными с наличием активной электрич. проводимости в пьезополупроводниках, и потерями, обусловленными отражением части электрич.или акустич. зыергии от преобразователя в режиме излучения или приема соответственно. Потери на отражение зависят от согласования удельного электрич. (акустнч.) импеданса преобразователя и волнового сопротивления электрич. (акустич.) тракта и могут быть, в принципе, сведены к минимуму выбором параметров преобразователя, сопротивлений его электрич.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
