Диссертация (1090183), страница 23

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 23)

Предложены сегнетокерамические материалы,которые состоят из кристаллитов, разделенных слоями ростовой природы. Отвеличины поляризации кристаллитов зависит диэлектрическая проницаемость.Параметры переключения поляризации при приложении реориентирующегоэлектрического поля определяются состоянием слоев кристаллитов. Приопределенных внешних условиях электроны из поверхностных слоев переходятна уровни Тамма и Шекли благодаря наличию приповерхностных полей (105106)В/м на границе сегнетокерамика–металл. Это вызывает диэлектрическоенасыщение и пьезозажигание.Итак, параметры ростовых слоев РС (толщина d и проницаемость  )существенно влияют на эффективность приложения внешних воздействий накристаллиты.

Значения данных параметров, отсюда и направленность работтехнологов, определяются из экспериментальных графиков по точке перегиба.Примеры и различные графики по этому вопросу приведены в [108].Другой способ – аналитический. Из анализа эквивалентной схемы (см. далеерис.3.33) следует:169 рс d рс 2c(t1 )  c (t 2 )   об d (t 2 )  d (t1 )c(t1 )2 0 об  2c(t 2 ) d обр (t 0 )  d (t 2 )  c (t 2 )2 0 об  2d (t1 ) d обр (t 0 )  d (t1 ) d(t )  d (t )  2c(t )c (t )  2 2 0 рс об  2с (t1 ) рсобр01обр11обрd (t1 ),(3.8)рсгде:  рс – диэлектрическая проницаемость ростового слоя, об – диэлектрическая проницаемость объемных слоев;d обр (t0 ) - толщина образцов до травления;d (t1 ), d (t 2 ) – изменение толщины образца в момент времени t1, t2 травлениясоответственно;d рс (t 0 ) – толщина ростового слоя до травления;с(t1 ), с(t 2 )– емкость исследуемых образцов в момент времени t1, t2соответственно.Толщина ростового слоя составляет 5...15мкм и зависит от способа получениякерамики и методов обработки поверхности.

Непосредственно под ростовымислоями имеются слои экранирования, обуславливающие качество экранирования.Это справедливо как для кристаллитов, так и для межкристаллитных прослоек,поскольку качественный характер эффектов экранирования не зависит отконцентрации дефектов структуры.Исследованиеусловийвзаимодействиясодержащихкристаллитовиповерхностных слоев в сегнетоэлектриках связаны с движением доменных стеноки являются источником ценных волн переполяризации (канальные акустическиеволны) с мощностью [109]:pl2Wi  i 2 Rs    z в i i ,3пгде  п – время переполяризации;pi – вектор спонтанной поляризации;li – размер грани кубического домена;zв – волновое сопротивление.(3.9)170Отсутствие повторяемости процесса переполяризации из-за спонтанногохарактера в одном образце дает основание рассматривать сегнетоэлектрики какдатчики случайных чисел.

Основные вероятностные математические модели дляанализа цепных процессов переполяризации рассмотрены в [110].Управляемые структуры для генерации выходного сигнала.Важной задачей при решении этого вопроса является обеспечение широкогодинамического диапазона выходного сигнала по амплитуде и длительности,возможность адаптации к любым типам контролируемых микросхем.Наиболеецелесообразнымявляетсяиспользованиепьезокерамическихструктур трансформаторного типа, для повышения быстродействия которыхпредложено использовать режимы форсированной доменной неустойчивости вповерхностных слоях за счет создания слоистых структур и управленияпараметрами граничных слоев “сегнетоэлектрик – покрывной материал –контролируемая информационная цепь” в топологии печатной платы модуля.В зависимости от типа элементной базы контролируемой РЭА былоразработано три основных метода внесения имитационного воздействия вконтролируемую цепь.В первом (рис.

3.30) рабочая точка пьезоструктуры выбирается такимобразом,чтобы смещениеЛЧХв направленииуменьшениявыходногонапряжения происходило при электрическом пробое элементов контролируемойинформационнойцепи,чтогарантируетпереключениемикросхемывконтролируемой цепи. Этот метод был подробно разработан и применяется восновномдлятрадиционнойэлементнойбазысозначительнымипереключающими токами: ТТЛ, ЭСЛ, И2Л.Второйметод(рис.3.31),предназначенныйдляэлементнойбазысмикротоками: разнообразными МОП, КМОП и т.п. элементами, представляетпьезоструктуруспониженнымпорогомдоменнойнеустойчивости,чтодостигается либо обработкой поверхностных слоев пьезокерамики, либонапылениемузкозонногопьезоструктуры,чтополупроводника,приводиткнапример,повышениюPbSnTeнабыстродействиявыходезасчет171возникновенияобедненногослоявполупроводникевблизиконтактассегнетоэлектриком в начальном состоянии.

При возникновении теплового пробоянагрузки при переключении происходит диэлектрический пробой обедненногослоя. В результате изменяется вектор спонтанной поляризации за счет измененияконцентрации носителей, что гарантирует сохранение контролируемых элементовв исправном состоянии после снятия воздействия, имитирующего помеху.Быстродействие рассматриваемой конструкции можно варьировать от сотен додолей секунды.Третья группа методов (рис.3.32) состоит в использовании ВЧ колебаний вдуговом разряде, за счет чего обеспечивается переключение быстродействующихэлементов на арсениде галлия AsGa.а)б)в)Рис.3.30  Вариант 1 исполнения управляемого пьезопреобразователя снапылением PbSnTe (а) и зависимости быстродействия структуры от степенилегирования полупроводника (б) и от времени травления сегнетоэлектрика (в)172Рис. 3.31 - Вариант 2 исполненияРис. 3.32 - Вариант 3управляемого пьезопреобразователяисполнения управляемогопьезопреобразователяВ основе практической реализации использовался совмещенный вариант из 1и 2 методов.

При этом в развитие этой идеи в пьезопреобразователь введендополнительный механический электрод, размещенный в узле акустическихколебаний входной секции, представляющей собой слоистую структуру –полупроводник-диэлектрик. Такой элемент называют ТУПП – твердотельныйуправляемый преобразователь. Были рассмотрены различные подходы кформированию амплитудно-частотной характеристики такой схемы и еерегулированиюмоделированиеподвнешнимпьезокерамическихвоздействием.структурМетод[111].исследованияЭквивалентная–схемазамещения ТУПП представлена на рис. 3.33.При этом в традиционную эквивалентную схему ТУПП дополнительно введенэлектромеханическийтрансформаторn ,показывающийцепочкупреобразований: акустическая энергия – электрическая энергия, z пр - волновоесопротивлениеприэлектроднойобласти,z 'э , z ' 'э , z ' ' ' э–эквивалентныеэлектрические параметры дополнительного электрода.Полученная эквивалентная схема замещения позволяет рассматривать ТУППкак структуру из двух связанных акустических четвертьволновых резонаторов,совершающих продольные колебания по оси X с узлом крепления в местесоединения.173jz1tg1lc2jz1tg1l02jz2 tg 2 lс2jz2tgz0j sin 1l0V1 2 l02zпрZ "ЭZ Э1Vr3!1nn1z0jxn  2 l0n1Z 'ЭZ ' "ЭV2 r32Z Э2Z Э2Рис.

3.33 - Эквивалентная схема пьезопреобразователя длямоделированияПри этом Z Э*  Z 'Э Z ' 'Э  Z ' ' 'Э  – статические емкости резонаторов в отсутствиимеханических напряжений, при этом k31 , k 33 – коэффициенты электромеханическойсвязи, k S 1 , k S 2 – сопротивление излучения в заданную среду.Для узла крепления граничные условия соответствуют равенству сил искоростей F '1  F2 , V '1  V '2 .Учитывая данные граничные условия и систему электромеханическиханалогов, получаем представленную выше эквивалентную схему замещенияТУПП.На дополнительном электроде формируется разностный сигнал, по величинеи знаку пропорциональный резонансной частоте ТУПП, причем по знаку зарядаможно однозначно определять склон АЧХ ТУПП, а по величине заряда разностьмежду частотой, поступающей на вход ТУПП, и его собственной резонансной174частотой при данных возмущающих факторах (т.е.

сопротивление нагрузки,температура окружающей среды и т.п.). При этом вблизи резонансной частотынаблюдается линейная зависимость потенциала дополнительного электрода отчастоты – рис. 3.34.Рис. 3.34 - Передаточная характеристикадополнительного электрода.Использование дополнительного электрода слоистой структуры с барьеромШоттки позволяет однозначно определить один из склонов АЧХ, что в конечномитоге позволяет ускорить время выхода на рабочий режим.Аналогично переходу Шоттки учитываются процессы, происходящие награнице раздела полупроводник – пьезокерамика, обеспечивающие за счетобедненного слоя повышение быстродействия слоистой структуры в целом.В заключение этого подраздела отметим, что разработанные моделиуправляемых пьезоструктур позволили создать варианты пьезоэлектрическихтрансформаторов с заданными свойствами, которые обеспечили комплексноерешение задачи имитации помех в радиоэлектронной аппаратуре.

При этомпьезоэлектрический трансформатор является ключевым звеном в создаваемомконтуре «элемент РЭА - имитатор неисправностей». Имитация неисправности илипомехи с сохранением работоспособности элемента в дальнейшем осуществиматолько в том случае, когда амплитудавоздействующего импульса привязана киндивидуальным характеристикам конкретного элемента РЭА, что достигается175управляемым сдвигом амплитудно- частотной характеристики пьезоэлектрическоготрансформатора, то есть формируемой таким образом обратной связью.Точки контроля, куда вносится внешнее поле, задаются на мониторе ПЭВМ,подключенной к установке. На этот же экран выводится топология печатныхпроводников контролируемого модуля.Заметим, что помехи вносятся при прохождении теста модуля.

Процентотхода при данной отбраковке на порядок выше, чем по току утечки J ko .Таблица 3.8Результаты выявления параметрических отказов ИМСПроцент бракованных модулейГод выпуска модуляпо току утечки J ko (%)при генерации помехи (%)20050,283,6720060,224,0520070,253,1620080,082,3820090,332,8420100,082,73Основной конструктивно-технологической проблемой при реализации способаявляется вывод пьезоэлектрического трансформатора в рабочий режим, то естьпоиск частоты с максимумом амплитудно-частотной характеристики пьезоэлектрического трансформатора и настройка схемы возбуждения эту на частоту.Аналоговые схемы возбуждения, разработанные и использованные вэкспериментальных исследованиях, показали свою неэффективность ввидуразброса параметров образцов пьезоэлектрических трансформаторов и ихизменение во времени в процессе эксплуатации (например, при нагреве).

Характеристики

Список файлов диссертации