СЛОИСТЫЕ ЭЛЕКТРОДНЫЕ СТРУКТУРЫ TI/AL И V/AL В ПАВ-ФИЛЬТРАХ С ВЫСОКОЙ ВХОДНОЙ МОЩНОСТЬЮ

Введение.

В настоящее время для приема, обработки и передачи информации ис-пользуются фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ), ко-торые имеют ряд проблем, связанных с ограничением допустимой мощности входного радиосигнала [1]. Одним из решений является использование импедансного (лестничного) типа конструкции [2]. Преимуществом данного типа является большая протяженность электродных структур во встречно-штыревых преобразователях (ВШП).
Кроме того в мировой практике применяют многослойные пленочные слои. Исследования, проведенные авторами, показали, что использование оригинальных конструктивных приемов, основанных на применении секционированных ВШП или их параллельное/последовательное включение позволяет обрабатывать радиочастотные сигналы мощностью до 4,2 Вт.

Результаты экспериментальных исследований.
Для проведения исследований был разработан ПАВ-фильтр лестничной конструкции на частоту 655 МГц [4]. Основным материалом выбран алюминий. Титан и ванадий – в качестве подслоя. Структурная схема на основе YXl/-41о-среза ниобата лития показана на рис.1. Резонаторы Res1-Res1 и Res3-Res3 включены последовательно, Res2-Res2 параллельно. Такое включение позволяет улучшить равномерность распределения сигнала по структуре фильтра. Резонатор Res1 содержит 379 электродов, Res2 – 258, Res3 – 185.
На основе данной топологии для проведения исследований были изготовлены четыре варианта фильтров, реализованных на различных типах структур (табл.1). Резонаторные структуры сформированы методом обратной фотолитографии с применением электронно-лучевого вакуумного напыления. Толщины слоев алюминия, титана и ванадия выбирались таким образом, чтобы массовая нагрузка на поверхность пьезоэлектрика была идентичной.
На рис.2 приведены экспериментальные характеристики ПАВ-фильтров на основе двухслойной структуры Ti-300Å/Al-2700Å – 1, V-300Å/Al-2500Å – 2 и Ti-100Å/Al-800Å/Ti-100Å/Al-800Å/Ti-100Å/Al-1100Å – 3 на основе шестислойной структуры.
1_1

Рис.1 Структурная схема фильтра на номинальную частоту 655 МГц

Таблица 1 — Типы многослойных структур, использованные для реализации импедансного ПАВ-фильтра на номинальную частоту 655 МГц

Кол-во слоев Толщина слоев Общая толщина пленки
2 слоя Ti-300Å/Al-2700Å (Ti – 10% от общей толщины) 3000Å
2 слоя V-300Å/Al-2500Å  (V – 11%) 2800Å
2 слоя Ti-600Å/Al-2200Å  (Ti – 21%) 2800Å
6 слоев Ti-100Å/Al-800Å/Ti-100Å/Al-800Å/Ti-100Å/Al-1100Å (Ti – 10%) 3000Å

 

1_2

Рис.2 Сравнение характеристик ПАВ-фильтров

 

Из рис. 2 следует, что при идентичной массовой нагрузке на поверхность пьезоэлектрика влияние различных по составу многослойных структур на характеристики ВШП и фильтра в целом незначительно.

Для подачи мощного сигнала на ПАВ-фильтр был использован испытательный стенд [5].  На испытания были поставлены по 2 шт. ПАВ-фильтров каждого типа многослойных структур. Фильтр, смонтированный на плату и подключенный к стенду, помещался в камеру с повышенной температурой среды +85°С. На фильтры с 2-слойными электродными структурами                             V-300Å/Al-2500Å, Ti-600Å/Al-2200Å и 6-слойными электродными структурами Ti-100Å/Al-800Å/Ti-100Å/Al-800Å/Ti-100Å/Al-1100Å подавался радиочастотный сигнал с уровнем мощности от 0,1 Вт до 4,2 Вт на частоте 655 МГц. Шаг изменения мощности сигнала для разных фильтров составлял 0,5 Вт – 1 Вт. На фильтр с электродной структурой Ti-300Å/Al-2200Å подавался сигнал с уровнем мощности от 0,1 Вт до 4,2 Вт. Длительность действия сигнала при каждом уровне мощности составляла 30 минут.

На рисунках 3-6 показано изменение вносимого затухания фильтра от мощности входного сигнала.

 

2018-12-06_14-55-15

Рис.3. Результаты испытаний ПАВ-фильтров, реализованных на основе двухслойной структуры Ti-300Å/Al-2700Å

2018-12-06_14-56-19

Рис.4 Результаты испытаний ПАВ-фильтров, реализованных на основе двухслойной структуры V-300Å/Al-2500Å

 

2018-12-06_14-57-13Рис.5 Результаты испытаний ПАВ-фильтров, реализованных на основе двухслойной структуры Ti-600Å/Al-2200Å

 

2018-12-06_14-57-59

Рис.6 Результаты испытаний ПАВ-фильтров, реализованных на основе шестислойной структуры Ti-100Å/Al-800Å/Ti-100Å/Al-800Å/Ti-100Å/Al-1100Å

 

Выводы:

  1. При идентичной массовой нагрузке на поверхность пьезоэлектрика влияние различных по составу многослойных структур на характеристики ВШП и фильтра в целом незначительно.
  2. Все  типы структур выдержали воздействие РЧ-сигнала мощностью 4 Вт (длительные испытания продолжаются).

 

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 17-07-01372 А.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

  1. Синицына Т. В., Гарифулина А.Т., Груздев А.С., Багдасарян А.С. Исследование эксплуатационных характеристик ПАВ фильтров в условиях повышенной мощности входного сигнала // В сборнике: Международная научно-техническая конференция «Информатика и технологии. Инновационные технологии в промышленности и информатике» 2017. С. 258–261.
  2. Синицына Т. В., Гарифулина А.Т. Конструктивно-технологические особенности реализации фильтров на ПАВ с высокой входной мощностью // В сборнике: Международная научно-техническая конференция «Информатика и технологии. Инновационные технологии в промышленности и информатике» 2016. С. 191–194.
  3. Синицына Т.В., Багдасарян А.С., Кондратьев С.Н., Николаев В.И., Машинин О.В. Фильтры на поверхностных акустических волнах с высокой входной мощностью для радиотехнических систем связи: конструктивно-технологические особенности // Теория и техника радиосвязи. 2015. № 3. С. 40.
  4. Багдасарян А. С., Синицына Т. В., Груздев А.С., Гарифулина А.Т. Базовые конструкции фильтров на ПАВ с высокой входной мощностью для радиотехнических систем связи // В сборнике: Высокие технологии в промышленности России. Тонкие пленки в электронике. Наноинженерия. Сборник научный трудов ХХI Международной научно-технической конференции, XXVIII Международного симпозиума и VIII Международной научно-технической конференции. 2016. С. 35–41.
  5. Синицына Т.В., Машинин О.В., Багдасарян А. С., Львов В.Ф., Гарифулина А.Т. Испытания ПАВ фильтров на воздействие сигнала с высокой входной мощностью // Труды НИИР. 2015. № 3. С. 9-13.