Отчет 2024-2025 гг. Проект РНФ № 23-79-10079

В результате выполнения второго этапа проекта (2024 — 2025 гг.) разработана технология создания многослойной структуры, состоящей из диэлектрической пластины с высокой анизотропией и слоя пьезоэлектрика с высоким коэффициентом электромеханической связи. Эта технология была успешно апробирована на пластинах парателлурита и ниобата лития (также танталата лития и пьезокерамики). Технологический процесс включает химическую мойку с сушкой, плазменную чистку и активацию поверхности, а затем применение метода низкотемпературного бондинга в вакууме. Завершающим этапом является шлифовка и полировка пьезоэлектрического слоя или подложки для достижения заданных параметров поверхности и толщины слоев. Полученные образцы слоистых структур, на основе парателлурита и ниобата лития, исследованы с использованием методов сканирующей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, рамановской спектроскопии, энергодисперсионного анализа и атомно-силовой микроскопии. Результаты показали, что в процессе низкотемпературного бондинга не возникают новые химические связи или сложные оксиды, а также не наблюдаются новые фазы на границе раздела, не характерные для исходных материалов. Сцепление поверхностей происходит за счет сил Ван-дер-ваальсового взаимодействия и электростатических сил, возникающих в результате активации поверхностных зарядовых состояний во время плазменной обработки. Метод конечных элементов, позволил разработать оптимальную топологию встречно-штыревых преобразователей для создания акустоэлектронных устройств на основе слоистой структуры TeO₂/LiNbO₃ («диэлектрическая пластина – пьезоэлектрический слой»). Моделирование обеспечило воспроизведение реальной экспериментальной ситуации и дало возможность оценить влияние геометрических параметров преобразователей на характеристики обратных волн в исследуемых структурах. На основе структуры «диэлектрическая пластина – пьезоэлектрический слой» (TeO₂/LiNbO₃) был создан набор экспериментальных образцов акустоэлектронного устройства, который включает как наборы встречно-штыревых преобразователей на одной пластине, так и единичные преобразователи с различными комбинациями пластин парателлурита и ниобата лития различной ориентации. Сравнение полученных экспериментальных результатов с теоретическими данными показало практически идеальное совпадение амплитуды и положения пика для обратной волны A1. Разработан и создан автоматизированный экспериментальный стенд исследования влияния температуры на свойства акустических волн, с возможностью автоматической фиксации данных на персональном компьютере. В качестве основы использована компактная низкотемпературная камера, векторный анализатор цепей и 16-канальный блок переключения между преобразователями. Экспериментальные исследования влияния температуры на свойства обратных акустических волн подтвердили теоретические результаты первого этапа проекта. При повышении температуры резонансный пик, соответствующий обратной волне A1, монотонно смещается к более низким частотам. Температурная чувствительность положения пика обратной волны A1 почти в два раза превышает таковую у обратной волны SH1. Проведенные теоретические исследования влияния проводимости и вязкости жидкости показали, что наибольшая чувствительность затухания к проводимости показала обратная волна существующая в структуре — ниобат лития(Y-срез)/теллур(X-срез), при отношении толщин LiNbO3/Te = 0.03. Наибольшая чувствительность фазовой скорости наблюдалась у той же волны при соотношении толщина 0.02. Наибольшую чувствительность затухания к вязкости проявила волна в пластине теллура без пленки. Наибольшая чувствительность фазовой скорости наблюдалась у волны с пластиной теллура и пленкой ниобата лития при отношении толщины пленки к толщине пластины равном 0.03 для диапазона вязкости от 0 до 1000 сПуаз. При вязкости от 1000 до 1500 сПуаз наиболее чувствительной была та же волна с толщиной пленки равной 0.02 от толщины пластины.