Współpraca Zakładu Piezoelektroniki ITME z Wojskiem

Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
Zakład Piezoelektroniki
ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa, POLAND
Telefon: (+48 22) 835 30 41
http://www.itme.edu.pl
Faks: (+48 22) 864 54 96
e-mail: [email protected]
Współpraca Zakładu Piezoelektroniki ITME z Wojskiem
Przedstawienie współpracy Zakładu Piezoelektroniki ITME z U.S. Navy.
W roku 2007 w Zakładzie Piezoelektroniki rozpoczęto realizację grantu Marynarki Wojennej USA
zatytułowanego „GaN project: Phase 1”. Celem pracy było wyznaczenie wszystkich stałych
elastycznych (w liczbie 5), piezoelektrycznych (3) i dielektrycznych (2) kryształu azotku galu. W roku
2008 opracowano program komputerowy do wyznaczania tych stałych z pomiarów akustycznych fal
powierzchniowych (AFP). Pomiary wykonano w ITME nakładając aluminiowe linie opóźniające
z AFP. Płytki GaN’u dostarczone przez amerykańską firmę KymaTech były za małe (5x5 mm) dla
stosowanej w Zakładzie Piezoelektroniki technologii fotolitografii odwrotnej lift-off. Problem ten
rozwiązano stosując układ przedstawiony na rys. 1. Na pożądanych rozmiarów podłożu kwarcowym
(1) naniesiono elektrody linii opóźniającej (2) podłączonej do szyn zasilających (3) o większej
wysokości aluminium. Po położeniu płaskorównoległej płytki GaN (4) na tak skonstruowaną linię
powstaje szczelina powietrzna (5) o wysokości znacznie mniejszej niż uzależniona od okresu
elektrod długość fali. Po podłączeniu szyn zasilających do generatora AFP wzbudzana jest zarówno
w kwarcu jak i w GaN. Jednakże ze względu na znaczną różnicę prędkości AFP w tych materiałach,
na analizatorze sieci z łatwością można zlokalizować rezonans w GaN. Współczynnik sprzężenia
elektromechanicznego (K2) wyznaczono porównując tłumienność wtrąceniową płytki GaN
z tłumiennością płytki z materiału o znanym K2.
(a)
(b)
Rys. 1. Układ do pomiaru parametrów AFP w płytce GaN, widok z góry (a), widok w przekroju (b)
Następnie wyznaczono wszystkie szukane stałe elastyczne, piezoelektryczne i dielektryczne
GaN'u. Grant został zakończony powodzeniem. Wstępne i końcowe wyniki przeprowadzonych
pomiarów opublikowano odpowiednio w polskim czasopiśmie Elektronika [1] i w zagranicznym
IEEE Transactions on Ultrasosonics Ferroelectrics and Frequency Control [2]. Ponieważ U.S.
Navy współpracując z jakąś firmą wymaga jej ewidencji, ITME otrzymał Natowski Kod Podmiotu
Gospodarki Narodowej NCAGE: 1344H.
Przedstawienie współpracy Zakładu Piezoelektroniki ITME z WAT
Wojskowa Akademia Techniczna (WAT) zakupiła w ITME rezonatory z AFP oznaczone
symbolem RS197 w celu zastosowania ich jako sensorów chemicznych (…). Przykładem
wykorzystania rezonatora RS197 może być czujnik SO2, który wykonano i zbadano w Zakładzie
Piezoelektroniki [3]. Rezonator jako taki składa się z dwóch przetworników i reflektorów
naniesionych na podłoże kwarcowe (rys.2a). Na obszarze międzyprzetwornikowym naniesiono
warstwę adsorbcyjną (rys.2b) zmieniającą swoje własności elektroakustyczne pod wpływem SO2.
(a)
(b)
(c)
Rys.2. Rezonator RS197 jako czujnik chemiczny; widok z góry (a), widok w przekroju (b), charakterystyka czułości (c).
Czułość powyższego sensora badano umieszczając go w komorze z przepływem gazu będącego
mieszaniną N2 z regulowanym stężeniem SO2. Odczytywano częstotliwość rezonansową
w funkcji czasu dla wybranych stężeń SO2 (rys.2.c).
Rezonator RS197 może być wykonany w wersji ze złotymi elektrodami, odpornej na działanie
substancji chemicznie aktywnych.
[1] W.Soluch, M.Łysakowska, E.Brzozowski, ”Właściwości akustycznych fal powierzchniowych w
płaszczyźnie Z kryształu GaN”, Elektronika, Nr 12, 2010, s. 117.
[2] W.Soluch, E.Brzozowski, M.Lysakowska, J.Sadura, “Determination of Mass Density, Dielectric, Elastic
and Piezoelectric Constants of Bulk GaN Crystal”, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Contr., vol.
58, No. 11, 2011, pp. 2469- 2474
[3]. W.Soluch, E.Dąbrowska, „Rezonator kwarcowy z akustyczną falą powierzchniową do
zastosowań w czujnikach gazowych”, Elektronika, Nr 5, 2005, s. 45-47
Kontakt:
dr inż. Ernest Brzozowski, tel. (22) 835 30 41 wew. 113, [email protected]