Исследование пространственного распределения деформаций в кварцевых пьезоэлементах методом рентгеновской топографии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом рентгеновской топографии на лабораторном и синхротронном источниках рентгеновского излучения получены распределения деформаций в объеме двух типов кварцевых резонаторов АТ-среза, различающихся соотношениями размеров. Из сравнения рентгенотопографических данных и амплитудно-частотных характеристик резонаторов установлено соответствие между деформационными картинами и особенностями колебательных процессов для рабочих мод и их гармоник, а также для колебаний на паразитных модах. Обнаружена связь между колебаниями на паразитных модах, проявляющимися в виде неоднородности амплитуды, и топологией резонаторов. Отмечена прикладная значимость полученных результатов для разработки и оптимизации новых конструкций пьезоэлементов и развития технологии их изготовления.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Э. С. Ибрагимов

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН; Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: ontonic@gmail.com
Россия, 119333 Москва, Ленинский пр-кт, 59; пл. Академика Курчатова 1, Москва, 123182

Ф. С. Пиляк

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН; Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: ontonic@gmail.com
Россия, 119333 Москва, Ленинский пр-кт, 59; пл. Академика Курчатова 1, Москва, 123182

А. Г. Куликов

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН; Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: ontonic@gmail.com
Россия, 119333 Москва, Ленинский пр-кт, 59; пл. Академика Курчатова 1, Москва, 123182

Н. В. Марченков

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН; Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: ontonic@gmail.com
Россия, 119333 Москва, Ленинский пр-кт, 59; пл. Академика Курчатова 1, Москва, 123182

Ю. В. Писаревский

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН; Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: ontonic@gmail.com
Россия, 119333 Москва, Ленинский пр-кт, 59; пл. Академика Курчатова 1, Москва, 123182

А. А. Калоян

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: ontonic@gmail.com
Россия, пл. Академика Курчатова 1, Москва, 123182

Ю. А. Першин

ОАО “Лит-Фонон”

Email: ontonic@gmail.com
Россия, ул. Краснобогатырская 44, стр. 1, Москва, 107076

Ю. А. Глазунова

ОАО “Лит-Фонон”

Email: ontonic@gmail.com
Россия, ул. Краснобогатырская 44, стр. 1, Москва, 107076

С. А. Демин

ОАО “Лит-Фонон”

Email: ontonic@gmail.com
Россия, ул. Краснобогатырская 44, стр. 1, Москва, 107076

А. С. Южалкин

ОАО “Лит-Фонон”

Email: ontonic@gmail.com
Россия, ул. Краснобогатырская 44, стр. 1, Москва, 107076

С. С. Пашков

ОАО “Лит-Фонон”

Email: ontonic@gmail.com
Россия, ул. Краснобогатырская 44, стр. 1, Москва, 107076

Г. Н. Черпухина

ОАО “Лит-Фонон”

Email: ontonic@gmail.com
Россия, ул. Краснобогатырская 44, стр. 1, Москва, 107076

Список литературы

  1. Смагин А.Г., Ярославский М.И. Пьезоэлектричество кварца и кварцевые резонаторы. М.: Энергия, 1970. 488 с.
  2. Мостяев В.А., Дюжиков В.И. Технология пьезо- и акустоэлектронных устройств. М.: Ягуар, 1993. 280 с.
  3. Савицкий О.А. Резонатор с управляемой прозрачностью границ // Акуст. журн. 2022. T. 68. № 4. С. 385–390. doi: 10.31857/S0320791922040104
  4. Туральчук П.А., Вендик И.Б. Синтез полосовых фильтров на объемных акустических волнах с учетом материальных параметров многослойной структуры резонаторов // Акуст. журн. 2022. T. 68. № 6. С. 611–617. doi: 10.31857/S0320791922050124
  5. Квашнин Г.М., Сорокин Б.П., Бурков С.И. Анализ распространения СВЧ волн Лэмба в пьезоэлектрической слоистой структуре на основе алмаза // Акуст. журн. 2021. T. 67. № 6. С. 595–602. doi: 10.31857/S0320791921060058
  6. Onoe M., Kamada K., Okazak M., Tajika F., Manabe N. 4 MHz AT-Cut Strip Resonator for Wrist Watch / Proc. of the 31st Annual Symposium on Frequency Control. New Jercey: IEEE, 1977. Р. 48–54. https://doi.org/10.1109/FREQ.1977.200128
  7. Zumsteg A.E., Suda P. Properties of a 4 MHZ miniature flat rectangular quartz resonator vibrating in a coupled mode / Proc. of the 30th Annual Symposium on Frequency Control. New Jercey: IEEE, 1976. Р. 196–201. https://doi.org/10.1109/FREQ.1976.201314
  8. Okano S., Kudama T., Yamazaki K., Kotake H. 4.19 MHZ Cylindrical AT-cut Miniature Resonator / Proc. of the 35th Annual Symposium on Frequency Control. New Jercey: IEEE, 1981. P. 166–173. https://doi.org/10.1109/FREQ.1981.200471
  9. Dvorsky L. AT-quartz strip resonatore / Proc. of the 41st Annual Symposium on Frequency Control. New Jercey: IEEE, 1987. P. 295−302. https://doi.org/10.1109/FREQ.1987.201037
  10. Mindlin R.D. High frequency vibrations of plated crystal plates // Intl. J. Solids and Struct. 1972. V. 8. P. 891–906. https://doi.org/10.1016/0020-7683(72)90004-2
  11. Lee P.C. Extensional, Flexural and Width-Shear Vibrations of Thin Rectangular Crystal Plates / Proc. of the 25th Annual Symposium on Frequency Control. New Jercey: IEEE, 1971. P. 63−69. https://doi.org/10.1109/FREQ.1971.199834
  12. Zumsteg A.E., Suda P., Zingg W. Energy trapping of coupled modes in rectangular AT-cut resonators / Proc. of the 32nd Annual Symposium on Frequency Control. New Jercey: IEEE, 1978. P. 260–266. https://doi.org/10.1109/FREQ.1978.200246
  13. Андросова В.Г. и др. Пьезоэлектрические резонаторы: справочник. Под ред. Кандыбы П.Е. и Позднякова П.Г. М.: Радио и связь, 1992. 392 с.
  14. Букштам Б.М., Караульник А.Е. Акустические колебания кварцевых резонаторов среза AT // Акуст. журн. 1983. Т. 29. № 4. С. 440–445.
  15. Куликов А.Г., Марченков Н.В., Благов А.Е., Кожемякин К.Г., Насонов М.Ю., Пашков С.С., Писаревский Ю.В., Черпухина Г.Н. Рентгенотопографические исследования кварцевых резонаторов с «тройным» электродом // Акуст. журн. 2016. T. 62. № 6. С. 675−680. https://doi.org/10.7868/S0320791916050087
  16. Mkrtchyan A.R., Blagov A.E., Kocharyan V.R., Kulikov A.G., Movsisyan A.E., Muradyan T.R., Targonsky A.V., Eliovich Ya.A., Darinski A.N., Pisarevski Yu.V., Kovalchuk M.V. Distribution of Deformations in the Oscillating X-Ray Acoustic Element Based on the X-Cut Quartz Crystal // J. Contemp. Phys. 2019. V. 54. № 2. P. 210–218. https://doi.org/10.3103/S1068337219020142
  17. Snegirev N., Lyubutin I., Kulikov A., Zolotov D., Vasiliev A., Lyubutina M., Yagupov S., Mogilenec Yu., Seleznyova K., Strugatsky M. Structural perfection of Fe1-xGaxBO3 single crystals designed for nuclear resonant synchrotron experiments // J. Alloys and Compounds. 2022. V. 889. P. 161702. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161702
  18. Buzanov O.A., Kozlova N.S., Kozlova A.P., Zabelina E.V., Blagov A.E., Eliovich I.A., Kulikov A.G., Targonskiy A.V. Crystal growth and optical properties of Ca3TaGa3Si2O14 single crystals // Japan. J. Appl. Phys. 2018. V. 57. № 11S. P. 11UD08. https://doi.org/10.7567/JJAP.57.11UD08
  19. Kulikov A., Blagov A., Marchenkov N., Targonsky A., Eliovich Ya., Pisarevsky Yu., Kovalchuk M. LiNbO3-based bimorph piezoactuator for fast X-Ray experiments: Static and quasistatic modes // Sensors and Actuators A: Physical. 2019. V. 291. P. 68−74. https://doi.org/10.1016/j.sna.2019.03.041
  20. Marchenkov N., Kulikov A., Targonsky A., Eliovich Ya., Pisarevsky Yu., Seregin A., Blagov A., Kovalchuk M. LiNbO3-based bimorph piezoactuator for fast X-Ray experiments: Resonant mode // Sensors and Actuators A: Physical. 2019. V. 293. P. 48−55. https://doi.org/10.1016/j.sna.2019.04.028
  21. Bechmann R. Elastic and Piezoelectric Constants of Alpha-Quartz // Phys. Rev. 1958. V. 110. № 5. P. 1060–1061. https://doi.org/10.1103/PhysRev.110.1060
  22. Lang A.R. Topography / International Tables for Crystallography. 2006. Vol. C. Ch. 2.7. P. 113–123. https://doi.org/10.1107/97809553602060000582
  23. Bowen D.K., Tanner B.K. High Resolution X-Ray Diffractometry and Topography. London: Taylor & Francis, 1998. 252 p.
  24. Sykes R.A. Modes of Motion in Quartz Crystals, the Effects of Coupling and Methods of Design // Bell System Technical Journal. 1944. V. 23. P. 52–96.
  25. Резонаторы пьезоэлектрические кварцевые РК319 (ВП) аЦ0.338.105ТУ.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Общий вид и габаритные размеры резонаторов (а) — РК563 (тип 1) в корпусе поверхностного монтажа и (б) — РК319 (тип 2) в корпусе четвертьволнового резонатора.

Скачать (78KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схемы реализации измерений. (а) — Топография на белом пучке в однокристальной схеме дифракции, реализованная на синхротронной станции «Медиана» КИСИ-Курчатов. 1 — поворотный магнит, 2 — входная маска белого пучка, 3 — алюминиевый фильтр для поглощения длинноволновой части спектра, 4 — гониометрическая система, 5 — образец с держателем, 6 — двумерный детектор, 7 — генератор/анализатор электрического сигнала. (б) — Топография на монохроматическом пучке в двухкристальной схеме дифракции, реализованная на лабораторном трехкристальном рентгеновском спектрометре ТРС-К: 1 — рентгеновская трубка, 2 – щель предварительной коллимации, 3 — асимметричный однокристальный монохроматор, 4 — гониометрическая система, 5 — образец с держателем, 6 — двумерный детектор, 7 — генератор/анализатор электрического сигнала.

Скачать (128KB)
Метаданные
4. Рис. 3. (а) — Схематическое представление кристаллографической ориентации АТ-среза кварца; (б) и (в) — исходные топограммы резонаторов РК563 и РК319 соответственно, полученные в нормальных условиях (без внешнего воздействия).

Скачать (242KB)
Метаданные
5. Рис. 4. (а) — Топограмма и (б), (в) — графики распределения по двум направлениям амплитуды деформаций пьезоэлемента на резонансной частоте 9.99217 МГц, соответствующей 1-ой гармонике.

Скачать (72KB)
Метаданные
6. Рис. 5. (а) — Топограмма и (б), (в) — графики распределения по двум направлениям амплитуды деформаций пьезоэлемента резонатора 1-го типа на резонансной частоте 31.73469 МГц, соответствующей 3-ей гармонике.

Скачать (86KB)
Метаданные
7. Рис. 6. (а) — Топограмма и (б), (в) — графики распределения по двум направлениям амплитуды деформаций пьезоэлемента на резонансной частоте 10.43383 МГц, соответствующей ангармоническому колебанию.

Скачать (91KB)
Метаданные
8. Рис. 7. (а) — Топограмма и (б), (в) — графики распределения по двум направлениям амплитуды деформаций пьезоэлемента на резонансной частоте 13.99129 МГц, соответствующей 1-ой гармонике.

Скачать (105KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Амплитудно-частотная характеристика резонатора 2-го типа.

Скачать (45KB)
Метаданные
10. Рис. 9. (а) — Топограмма и (б), (в) — графики распределения по двум направлениям деформаций пьезоэлемента на резонансной частоте 12.91492 МГц.

Скачать (93KB)
Метаданные
11. Рис. 10. (а) — Топограмма и (б), (в) — графики распределения по двум направлениям деформаций пьезоэлемента на резонансной частоте 13.42367 МГц, соответствующей ангармоническому колебанию.

Скачать (95KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».