автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии и конструкции новых пьезоэлектрических устройств на основе монокристаллов лантангаллиевого силиката

На правах рукописи

МЕДВЕДЕВ Андрей Валерьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И КОНСТРУКЦИИ НОВЫХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ ЛАНТАНГАЛЛИЕВОГО СИЛИКАТА

Специальность: 05.11Л 4 - Технология приборостроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2008

003465263

Работа выполнена в Московском государственном университете приборостроения и информатики (МГУПИ) и на предприятии ОАО «Фомос-Материалс».

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор КОНДРАТЕНКО Владимир Степанович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических

наук, профессор ПАСЕЧНИК

Сергей Вениаминович

Защита состоится «31» марта 2009 года в зале Советов в 12 часов на заседании диссертационного Совета Д212.119.01 при Московском государственном университете приборостроения и информатики по адресу: 107996, г. Москва, ул. Стромынка, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПИ.

Отзывы и замечания в одном экземпляре, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 107996, г. Москва, ул. Стромынка, 20, Ученый Совет.

Автореферат разослан «25» декабря 2008 года

доктор технических наук МАШИР

Юрий Иванович

Ведущая организация: ОАО «Пьезо» (г. Москва)

Ученый секретарь диссертационного Совета, д. т. н., профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рост объемов производства устройств мобильной связи; приборостроения; криптографии; систем управления движением летательных аппаратов и наземного транспорта; навигационных и радиолокационных систем, радаров; бортовых эталонов частоты, времени и вычислительных комплексов; систем обнаружения терпящих бедствие объектов, устройств низовой и правительственной связи; базовых станций и ретрансляторов; бытовой и военной техника, а также большое количество других важнейших отраслей науки, промышленности и транспорта требуют увеличения объемов производства и расширения номенклатуры разнообразных видов пьезоэлектронных устройств.

С этой целью ведущими мировыми научными и производственными центрами ведутся интенсивные исследования по применению новых пьезоэлектрических материалов в изделиях акустоэлектроники, а также создание новых конструкций пьезоэлектронных устройств на их основе.

Традиционно применяемые при разработках и производстве пьезоэлектрические монокристаллы кварца не позволяют создать необходимые разработчикам радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) новые типы резонаторов и фильтров на объемных акустических волнах (ОАВ). Например, диапазон перестройки резонаторов на АТ-срезе для управляемых напряжением генераторов не превышает 0,25% от частоты, а относительная ширина полосы пропускания классического монолитного фильтра (МФ) на том же срезе не превышает 0,3% от номинальной частоты. Эти параметры резонаторов и фильтров обусловлены физическими свойствами применяемого пьезоэлектрика (диэлектрической проницаемостью, величиной пьезоэлектрических модулей, упругими свойствами и их температурными коэффициентами), а также ориентацией срезов кристаллических элементов (КЭ) относительно кристаллографических осей.

Применение в качестве подложек монокристаллов танталата лития, позволяет реализовывать широкие полосы пропускания фильтров (до 4% от номинальной частоты) и обеспечивает широкий диапазон перестройки резонаторов. Однако, низкое значение добротности (на частоте 5 МГц добротность составляет порядка 5 ООО) и неудовлетворительное значение температурной стабильности (в интервале рабочих температур минус 60 ...+85 °С уход частоты может достигать 800* 10"64/У/) не позволяет реализовывать МФ с высокими требованиями к крутизне частотной характеристики затухания (ЧХЗ). Кроме того, для некоторых применений, использование танталата лития не возможно из-за наличия пироэлектрических и сегнетоэлектрических свойств.

Уникальные свойства пьезоэлектрического монокристалла лантангаллие-вого силиката (ЬазОа58Ю14, лангасита) впервые синтезированного в России в начале 1980-х годов, позволяют создать новые типы пьезоэлектронных устройств, расширить области их использования в новейших устройствах радиоэлектронной техники.

Наличие у монокристалла лангасита температурных коэффициентов материальных констант (модулей упругости, пьезоэлектрических модулей и пр.) с противоположными знаками, обуславливает существование срезов с нулевым значениями температурных коэффициентов частоты (ТКЧ) первого порядка. Занимая промежуточное положение по величине пьезоэлектрических коэффициентов между кварцем и танталатом лития, колебательные структуры на монокристаллах лангасита имеют высокую добротность и промежуточное значение коэффициента электромеханической связи (KMC), позволяющего реализо-вывать «среднеполосные» фильтры в монолитном исполнении.

Лангасит обладает рядом свойств, делающим его достаточно технологичным материалом в условиях промышленного производства.

Отсутствие фазовых переходов вплоть до температуры плавления (Тпл=1470 °С), пироэлектрических и сегнетоэлектрических эффектов (точечная группа симметрии 32) открывает широкие возможности для высокотемпературных применений монокристаллов лангасита

Являясь достаточно мягким материалом (твердость по Моосу 5,0-5,5), лангасит легко подвергается химическому и ионно-плазменному травлению. Это особенно важно при формировании обратных меза-структур для высокочастотных РЭА.

Однако применение нового материала в изделиях пьезотехники связано с решением ряда технических и технологических проблем. В первую очередь это задачи связанные с нахождением ориентации термостабильного среза, то есть среза с нулевым значением ТКЧ первого порядка имеющего удовлетворительное значение KMC.

Другой, но не менее важной задачей, является определение возможности технической реализации термостабильного среза. Известно немало примеров и в частности для кристаллов лангасита, когда те или иные уникальные параметры невозможно было реализовать из-за высокой чувствительности их к ориентации пластины относительно кристаллографических осей.

И наконец, задачи связанные непосредственно с созданием акустоэлек-тронного устройства - резонатора или фильтра на конкретную частоту. Определение оптимальных размеров, по возможности минимальных, кристаллического элемента, формы и толщины электродов, обеспечивающих моночастотность резонаторов и отсутствие или минимизацию побочных полос пропускания в ЧХЗ фильтра. Отдельной задачей является определение оптимального направления передачи энергии при создании колебательной системы акустически связанных резонаторов для МФ.

Таким образом, актуальность данной работы определяется необходимостью разработки новых технологий и конструкций для применения монокристаллов лантангаллиевого силиката в РЭА.

Целью работы является разработка новых технологий и конструкций для применения монокристаллов лангасита в пьезоэлектрических устройствах, работающих на колебаниях сдвига по толщине.

Решение данной задачи включает следующие основные этапы:

- создание рентгеновских методов контроля ориентации двухповоротных срезов тригональных кристаллов;

- теоретическое и экспериментальное исследование пьезоэлектрических свойств термостабильных одно- и двухповоротных срезов JITC работающих на колебаниях сдвига по толщине;

- расчет критерия моночастотности лангаситовых резонаторов на основе теории захвата энергии; исследование спектральных, температурно-частотных, динамических характеристик резонаторов и МФ на основе лангасита;

- разработка методики расчета обратный меза-структуры на лангасите;

- разработка новых конструкций резонаторов и МФ на основе монокристаллов лантангаллиевого силиката.

Научная новизна работы состоит в том, что разработан метод выбора атомных плоскостей для рентгенконтроля ориентации пластин без применения стереографической косинусоидальной проекции Федорова.

Разработана теория расчета термостабильных срезов для материалов с промежуточным значением KMC. Проведен расчет и экспериментально подтверждено наличие у лангасита двухповоротных срезов с нулевым значение ТКЧ первого порядка. Термостабильный срез и монолитный кристаллический фильтр защищены патентом Российской Федерации №2073952 от 27.04.1995 г. и патентом США № 6005331 от 21.12.1999 г.

Рассчитаны и экспериментально проверены критерии моночастотности лангаситовых резонаторов, работающих на колебаниях сдвига по толщине.

Разработан метод расчета КЭ в форме обратных мезаструктур на монокристаллах лангасита.

Разработан новый тип лангаситового резонатора на КЭ полоскового типа. Получено свидетельство на полезную модель №23025 от 09.01.2002 г.

Разработан ряд МФ на основе кристаллов лангасита.

Практическая значимость. Исследования по теме диссертации связаны с решением практических задач создания различных типов пьезоэлектрических устройств ( резонаторов, фильтров, датчиков физических величин) на монокристаллах лангасита, работающих на колебаниях сдвига по толщине. Результаты работы показали наличие одно- и двухповоротных термостабильных срезов JITC.

Проведенные исследования температурно-частотных характеристик и динамических параметров резонаторов и ЧХЗ МФ на основе лангасита подтвердили правильность выбора основных конструктивных параметров изделий в том числе и на обратных меза-структурах.

Разработанные конструкции резонаторов и МФ применяются в приборах массового применения и спецтехники и находятся на уровне лучших мировых аналогов.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанный метод подбора атомных плоскостей и рентгенконтроля применяется на предприятиях ОАО «Пьезо» г. Москва, ОАО «Фомос-Материалс» г. Москва, ООО «ЭлПа» г. Углич, для технологических операций раскроя кристаллов и ориентации пла-

стин, вырезанных из различных пьезоэлектрических кристаллов тригональной сингонии.

На основе предложенных методик расчета МФ на ЗАО «Заводь «Метео-рит-Н» разработан и серийно выпускается с приемками «1» и «5» ряд изделий на основе кристаллов лангасита для нужд народного хозяйства и спецтехники.

Апробация работы: Основные результаты докладывались на:

- IEEE International Frequency control symposium (USA 1992, 1995, 1996, 2001, 2003);

- Europen Frequency and Time Forum (1993,1997,2001,2002);

- Международной научно-практическая конференция «Пьезотехника -92» (г. Санкт-Петербург, 1992);

- Международной конференции Fero-, Piezoelectric Materials and their Applications (г. Москва-1994);

- Научно-технических конференциях «Пьезо-2000» и «Пьезо-2008» (г. Москва, 2000, 2008);

- Заседаниях научно-технического Совета группы предприятий «Пьезо» (г. Москва)

- семинарах Optronic Materials Center в National Institute for Materials Science (Япония, г. Цукуба)

На защиту выносятся следующие положения

1. Метод выбора атомных плоскостей для рентгеновских измерений двухповоротных срезов тригональных кристаллов и технология их измерения.

2. Метод расчета срезов с нулевым значением температурного коэффициента частоты с использованием значений материальных констант при различных значениях температур.

3. Принцип расчета обратных меза-структур для высокочастотных применений на монокристалле лангасита.

4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований сдвиговых колебаний пьезоэлектрических пластин, изготовленных из лангасита

5. Новые конструкции миниатюрных пьезоэлектрических резонаторов и фильтров.

Публикации. По материалам работы опубликовано 28 научных работ, в том числе, в описаниях к 3 патентам и свидетельствам на полезную модель РФ и США, в 17 опубликованных тезисах и докладах Международных конференций, 5 отчетах по НИОКР и в 3 статьях, опубликованных в журналах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, приложений; содержит фотографии, графики и таблицы.

Во ведении обоснована актуальность темы диссертации, изложены основные проблемы и дан анализ работ в данной области. Сформулированы цель, научная новизна и практическая ценность работы. Приведены сведения о ее апробации.

В первой главе рассмотрена задача рентгеновского контроля ориентации пластин тригональных кристаллов. Согласно стандартной системе условных обозначений, любая пластина имеет форму прямоугольного параллелепипеда.

Любое необходимое положение КЭ в пространстве задается от его исходной первоначальной ориентировки с помощью последовательных поворотов вокруг его ребер. Под первоначальной понимается такая ориентировка пластины, при которой все грани параллельны кристаллофизическим осям кристалла. За первоначальную установку принимается срез УХ. При этом толщина пластины 5 параллельна оси У, а длина пластины / параллельна оси X. Выбирается последовательность поворотов, соответствующая углам Эйлера. Первый поворот происходит вокруг грани ширины пластины Ь на угол у, второй вокруг грани длины пластины / на угол Р, третий в плоскости пластины вокруг толщины 5 на угол а. Направление положительного отсчета углов выбирается против часовой стрелки. Следует отметить, что подобная последовательность поворотов соответствует БС-срезу кварца.

На основании предложенного матричного метода описания поворотов пластин выводится матрица М, которая выражает ориентировку срезов типа

4sin«cos/ + cosarsiny3sin^ sin a sin у-cos a sinocos у cosacos/?, Элементы строк матрицы (1) M¡ \,M¡ 2^/3, представляют собой направляющие косинусы для граней ширины (i=l), толщины (г =2) и длины (г =3) соответственно.

Для трех плоскостей пластины (граней ширины, длины и толщины) вводятся индексы ш, п, о являющимися аналогами индексов Бравэ hkl атомных плоскостей. Для определения значений т, п, о вычисляются выражения:

Выражения (2) преобразует направляющие косинусы граней пластины из ортогональной кристаллофизической системе координат в коэффициенты т',п',о' гексагональной кристаллографической системы координат. Выбирается наименьший по модулю коэффициент из т',п',о' не равный нулю и обозначается А'тт. Далее рассчитываются коэффициенты т,п,о по формулам:

Основное отличие коэффициентов т,п,о от индексов к,к,1 в том, что они могут не являться простыми целыми числами. Округляя полученные коэффициенты т,п,о до ближайших целых получим индексы Бравэ кк! атомной плоскости наиболее близко лежащей к грани пластины. Для выбранной атомной плоскости необходимо рассчитать угол Брега.

Производя круговую перестановку индексов с таким расчетом, чтобы оба индекса, А и к, были положительными и значение индекса И, стало равным или меньше к получают равноценную атомную плоскость, которую следует найти в таблице угловых параметров атомных плоскостей лангасита и оценить по следующим параметрам:

sin р (1)

(2)

т = m'/kmia,n = rí/kmin,o = (o'/kmin)

(3)

- используемый гониометр позволяет установить требуемый угол детектора;

- относительная интенсивность отражения достаточна для уверенной регистрации рентгеновского пучка.

В случае, если атомной плоскости нет в таблице или не выполняется одно из вышеперечисленных условий, необходимо выбрать другую плоскость.

На основании предложенного способа разработана методика выбора атомных плоскостей и расчета угловых параметров для рентгеновских измерений пластин лангасита.

Во второй главе на основе кристаплофизических представлений рассматриваются основные пьезоэлектрические характеристики монокристаллов лангасита для колебаний сдвига по толщине.

Скорость распространения волны зависит от вида колебаний и определяется из уравнения

|/>-/^Ч'| = 0' (4)

где 8символ Кронекера, Г,} - «ужесточенные» компоненты матрицы Кри-стоффеля, зависящие от констант упругости су, пьезоэлектрических коэффициентов ву, диэлектрической проницаемости е^ и углов Р,у - определяющих

ориентацию пластины относительно кристаплофизических осей.

На практике разработчики и инженеры пользуются другой величиной -частотной постоянной N равной произведению толщины кристаллического элемента на частоту колебаний пластины. На рис.1 представлены результаты расчета линий уровня частотной постоянной медленной квазипоперечной моды лангасита для двухповоротных срезов. Значения частотной постоянной даны в единицах кГц* мм. На практике широкое применение получили одноповорот-ные У-срезы в которых поворот пластины производится на угол р. Результаты расчета частотной постоянной для повернутых У-срезов приведены на рис.2.

80

60

40

20

I °

-20

¿0 -S0

Рис.1 - Зависимость частотной посто- Рис.2 - Зависимость частотной постоянной лангасита от углов р и у. янной лангасита от угла р для однопо-

вернутых Y-срезов.

Другой весьма важной характеристикой пьезоэлектрического материала является коэффициент электромеханической связи, определяющий, например, диапазон перестройки резонатора или максимальную величину относительной полосы пропускания фильтра. KMC рассчитывается из выражения:

к2=-

и

(5)

с66с22+[е2б]

На рис.3 и 4 представлены рассчитанные линии уровня для двухпово-ротных срезов и зависимость KMC от угла среза /? для одноповернутых Y-срезов, соответственно.

Рис.3 - Зависимость KMC от углов /7 и у. Рис.4 - Зависимость KMC от угла р

для повернутых Y-срезов.

Еще одним из параметров, определяющих возможность применения того или иного среза пьезоэлектрического кристалла в акустоэлектронных изделиях, является его температурно-частотная характеристика, представляемая в виде степенного ряда:

(6)

/О /0 п=1

где /- резонансная частота при текущей температуре Т, /0- резонансная частота при температуре Tq . На практике ограничиваются использованием первых трех членов ряда (6). Величины 7/^ называют температурными ко-

эффициентами частоты первого, второго и третьего порядков, соответственно.

Задача о нахождении срезов с нулевым значением ТКЧ сводится к нахождению таких значений углов, при которых величина Tf ^ =0 при заданном значении температуры.

В качестве исходной формулы для расчетов принимается соотношение:

(7)

где /г - частота последовательного резонанса. Вводится обозначение z = frt/V и уравнение (7) решается относительно новой переменной. Проведенный анализ показывает, что для срезов с KMC до 20% величина z с достаточной степенью точности может быть представлена выражением г = 1/2 — 2АГ2/я-2 . Выражая частоту последовательного резонанса fr из (7) получим формулу для расчета температурно-частотной характеристики данного среза:

/~/о _ ¿Г^Г 1 /о 20У0 /г

Индекс «О» означает, что соответствующие параметры берутся при базовой температуре Т0, а индекс «Т», что параметры берутся при температуре Т. Значение скоростей У-г, У0 вычисляются из уравнения (4).

Таким образом, для фиксированных углов у и р вычисляются значения (/-/о)//о как функция температуры Т. Полученная зависимость далее аппроксимируется полиномом типа (6). На рис.5 представлена кривая зависимости линии уровня ТКЧ первого порядка лангасита Т/^ = 0 от углов у и /7. На рис.6 показана ТКЧ первого порядка для повернутых У-срсзов.

40 60 80

Рис.5 - Зависимость ТКЧ первого по- Рис.6 - Зависимость ТКЧ первого поряд-рядка от углов ¡} и у. ка от угла р для повернутых У-срезов.

На основании приведенных данных можно сделать выводы:

- в монокристаллах лангасита при угле р = 0 существует термостабильный срез с коэффициентом электромеханической связи £ = 16% и частотной постоянной N = 1380 кГц*мм.

- существует ряд двухповоротных термостабильных срезов с KMC более

7%.

В третьей главе на базе одномерной теории захвата энергии, предложенной Шокли на основании работ Миндлина, рассчитываются параметры, необходимые для разработки резонаторов и МФ на термостабильном срезе монокристалла лангасита.

Рассматривается идеализированный случай одномерного резонатора рис.7, образованного парой неограниченных по длине электродов толщиной hm

нанесенных на лангаситовую пластину Y-среза. Х2 _

Рис.7 - Одномерный резонатор. Площадь пластины считается бесконечной. Оси jt'i, х2 и х3 соответствуют кри-сталлофизическим осям X, V и Z, соответственно.

Х^Хз)

Х,(Х,)

На основании уравнений движения Ньютона, уравнения Максвелла и уравнений для напряжения пластины выводится уравнение колебаний вида

р д2щ п д2щ д2щ

+ = (9)

где р - плотность лангасита.

Решение уравнения (9) ищется в виде щ = А\ sin^2*2 со s exp{/<»f}. Рассматривая далее участки пластин с электродами и без электродов приходят к уравнению

tgMi-ЛI, (10)

1 Ъе\

где =^р/сц(о)2 -е>1), = ^р/сп(а)2 - со2) - коэффициенты распространения волны в направлении оси х1. а5 = тл/к-^с^/р - резонансная частота неограниченной однородной пластины без электродов, те =й^/(1 + Д0) - частота среза участка с электродами. А0 = рткт!рк - частотное понижение пластины, связанное с нанесением электродного покрытия, рт - плотность материала электродов.

Вводится обобщенный конструктивный параметр ^ - А—л/д^.

И

В случае когда электрод вытянут вдоль оси х3, величина А определяется из соотношения =чсбб1ти > где У\\ величина, учитывающая модули упругости и эффекты связанные с изгибом пластины. Для термостабильного среза лангасита в случае электрода, вытянутого вдоль оси хъ, параметр \ =0.509. Для электрода вытянутого вдоль оси х1, величина Я определяется из соотношения А3 =л/сбб/г55 . где г55 =с55 -с5б/сбб и равна Л, =0.9098.

Вводя нормированную частоту т/ = со2 - а2 /а>2 - со2 « т - ае /еа5 - юе, уравнение (10) в разрешенном относительно £ виде запишется:

■Jl ( . lï^q Л

arc/g -+п п

Л

,п = 0,1,2,... (11)

я Л,

Исследование уравнения (11) показывает, что при п > 0 получаем спектр дополнительных резонансных частот, называемых четными ангармоническими резонансами. Из анализа ясно, что первый четный ангармонический резонанс пчет = 1 появляется при значении объединенного конструктивного параметра

Таким образом, предельное значение обобщенного конструктивного параметра для подавления ангармонических колебаний равно л/2. Раскрывая значение конструктивного параметра, получаем 1е/к<Л/(Л^Д^).

Учитывая параметр Я, рассчитанный ранее, получаем:

- для электрода вытянутого вдоль оси х3:

1е/И< 2.777/^ (12)

- для электрода вытянутого вдоль оси х1:

1е/И< 1.554/^. (13)

Полученные выше соотношения принято называть обобщенным критерием Бехмана, обеспечивающим условие моночастотности.

При расчете монолитных пьезоэлектрических фильтров важную роль играет коэффициент связи между двумя соседними акустически связанными резонаторами к,м. Бивер предложил уравнение для определения межрезона-

торной связи учитывающее геометрические размеры электродов, межэлектродное расстояние и относительное понижение по частоте точечных резонаторов.

( ч2 , -

к, /+1 =В ---— ехр -С^ , (14)

где - межэлектродное расстояние.

Для термостабильного среза лангасита при направлении передачи энергии вдоль оси х\ Вх = 1,5А^2 =5,790 и 0х =2,261. Для направления передачи энергии вдоль оси хъ В2 = 1,5Л^2 = 1,812 иб:= л/2тгЛз = 4,042.

Рис.8 - Схематическое изображение аку-_ стически связанных резонаторов.

^ направление

1е 1з 1е

Отношение коэффициентов акустической связи для направлений х] и х3 равно кх/к2 =3.195ехр(1.781*(,//гЛ/д^). Оценим величину Учиты-

вая, что //г л/Ао" представляет собой критерий Бехмана и принимая во внимание, что расстояние 1В меньше или равно размера электрода 1е в направлении передачи энергии величина /у/Лд/д^ не может превышать числа Бехмана. С другой стороны минимальное значение при масочной технологии нанесения электродов составляет порядка 80 микрон. С учетом приведенных выше замечаний отношение кх¡к1 лежит в пределах от 4 до 50.

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что для лангаситовых МФ в качестве направления передачи энергии следует выбирать направление только вдоль оси X].

Для пьезоэлектрических устройств, работающих на колебаниях сдвига по толщине, зависимость толщины пластины от резонансной частоты опреде-

ляется соотношением А = 1380//. Анализ показывает, что на частоте 20 МГц толщина пластины составляет 70 микрон, что является предельной толщиной при механической обработке (шлифовке, полировке) на станках эксцентрикового типа. Дальнейшее уменьшение толщины пластины механическими методами приводит к резкому уменьшению процента выхода годных изделий поэтому, дальнейшая обработка производится либо химическим, либо ионно-плазменным методами. Следует отметить, что уменьшение толщины пластины указанными методами может происходить до долей микрона и ограничивается лишь дефектами самого монокристалла, однако на практике приходится ограничиваться толщинами порядка 40 мкм, что соответствует частоте 35 МГц лан-гаситовой пластины. Последнее связано с ограничениями, налагаемыми масочной технологией нанесения электродов и механической прочностью пьезоэле-мента при его монтаже в держатель.

Для преодоления вышеуказанных трудностей применяются пластины с обратной меза-структурой. Середина пластины имеет углубление, толщина которого может быть в несколько раз меньше буферной области рис.9.

Основными преимуществам такой конструкции являются:

- частота КЭ определяется толщиной рабочей зоны;

- толщина буферной зоны может быть достаточно большой, что позволяет исключить смещение электродной конфигурации при напылении и позволяет осуществлять монтаж пьезоэлементов в держатели корпусов с применением стандартных методов крепления: клеевого монтажа, разварки золотом и пр.

Рис.9 - Пьезоэлементы с обратной ме-заструктурой. а) для резонатора б) для монолитного фильтра.

Таким образом, для изготовления пьезоэлектрических устройств на лан-гасите, работающих в диапазоне частот выше 30 МГц по основной гармонике, необходимо использовать пластины с обратной меза-структурой.

На основании критерия Шокли аиге"т =2я-Д^2Д0 //Л рассчитывается расстояние /, обеспечивающее заданный уровень затухания колебаний. Учитывая, что в технических расчетах затухание принято выражать в децибелах и что на практике уровень затухания = 40дБ считается достаточным, находится минимальное расстояние от края электрода до края активной зоны. Минимально допустимый размер рабочей зоны Б для резонатора определяем как сумму двух слагаемых: размера электрода и удвоенного минимально допустимого расстояния от края электрода до буферной зоны в заданном направлении. На практике, как правило, используют электроды круглой формы и для определения диаметра электрода пользуются соотношением (13). Принимая во внима-

ние, что наибольшую добротность резонатора можно получить при значении До =0.01-^0.03 получаем формулу, позволяющую оценивать диаметр рабочей зоны КЭ в миллиметрах.

Д«ш=35//0, (15)

где /о - номинальная частота резонатора в МГц.

На основании приведенных данных можно сделать следующие выводы:

- для выполнения условия моночастотности диаметр электрода лангаси-тового резонатора не должен превышать 10-12 толщин пластины;

- оптимальной формой электрода лангаситового резонатора является эллипс, вытянутый вдоль кристаллофизической оси с эксцентриситетом 1,78.

- акустически связанные резонаторы в МФ на основе кристаллов ланга-сита должны располагаться в направлении оси X].

- диаметр рабочей зоны обратной меза-структуры для частот от 30 МГц и выше может не превышать 2-2.5 мм.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальной проверки расчетов и реализации резонаторов и МФ на лангасите.

Для уточнения ориентации и уточнения свойств термостабильного среза лангасита проводились исследования зависимости точки перегиба ТЧХ от угла среза. Для этого изготавливались резонаторы с различными углами среза на рабочую частоту 10 МГц.

Шлифовка проводилась микропорошком «электрокорунд белый» с величиной зерна 10 микрон. Химическая обработка велась с полирующим травлением. Материал электродов - серебро. Настройка резонаторов велась методом резистивного напыления в вакууме. Результаты измерений для углов Р равных 20', 40' и 1°20' представлены на рис 10.

- — ~ - — Ш * -А « «I Н1 К! Ш 1*1 Ч -.V Ч .«

Tiwwp.wi.-C Т«<пч«тум,'С

а б в

Рис.10 - Температурно-частотные характеристики лангаситовых резонаторов, изготовленных на срезах туЫр. а)р = +20', б)/? = +40', в) Р = 1°20'.

Аппроксимация экспериментальных данных производилась методом наименьших квадратов полиномом вида Д/У/0=д;0 +х{Г + х2Т2. Температура экстремальной точки находилась расчетным путем Ткр = -Х[ /2^2 •

На основании полученных экспериментальных данных построена зависимость угла среза КЭ от точки перегиба температурно-частотной характеристики лангасита, представленная на рис. 11.

г

х

; N.

Рис. 11 - Зависимость температуры экстремальной точки от угла срез.

Тсшмрагур« метрм<ыаим трюм 'С

Анализ показывает, что для узкого диапазона углов зависимость температуры экстремальной точки ТЧХ от ориентации является линейной, и может быть представлена в виде Д = 2.0309—0.05317^,. Таким образом для поддержания точки перегиба в интервале ±1°С необходимо обеспечить точность изготовления угла среза не хуже ±3'.

В ходе исследования двухповоротных срезов изучались спектральные и температурно-частотные характеристики резонаторов. Для исследования был выбран срез угЫ! у! р, где / = 16°03',/? = 56°30'. В соответствии с уравнением (4) в этом срезе возникают две пьезоактивные квазипоперечные волны, причем медленная сдвиговая мода должна иметь точку экстремума температурно-частотной характеристики. На рис.12 показаны спектры КЭ и пластины с нанесенными электродами.

П.д ! I .1. ».' -

1 11^51 И

4 1

□ □ ~Т _1

1 1 _1 ~7[ м _1 _1

1 • Т ИГ т

7шшлшттшш>

и Ш X и

1_ Р 1_1 1 1 1_

1 н4 1

Г- г

нягг И.1 ]чг:

Сепгвг гьч III '

Ей. 1.111 См к II. 111 ш г

а) б)

Рис.12 - Частотные характеристики затухания медленной сдвиговой моды среза ^¿//16о03'/56°30' а) кристаллического элемента и б) пьезоэлемента.

Температурно-частотная характеристика с точкой экстремума при температуре Ткр =-33°С показана на рис.13.

2 МО | .

1 :

/ : : |\

60 .100 40

60 100

Рис.13 - Температурно-частотная характеристика медленной сдвиговой моды среза >гШ16°037 56о30'. Точки на графиках соответствуют экспериментальным измерениям.

Т|ил*р*тура. * С

Задачи микроминиатюризации, повышения долговременной стабильности частоты и повышения температуры эксплуатации обуславливают целесообразность использования в качестве подложки монокристаллы лангасита. Их использование позволяет создать широкополосные фильтры на дискретных резонаторах и увеличить диапазон перестройки управляемых напряжением генераторов. Резонаторы из лангасита на полосковых КЭ с длиной вдоль осей X и 71 изготавливались в корпусах типа Б\У. Герметизация осуществлялась в вакууме. Независимо от ориентации длины пластины, температурно-частотные характеристики резонаторов имели вид квадратичной параболы с коэффициентом крутизны (5,9 - 6,3) 10"8 °С"2. Температура экстремальной точки может быть получена при любой температуре в диапазоне от минус 30°С до 100°С. Резонаторы с направлением длины вдоль оси X имели в 1,5 раза меньшую величину динамического сопротивления Я, и на 20% меньшее емкостное отношение СУС]. Значение добротности на 15 - 20% выше у резонаторов с пьезоэлементами, имеющими длину в направлении оси Т. Основные параметры резонаторов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Параметры лангаситовых резонаторов.

Номинальная частота резонатора, кГц Динамическое сопротивление, Ом Добротность 103 Динамическая индуктивность, мГн Емкость, пФ Емкостное отношение Размер пластины по осям, мм

пип шах ш\п шах X X

11 800 10 30 20 40 5.5 3.7 110 1.0 4.5

13 100 5 20 11 37 3.1 4.5 90 4.5 1.0

Применяемые методы обработки монокристаллов лангасита существенно улучшили качество поверхности пластин, что позволило создавать КЭ с обратной мсза-структурой на частоты до 100 МГц по основной гармонике. На рис.14 представлены конструкция, амплитудно-частотная и характеристика группового времени замедления лангаситового фильтра 4-го порядка с обратной меза-структурой на частоту 71 МГц с полосой пропускания 190 кГц.

Рис.14 - Конструкция фильтра на обратной меза-структуре и его характеристики.

Предъявляемые сегодня требования к изделиям пьезотехники для аппаратуры специального применения вызывают необходимость разрабатывать изделия с большим значением затухания в полосе задерживания фильтра при минимальной неравномерностью группового времени замедления.

Характерным примером такого фильтра можно рассматривать лангаси-товый монолитный фильтр 20-го порядка с относительной шириной полосы пропускания 0,6 %. Столь высокий порядок фильтра обусловлен «жесткими» требованиями к частотной характеристике затухания - коэффициент прямо-угольности по уровням 60 к 6 дБ должен быть меньше 1,15. Фильтр с Чебышев-ской характеристикой затухания, обеспечивающей наибольшую крутизну скатов, реализуется на десяти монолитных звеньях, изготовленных на лангасито-вых пластинах. Принципиальная электрическая схема звена изображена на рис.15. Связь между 10-ю звеньями фильтра - электрическая (ёмкостная). Амплитудно-частотная характеристика и групповое время замедления фильтра представлены на рис. 16.

Ъааим /М 0Л1 ¿В

и — -г

Ф

к +— к — с 1:

1К - 4

« N -- / -

эрыооаотоин!

Рис. 15 - Монолитное звено фильтра Рис. 16 - Амплитудно-частотная ха-двадцатого порядка рактеристика фильтра

В процессе исследований получены следующие основные результаты:

1. Разработан и внедрен метод выбора атомных плоскостей для рентген-контроля монокристаллов лангасита. Уточнены формулы для расчета рентгеновских отражений.

2. Теоретически рассчитано и экспериментально подтверждено наличие термостабильных одно- и двухповоротных срезов у монокристаллов лангасита

3. Выведен критерий моночастотности для лангаситовых резонаторов, работающих на колебаниях сдвига по толщине, представлены рекомендации по проектированию МФ в том числе и на обратной меза-структуре.

4. Разработаны миниатюрные вакуумные ЛГС - резонаторы объемом менее 0,02 см3 с пьезоэлементами полоскового типа.

5. Разработаны и внедрены в производство конструкции МФ на основе монокристалла ЛГС с относительной шириной полосы пропускания до 0,8% в диапазоне частот 3-100 МГц, в том числе и с обратной меза-структурой, получившие высокую оценку отечественных и зарубежных потребителей.

Основные результаты диссертации отражены в следующих работах:

1. Sakharov S.A., Larionov I.M., Medvedev A.V. «Application of langasite crystals in monolithic filters operation on shear modes», 46 Annual Symposium on frequency control, ASFC, 1992, USA, p. 713-723.

2. Sakharov S.A., Medvedev A.V., Larionov I.M., Samsonov Y.A. « Extension of monolithic filter application field and their miniaturization», 7th European frequency and Time forum. Neuchatel, Switzerland, 1993, p. 555-560.

3. Sakharov S.A., Medvedev A.V., Samsonov Y.A. «Monolitic langasite filters operating at overtones» Acousto Electronical System and Components, St. Petersburg, 1993, p.176.

4. Medvedev A.V., Sakharov S.A. «Piezoelectric filters on the basis of strong piezoelectric monocristal» International symposium and exhibition "Ferro-Piezoelectric materials and their applications" Moscow, 1994, p. 0-8-7.

5. Sakharov S.A., Pisarevsky Yu., Medvedev A.V., Senushencov P.A., Lider V. «Surface and volume defect in langasite crystals», 49 Annual Symposium on frequency control, ASFC, 1995, USA, p. 642-646.

6. Sakharov S.A., Senushencov P.A., Medvedev A.V., Pisarevsky Yu. «New date on temperature stability and acoustical losses of langasite crystals», 49 Annual Symposium on frequency control, ASFC, 1995, USA, p.647-652.

7. Sato M., Moroishi K., Ishigami S., Medvedev A., Sakharov S. «Filter and resonator using langasite», 50 Annual Symposium on frequency control, ASFC, 1996, USA, p. 379-383.

8. O. A. Buzanov, A.V. Medvedev, S.A. Sakharov «HF langasite monolithic filters for GSM standard», Proc. of the European Frequency and Time Forum, New-chatel, 1997, p. 239-242.

9. Сахаров C.A., Игнатов H.M., Игнатова M.B., Медведев А.В., «Лангаси-товые монолитные фильтры» «Langasite monolithic filters», Международная научно-практическая конференция «Пьезотехника - 92» «Piezotechnic-92», С-Пб., 1992, с.80.

10. Медведев А.В. «Лангасит - перспективная новинка в семействе пьезоэлектрических материалов», Наука и технология в промышленности №2, Москва, 2000, с.36.

11. Медведев А.В. «Расчет температурно-частотных характеристик пьезоэлектрических материалов с использованием прямых экспериментальных данных» Научно-техническая конференция «Пьезо-2000», Москва, 2000, с.28.

12. Медведев А.В. «Расчет частотной постоянной для срезов сильных пьезоэлектрических материалов, работающих на колебаниях сдвига по толщине» Научно-техническая конференция «Пьезо-2000», Москва., 2000, с.28.

13. Медведев А.В. «Расчет оптимальной формы электродов и эквивалентных электрических параметров для термостабильного среза лангасита Научно-техническая конференция «Пьезо-2000», Москва, 2000, с.35.

14. Сахаров С.А., Медведев А.В. «Кристаллы лангасита - пьезоэлектрический материал для фильтров» Научно-техническая конференция «Пьезо-2000», Москва, 2000, с.32.

15. V.B. Grouzinenko, A.V. Medvedev, A.N. Matsak «High-Quality Crystal Units on the Basic of Langasite Single Crystals», 2001 IEEE International Frequency Control Symposium, 2001, p.240-243.

16. V.B. Grouzinenko, A.V. Medvedev, A.N. Matsak «Microminiature resonators based on LGS (La3Ga5SiOi4) single crystals» Proceedings of the 16th European Frequency and Time Forum, St. Petersburg, Russin, 2002, p.345-351.

17. V. B. Gruzinenco, A. V. Medvedev, A. N. Matsak, O. A. Buzanov «Miniature BAW Resonators and Filters Based on Single Crystals of Strong Piezoelectrics» 2003 IEEE International Frequency Control Symposium, 2003, p.654-656.

18. Медведев A.B. «Теоретические и экспериментальные исследования двойных косых срезов на монокристаллах лантан галлиевого силиката». Сборник трудов научно-технической конференции ПЬЕЗО-2008, Москва, 2008, с. 8894.

19. Медведев А.В., Муртазин P.P., Самсонов Ю.А. «Пьезоэлектрические фильтры на основе монокристаллов лангасита», Электроника: Наука, Технология, Бизнес, №6, Москва, 2008, с.32-35.

20. Медведев А.В., Кондратенко B.C. «Исследование пьезоэлектрических свойств термостабильного среза монокристаллов лантангаллиевого силиката», «Вестник МГУПИ» №17, Москва, 2009, с.143-148.

21. Медведев А.В. и др. Отчет по НИР «Разработка технологического процесса выращивания кристаллов лантан-гаплиевого силиката (ЛГС) диаметром 4 дюйма и технологии изготовления кристаллических элементов из кристаллов ЛГС» ООО «Фомос-Технолоджи», Москва.,2003.

22. Медведев А.В. и др. Технический отчет по ОКР «Разработка комплекта лангаситовых и кварцевых фильтров частного применения для радиоприемной аппаратуры» шифр «Финал», ТОО фирма «Фомос», Москва, 1997.

23. Медведев А.В. и др. Технический отчет по ОКР «Разработка фильтра ПЧ» Шифр «Момент-4», ОАО «Пьезо», Москва, 2004.

24. Медведев А.В. и др. Технический отчет по ОКР «Разработка лангаси-тового монолитного фильтра частного применения для радиоприемной аппаратуры» Шифр «Мангуст», ЗАО «заводь Метеорит-Н», Москва, 2005.

25. Медведев А.В. и др. Технический отчет по ОКР «Разработка монолитного фильтра частного применения для радиоприемной аппаратуры взамен ФПЗП4-478-02 (АФТП.433560.006 ТУ) с целью уменьшения габаритных размеров и улучшения электрических параметров» Шифр «Музыка», ЗАО «заводь Метеорит-Н», Москва, 2008.

26. Патент РФ №2073952 Монолитный кристаллический фильтр Сахаров С.А. Медведев А.В., Писаревский Ю.В., Литвинов В.П. 27.04.1995.

27. United States Patent № 6,005,331 Monolithic crystal filter /S.A. Sakharov, Aty Medvedev, Yu.V. Pisarevsky, V.P. Litvinov Dec.21,1999.

28. Свидетельство на полезную модель №>23025 Пьезоэлектрический резонатор Медведев А.В. и др. 09.01.2002.

ЛР № 020418 от 08 октября 1997 г.

Подписано к печати 23.12.2008 г. Формат 60 х 84. Объем 1,5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 91

Московский государственный университет приборостроения и информатики

107996, Москва, ул. Стромынка, 20

Введение.

Глава 1 Применение матричного метода описания ориентировки пластин для рентгендифракционных измерений одно-и двухповоротных срезов лантангаллиевого силиката.

1.1 Вывод унифицированной матрицы ориентировки среза типа yxbts/Y°/(3°/a0.

1.2 Расчет индексов Бравэ атомных плоскостей, пригодных для рентгеновских измерения граней пластины среза yxb€s/y°/(30/a°.

1.3 Расчет исходных установок для рентгенконтроля пластин.

Выводы.

Глава 2 Свойства монокристаллов лантангаллиевого силиката.

2.1 Физические свойства материальных констант монокристаллов лангасита.

2.1.1 Диэлектрические константы.

2.1.2 Коэффициенты теплового расширения.

2.1.3 Пьезоэлектрические коэффициенты.

2.1.4 Константы упругости.

2.2 Пьезоэлектрические свойства монокристаллов лангасита.

2.2.1 Частотная постоянная.

2.2.2 Коэффициент электромеханической связи.

2.2.3 Температурный коэффициент частоты.

Выводы.

Глава 3 Особенности конструкции резонаторов и монолитных фильтров на монокристаллах лантангаллиевого силиката.

3.1 Определение оптимальных размеров электродов лангаситовых резонаторов и фильтров.

3.2 Определение оптимального направления передачи в кристаллических элементах из лангасита для монолитных фильтров.

3.3 Обратные меза-структуры на кристаллических элементах из лангасита.

Выводы.

Глава 4 Экспериментальные исследования характеристик резонаторов и монолитных фильтров на основе монокристаллов лантангаллиевого силиката.

4.1 Элементы технологического процесса изготовления резонаторов и монолитных фильтров на основе лангасита.

4.1.1 Изготовление кристаллических элементов.

4.1.2 Изготовление кристаллических элементов с обратной меза-структурой.

4.1.3 Изготовление резонаторов и монолитных фильтров.

4.2 Одноповоротный термостабильный срез лангасита.

4.3 Двухповоротные термостабильные срезы лангасита.

4.4 Миниатюрные резонаторы на лангасите.

4.5 Монолитные фильтры на лангасите.

4.5.1 Низкочастотные монолитные фильтры.

4.5.2 Монолитные фильтры на обратной меза-структуре.

Выводы.

Рост объемов производства устройств мобильной связи; приборостроения; криптографии; систем управления движением летательных аппаратов и наземного транспорта; навигационных и радиолокационных систем, радаров; бортовых эталонов частоты, времени и вычислительных комплексов; систем обнаружения терпящих бедствие объектов, устройств низовой и правительственной связи; базовых станций и ретрансляторов; бытовой и военной техника, а также большое количество других важнейших отраслей науки, промышленности и транспорта требуют увеличения объемов производства и расширения номенклатуры разнообразных видов пьезоэлектрон-ных устройств.

С этой целью ведущими мировыми научными и производственными центрами ведутся интенсивные исследования по применению новых пьезоэлектрических материалов в изделиях акустоэлектроники, а также создание новых конструкций пьезоэлектронных устройств на их основе.

Традиционно применяемые при разработках и производстве пьезоэлектрические монокристаллы кварца не позволяют создать необходимые разработчикам радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) новые типы резонаторов и фильтров на объемных акустических волнах (ОАВ). Например, диапазон перестройки резонаторов на АТ-срезе для управляемых напряжением генераторов не превышает 0,25% от частоты, а относительная ширина полосы пропускания классического монолитного фильтра (МФ) на том же срезе не превышает 0,3% от номинальной частоты. Эти параметры резонаторов и фильтров обусловлены физическими свойствами применяемого пьезоэлектрика (диэлектрической проницаемостью, величиной пьезоэлектрических модулей, упругими свойствами и их температурными коэффициентами), а также ориентацией срезов кристаллических элементов относительно кристаллографических осей.

Применение в качестве подложек монокристаллов танталата лития, позволяет реализовывать широкие полосы пропускания фильтров (до 4% от номинальной частоты) и обеспечивает широкий диапазон перестройки резонаторов. Однако, низкое значение добротности (на частоте 5 МГц добротность составляет порядка 5 ООО) и неудовлетворительное значение температурной стабильности (в интервале рабочих температур минус 60 .+85 °С уход частоты может достигать 800* 10"6 А/У/) не позволяет реализовывать МФ с высокими требованиями к крутизне частотной характеристики затухания (ЧХЗ). Кроме того, для некоторых применений, танталат лития невозможно использовать из-за наличия пироэлектрических и сегнетоэлектриче-ских свойств.

Уникальные свойства пьезоэлектрического монокристалла лантангал-лиевого силиката (LasGasSiO^, лангасит), впервые синтезированного в России в начале 1980-х годов, позволяют создать новые типы пьезоэлектронных устройств, расширить области их использования в новейших устройствах радиоэлектронной техники.

Наличие у монокристалла ЛГС температурных коэффициентов материальных констант (модулей упругости, пьезоэлектрических модулей и пр.) с противоположными знаками, обуславливает существование срезов с нулевым значениями температурных коэффициентов частоты (ТКЧ) первого порядка. Занимая промежуточное положение по величине пьезоэлектрических коэффициентов между кварцем и танталатом лития, колебательные структуры на монокристаллах лангасита имеют высокую добротность и промежуточное значение коэффициента электромеханической связи (KMC), позволяющего реализовывать «среднеполосные» фильтры в монолитном исполнении.

Отсутствие фазовых переходов вплоть до температуры плавления (Тпл=1470 °С), пироэлектрических и сегнетоэлектрических эффектов (точечная группа симметрии 32) открывает широкие возможности для высокотемпературных применений монокристаллов лангасита.

Лангасит обладает рядом свойств, делающим его достаточно технологичным материалом в условиях промышленного производства.

У монокристаллов лангасита отсутствуют энантиоморфные модификации (пространственная группа симметрии Р321), что особенно важно при первоначальной ориентировке кристалла. Являясь достаточно мягким материалом (твердость по Моосу 5,0-5,5), ЛГС легко подвергается химическому и ионно-плазменному травлению. Это особенно важно при формировании обратных меза-структур (ОМС) для высокочастотных акустоэлектронных устройств.

Однако.применение нового материала в изделиях пьезотехники связано с решением ряда технических и технологических проблем. В первую очередь это задачи связанные с нахождением ориентации термостабильного среза, то есть среза с нулевым значением ТКЧ первого порядка, имеющего удовлетворительное значение KMC.

Другой, но не менее важной задачей, является определение возможности технической реализации термостабильного среза. Известно немало примеров^ в частности для кристаллов лангасита, когда те или иные уникальные параметры невозможно было реализовать из-за высокой чувствительности их к ориентации пластины относительно кристаллографических осей. 1

И наконец, задачи связанные непосредственно с созданием акусто-электронного устройства - резонатора или фильтра на конкретную частоту. Определение оптимальных размеров, по возможности минимальных, КЭ, формы и толщины электродов, обеспечивающих моночастотность резонаторов и отсутствие или минимизацию побочных полос пропускания в ЧХЗ фильтра. Отдельной задачей является определение оптимального направления передачи энергии при создании колебательной системы акустически связанных резонаторов для МФ.

Таким образом, актуальность данной работы определяется необходимостью разработки новых технологий и конструкций для применения монокристаллов лантангаллиевого силиката в пьезоэлектрических устройствах.

Резюмируя вышесказанное можно сформулировать цель работы: разработка новых технологий и конструкций для применения монокристаллов лангасита в пьезоэлектрических устройствах, работающих на колебаниях сдвига по толщине.

Выполнение намеченной таким образом задачи предполагает решение в данной работе следующих вопросов:

- создание рентгеновских методов контроля ориентации двуповорот-ных срезов тригональных кристаллов;

- теоретическое и экспериментальное исследование пьезоэлектрических свойств термостабильных одно- и двухповоротных срезов ЛГС работающих на колебаниях сдвига по толщине;

- расчет критерия моночастотности лангаситовых резонаторов на основе теории захвата энергии; исследование спектральных, температурно-частотных, динамических характеристик резонаторов и МФ на основе лангасита;

- разработка методики расчета ОМС на лангасите;

- разработка новых конструкций резонаторов и МФ на основе монокристаллов лантангаллиевого силиката.

Научная новизна работы состоит в том, что разработан метод выбора атомных плоскостей для рентгенконтроля ориентации пластин без применения стереографической косинусоидальной проекции Федорова.

Разработана теория расчета термостабильных срезов для материалов с промежуточным значением KMC. Проведен расчет и экспериментально подтверждено наличие у лангасита двухповоротных срезов с нулевым значение ТКЧ первого ■ порядка. Термостабильный, срез и монолитный кристаллический фильтр защищены патентом Российской Федерации №2073952 от 27.04.1995 г. и патентом США № 6005331 от 21.12.1999 г.

Рассчитаны и экспериментально проверены критерии моночастотности лангаситовых резонаторов, работающих на колебаниях сдвига по толщине.

Разработан метод расчета КЭ в форме ОМС на монокристаллах лангасита.

Разработан новый тип лангаситового резонатора на КЭ полоскового типа. Получено свидетельство на полезную модель №23025 от 09.01.2002 г.

Разработан ряд МФ на основе монокристаллов лангасита.

Практическая значимость. Исследования по теме диссертации связаны с решением практических задач создания различных типов пьезоэлектрических устройств (резонаторов, фильтров, датчиков физических величин) на монокристаллах лангасита, работающих на колебаниях сдвига по- толщине. Результаты работы показали наличие одно- и двухповоротных термостабильных срезов ЛГС.

Проведенные исследования ЧХЗ, температурно-частотных характеристик и динамических параметров резонаторов и МФ на основе лангасита подтвердили правильность выбора основных конструктивных параметров изделий в том числе и на ОМС.

Разработанные конструкции резонаторов и монолитных фильтров применяются в приборах массового применения и спецтехники и находятся на уровне лучших мировых аналогов.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанный метод подбора атомных плоскостей и расчета угловых параметров применяется на предприятиях ОАО «Пьезо» г. Москва, ОАО «Фомос-Материалс» г. Москва, ООО «ЭлПа» г. Углич, для технологических операций раскроя кристаллов и ориентации пластин, вырезанных из различных пьезоэлектрических кристаллов тригональной сингонии.

На основе предложенных методик расчета МФ на ЗАО «Заводь «Ме-теорит-Н» разработан и серийно выпускается с приемками «1» и «5» ряд изделий на основе кристаллов лангасита для нужд народного хозяйства и спецтехники.

Апробация работы: Основные результаты докладывались на:

- IEEE International Frequency control symposium (USA 1992, 1995, 1996, 2001,2003);

- Europen Frequency and Time Forum (1993, 1997, 2001, 2002);

- Международной научно-практическая конференция «Пьезотехника -92» (г. Санкт-Петербург, 1992);

- Международной конференции Fero-, Piezoelectric Materials and their Applications (г. Москва-1994);

- Научно-технических конференциях «Пьезо-2000» и «Пьезо-2008» (г. Москва, 2000, 2008);

- Заседаниях научно-технического Совета группы предприятий «Пъе-зо» (г. Москва)

- Семинарах Optronic Materials Center в National Institute for Materials Science (Япония, г. Цукуба)

Работа состоит из обзора литературы по вопросам применения монокристаллов лангасита в изделиях акустоэлектроники, четырех глав, заключения и приложений.

В первой главе рассмотрена задача рентгеновского контроля ориентации пластин тригональных кристаллов. На основании предложенного матричного метода описания поворотов пластин предложен способ выбора атомных плоскостей пригодных для измерения и контроля ориентации КЭ. Уточнены формулы расчета угловых параметров для рентгеновских измерений.

Во второй главе на основе кристаллофизических представлений рассматриваются основные пьезоэлектрические характеристики монокристаллов лангасита, работающих на колебаниях сдвига по толщине.

В третьей главе на основе одномерной теории захвата энергии, предложенной Шокли на основании работ Миндлина, рассчитываются параметры, необходимые для разработки резонаторов и МФ на термостабильном срезе монокристалла лангасита.

На основании уравнения Бивера для определения межрезонаторной связи акустически связанных резонаторов обосновано оптимальное направление передачи энергии для КЭ на термостабильном срезе монокристаллов лангасита.

Приведен метод расчета КЭ на ОМС на монокристаллах лангасита. Обоснован выбор диаметра активной зоны обратной меза-структуры.

В четвертой главе уточнены свойства термостабильного среза лангасита. Представлены результаты исследования зависимости точки перегиба ТЧХ от угла среза. Приведены результаты экспериментальной проверки расчетов и реализации резонаторов и МФ, в том числе и фильтров на ОМС на лангасите.

В приложениях приведены: «Методика выбора атомных плоскостей и расчета угловых параметров для рентгеновских измерений пластин лангасита», программы расчета рентгеновских отражений.

Обзор литературы

Любое появление нового материала для компонентов РЭА является событием огромного значения, связанным с решением массы вопросов: технических, технологических, экономических. Стоит отметить, что почти за 90-летнюю историю развития такой области пьезотехники, как разработка и производство устройств селекции и стабилизации частоты на ОАВ в промышленных масштабах использовалось только два пьезоэлектрических материала. Первым из них, безусловно, является а - кварц, использованный Кэди для стабилизации генератора еще в 1921 году [1, 2, 3].

Вторым материалом, появившимся 1966 году - танталат лития. С созданием технологии промышленного выращивания этого монокристалла был опубликован ряд статей, касающихся применения его в устройствах селекции и стабилизации частоты. Следует отметить работы [4, 5], в которых авторами был описан срез с нулевым значением ТКЧ первого порядка.

В работе [6] представлен танталатолитиевый резонатор на КЭ полос-кового типа. ^

В работе [7] Бронникова Е.Г. и Ларионов И.М. предложили соотношения для расчета коэффициента акустической связи для пары резонаторов расположенных на пластине Х-среза танталата лития. При этом электроды расположены вдоль оси Y', повернутой на угол минус 49° относительно кри-сталлофизической оси X.

Следует отметить, что в 70-х - 80-х годах были синтезированы еще два кристалла, имеющих нулевое значение ТКЧ первого порядка при комнатной температуре: берлинит AIPO4 и тетраборат лития Ы2В4О7.

Известен ряд работ по созданию гибридных МФ на основе тетрабора-та лития [8, 9, 10]. Но высокая стоимость и небольшие размеры кристаллов ограничивают их применение в пьезоэлектрических устройствах, работающих на ОАВ.

В 1982 - 1983 годах две группы ученых из НПО «Монокристаллреак-тив» г. Харьков и МГУ им. М.В. Ломоносова г. Москва выращивают первые монокристаллы лангасита [11, 12]. Следует отметить, что первоначально этот кристалл выращивался для нелинейной оптики, а именно для управления частотой нелинейных лазеров. Однако в ходе проведенных исследований обнаружить сколь либо приемлемую для оптических применений нелинейность не удалось.

В тоже время в ИКАНе и ЛГПИ им. А.И. Герцена были начаты исследования упругих и пьезоэлектрических свойств лангасита [13]. Первой публикацией, в которой сообщается о наличии у лангасита среза с нулевым значением ТКЧ, была работа Андреева И.А., Дубовика М.Ф. [14]. В дальнейшем теми же авторами были запатентованы ряд термостабльных ориентаций лангасита [15, 16], а также оптимальные ориентации для резонаторов на сдвиговых, изгибных и продольных колебаниях [17, 18, 19].

Начиная с середины 1980-х центр в НИИ «Фонон» г. Москва начинаются активные исследования возможности применения лангасита в изделиях селекции и стабилизации частоты. НИОКРы велись по нескольким направлениям: по разработке резонаторов под руководством Грузиненко В.Б. и монолитных фильтров под руководством Бронниковой Е.Г.

Надо отметить, что к этому моменту кристаллы лангасита выращивались небольшого диаметра и были низкого качества. Для улучшения качества кристаллов две независимые группы специалистов из ОХМЗ Гиредмета г. Подольск под руководством Бузанова О.А. [20] и НИИ «Фонон» г. Москва под руководством Кабановича И.В. [21] начали исследования по росту монокристаллов лангасита. Итогом этих работ стали кристаллы диаметром 40 миллиметров и длиной до 100 миллиметров.

С начала 1990-х годов наметился лавинообразный рост количества публикаций о лангасите.

Исследования, связанные с ростом и совершенством качества самого монокристалла велись несколькими группами японских исследователей, среди которых следует выделить работы Шимамуры [22, 23] и Удо [24, 25].

Появилось большое количество статей об использовании лангасита для резонаторов и фильтров на поверхностных акустических волнах и в частности работы Науменко Н.Ф. [26, 27], предложившей термостабильный срез для изделий на ПАВ.

Однако применение лангасита в изделиях на ОАВ не получило широкого признания. Существует ряд работ [28, 29] в которых авторы представляют характеристики пьезоэлектрических лангаситовых устройств на ОАВ, однако какой либо теории по конструированию резонаторов и МФ в них не развивалось.

По мнению автора, особенно перспективно применение монокристаллов лангасита в МФ на ОАВ - направлении, возникшем в пьезотехнике в се- < редине 1960-х. МФ соединили в себе достоинства пьезофильтров: малые потери, высокую температурную и временную стабильность с исключительно малыми габаритными размерами. Приоритет открытия МФ' принадлежит Сайксу и Биверу [30] установившим, что механически связанные резонаторы так же, как и мультимодные резонаторы, работающие по схеме предложенной Сайксом [31], возбуждаются на симметричной и антисимметричной модах, причем величина акустической связи зависит как от параметров самих резонаторов, так и от расстояния между ними. Большое значение для создания теории МФ имела работа Оноэ [32] в которой он предложил теорию мультимодных резонаторов с учетом эффекта захвата энергии. Для реализации многозвенных фильтровых схем Оноэ предлагал размещать на одной пластине не одну, а несколько акустически изолированных пар резонаторов.

В СССР к концу 1965 года Бронниковой Е.Г. [33] также был обнаружен эффект расщепления резонансной частоты при сближении резонаторов, размещенных на одной пластине. На основании этого эффекта были созданы фильтры на частоту 10.7 МГц, не требующие применения дополнительных элементов связи.

В 1967 году на 21-ом Симпозиуме по стабилизации частоты Бивер [34] сделал доклад об основных принципах конструирования многорезона-торных МФ, в котором предложил аналитическое выражение для расчета коэффициента акустической связи Ксв кварцевых резонаторов с одинаковыми параметрами, в зависимости от их длины, массы электродов и расстояния между ними.

Большим вкладом в развитие отечественной техники МФ явились работы Бронниковой Е.Г. [35-37], Новикова Г.Н., Седунова Б.И. [38-40] в которых рассматриваются вопросы конструирования и технологии изготовления фильтров.

Вопросы расчета полиномиальных МФ рассматриваются в монографии Кантора В.М. [41], в которой обработан большой теоретический материал по проектированию МФ. Предложенный в [41] метод расчета параметров эквивалентной электрической схемы МФ по элементам низкочастотного (НЧ) прототипа с использованием узкополосного приближения дает хорошие результаты при проектировании узкополосных фильтров с симметричной характеристикой затухания.

Известные на сегодняшний день методы расчета МФ состоят, как правило, из двух частей: определение элементов эквивалентной электрической схемы (ЭЭС) фильтра и последующего пересчета этих элементов в геометрические размеры монолитной структуры. В связи с этим большое значение приобретает вопрос о правильном выборе эквивалентной схемы. В перечисленных выше работах ЭЭС принимались без строгого аналитического вывода, и, лишь в работе Мэзона [42] было показано, что элемент связи может быть представлен индуктивностью, величина которой зависит от текущего значения частоты. В работе [43] довольно строго в рамках одномерной теории захвата выводится ЭЭС акустически связанных резонаторов. Монолитная структура, состоящая из пары связных резонаторов, согласно [43], эквивалентна схеме связанных электрических контуров, а элемент связи, вообще говоря, представляет собой последовательный LC-контур связи.

Следует отметить работу Пермана и Ренника [44], в которой дан аналитический обзор достижений в области разработки и производства МФ.

С расширением производства и областей использования МФ, с усложнением технических требований к их параметрам, перед разработчиками МФ появились новые проблемы, из которых в первую очередь следует отметить:

- расширение частотного диапазона использования МФ;

- разработка широкополосных МФ;

- уменьшение неравномерности затухания в полосе пропускания МФ;

- уменьшение габаритных размеров МФ.

На решение, хотя бы отчасти, этих задач и направлена настоящая работа.

Выводы

В четвертой главе рассмотрены элементы технологии изготовления кристаллических элементов и кристаллических элементов с обратной меза-структурой для резонаторов и монолитных фильтров на основе монокристаллов лангасита.

Представлены результаты исследований одно- и двухповоротных термостабильных срезов лангасита. На основании представленных данных можно сделать вывод о правильности расчетов термостабильных ориентаций, представленных во второй главе.

Представленные частотные характеристики затухания резонаторов и МФ подтвердили правильность выбора основных конструктивно - технологических решений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании данных приведенных в работе можно сделать следующие основные выводы:

1. Разработан и внедрен метод выбора атомных плоскостей для рентгеновского контроля монокристаллов лангасита. Уточнены формулы для расчета рентгеновских отражений.

2. Теоретически рассчитано и экспериментально подтверждено наличие термостабильных одно- и двухповоротных срезов у монокристаллов лангасита.

3. Выведен критерий моночастотности для лангаситовых резонаторов, работающих на колебаниях сдвига по толщине, представлены рекомендации по проектированию МФ в том числе и на обратной меза-структуре.

4. Разработаны миниатюрные вакуумные ЛГС - резонаторы объемом о менее 0,02 см с пьезоэлементами полоскового типа.

5. Разработаны и внедрены в производство конструкции МФ на основе монокристалла ЛГС с относительной шириной полосы пропускания до 0,8% в диапазоне частот 3-100 МГц, в том числе и с обратной меза-структурой, получившие высокую оценку отечественных и зарубежных потребителей.

1. Кэди У. Пьезоэлектричество и его практическое применение // М.: ИЛ. 1952.

2. Смагин А.Г. Ярославский М.И. Пьезоэлектричество кварца и кварцевые резонаторы // М.: Энергия. 1970.

3. Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объемных и поверхностных акустических волнах // М.: Мир. 1990.

4. Sliker T.R. Koneval D.J. Frequency temperature behavior of X-cut lithium tantalite resonators// Proc. IEEE. v.56. №8. 1968. p. 1402.

5. K.Sawamoto Energy trapping in a lithium tantalate X-cut resonator // Proc.Ann.Freq.Control Symp. 25-th. 1971. p.246-250.

6. Fujiwara Y. Yamada S. Wakatsuki N. Miniaturized 1ЛТаОз strip resonator // IEEE 1984 Ultrasonics Symposium Proc. pp.337-342.

7. Интегральные пьезоэлектрические устройства фильтрации и обработки сигналов // Справочное пособие под ред. Б.Ф. Высоцкого и В.В. Дмитриева. М.: Радио и Связь. 1985.

8. Adashi М. Shiosaki Т. Kobayshi Н. Ohnishi О. Kawabata A. Temperature compensated piezoelectric Lithium Tetraborate Crystal for high Frequency SAW and BAW Device Application // Ultrasonics Symposium Proc. 1985.

9. Муртазин P.P. Самсонов Ю.А. Малогабаритные монолитные фильтры 2. 4-го порядков на основе тетрабората лития с относительной шириной полосы пропускания (1.0 1.6) % // Материалы научно-технической конференции «Пьезо-2008». М.: 2008.

10. Kaminskii A.A. Sarkissov S.E. et. al. Generation of stimulated Nd-ion radiation in trigonal acentric La3Ga5SiOi4-crystal // Reports of the U.S.S.R. Academy of Science. 1982. v.264. №1. p. 93-95.

11. Kaminskii A.A. Mill B.V. Khodzhabayan G.G. Investigation of trigonal (Lai.xNbx)3Ga5Si014 crystals. Phys.Status Solidi // 1983. v.80. №1. p.387-398.

12. Андреев И.А. К 20-летию обнаружения термостабильных упругих свойств кристалла La3Ga5SiOj4 и появлению термина «лангасит» // Журнал технической физики. 2004. том 74. вып.9 — с. 1-3.

13. Андреев И. А. Дубовик М.Ф. Новый пьезоэлектрик лангасит La3Ga5SiOi4 материал с нулевым температурным коэффициентом частоты упругих колебаний // Письма в Журнал технической физики. -1984. т. 10; №8.-с. 487-491.

14. Андреев И.А. Дубовик М.Ф. Пьезоэлектрический элемент (его варианты) // Авторское свидетельство № 1222170. 1985 г.

15. Андреев И.А. Дубовик М.Ф. Пьезоэлектрический контурно-сдвиговый элемент // Авторское свидетельство № 1230317. 1985 г.

16. Андреев, И.А. Дубовик М.Ф. Рассветаев B.JI. // Авторское свидетельство №258101. 1987 г.

17. Андреев И.А. Дубовик М.Ф. Пьезоэлемент толщино-сдвиговых колебаний // Авторское свидетельство № 1373278. 1987 г.

18. Андреев И.А. Дубовик М.Ф. Пьезоэлемент с колебаниями сдвига по контуру // Авторское свидетельство № 1382368. 1987 г.

19. Buzanov О.А. Naumov A.V. Nechaev V.V. Knyazev S.N. A new approach to the growth of langasite crystals // in Proc. 1996 IEEE Freq. Contr. Symp. pp. 331-336.

20. Gotalskaja A.N. Dresin D.I. Bezdelkin V.V. Stassevich V.N. Peculiarities of Technology. Physical Properties and Applications of New Piezoelectricmaterial langasite (La3Ga5SiOi4) //in Proc. IEEE Freq. Contr. Symp. 1993. pp. 339-347.

21. Simamura K. Takeda H. Kohno T e.a. // J. Cryst. Growth -1996-v.163 p.388-392.

22. Takeda H. Simamura K. Chani V.I. Effect of starting melt composition on crystal growth of lingasite // J. Cryst. Growth -1999-v.197 p.204-209.

23. Uda S. Buzanov O.A. Growth of 3" langasite crystal with clear faceting // J. Cryst. Growth -2000-v.211 p.318-324.

24. Uda S. Wang S.Q. Konishi N. Growth habits of 3 and 4-inch langasite single crystal // J. Cryst. Growth -2002-v.237 p.707-713.

25. Naumenko N.F. Optimum cuts of langasite for SAW devices // in Proc. Conference Acustoelectronic SAW devices for signal processing September. 1990. p.18

26. Naumenko N.F. SAW and leaky waves in a new piezoelectric crystal of langasite // in Proc. International Symposium on Surface Waves in Solid and Layered Structures. May 1994.

27. J.Detaint. J.Schwattzel. A.Zarka. B.Capelle. J.P. Denis. E.Philippot Bulk Wave Propagation and Energy Trapping in the New Thermally Compensated Materials with Trigonal Symmetry // in Proc. 1994 IEEE Freq. Contr. Symp. 1993. pp. 58-71.

28. R.C. Smythe. R.C. Helmbold. G.E. Hague. & K.A. Snow Langasite. langan-ite. and langatate resonators: recent results //Joint Meeting EFTF-IEEE IFCS 1999 p.816-820.30. Патент США № 356446

29. Sykes R.A. High frequency plated quartz crystal units // Winter Tech. Meet. IRE Proc. IRE. January. 1948

30. Опое M. Jumonji H. Kobori N. High frequency crystal filters employing multiple mode resonators vibrating in trapping energy modes // Proc.Ann.Freq.Control Symp. 20-th. 1966. p.266-287.

31. Е.Г. Бронникова Новый тип высокочастотных кварцевых фильтров // «Электронная техника». cep.IX. вып. 4. 1967. стр. 29-33.

32. Beaver W.D. Theory and design of the monolithic crystal filter // Proc.Ann.Freq.Control Symp. 21-th. 1967. p. 179-199.

33. Е.Г. Бронникова Однослойные кварцевые фильтры // Электронная техника cep.IX. вып. 4. 1968. стр. 81.

34. Е.Г. Бронникова. Ларионов И.М. Подавление резонансов взаимодействия многоэлектродных систем точечных резонаторов с колебаниями сдвига по толщине // Электронная техника. cep.IX. вып. 3. 1969. стр. 632.

35. Е.Г. Бронникова. Ларионов И.М. Смолина Г.А. Конструкции монолитных фильтров // Электронная техника. сер.Х. вып. 3. 1972. стр. 71-74.

36. Седунов Б.И. Труды YI Всесоюзной акустической конференции. М.: 1963.

37. Седунов Б.И. Морозов Н.Н. Новиков Г.Н. Плавная регулировка полосы пропускания МКФ // Электронная техника». cep.YI. вып. 2. 1969. стр. 23-34.

38. Новиков Г.Н. Седунов Б.И. Беляев М.Н. Соколов В.П. Исследование частотных характеристик МКФ // Электронная техника. cep.YI. вып. 2. 1969. стр. 36-41.

39. Кантор В.М. Монолитные пьезоэлектрические фильтры. Связь. М. 1977. с152.

40. Meson W.P. Equivalent electromecanical representation of trapped energy transducers//Proc. IEEE. v.57. №10. 1969. p. 1723-1734.

41. Самойлов B.C. Шеремет M.B. Некоторые вопросы теории колебаний пьезоэлектрических резонаторов, работающих на принципе захвата энергии //Электронная техника». сер.Х. вып. 1. 1973. стр. 13-27.

42. Pearman G.T. Rennick R.C. Monolithic Crystal Filters // IEEE Trassactioks on Sonics and Ultrasonics, vol. su-21. №.'4. October 1974. p.238-243.

43. Стасевич В.Н. Технология монокристаллов // М.: Радио и Связь. 1990 с.272.

44. ОСТ 11712.801-81 Элементы кристаллические кварцевые прямоугольной формы. Метод рентгендифракционных измерений ориентировки.

45. ОСТ 11 712.805-83 Элементы кристаллические из ниобата и танталата лития. Метод рентгендифракционного контроля ориентировки элементов прямоугольной формы.

46. Бонд B.JI. Технология кристаллов // М.: Недра. 1980 // с.303

47. Каминский А.А. Милль Б.В. Сильвестрова И.М. Ходжабагян Г.Г. Нелинейно-активный материал (La.xNbx)3Ga5SiOi4 // Известия АН СССР 1983 т.47 с. 1903-1908

48. Bohm J. Heimann R. Roewer R. Schindler L. Czochralski growth and characterization of piezoelectric single crystals with langasite structure La3Ga5SiO,4 (LGS). La3Ga5.5Ndo.5OH (LGN). La3Ga5.5Tao.50,4 (LGT) // J. Cryst. Growth -1999-v.204 p.28-136

49. Э.Дьелесан и Д.Руайе Упругие волны в твердых телах // М.: Наука 1982

50. Kaminskii А.А. Silvestrova I.M. Sarkissov S.E. Denisenko //Phis. Stat.Sol. (a), v.80. 1983. p. 607.

51. Silvestrova I.M. Senushenkov P.A. Pisarevsky Yu.V. Krupnii A.I. //Sov Phys. Sol. state v.28. 1986. №9. p. 2875.

52. Silvestrova I.M. Senushenkov P.A. Bezdelkin V.V. Pisarevsky Yu.V. // in Proc. IEEE Freq. Contr. Symp. 1993. pp. 348.

53. Ilyev A.B. Umarov B.S. Shabanova L.A. Dubovic M.F. //Phis. Stat.Sol. (a). 1986. K109. p.98.

54. M. Adachi. T. Kimura. W. Miyamoto. Z. Chen and A. Kawabata // J. Korean. Phys. Soc. 32 1998 p. 1274

55. Bechman R. // Phys. Rew. 1958. v.l 10. p. 1060

56. Warner A.W. Опое М. Coquin G.A. // J. Acoust. Soc. Am. 1967. v.42. p. 1223

57. Шаскольская М.П. Кристаллография // M:. «Высшая школа». 1984 с.384.

58. МАТЕРИАЛЫ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В РАБОТАХ

59. Sakharov S.A. Larionov I.M. Medvedev A.V. «Application of langasite crystals in monolithic filters operation on shear modes». 46 Annual Symposium on frequency control. ASFC. 1992. USA. p. 713-723.

60. Sakharov S.A. Medvedev A.V. Larionov I.M. Samsonov Y.A. « Extension of monolithic filter application field and their miniaturization». 7 Th-European frequency and time forum. Neuchatel. Switzerland. 1993. p. 555-560.

61. Sakharov S.A. Medvedev A.V. Samsonov Y.A. «Monolitic langasite filters operating at overtones» Acousto Electronical System and Components. St. Petersburg. 1993. p. 176.

62. Medvedev A.V. Sakharov S.A. «Piezoelectric filters on the basis of strong piezoelectric monocristal» "Ferro-Piezoelectric materials and their applications" Moscow. 1994.

63. Sakharov S.A. Pisarevsky Yu. Medvedev A.V. Senushencov P.A. Lider V. «Surface and volume defect in langasite crystals». 49 Annual Symposium on frequency control. ASFC. 1995. USA. p. 642-646.

64. Sakharov S.A. Senushencov P.A. Medvedev A.V. Pisarevsky Yu. «New date on temperature stability and acoustical losses of langasite crystals». 49 Annual Symposium on frequency control. ASFC. 1995. USA. p.647-652.

65. Sato M. Moroishi K. Ishigami S. Medvedev A. Sakharov S. «Filter and resonator using langasite». 50 Annual Symposium on frequency control. ASFC. 1996. USA. p. 379-383.

66. O. A. Buzanov. A.V. Medvedev. S.A. Sakharov «HF langasite monolithic filters for GSM standard». Proc. of the European Frequency and Time Forum. Newchatel. 1997.

67. Сахаров C.A. Игнатов H.M. Игнатова M.B. Медведев А.В. «Лан-гаситовые монолитные фильтры» «Langasite monolithic filters». Международная научно-практическая конференция «Пьезотехника 92» «Piezotechnic-92». С-Пб., 1992. стр. 80

68. Медведев А.В. «Лангасит перспективная новинка в семействе пьезоэлектрических материалов». Наука и технология в промышленности. Москва, 2000.

69. Медведев А.В. «Расчет температурно-частотных характеристик пьезоэлектрических материалов с использованием прямых экспериментальных данных» Научно-техническая конференция «Пьезо-2000», Москва. 2000. стр.28.

70. Медведев А.В. «Расчет частотной постоянной для срезов сильных пьезоэлектрических материалов, работающих на колебаниях сдвига по толщине» Научно-техническая конференция «Пьезо-2000». Москва. 2000. стр.28.

71. Медведев А.В. «Расчет оптимальной формы электродов и эквивалентных электрических параметров для термостабильного среза лангасита Научно-техническая конференция «Пьезо-2000». Москва, 2000. стр.35.

72. Сахаров С.А. Медведев А.В. «Кристаллы лангасита пьезоэлектрический материал для фильтров Научно-техническая конференция «Пьезо-2000». Москва, 2000. стр.32.

73. V.B. Grouzinenko. A.V. Medvedev. A.N. Matsak «Microminiature resonators based on LGS (La3Ga5SiOi4) single crystals» Proceedings of the 16th European Frequency and Time Forum. March 12-14. 2002. Russia

74. V.B. Grouzinenko. A.V. Medvedev. A.N. Matsak «High-Quality Crystal Units on the Basic of Langasite Single Crystals». IEEE International Frequency Control Symposium. 2001. p.240-243

75. V. B. Gruzinenco. A. V. Medvedev. A. N. Matsak. O. A. Buzanov «Miniature BAW Resonators and Filters Based on Single Crystals of Strong Pie-zoelectrics» IEEE International Frequency Control Symposium. 2003. p.654-656.

76. Медведев А.В. «Теоретические и экспериментальные исследования двойных косых срезов на монокристаллах лантан галлиевого силиката». Сборник трудов научно-технической конференции «ПЬЕЗО-2008», Москва, 2008.

77. Медведев А.В. и др. Технический отчет по ОКР «Разработка комплекта лангаситовых и кварцевых фильтров частного применения для радиоприемной аппаратуры» шифр «Финал». ТОО фирма «Фомос». Москва, 1997.

78. Медведев А.В. и др. Технический отчет по ОКР «Разработка фильтра ПЧ» Шифр «Момент-4». ОАО «Пьезо». Москва, 2004.

79. Медведев А.В. и др. Технический отчет по ОКР «Разработка лан-гаситового монолитного фильтра частного применения для радиоприемной аппаратуры» Шифр «Мангуст». ЗАО «заводь Метеорит-Н». Москва, 2005.

80. Патент РФ №2073952 Монолитный кристаллический фильтр Сахаров С.А. Медведев А.В. Писаревский Ю.В. Литвинов В.П. 27.04.1995.

81. United States Patent № 6.005.331 Monolithic crystal filter /S.A. Sak-harov. A.V. Medvedev. Yu.V. Pisarevsky. V.P. Litvinov Dec.21. 1999

82. Свидетельство на полезную модель №23025 Пьезоэлектрический резонатор Медведев А.В. и др. 09.01.2002 г.