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Oberflächenwellen-Bauelement

Abk. OFW- Bauelement, SA W-Bauelement (engl. Abk. für surface zcoustic Yiave, akustische Oberflächenwelle). Akustoelektronisches Bauelement (Akustoelektronik), das phy sikalische Effekte bei der Erzeugung und Ausbreitung von elastischen Wellen an der Oberfläche eines piezoelektrischen Festkörpers zur Signalverarbeitung nutzt. In jedem O. sind grundsätzlich drei Aufgaben zu erfüllen: die Umwandlung eines elektrischen Signals in eine Schallwelle an der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats mittels Piezoeffekts (Effekt, piezoelektrischer), die Weiterleitung und eventuelle Verstärkung der Oberflächenwelle und die Rückwandlung dieser Welle in ein elektrisches Signal durch die Umkehrung des piezoelektrischen Effekts, den elektrostriktiven Effekt. Als Werkstoff hat sich vor allem Li-thiumniobat (LiNb03) durchgesetzt. Zur Erzeugung von Oberflächenwellen benutzt man sog. Interdigitalwandler. Das sind ineinandergreifende, kammartige Metallelektrodenstrukturen mit einer Dicke von 200 bis 300 nm. Grundsätzlich haben derartige Wandler frequenzselektiven Charakter. Durch die Anzahl der Fingerpaare, den Fingerabstand in einem Kamm und die Länge der Überlappung der Finger lassen sich unterschiedlichste Frequenzcharakteristiken erzielen. Ein großer Nachteil der Interdigitalwandler ist die Bidirektionalität der emittierten Welle (Abstrahlung der Welle nach zwei Seiten). Der grundsätzliche Aufbau eines passiven O. ist im Bild b dargestellt. Da die Arbeitsweise des Interdigitalwandlers umkehrbar ist, kann man ihn sowohl als Sender als auch als Empfänger nutzen. Die Dämpfungsmasse an beiden Enden des Substrats dient der Vermeidung unerwünschter Reflexionen. Speist man den Eingangswandler mit Signalen verschiedener Frequenzen, so werden solche Oberflächenwellen erzeugt, die nach einer gewissen Verzögerungszeit (Geschwindigkeit der Schallwelle etwa 1 bis 5 x 103 ms) am Ausgangswandler ein Signal der den Wandlerstrukturen entsprechenden Frequenz hervorrufen. Die Durchlaßkurve eines derartigen Bauelements ergibt sich aus dem Produkt der Frequenzkurven der beiden Wandler. Bei aktiven O. besteht die verstärkende Wirkung grundsätzlich in der Wechselwirkung der Oberflächenwelle mit im elektrischen Gleichfeld driftenden (Drift) Ladungsträgern. Driften diese schneller, als sich die Schallwelle ausbreitet, so können sie Energie an die Oberflächenwelle abgeben und diese somit verstärken. Im Bild c ist eine der Möglichkeiten, aktive O. zu erzeugen, dargestellt. Dieser Verstärkertyp besteht aus einem Schichtaufbau Piezoelektrikum IsolatorschichtHalbleiterfilm. Da sowohl die Dicke der Isolatorschicht als auch die des Halblei-terfilms wesentlich kleiner als die Wellenlänge sind, besteht eine direkte akustische Kopplung zwischen Substrat und Halbleiterschicht. Von den möglichen Anwendungsfällen für O. haben bisher nur Verzögerungsleitungen, Dispersionsfilter zur Kompression und Dehnung von Radarsignalen, Optimalfilter zur Signalcodierung, insbesondere jedoch Bandfilter für Fernseh- und teilweise auch Rundfunkgeräte technische Bedeutung erlangt.

 

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