Techniklexikon

Akustoelektronik

Teilgebiet der Elektronik, das sich mit der Erzeugung und Ausbreitung elastischer Wellen in Festkörpern und deren Wechselwirkung mit den Elektronen des Festkörpers zum Verwirklichen elektronischer Funktionen beschäftigtDie in der A. ausgenutzten Schallwellen können prinzipiell sowohl akustische Volumenwellen als auch akustische Oberflächenwellen sein. Akustische Volumenwellen (engl. bulk acoustic waves, BAW) breiten sich im gesamten Volumen des Festkörpers aus, d.h., der gesamte Festkörper wird in Schwingungen versetzt. Im Gegensatz dazu breiten sich akustische Oberflächenwellen (engl. surface acoustic waves, SAW) nur in einer oberflächennahen Schicht aus, während der größte Teil des Festkörpers in Ruhe verbleibt. Die Eindringtiefe liegt in der Größenordnung der Wellenlänge der Oberflächenwelle (lm...l00m). Technische Bedeutung erlangt haben bisher nur Oberflächenwellen-Bauelemente auf der Basis von piezoelektrischen Werkstoffen aufgrund ihrer Vorteile, wie höhere Grenzfrequenz, beliebiger Zugriff zum Wellenfeld, einfache Anregung über Interdigitalwandler und gute Kompatibilität mit den Herstellungstechnologien der Mikroelektronik. Mit Oberflächenwellen-Bauelementen läßt sich eine große Anzahl analoger, signalbeeinflussender Funktionen erreichen. Man kann z. B. Signale verzögern (und damit speichern), filtern, verstärken, mit anderen Signalen verknüpfen bzw. stabile Oszillatoren aufbauen. Die zur Anregung der Oberflächenwellen benutzten Interdigitalwandler, die aus einer kammartigen Metallelektrodenstruktur von 200 bis 300 nm Dicke bestehen, können sowohl als Sender als auch als Empfänger arbeiten. Aktive Oberflächenwellen-Bauele-mente arbeiten nach dem Prinzip der Wechselwirkung der Oberflächenwelle mit im elektrischen Gleichfeld driftenden (Drift) Ladungsträgern. Driften diese schneller, als sich die Schallwelle ausbreitet (etwa 1...5 x 103 ms), so können sie Energie an die Oberflächenwelle abgeben und diese somit verstärken. Neuere Entwicklungsrichtungen führen zur integrierten A und Akustooptoelektronik. Bei der integrierten A. werden akustoelektronische Effekte in integrierten Bauelementen (Bauelement, integriertes), die mittels Halbleiterblocktechnik hergestellt wurden, ausgenutzt, z. B. durch piezoelektrische Schichten auf Silicium. Innerhalb der Akustooptoelektronik nutzt man die Beeinflussung der optoelektronischen Eigenschaften (Optoelektronik) eines Festkörpers durch im Festkörper angeregte elastische Wellen. Man kann auch durch eine Oberflächenwelle den Brechungsindex optischer Wellenleiter variieren, so daß man dies auch in der integrierten Optik (Optik, integrierte), einem Gebiet, das völlig neue Formen der Signalverarbeitung hervorbringen kann, nutzt. Diese Entwicklungsrichtungen befinden sich z. Z. noch in der Forschungsphase. Von den möglichen Anwendungsfällen für akustoelektronische Bauelemente haben bisher nur Oberflächenwellen-Bauelemente als Verzögerungsleitungen, Dispersionsfilter zur Kompression und Dehnung von Radarsignalen, Optimalfilter zur Signalcodierung, insbesondere aber Bandfilter für Fernseh- und teilweise auch Rundfunkgeräte technische Bedeutung erlangt. Teilgebiet der Elektronik, das die Wechselbeziehungen von akustischen und elektrischen Vorgängen in Festkörpern ausnutzt (Festkörperphysik) und auf der Anregung und Ausbreitung akustischer Oberflächenwellen, sog. Rayleigh-Wellen, speziell auf piezoelektrischen Materialien beruht (Piezoelektrizität). Eingangs- und Ausgangsgrössen von Akustowellenbauelementen sind elektrische Signale, die Übertragung erfolgt durch akustische Wellen auf einer Substratoberfläche. Ist das Substrat zusätzlich ein Halbleiter, so lässt sich die Ausbreitung der Oberflächenwellen und somit das elektrische Ausgangssignal aufgrund akustoelektrischer Effekte durch elektrische Wechselfelder beeinflussen und steuern. Je nach Bauart können Signale verzögert oder verstärkt werden oder es können Frequenzen selektiert werden.