КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер проекта 23-12-20010

НазваниеФундаментальные основы конструирования новых тонкопленочных пьезоматериалов для нано и микросистем, используемых в радиотехнических устройствах селекции и генерации сигналов СВЧ диапазона

Руководитель Струнин Владимир Иванович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Омский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук , Омская обл

Конкурс №77 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-203 - Поверхность и тонкие пленки

Ключевые слова пьезоматериалы, магнетронное распыление, газовый разряд, структура, фазовый и элементный состав, резонатор на ОАВ, морфология поверхности, технологические режимы, нитрид алюминия

Код ГРНТИ29.19.16


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Цель исследования - моделирование механизмов формирования и разработка технологий формирования тонкопленочных материалов и пьезоэлектрических структур с заданными свойствами и конструирование нано – и микросистем на их основе для проектирования и изготовления элементной базы радиотехнических устройств селекции и генерации сигналов СВЧ (1 - 20 ГГц) диапазона на объемных акустических волнах (ОАВ). Дальнейшее развитие устройств систем связи и передачи данных определяется в первую очередь расширением их частотного диапазона в сторону сверхвысоких частот (СВЧ) в диапазоне 1 - 20 ГГц и связано с совершенствованием существующих и созданием новых функциональных элементов, осуществляющих частотную селекцию и генерацию сигналов. Современные технические решения в этой области основываются на использовании комбинации результатов фундаментальных исследований и технологических достижений в области материаловедения, пьезоэлектроники и технологий производства нано и микросистемной техники. Перспективным направлением в создании устройств частотной генерации и селекции СВЧ сигналов является использование в их конструкции пьезоэлектронных резонаторов на объемных акустических волнах. Основным элементом резонаторов является пьезоэлектрический преобразователь, представляющий собой трехслойную тонкопленочную структуру металл-пьезоэлектрик-металл. Моделирование и конструирование новых тонкопленочных материалов на основе нитрида алюминия (AlN) с использованием метода реактивного магнетронного формирования пленок, являются актуальными, а именно: 1. Создание новых пьезоматериалов на основе нитрида алюминия, разработка технологии их формирования и методов управления их пьезоэлектрическими свойствами для пленочных нано- и микросистем, используемых в радиотехнических системах связи. При решении данной научно-технической задачи предполагается провести следующие исследования и разработки: - исследования зависимости морфологических, структурных, физико-химических, электрофизических, и акустических свойств тонкопленочных слоев пьезоэлектриков, металлов и диэлектриков и создаваемых на их основе пленочных структур резонаторов, от технологических режимов магнетронного формирования пленок; - исследования зависимости пьезоэлектрических свойств пленок AlN и композитов на их основе от режимов газового разряда при магнетронном формировании пленок. 2. Создание, исследование и моделирование резонаторных структур на ОАВ с брэгговским акустическим отражателем, резонаторов мембранного типа и с воздушным зазором на основе пленок AlN для частотной генерации и селекции СВЧ сигналов в диапазоне 1-20 ГГц. При решении данной задачи предполагается провести следующие исследования и разработки: - разработка методов моделирования и проектирования микроэлектронных резонаторных структур на ОАВ; - исследование влияния свойств тонкопленочных слоев на характеристики брэгговского акустического отражателя, для резонаторных структур на ОАВ; - исследование влияния свойств пьезоэлектрического слоя, внешних воздействий и режимов работы на характеристики резонаторных структур на ОАВ; - разработка микроэлектронных резонаторных структур на ОАВ с высокой добротностью и стабильностью для частотной генерации и селекции СВЧ сигналов в диапазоне 1-20 ГГц; - разработка методов проектирования фильтров на микроэлектронных резонаторных структурах на ОАВ и методов управления их характеристиками;


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


 

Публикации

1. Струнин В. И., Козлов А. Г., Давлеткильдеев Н. А., Чириков Н. А., Баранова Л. В., Байдаков А. Н., Куклев А. Ю. Исследование текстуры пленок нитрида алюминия, сформированных методом магнетронного распыления Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», СПб.: ЛЭТИ, 2023. С. 295–297. (год публикации - 2023)

2. Баранова Л.В., Байсова Б.Т., Струнин В.И. Investigation of the phase composition and structural parameters of aluminum nitride thin films obtained by magnetron sputtering IEEE, Журнал серии конференций по физике 2270(1):012044 (год публикации - 2023)
10.1088/1742-6596/2270/1/012044

3. А.Г. Козлов, Н.М. Жилин Influence of Parasitic Couplings on Characteristics of a Filter Based on Solidly Mounted Resonators IEEE (год публикации - 2024)

4. Т.Н. Улаева, Н.М. Жилин, Н.А. Чириков, В.И. Струнин A Study of a Temperature Effect on Characteristics of a Solidly Mounted Resonator Based on AlN, Al, Mo and Ti Thin Films 2024 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2024 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2024, pp. 1-5 (год публикации - 2024)
10.1109/WECONF61770.2024.10564673

5. Струнин В. И., Баранова Л. В., Давлеткильдеев Н. А., Чириков Н. А., Куклев А. Ю. Исследование физических свойств тонких пленок нитрида алюминия методом АСМ Казань, Вестник КАИ, Т. 80, № 4. – С. 22-26 (год публикации - 2024)

6. Улаева Т.Н., Чириков Н.А., Жилин Н.М., Давлеткильдеев Н.А., Казаков В.И., Шакин О.В. Влияние конструктивных параметров брэгговских отражателей на температурные зависимости резонансных характеристик микроэлектронных ОАВ-резонаторов с пьезоэлектрическим слоем из нитрида алюминия Научный журнал “TComm: Телекоммуникации и транспорт”, T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2024. Том 18. №11. С. 4-13. (год публикации - 2024)
10.36724/2072-8735-2024-18-11-4-13

7. Т. Н. Улаева, Н. А. Чириков, Н. М. Жилин Формирование пленок нитрида алюминия для микроэлектронного резонатора на объемных акустических волнах КАИ, Казань, V МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ПЛАЗМА И СИНТЕЗ НАНОСТРУКТУР» (год публикации - 2024)

8. Куклев А. Ю., Струнин В. И., Баранова Л. В., Давлеткильдеев Н. А., Чириков Н. А. Исследование пьезоэлектрических свойств пленок нитрида алюминия, сформированных на слоях алюминия и молибдена для создания микроэлектронных ОАВ-резонаторов Журнал Радиоэлектроники, Журнал радиоэлектроники. 2024. № 10 (год публикации - 2024)
10.30898/1684-1719.2024.10.8

9. Т. Н. Улаева, Н. М. Жилин, Н. А. Чириков Исследование влияния асимметричного брэгговского отражателя на параметры ОАВ-резонатора, сформированного на основе пленок молибдена, титана и нитрида алюминия АО "ОНИИП", Техника радиосвязи, 2024, Вып. 4 (63), С. 95-104. (год публикации - 2024)

10. Байсова Б. Т., Баранова Л. В., Струнин В. И. Зависимость элементного состава пленок АlN от соотношения аргона и азота в потоке плазмообразующего газа при магнетронном распылении мишени из алюминия Казань, Вестник КАИ, Т. 80, № 3. – С. 3-7 (год публикации - 2024)

11. Струнин В.И, Баранова Л.В, Байсова Б.Т. Текстура тонких пленок нитрида алюминия, полученных методом магнетронного распыления Письма в Журнал технической физики, Т. 51, Вып. 20. С. 46-49 (год публикации - 2025)
10.61011/PJTF.2025.20.61402.20368

12. Байсова Б.Т., Баранова Л.В., Струнин В.И. The Dependence of the Elemental Composition of AlN Films on the Ratio of Argon and Nitrogen in a Plasma-Forming Gas Stream during Magnetron Sputtering of an Aluminum Target Doklady Physics, Vol. 69, Nos. 10–12, pp. 104–107 (год публикации - 2024)
10.1134/S1028335825600014

13. Потехин А. А., Струнин В. И., Баранова Л. В., Чириков Н. А. Многофакторный регрессионный анализ с применением метода градиентного спуска при анализе пленок нитрида алюминия, сформированных магнетронным разрядом Математические структуры и моделирование, 2025. № 1 (73). С. 70–80 (год публикации - 2025)
10.24147/2222-8772.2025.1.70-80.

14. Струнин В. И., Баранова Л. В., Давлеткильдеев Н. А., Куклев А. Ю., Чириков Н. А. Atomic Force Microscopy Study of the Physical Properties of Aluminum Nitride Thin Films Technical Physics Letters, Technical Physics Letters. 2025. Vol. 51, iss. 1. Р. 34–36. (год публикации - 2025)
10.1134/S1063785025700129

15. Потехин А. А., Струнин В. И., Чириков Н. А. Многофакторный регрессионный анализ и метод градиентного спуска для определения оптимальных условий формирования пленок нитрида алюминия Радиофизика, фотоника и исследование свойств вещества : тезисы докладов III Российской научной конференции (8–10 октября 2024 года, Омск, Россия). Электрон. текст. дан. (1 файл: 12, 2 Мб) – Омск : ОНИИП, 2024. – 305 с. С. 241–243., Радиофизика, фотоника и исследование свойств вещества : тезисы докладов III Российской научной конференции (8–10 октября 2024 года, Омск, Россия). Омск : ОНИИП, 2024. С. 241–243. (год публикации - 2024)

16. Улаева Т.Н., Чириков Н.А., Давлеткильдеев Н.А., Казаков В.И., Бестугин А.Р. Микроэлектронные ОАВ резонаторы: влияние конструктивных и электрических параметров на их характеристики и моделирование полосовых фильтров на их основе Научный журнал “T-Comm: Телекоммуникации и транспорт”, T-Comm-Телекоммуникации и Транспорт. – 2025. – Т. 19. – №. 9. – С. 35-42. (год публикации - 2025)
10.36724/2072-8735-2025-19-9-35-42

17. Н.А. Чириков, Т.Н. Улаева, Н.М. Жилин Influence of Input Power on the Electrical Parameters of Solidly Mounted Resonators Based on AlN, Al, Mo and Ti Thin Films 2025 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2025 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2025 (год публикации - 2025)
10.1109/WECONF65186.2025.11017043

18. Улаева Т.Н., Жилин Н.М., Чириков Н.А. Investigation of Temperature Effects on the Characteristics of a Ladder Filter Based on a Single Solidly Mounted Resonator 2025 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2025 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF). – IEEE, 2025. – С. 1-4. (год публикации - 2025)
10.1109/WECONF65186.2025.11017306

19. Н.А. Чириков, Т.Н. Улаева, А.Н. Кузнецов, Н.М. Жилин Исследование механических напряжений конструкционных слоев микроэлектронного ОАВ-резонатора от температуры формирования ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ, Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 11. - С. 1-10. (год публикации - 2025)
10.30898/1684-1719.2025.11.2

20. Т.Н. Улаева, Н.М. Жилин, Н.А. Чириков, А.Н. Кузнецов Теоретическое и экспериментальное исследование влияния конструктивных параметров брэгговских акустических отражателей на температурную чувствительность ОАВ-резонаторов Научно-технический сборник «Техника радиосвязи», г. Омск, Техника радиосвязи. - 2025. - Вып. 4 (67) (год публикации - 2025)


Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1.5. Описание выполненных в отчетном периоде работ и полученных научных результатов для публикации на сайте РНФ Целью исследования являлось моделирование механизмов формирования и разработка технологий формирования тонкопленочных материалов и пьезоэлектрических структур с заданными свойствами и конструирование нано – и микросистем на их основе для проектирования и изготовления элементной базы радиотехнических устройств селекции и генерации сигналов СВЧ (1 - 20 ГГц) диапазона на объемных акустических волнах (ОАВ). Дальнейшее развитие устройств систем связи и передачи данных определяется в первую очередь расширением их частотного диапазона в сторону сверхвысоких частот (СВЧ) в диапазоне 1 - 20 ГГц и связано с совершенствованием существующих и созданием новых функциональных элементов, осуществляющих частотную селекцию и генерацию сигналов. Современные технические решения в этой области основываются на использовании комбинации результатов фундаментальных исследований и технологических достижений в области материаловедения, пьезоэлектроники и технологий производства нано и микросистемной техники. Перспективным направлением в создании устройств частотной генерации и селекции СВЧ сигналов является использование в их конструкции пьезоэлектронных резонаторов на объемных акустических волнах. Основным элементом резонаторов является пьезоэлектрический преобразователь, представляющий собой трехслойную тонкопленочную структуру металл-пьезоэлектрик-металл. Моделирование и конструирование новых тонкопленочных материалов на основе нитрида алюминия (AlN) с использованием метода реактивного магнетронного формирования пленок, являются актуальными В результате выполнения работ за второй год выполнения проекта были достигнуты следующие результаты: 1. Разработаны конструкции микроэлектронных резонаторов с брэгговским акустическим отражателем с различными парами слоев и с различными конструктивными параметрами для экспериментального исследования их влияния на распределение температуры в структуре резонатора. Разработаны конструктивные варианты полосовых фильтров на основе резонаторов с брэгговским акустическим отражателем. 2. Исследованы механизмы роста тонких пленок нитрида алюминия на разных подслоях (Al, V, Mo) на подложках из кремния и ситалла. Разработаны методы формирования и управления пьезоэлектрическими характеристиками пленок нитрида алюминия. Найдены оптимальные режимы получения пленок AlN требуемого стехиометрического состава для использования в устройствах на поверхностных и объемных акустических волнах. Исследованы пьезоэлектрические свойства пленок нитрида алюминия, сформированных на слоях алюминия и молибдена для создания микроэлектронных ОАВ-резонаторов. Исследована морфология поверхности и текстура тонких пленок нитрида алюминия. Исследована текстура тонких пленок нитрида алюминия в зависимости от условий их формирования с целью выявления механизмов роста пленок нитрида алюминия и построения модели роста. Исследована зависимость размера ОКР и степени преимущественной ориентации (002) от давления, мощности и состава плазмообразующего газа. Разработан магнетронный способ формирования пленок нитрида алюминия для технологии изготовления микроэлектронных резонаторов, обеспечивающий управление с помощью технологических режимов свойствами получаемых покрытий и обеспечивающего воспроизводимость параметров. 2. Исследовано влияния температуры на свойства (электрофизические параметры, пьезоэлектрические параметры, высокочастотные свойства) тонких пленок нитрида алюминия, молибдена, алюминия, титана и диоксида кремния, используемых в конструкциях резонаторов на объемных акустических волнах и фильтрах на их основе. Исследовано влияние температуры и рассеиваемой мощности на характеристики резонаторов на объемных акустических волнах: амплитудо-частотная и фазо-частотная характеристики, частоты последовательного и параллельного резонансов, добротность, параметры эквивалентной схемы Баттерворта-ван Дейка (электрическая емкость, динамические емкость, индуктивность и сопротивление). Исследовано влияние температуры и рассеиваемой мощности на характеристики полосовых фильтров на основе резонаторов на объемных акустических волнах: изменение полосы пропускания фильтра, затухание в полосе пропускания, затухание за полосой пропускания. 3. Разработаны модели микроэлектронных резонаторов на ОАВ и эквивалентные модели фильтров, учитывающих влияние температуры и рассеиваемой мощности на их характеристики. Проведен анализ тепловых процессов в структурах резонаторов различных типов: резонатор с воздушным зазором, резонатор мембранного типа и резонатор с брэгговским акустическим отражателем. Определены области моделирования температуры в структурах резонаторов. Области моделирования разбиты на зоны и определен вид дифференциального уравнения теплопроводности и условий теплообмена для каждой зоны. Определено распределение температуры в структуре резонаторов. Пронализированы полученные тепловые модели резонаторов различных типов. Проведено аналитическое исследование влияния температуры и рассеиваемой мощности на характеристики резонаторов на объемных акустических волнах. Разработана эквивалентная тепловая модель фильтров на резонаторах на объемных акустических волнах, в основу которой положены тепловые модели резонаторов. Исследована эквивалентная тепловая модель фильтров и ее использование для аналитического исследования влияния температуры и рассеиваемой мощности на характеристики фильтров на резонаторах на объемных акустических волнах. 4. Теоретически и экспериментально исследовано влияние конструктивных параметров брэгговских акустических отражателей (количество, состав и толщина слоев) на распределение температуры в их структуре при тепловом воздействии и при воздействии сигналов большой амплитуды. Экспериментально исследовано распределение температуры в структуре брэгговских акустических отражателей. Определена температурная чувствительность характеристик резонаторов с различными брэговскими акустическими отражателями. 5. Разработана конструкция резонаторов на объемных акустических волнах с минимальной температурной чувствительностью параметров. Разработана конструкциярезонаторов на объемных акустических волнах с компенсацией температурной зависимости параметров (термокомпенсированные резонаторы). Разработана технология изготовления резонаторов с минимальной температурной чувствительностью параметров и термокомпенсированных резонаторов.

 

Публикации

1. Струнин В. И., Козлов А. Г., Давлеткильдеев Н. А., Чириков Н. А., Баранова Л. В., Байдаков А. Н., Куклев А. Ю. Исследование текстуры пленок нитрида алюминия, сформированных методом магнетронного распыления Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», СПб.: ЛЭТИ, 2023. С. 295–297. (год публикации - 2023)

2. Баранова Л.В., Байсова Б.Т., Струнин В.И. Investigation of the phase composition and structural parameters of aluminum nitride thin films obtained by magnetron sputtering IEEE, Журнал серии конференций по физике 2270(1):012044 (год публикации - 2023)
10.1088/1742-6596/2270/1/012044

3. А.Г. Козлов, Н.М. Жилин Influence of Parasitic Couplings on Characteristics of a Filter Based on Solidly Mounted Resonators IEEE (год публикации - 2024)

4. Т.Н. Улаева, Н.М. Жилин, Н.А. Чириков, В.И. Струнин A Study of a Temperature Effect on Characteristics of a Solidly Mounted Resonator Based on AlN, Al, Mo and Ti Thin Films 2024 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2024 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2024, pp. 1-5 (год публикации - 2024)
10.1109/WECONF61770.2024.10564673

5. Струнин В. И., Баранова Л. В., Давлеткильдеев Н. А., Чириков Н. А., Куклев А. Ю. Исследование физических свойств тонких пленок нитрида алюминия методом АСМ Казань, Вестник КАИ, Т. 80, № 4. – С. 22-26 (год публикации - 2024)

6. Улаева Т.Н., Чириков Н.А., Жилин Н.М., Давлеткильдеев Н.А., Казаков В.И., Шакин О.В. Влияние конструктивных параметров брэгговских отражателей на температурные зависимости резонансных характеристик микроэлектронных ОАВ-резонаторов с пьезоэлектрическим слоем из нитрида алюминия Научный журнал “TComm: Телекоммуникации и транспорт”, T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2024. Том 18. №11. С. 4-13. (год публикации - 2024)
10.36724/2072-8735-2024-18-11-4-13

7. Т. Н. Улаева, Н. А. Чириков, Н. М. Жилин Формирование пленок нитрида алюминия для микроэлектронного резонатора на объемных акустических волнах КАИ, Казань, V МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ПЛАЗМА И СИНТЕЗ НАНОСТРУКТУР» (год публикации - 2024)

8. Куклев А. Ю., Струнин В. И., Баранова Л. В., Давлеткильдеев Н. А., Чириков Н. А. Исследование пьезоэлектрических свойств пленок нитрида алюминия, сформированных на слоях алюминия и молибдена для создания микроэлектронных ОАВ-резонаторов Журнал Радиоэлектроники, Журнал радиоэлектроники. 2024. № 10 (год публикации - 2024)
10.30898/1684-1719.2024.10.8

9. Т. Н. Улаева, Н. М. Жилин, Н. А. Чириков Исследование влияния асимметричного брэгговского отражателя на параметры ОАВ-резонатора, сформированного на основе пленок молибдена, титана и нитрида алюминия АО "ОНИИП", Техника радиосвязи, 2024, Вып. 4 (63), С. 95-104. (год публикации - 2024)

10. Байсова Б. Т., Баранова Л. В., Струнин В. И. Зависимость элементного состава пленок АlN от соотношения аргона и азота в потоке плазмообразующего газа при магнетронном распылении мишени из алюминия Казань, Вестник КАИ, Т. 80, № 3. – С. 3-7 (год публикации - 2024)

11. Струнин В.И, Баранова Л.В, Байсова Б.Т. Текстура тонких пленок нитрида алюминия, полученных методом магнетронного распыления Письма в Журнал технической физики, Т. 51, Вып. 20. С. 46-49 (год публикации - 2025)
10.61011/PJTF.2025.20.61402.20368

12. Байсова Б.Т., Баранова Л.В., Струнин В.И. The Dependence of the Elemental Composition of AlN Films on the Ratio of Argon and Nitrogen in a Plasma-Forming Gas Stream during Magnetron Sputtering of an Aluminum Target Doklady Physics, Vol. 69, Nos. 10–12, pp. 104–107 (год публикации - 2024)
10.1134/S1028335825600014

13. Потехин А. А., Струнин В. И., Баранова Л. В., Чириков Н. А. Многофакторный регрессионный анализ с применением метода градиентного спуска при анализе пленок нитрида алюминия, сформированных магнетронным разрядом Математические структуры и моделирование, 2025. № 1 (73). С. 70–80 (год публикации - 2025)
10.24147/2222-8772.2025.1.70-80.

14. Струнин В. И., Баранова Л. В., Давлеткильдеев Н. А., Куклев А. Ю., Чириков Н. А. Atomic Force Microscopy Study of the Physical Properties of Aluminum Nitride Thin Films Technical Physics Letters, Technical Physics Letters. 2025. Vol. 51, iss. 1. Р. 34–36. (год публикации - 2025)
10.1134/S1063785025700129

15. Потехин А. А., Струнин В. И., Чириков Н. А. Многофакторный регрессионный анализ и метод градиентного спуска для определения оптимальных условий формирования пленок нитрида алюминия Радиофизика, фотоника и исследование свойств вещества : тезисы докладов III Российской научной конференции (8–10 октября 2024 года, Омск, Россия). Электрон. текст. дан. (1 файл: 12, 2 Мб) – Омск : ОНИИП, 2024. – 305 с. С. 241–243., Радиофизика, фотоника и исследование свойств вещества : тезисы докладов III Российской научной конференции (8–10 октября 2024 года, Омск, Россия). Омск : ОНИИП, 2024. С. 241–243. (год публикации - 2024)

16. Улаева Т.Н., Чириков Н.А., Давлеткильдеев Н.А., Казаков В.И., Бестугин А.Р. Микроэлектронные ОАВ резонаторы: влияние конструктивных и электрических параметров на их характеристики и моделирование полосовых фильтров на их основе Научный журнал “T-Comm: Телекоммуникации и транспорт”, T-Comm-Телекоммуникации и Транспорт. – 2025. – Т. 19. – №. 9. – С. 35-42. (год публикации - 2025)
10.36724/2072-8735-2025-19-9-35-42

17. Н.А. Чириков, Т.Н. Улаева, Н.М. Жилин Influence of Input Power on the Electrical Parameters of Solidly Mounted Resonators Based on AlN, Al, Mo and Ti Thin Films 2025 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2025 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2025 (год публикации - 2025)
10.1109/WECONF65186.2025.11017043

18. Улаева Т.Н., Жилин Н.М., Чириков Н.А. Investigation of Temperature Effects on the Characteristics of a Ladder Filter Based on a Single Solidly Mounted Resonator 2025 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2025 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF). – IEEE, 2025. – С. 1-4. (год публикации - 2025)
10.1109/WECONF65186.2025.11017306

19. Н.А. Чириков, Т.Н. Улаева, А.Н. Кузнецов, Н.М. Жилин Исследование механических напряжений конструкционных слоев микроэлектронного ОАВ-резонатора от температуры формирования ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ, Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 11. - С. 1-10. (год публикации - 2025)
10.30898/1684-1719.2025.11.2

20. Т.Н. Улаева, Н.М. Жилин, Н.А. Чириков, А.Н. Кузнецов Теоретическое и экспериментальное исследование влияния конструктивных параметров брэгговских акустических отражателей на температурную чувствительность ОАВ-резонаторов Научно-технический сборник «Техника радиосвязи», г. Омск, Техника радиосвязи. - 2025. - Вып. 4 (67) (год публикации - 2025)


Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Представлены результаты исследования влияния подводимой мощности на резонансные характеристики микроэлектронных ОАВ-резонаторов с брэгговским отражателем на основе 6-ти пар слоев Mo–Ti и различной активной площадью; - выполнено схемотехническое моделирование Π-образного звена лестничного фильтра на основе измеренных параметров ОАВ-резонаторов. Показано, что все исследованные резонаторы работают вблизи 4,2ГГц с резонансным промежутком порядка 16 МГц и демонстрируют высокую добротность (до 684 единиц для малой площади); - выявлен отклик резонаторов на рост подводимой мощности в зависимости от активной площади. Для малых площадей наблюдается тенденция к улучшению согласования на частоте последовательного резонанса (уменьшение коэффициента S11), а для больших площадей фиксируется ухудшение согласования и снижение добротности (рост Rm и C0) по мере увеличения мощности. Добротность при росте мощности сначала может увеличиваться (при значениях мощности ниже 0 дБм), но затем снижается из-за тепловых и акустических потерь; - показано, что C0 увеличивается с ростом подводимой мощности; - продемонстрирована высокая устойчивость частотных характеристик Π-образного звена лестничного фильтра, выполненного на базе измеренных эквивалентных электрических параметров резонатора для каждого уровня мощности: центральная частота 4,217 ГГц, относительная полоса пропускания – около 4%, вносимые потери меняются в пределах ≈0,1 дБ, гарантированное затухание в полосе задерживания при отстройке на 10 % остается близким к -15 дБ во всем исследованном диапазоне мощностей от -27 дБм до +9 дБм. При каскадировании звеньев ожидается сохранение стабильности электрических характеристик полосовых фильтров при условии однородности тепловых условий в многослойной структуре. 2. Установлено, что при потоке газов Ar/N2=4/5 sccm фаза AlN с ориентацией (002) и размер ОКР увеличиваются с ростом давления, а при потоке газа Ar/N2=4/10sccm обратная зависимость. Размеры ОКР и степень преимущественной ориентации увеличиваются с ростом мощности магнетронного разряда. Оптимальная мощность магнетронного разряда составляет 700 Вт. С помощью регрессионного анализа определена связь между шероховатостью поверхности и технологическими режимами формирования плёнок нитрида алюминия, а также влияние шероховатости поверхности пленок на величину коэффициента электромеханической связи 𝑑33. Определены радиальные профили концентрации и температуры электронов в магнетронном разряде постоянного тока при параметрах, соответствующих режимам распыления катода. Установлено, что легирование пленок нитрида алюминия иттрием приводит к возрастанию значения пьезомодуля d33, а также к снижению шероховатости поверхности. 3. - показано, что методы подстройки резонансной частоты ОАВ-резонаторов играют ключевую роль в точной настройке полосовых фильтров, обеспечивая их стабильную работу в заданном диапазоне рабочих частот. Наиболее перспективным и технологически реализуемым является метод изменения конструктивных параметров резонатора, в частности, площади и толщины верхнего электрода, что достигается путем напыления или травления материалов. Такой способ обладает высокой точностью настройки и хорошо сочетается с тонкопленочными технологиями. 4. - установлено, что выбор материалов брэгговского отражателя значительно влияет на температурную чувствительность ОАВ-резонаторов. Резонатор с брэгговским отражателем Mo-Al-SiO2 имеет наименьшую чувствительность при температуре около 15 °С, резонатор с Mo-Al имеет наименьшую чувствительность при температуре около 60 °С, а конструкции с Mo-Ti и Mo-Ti-SiO2 демонстрируют оптимальную стабильность при 70-75 °C. - выявлено, что применение материалов с низким значением ТКЧ, термокомпенсирующих слоев, а также термостатирование, позволяет снизить температурный дрейф частоты, повышая точность и надежность резонаторов. - получены макеты термокомпенсированных ОАВ-резонаторов, которые продемонстрировали стабильную работу на частоте 3,8 ГГц с резонансным промежутком 8 МГц и добротностью в диапазоне 900–950. Температурный коэффициент частоты, рассчитанный для экспериментальных образцов, составил –18 ppm/°C. - показано, что при увеличении температуры наблюдается смещение центральной частоты П-образного звена фильтра с одним ОАВ-резонатором в сторону низких значений, а также незначительное увеличение потерь сигнала (от -1,674 дБ при 24°C до -1,709 дБ при 110°C). - установлено, что предложенная технология термокомпенсации и выбранная конструкция ОАВ-резонатора способны обеспечить стабильность характеристик фильтра в условиях переменных температур. 5. - подтверждена эффективность метода подстройки резонансных характеристик ОАВ-резонаторов путем напыления корректирующих слоев молибдена на верхний электрод. Массовая нагрузка, создаваемая дополнительным слоем, вызывает снижение частоты последовательного резонанса, при этом степень подстройки зависит от площади электрода: чем меньше площадь, тем большее относительное смещение частоты наблюдается. Такой подход позволяет выполнять точную корректировку частотных параметров без необходимости изменения геометрии резонатора или использования дополнительных внешних элементов. - показано, что изменение ширины резонансного промежутка при увеличении толщины корректирующего слоя свидетельствует о перераспределении энергии между последовательным и параллельным резонансами, что должно учитываться при проектировании фильтров с заданной полосой пропускания. Таким образом, метод подстройки путем массовой нагрузки на активный электрод обеспечивает не только точную частотную настройку, но и позволяет частично влиять на частотно-избирательные свойства резонатора, сохраняя при этом технологическую совместимость с тонкопленочными процессами производства. 6. - показаны результаты исследований механических напряжений от температуры формирования тонких пленок молибдена, Al, SiO2 и AlN толщиной 0,46-0,5 мкм, сформированных на ситалловых подложках методом магнетронного распыления. - установлено, что пленки Mo, SiO2 и AlN на ситалловых подложках имеют сжимающий характер механических напряжений, а пленки алюминия – растягивающий характер. Минимальные механические напряжения по модулю наблюдаются: для пленок Mo при температуре 310 ºС, для пленок Al при 50 ºС, для пленок SiO2 при 100 ºС и для пленок AlN при температурах 315-325 ºС. 7. - изготовлены лабораторные макеты ОАВ-резонаторов с брэгговским отражателем на основе пленок Mo,Al и SiO2, а также Т-образные звенья лестничных фильтров на их основе

 

Публикации

1. Струнин В. И., Козлов А. Г., Давлеткильдеев Н. А., Чириков Н. А., Баранова Л. В., Байдаков А. Н., Куклев А. Ю. Исследование текстуры пленок нитрида алюминия, сформированных методом магнетронного распыления Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», СПб.: ЛЭТИ, 2023. С. 295–297. (год публикации - 2023)

2. Баранова Л.В., Байсова Б.Т., Струнин В.И. Investigation of the phase composition and structural parameters of aluminum nitride thin films obtained by magnetron sputtering IEEE, Журнал серии конференций по физике 2270(1):012044 (год публикации - 2023)
10.1088/1742-6596/2270/1/012044

3. А.Г. Козлов, Н.М. Жилин Influence of Parasitic Couplings on Characteristics of a Filter Based on Solidly Mounted Resonators IEEE (год публикации - 2024)

4. Т.Н. Улаева, Н.М. Жилин, Н.А. Чириков, В.И. Струнин A Study of a Temperature Effect on Characteristics of a Solidly Mounted Resonator Based on AlN, Al, Mo and Ti Thin Films 2024 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2024 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2024, pp. 1-5 (год публикации - 2024)
10.1109/WECONF61770.2024.10564673

5. Струнин В. И., Баранова Л. В., Давлеткильдеев Н. А., Чириков Н. А., Куклев А. Ю. Исследование физических свойств тонких пленок нитрида алюминия методом АСМ Казань, Вестник КАИ, Т. 80, № 4. – С. 22-26 (год публикации - 2024)

6. Улаева Т.Н., Чириков Н.А., Жилин Н.М., Давлеткильдеев Н.А., Казаков В.И., Шакин О.В. Влияние конструктивных параметров брэгговских отражателей на температурные зависимости резонансных характеристик микроэлектронных ОАВ-резонаторов с пьезоэлектрическим слоем из нитрида алюминия Научный журнал “TComm: Телекоммуникации и транспорт”, T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2024. Том 18. №11. С. 4-13. (год публикации - 2024)
10.36724/2072-8735-2024-18-11-4-13

7. Т. Н. Улаева, Н. А. Чириков, Н. М. Жилин Формирование пленок нитрида алюминия для микроэлектронного резонатора на объемных акустических волнах КАИ, Казань, V МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ПЛАЗМА И СИНТЕЗ НАНОСТРУКТУР» (год публикации - 2024)

8. Куклев А. Ю., Струнин В. И., Баранова Л. В., Давлеткильдеев Н. А., Чириков Н. А. Исследование пьезоэлектрических свойств пленок нитрида алюминия, сформированных на слоях алюминия и молибдена для создания микроэлектронных ОАВ-резонаторов Журнал Радиоэлектроники, Журнал радиоэлектроники. 2024. № 10 (год публикации - 2024)
10.30898/1684-1719.2024.10.8

9. Т. Н. Улаева, Н. М. Жилин, Н. А. Чириков Исследование влияния асимметричного брэгговского отражателя на параметры ОАВ-резонатора, сформированного на основе пленок молибдена, титана и нитрида алюминия АО "ОНИИП", Техника радиосвязи, 2024, Вып. 4 (63), С. 95-104. (год публикации - 2024)

10. Байсова Б. Т., Баранова Л. В., Струнин В. И. Зависимость элементного состава пленок АlN от соотношения аргона и азота в потоке плазмообразующего газа при магнетронном распылении мишени из алюминия Казань, Вестник КАИ, Т. 80, № 3. – С. 3-7 (год публикации - 2024)

11. Струнин В.И, Баранова Л.В, Байсова Б.Т. Текстура тонких пленок нитрида алюминия, полученных методом магнетронного распыления Письма в Журнал технической физики, Т. 51, Вып. 20. С. 46-49 (год публикации - 2025)
10.61011/PJTF.2025.20.61402.20368

12. Байсова Б.Т., Баранова Л.В., Струнин В.И. The Dependence of the Elemental Composition of AlN Films on the Ratio of Argon and Nitrogen in a Plasma-Forming Gas Stream during Magnetron Sputtering of an Aluminum Target Doklady Physics, Vol. 69, Nos. 10–12, pp. 104–107 (год публикации - 2024)
10.1134/S1028335825600014

13. Потехин А. А., Струнин В. И., Баранова Л. В., Чириков Н. А. Многофакторный регрессионный анализ с применением метода градиентного спуска при анализе пленок нитрида алюминия, сформированных магнетронным разрядом Математические структуры и моделирование, 2025. № 1 (73). С. 70–80 (год публикации - 2025)
10.24147/2222-8772.2025.1.70-80.

14. Струнин В. И., Баранова Л. В., Давлеткильдеев Н. А., Куклев А. Ю., Чириков Н. А. Atomic Force Microscopy Study of the Physical Properties of Aluminum Nitride Thin Films Technical Physics Letters, Technical Physics Letters. 2025. Vol. 51, iss. 1. Р. 34–36. (год публикации - 2025)
10.1134/S1063785025700129

15. Потехин А. А., Струнин В. И., Чириков Н. А. Многофакторный регрессионный анализ и метод градиентного спуска для определения оптимальных условий формирования пленок нитрида алюминия Радиофизика, фотоника и исследование свойств вещества : тезисы докладов III Российской научной конференции (8–10 октября 2024 года, Омск, Россия). Электрон. текст. дан. (1 файл: 12, 2 Мб) – Омск : ОНИИП, 2024. – 305 с. С. 241–243., Радиофизика, фотоника и исследование свойств вещества : тезисы докладов III Российской научной конференции (8–10 октября 2024 года, Омск, Россия). Омск : ОНИИП, 2024. С. 241–243. (год публикации - 2024)

16. Улаева Т.Н., Чириков Н.А., Давлеткильдеев Н.А., Казаков В.И., Бестугин А.Р. Микроэлектронные ОАВ резонаторы: влияние конструктивных и электрических параметров на их характеристики и моделирование полосовых фильтров на их основе Научный журнал “T-Comm: Телекоммуникации и транспорт”, T-Comm-Телекоммуникации и Транспорт. – 2025. – Т. 19. – №. 9. – С. 35-42. (год публикации - 2025)
10.36724/2072-8735-2025-19-9-35-42

17. Н.А. Чириков, Т.Н. Улаева, Н.М. Жилин Influence of Input Power on the Electrical Parameters of Solidly Mounted Resonators Based on AlN, Al, Mo and Ti Thin Films 2025 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2025 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2025 (год публикации - 2025)
10.1109/WECONF65186.2025.11017043

18. Улаева Т.Н., Жилин Н.М., Чириков Н.А. Investigation of Temperature Effects on the Characteristics of a Ladder Filter Based on a Single Solidly Mounted Resonator 2025 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), St. Petersburg, Russian Federation, 2025 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF). – IEEE, 2025. – С. 1-4. (год публикации - 2025)
10.1109/WECONF65186.2025.11017306

19. Н.А. Чириков, Т.Н. Улаева, А.Н. Кузнецов, Н.М. Жилин Исследование механических напряжений конструкционных слоев микроэлектронного ОАВ-резонатора от температуры формирования ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ, Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 11. - С. 1-10. (год публикации - 2025)
10.30898/1684-1719.2025.11.2

20. Т.Н. Улаева, Н.М. Жилин, Н.А. Чириков, А.Н. Кузнецов Теоретическое и экспериментальное исследование влияния конструктивных параметров брэгговских акустических отражателей на температурную чувствительность ОАВ-резонаторов Научно-технический сборник «Техника радиосвязи», г. Омск, Техника радиосвязи. - 2025. - Вып. 4 (67) (год публикации - 2025)


Возможность практического использования результатов
В результате исполнения проекта: - разработана конструкция пленочного резонатора на ОАВ для частоты сигнала 4 ГГц на основе активного элемента - пленки нитрида алюминия, расположенной на акустическом брэгговском отражателе, состоящего из 3- 5 пар пленок молибдена и титана и молибдена и алюминия; - определены оптимальные технологические режимы магнетронного формирования конструкционных пленок резонатора на ОАВ - определены параметры резонаторов: 3,8-4,2 ГГц с добротностью до 900-950 и ТКЧ –18 ppm/°C, ширина резонанса - 1.5%.