Materiaalipohjaiset mikroaaltosuodatinteknologiat
Professori Martti M. Salomaa (Email: Martti.Salomaa@hut.fi), Materiaalifysiikan laboratorio, Teknillinen korkeakoulu, PL 2200, 02015 TKK
Modernin telekommunikaation kannalta ovat eri suodatinteknologiat keskeisen tärkeitä, sillä käytettävät taajuuskaistat ovat täyttymässä. Mikroaaltolaitteet hyödyntävät pietsosähköisten ja suprajohtavien aineiden ainutlaatuisia materiaaliominaisuuksia. Tästä syystä kaupallisten suodatinkomponenttien kehitystyöhön liittyy edistynyttä materiaalifysiikan osaamista. Tässä projektissa tutkittavat suodatinteknologiat ovat: (i) Pinta-akustiset aallot (Surface Acoustic Wave, SAW) ja SAW -komponentit, (ii) Akustiset tilavuusaallot (Bulk Acoustic Waves, BAW) ja BAW -laitteet, sekä (iii) Korkean lämpötilan suprajohteet (High-Temperature Superconductors, HTS) ja HTS -suodattimet. Kaikilla mainituilla teknologioilla on myös tärkeitä anturisovelluksia.
(i) SAW -komponenttien ennakoidaan toimivan yhä tärkeämmässä roolissa elektronisissa ja signaalinkäsittelysysteemeissä. Pinta-akustisia aaltoja tutkitaan Materiaalifysiikan laboratoriossa teoreettisesti ja kokeellisesti. Mallintamisohjelmistoja on kehitetty sekä SAW -materiaalien karakterisoimiseen että SAW -suodattimien suunnitteluun. Valmistamme myös korkeataajuisten SAW -suodattimien prototyyppejä (taajuusalueelle 5 - 10 GHz), mittaamme RF-SAW -komponentteja kehittämällämme laserinterferometrilla ja tutkimme uusia kideleikkauksia ja materiaaleja (esim. langasiitti) RF -sovellutuksia silmälläpitäen.
(ii) Materiaaliominaisuuksien ja kideorientaation kontrollointi asettaa merkittäviä haasteita BAW -resonaattoreiden valmistukselle. Tämän vuoksi näiden ilmiöiden numeerinen simuloiminen ja niiden vaikutusten mahdollisimman luotettava arviointi resonaattorin ominaisuuksien kannalta on käytännössä erittäin tärkeää. Materiaalifysiikan laboratoriossa on kehitetty näitä simulointityökaluja. Tutkimme myös akustisten aaltorintamien etenemistä anisotrooppisissa kiteissä ja erikoisia ns. diffraktoitumattomia akustisia ja optisia aaltoja ja pulsseja isotrooppisessa väliaineessa ja kiteisissä materiaaleissa.
(iii) Korkean lämpötilan suprajohtavien materiaalien ja niihin perustuvien mikroaalto-laitteiden tutkimus aloitettiin vast'ikään. HTS -suprajohtavuuden kaupalliset sovellukset ovat kehitteillä, erityisesti passiivisten mikroaaltolaitteiden alalla. Suprajohtavia mikroaaltosuodattimia, antenneja ja systeemejä on kehitetty ja suprajohtavan elektroniikan on ennakoitu kehittyvän sangen nopeasti. Tutkimme mikroaaltojen ja suprajohteiden vuorovaikutusta ja valmistamme mikroaaltokomponentteja - erityisesti HTS -bolometreja ja HTS -suodattimia - suprajohtavalle YBCO ohutkalvomateriaalille.