Получение пьезоэлектрических материалов для изделий функциональной электроники и исследование их электрофизических параметров

Исследование посвящено системному решению проблемы получения и измерения параметров функциональных слоев пьезоэлектрических пленок, пригодных для регистрации быстропеременного и статического давления с целью их использования в чувствительных элементах датчиков, что актуально для приборостроительной, нефтедобывающей, автомобильной, авиакосмической и др. отраслей. Решение данной проблемы основано на разработке, анализе и совершенствовании: моделей взаимосвязей параметров пьезоэлектрических материалов и внешних влияющих факторов; моделировании предельного количества циклов переключения поляризации пьезоэлектрического материала до наступления деградации его свойств, что позволяет оценить показатели надежности элементов функциональной электроники на основе исследуемых материалов; методов повышения воспроизводимости свойств и пьезоэлектрических характеристик, в том числе, посредством рентгеновского излучения, которое имеет преимущество перед традиционным термическим отжигом; методик получения функциональных слоев пьезоэлектрических пленок на основе оптимизации технологических режимов; разработка и совершенствование конструкций чувствительных элементов датчиков быстропеременного и статического давления, а также автоматизированных методов и средств измерений их электрофизических параметров.Ожидаемые результаты проекта и их научная новизна:1. Будет предложена систематизация конструкций датчиковой аппаратуры для регистрации быстропеременного и статического давления по ряду классификационных признаков, в том числе: по используемым материалам чувствительных элементов, методам, методикам и технологическим режимам их синтеза; метрологическим характеристикам (в том числе, диапазонам измерения, предельным погрешностям измерения).2. На основе методологии системного анализа, теории графов впервые будет разработана модель взаимосвязи факторов, влияющих на параметры пьезоэлектрического материала в виде ориентированного графа: вершины отображают электрические, механические, тепловые и иные параметры – воздействия на пьезоэлектрик и параметры – реакции материала, на конкретные воздействия; направленные дуги отображают свойства пьезоэлектрического материала в виду наличия прямых и обратных физических эффектов. Данная модель используется:- при разработке математической модели пьезоэлектрического материала в виде системы дифференциальных уравнений, которая в отличии от известных моделей, учитывает в комплексе влияние всевозможных факторов и физических эффектов на электрофизические параметры пьезоэлектрического материала и позволяет установить реакцию материла на конкретное воздействие;- при выводе формул для оценивания дополнительных погрешностей пьезоэлектрических преобразователей, обусловленных отклонением внешних условий их эксплуатации от заданных значений, что влияет на метрологические характеристики элементов функциональной электроники;- при разработке методик расчета предельного количества циклов переключения поляризации пьезоэлектрического материала, что позволяет оценить показатели надежности элементов функциональной электроники на основе исследуемых материалов.3. Будут предложены новые конструкции и методики (в том числе, оптимизированы технологические режимы) формирования чувствительного элемента датчика быстропеременного и статического давления и использованием структур на основе ЦТС.4. Будет разработана структура автоматизированной системы для измерений электрофизических параметров пьезоэлектрических материалов и элементов функциональной электроники на их основе, которая содержит аппаратную часть (каналы измерения напряженности электрического поля, относительной диэлектрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь, температуры, поляризованности и др.) Будет выполнен функциональный и метрологический анализ измерительных каналов разрабатываемой системы, что позволит выполнять измерения с гарантированной точностьюТаким образом, достигнутые результаты в совокупности будут представлять методологические основы (модели, методики, конструкции) синтеза пьезоэлектрических слоев, применяемых в изделиях функциональной электроники, в том числе, в датчиках быстропеременного и статического давления. Внедрение результатов проекта позволит расширить функциональные возможности систем с перспективой создания принципиально новых устройств, в том числе, для следующего поколения МЭМС.