วัสดุหลักการสื่อสารยุคใหม่: ลิเธียมแทนทาเลต

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง ปัญญาประดิษฐ์ และเทคโนโลยีบิ๊กดาต้า ลิเธียมแทนทาเลต (LiTaO3) จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล การสื่อสาร 5G ระบบนำทาง เครื่องตรวจจับอินฟราเรด และสาขาอื่นๆ เนื่องจากมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น พีโซอิเล็กทริก อะคูสติกออปติก และอิเล็กโทรออปติก ฟิล์มผลึกเดี่ยวของลิเธียมแทนทาเลตถือเป็นวัสดุใหม่ที่จำเป็นอย่างเร่งด่วนสำหรับการพัฒนาอุปกรณ์ใหม่ในยุคหลังมัวร์

ลิเธียมแทนทาเลตเป็นวัสดุผลึกอเนกประสงค์ที่มีประสิทธิภาพยอดเยี่ยม มีโครงสร้างอิลเมไนต์และไม่มีสีหรือสีเหลืองอ่อน วัตถุดิบผลึกมีมากมาย ประสิทธิภาพมีเสถียรภาพ และประมวลผลได้ง่าย สามารถผลิตผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่คุณภาพสูงได้ ผลึกลิเธียมแทนทาเลตขัดเงาสามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตอุปกรณ์สื่อสารอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ตัวสะท้อน ตัวกรองพื้นผิว และตัวแปลงสัญญาณ เป็นวัสดุฟังก์ชันที่ขาดไม่ได้ในสาขาการสื่อสารระดับไฮเอนด์มากมาย เช่น โทรศัพท์มือถือ การสื่อสารผ่านดาวเทียม และการบินและอวกาศ

การใช้งานหลัก

ตัวกรองคลื่นอะคูสติกพื้นผิว (SAW)
ตัวกรองคลื่นอะคูสติกพื้นผิวเป็นอุปกรณ์กรองพิเศษที่ผลิตขึ้นโดยใช้เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกของวัสดุออสซิลเลเตอร์คริสตัลเพียโซอิเล็กทริกและลักษณะทางกายภาพของการแพร่กระจายคลื่นอะคูสติกพื้นผิว มีข้อดีคือการสูญเสียการส่งสัญญาณต่ำ ความน่าเชื่อถือสูง ความยืดหยุ่นในการผลิตสูง ความเข้ากันได้แบบอนาล็อก/ดิจิทัล และลักษณะการเลือกความถี่ที่ยอดเยี่ยม ส่วนประกอบหลัก ได้แก่ เส้นส่ง คริสตัลเพียโซอิเล็กทริกและตัวลดทอน เมื่อสัญญาณไปถึงพื้นผิวของคริสตัลเพียโซอิเล็กทริกผ่านเส้นส่ง คลื่นอะคูสติกพื้นผิวจะถูกสร้างขึ้น ความเร็วของคลื่นอะคูสติกพื้นผิวที่มีความถี่ต่างกันจะแตกต่างกันในระหว่างการแพร่กระจาย ด้วยการออกแบบรูปทรงเรขาคณิตและพารามิเตอร์การส่งสัญญาณของคริสตัลเพียโซอิเล็กทริกและตัวแปลงสัญญาณอินเตอร์ดิจิทัลอย่างเหมาะสม รวมถึงการมีอยู่ของตัวสะท้อนแสง จึงสามารถบรรลุเอฟเฟกต์การกรองความถี่ต่างๆ ได้

ออสซิลเลเตอร์คริสตัล
ออสซิลเลเตอร์คริสตัลเป็นอุปกรณ์แปลงพลังงานที่แปลงกระแสตรงเป็นกระแสสลับด้วยความถี่ที่กำหนด เครื่องตรวจจับไพโรอิเล็กทริกใช้เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกของผลึกเพียโซอิเล็กทริกเป็นหลักเพื่อสร้างการสั่นทางไฟฟ้าที่เสถียร เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับขั้วทั้งสองของชิป ผลึกจะบิดเบี้ยว จึงสร้างแรงดันไฟฟ้าบนแผ่นโลหะ ออสซิลเลเตอร์คริสตัลใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานีวิทยุสื่อสาร GPS การสื่อสารผ่านดาวเทียม อุปกรณ์เคลื่อนที่ควบคุมระยะไกล เครื่องส่งสัญญาณโทรศัพท์มือถือ และเครื่องนับความถี่สูง เนื่องจากมีสัญญาณ AC ความถี่ที่เสถียรสูง มักใช้คริสตัลที่สามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าและพลังงานกลเพื่อให้เกิดการสั่นความถี่เดียวที่เสถียรและแม่นยำ ปัจจุบัน วัสดุผลึกที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ควอตซ์และชิปลิเธียมแทนทาเลต

เครื่องตรวจจับไพโรอิเล็กทริก
เครื่องตรวจจับไพโรอิเล็กทริกเป็นเซ็นเซอร์ที่ใช้เอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริกเพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือรังสีอินฟราเรด สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงพลังงานของเป้าหมายในรูปแบบที่ไม่สัมผัส จึงสร้างสัญญาณไฟฟ้าที่วัดได้ ส่วนประกอบหลักคือชิปไพโรอิเล็กทริก ซึ่งเป็นวัสดุผลึกเดี่ยวที่มีคุณสมบัติพิเศษ โดยปกติประกอบด้วยหน่วยที่มีประจุตรงข้าม มีแกนผลึกและโพลาไรเซชันโดยธรรมชาติ วัสดุไพโรอิเล็กทริกต้องเตรียมให้บางมาก และชุบอิเล็กโทรดบนพื้นผิวที่ตั้งฉากกับแกนคริสตัล อิเล็กโทรดบนพื้นผิวด้านบนต้องชุบด้วยชั้นดูดซับก่อนจึงจะสามารถใช้งานได้ เมื่อรังสีอินฟราเรดไปถึงชั้นดูดซับ ชิปไพโรอิเล็กทริกจะถูกทำให้ร้อนและอิเล็กโทรดบนพื้นผิวจะถูกสร้างขึ้น หากรังสีถูกขัดจังหวะ ประจุโพลาไรเซชันย้อนกลับจะถูกสร้างขึ้น

ลิเธียมแทนทาเลตมีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในการสื่อสาร 5G ชิปโฟโตนิกส์ ข้อมูลควอนตัม และสาขาอื่นๆ เนื่องจากมีค่าสัมประสิทธิ์ไพโรอิเล็กทริกสูง อุณหภูมิคูรีสูง ปัจจัยการสูญเสียไดอิเล็กทริกต่ำ จุดหลอมเหลวทางความร้อนต่ำต่อหน่วยปริมาตร ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสัมพันธ์ต่ำ และประสิทธิภาพที่เสถียร