science >> Wetenschap >  >> Fysica

Akoestisch apparaat laat piëzo-elektrische apparaten op een ander deuntje zingen

In het hedendaagse "internet of things, " apparaten verbinden voornamelijk over korte afstanden met hoge snelheden, een omgeving waarin oppervlakte akoestische golf (SAW) apparaten al jaren veelbelovend zijn, wat resulteert in de krimpende grootte van uw smartphone. Om steeds hogere snelheden te verkrijgen, echter, SAW-apparaten moeten op hogere frequenties werken, wat het uitgangsvermogen beperkt en de algehele prestaties kan verslechteren. Een nieuw SAW-apparaat lijkt een weg voorwaarts te bieden voor deze apparaten om nog hogere frequenties te bereiken.

Een team van onderzoekers in China heeft een SAW-apparaat gedemonstreerd dat frequenties kan bereiken die zes keer hoger zijn dan de meeste huidige apparaten. Met ingebedde interdigitale transducers (IDT's) op een laag gecombineerd aluminiumnitride en diamant, het apparaat van het team was ook in staat om de output aanzienlijk te verhogen. Hun resultaten worden deze week gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven .

"We hebben ontdekt dat de verdeling van het akoestische veld heel anders is voor de ingebedde en conventionele elektrodestructuren, " zei Jinying Zhang, een van de auteurs van de krant. "Op basis van de numerieke simulatie-analyse en experimentele testresultaten, we ontdekten dat de ingebedde structuren twee voordelen bieden:hogere frequentie en hoger uitgangsvermogen."

Akoestische oppervlaktegolfapparaten zenden een hoogfrequent signaal uit door elektrische energie om te zetten in akoestische energie. Dit wordt vaak gedaan met piëzo-elektrische materialen, die in staat zijn van vorm te veranderen in aanwezigheid van een elektrische spanning. IDT-elektroden worden meestal bovenop piëzo-elektrische materialen geplaatst om deze conversie uit te voeren.

Het opvoeren van de operationele frequentie van IDT's - en de algehele signaalsnelheid - is moeilijk gebleken. De meeste huidige SAW-apparaten komen uit op een frequentie van ongeveer 3 gigahertz, Zhang zei, maar in principe is het mogelijk om apparaten te maken die 10 keer sneller zijn. Hogere frequenties, echter, meer vermogen vragen om het signaalverlies te overwinnen, en op zijn beurt, sommige kenmerken van de IDT's moeten steeds kleiner worden. Terwijl een 30 GHz-apparaat een signaal sneller zou kunnen verzenden, het operationele bereik wordt beperkt.

"De grootste uitdaging is nog steeds de fabricage van de IDT's met zulke kleine functiegroottes, " zei Zhang. "Hoewel we veel moeite hebben gedaan, er zijn nog steeds kleine openingen tussen de zijwanden van de elektroden en de piëzo-elektrische materialen."

Om ervoor te zorgen dat de transducers de juiste maat hebben, Het team van Zhang had een materiaal nodig met een hoge akoestische snelheid, zoals diamant. Ze koppelden toen diamant, een materiaal dat weinig van vorm verandert door elektrische spanning, met aluminiumnitride, een piëzo-elektrisch materiaal, en ingebed de IDT in hun nieuwe SAW-apparaat.

Het resulterende apparaat werkte op een frequentie van 17,7 GHz en verbeterde het uitgangsvermogen met 10 procent in vergelijking met conventionele apparaten die SAW's gebruiken.

"Het deel dat ons het meest verraste, is dat de verdeling van het akoestische veld heel anders is voor de ingebedde en conventionele elektrodestructuren, "Zei Zhang. "We hadden er eerder geen idee van."

Zhang zei dat ze hoopt dat dit onderzoek zal leiden tot SAW-apparaten die worden gebruikt in monolithische microgolf-geïntegreerde schakelingen (MMIC's), goedkoop, geïntegreerde schakelingen met hoge bandbreedte die worden gebruikt in verschillende vormen van snelle communicatie, zoals mobiele telefoons.