Akustisk enhed får piezoelektriske til at synge til en anden melodi

I dagens "tingenes internet, "Enheder forbinder primært over korte afstande ved høje hastigheder, et miljø, hvor overfladeakustiske bølgeenheder (SAW) har vist løfte i årevis, hvilket resulterer i en krympende størrelse på din smartphone. For at opnå stadig hurtigere hastigheder, imidlertid, SAW -enheder skal fungere ved højere frekvenser, hvilket begrænser udgangseffekten og kan forringe den samlede ydelse. En ny SAW -enhed ser ud til at give en vej frem for disse enheder til at nå endnu højere frekvenser.

Et team af forskere i Kina har demonstreret en SAW -enhed, der kan opnå frekvenser seks gange højere end de fleste nuværende enheder. Med indlejrede interdigitale transducere (IDT'er) på et lag kombineret aluminiumnitrid og diamant, holdets enhed var også i stand til at øge output betydeligt. Deres resultater offentliggøres i denne uge i Anvendt fysik bogstaver .

"Vi har fundet ud af, at den akustiske feltfordeling er ganske anderledes for de integrerede og konventionelle elektrodestrukturer, "sagde Jinying Zhang, en af ​​papirets forfattere. "Baseret på den numeriske simuleringsanalyse og eksperimentelle testresultater, vi fandt ud af, at de integrerede strukturer giver to fordele:højere frekvens og højere udgangseffekt. "

Overfladeakustiske bølgeenheder sender et højfrekvent signal ved at konvertere elektrisk energi til akustisk energi. Dette gøres ofte med piezoelektriske materialer, som er i stand til at ændre form i nærvær af en elektrisk spænding. IDT -elektroder placeres typisk oven på piezoelektriske materialer for at udføre denne konvertering.

Det har vist sig svært at opstramme driftsfrekvensen for IDT'er - og den samlede signalhastighed. De fleste aktuelle SAW -enheder topper med en frekvens på ca. 3 gigahertz, Zhang sagde, men i princippet er det muligt at lave enheder, der er 10 gange hurtigere. Højere frekvenser, imidlertid, kræve mere strøm til at overvinde signaltabet, og til gengæld, nogle funktioner i IDT'erne skal være stadig mindre. Mens en 30 GHz -enhed hurtigere kunne sende et signal, dets driftsområde bliver begrænset.

"Den største udfordring er stadig fremstilling af IDT'er med så små funktionsstørrelser, "Sagde Zhang." Selvom vi gjorde en stor indsats, der er stadig små huller mellem elektrodernes sidevægge og de piezoelektriske materialer. "

For at sikre, at transducerne havde den korrekte funktionsstørrelse, Zhangs team havde brug for et materiale med en høj akustisk hastighed, såsom diamant. De koblede derefter diamant, et materiale, der ændrer sin form meget lidt med elektrisk spænding, med aluminiumnitrid, et piezoelektrisk materiale, og integrerede IDT i deres nye SAW -enhed.

Den resulterende enhed opererede med en frekvens på 17,7 GHz og forbedrede ydelsen med 10 procent i forhold til konventionelle enheder, der brugte SAW’er.

"Den del, der overraskede os mest, er, at den akustiske feltfordeling er ganske anderledes for de indlejrede og konventionelle elektrodekonstruktioner, "Sagde Zhang." Vi havde slet ingen anelse om det før. "

Zhang sagde, at hun håber, at denne forskning vil føre til SAW -enheder, der bruges i monolitiske mikrobølgeintegrerede kredsløb (MMIC'er), lavpris, integrerede kredsløb med høj båndbredde, der ser anvendelse i en række forskellige former for højhastighedskommunikation, såsom mobiltelefoner.