En el "Internet de las cosas" de hoy en día, los dispositivos se conectan principalmente en distancias cortas a altas velocidades, un entorno en el que los dispositivos de onda acústica de superficie SAW han demostrado ser prometedores durante años, lo que resulta en un tamaño cada vez menor de su teléfono inteligente.Sin embargo, las velocidades de los dispositivos SAW deben funcionar a frecuencias más altas, lo que limita la potencia de salida y puede deteriorar el rendimiento general. Un nuevo dispositivo SAW busca proporcionar un camino hacia adelante para que estos dispositivos alcancen frecuencias aún más altas.
Un equipo de investigadores en China ha demostrado un dispositivo SAW que puede alcanzar frecuencias seis veces más altas que la mayoría de los dispositivos actuales. Con transductores interdigitales integrados IDT en una capa de nitruro de aluminio y diamante combinados, el dispositivo del equipo también fue capaz de aumentarsalida significativamente. Sus resultados se publican esta semana en letras de física aplicada , de AIP Publishing.
"Hemos encontrado que la distribución del campo acústico es bastante diferente para las estructuras de electrodo incrustadas y convencionales", dijo Jinying Zhang, uno de los autores del artículo. "Según el análisis de simulación numérica y los resultados de las pruebas experimentales, encontramos que las estructuras incrustadastraer dos beneficios: mayor frecuencia y mayor potencia de salida "
Los dispositivos de ondas acústicas de superficie transmiten una señal de alta frecuencia al convertir la energía eléctrica en energía acústica. Esto a menudo se hace con materiales piezoeléctricos, que pueden cambiar de forma en presencia de un voltaje eléctrico. Los electrodos IDT generalmente se colocan encima demateriales piezoeléctricos para realizar esta conversión.
El aumento de la frecuencia operativa de los IDT, y la velocidad general de la señal, ha resultado difícil. La mayoría de los dispositivos SAW actuales superan a una frecuencia de aproximadamente 3 gigahercios, dijo Zhang, pero en principio es posible hacer dispositivos que sean10 veces más rápido. Sin embargo, las frecuencias más altas exigen más potencia para superar la pérdida de señal y, a su vez, algunas características de los IDT deben ser cada vez más pequeñas. Si bien un dispositivo de 30 GHz podría transmitir una señal más rápidamente, su rango operativo se vuelve limitado.
"El mayor desafío sigue siendo la fabricación de IDT con tamaños de características tan pequeños", dijo Zhang. "Aunque hicimos muchos esfuerzos, todavía hay pequeños espacios entre las paredes laterales de los electrodos y los materiales piezoeléctricos".
Para asegurarse de que los transductores tuvieran el tamaño de característica adecuado, el equipo de Zhang necesitaba un material con una alta velocidad acústica, como el diamante. Luego, acoplaron el diamante, un material que cambia muy poco su forma con voltaje eléctrico, con nitruro de aluminio, unmaterial piezoeléctrico e incrustado el IDT dentro de su nuevo dispositivo SAW.
El dispositivo resultante funcionó a una frecuencia de 17,7 GHz y mejoró la potencia de salida en un 10 por ciento en comparación con los dispositivos convencionales que utilizan SAW.
"La parte que más nos sorprendió es que la distribución del campo acústico es bastante diferente para las estructuras de electrodos incrustadas y convencionales", dijo Zhang. "No teníamos ninguna idea al respecto antes"
Zhang dijo que espera que esta investigación conduzca a dispositivos SAW utilizados en circuitos integrados de microondas monolíticos MMIC, circuitos integrados de bajo costo y alto ancho de banda que se están utilizando en una variedad de formas de comunicaciones de alta velocidad, como teléfonos celulares.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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