I dagens "sakernas internet, "enheter ansluts främst över korta avstånd vid höga hastigheter, en miljö där yt akustiska våg (SAW) enheter har visat lovande i åratal, vilket resulterar i att din smartphone krymper. För att få allt snabbare hastigheter, dock, SAW -enheter måste fungera vid högre frekvenser, vilket begränsar uteffekten och kan försämra den totala prestandan. En ny SAW -enhet ser ut att ge en väg framåt för dessa enheter för att nå ännu högre frekvenser.
Ett team av forskare i Kina har visat en SAW -enhet som kan uppnå frekvenser sex gånger högre än de flesta nuvarande enheter. Med inbäddade interdigitalomvandlare (IDT) på ett lager av kombinerad aluminiumnitrid och diamant, lagets enhet kunde också öka produktionen avsevärt. Deras resultat publiceras denna vecka i Tillämpad fysikbokstäver .
"Vi har funnit att den akustiska fältfördelningen är ganska annorlunda för de inbäddade och konventionella elektrodstrukturerna, "sa Jinying Zhang, en av tidningens författare. "Baserat på den numeriska simuleringsanalysen och experimentella testresultat, vi fann att de inbäddade strukturerna har två fördelar:högre frekvens och högre uteffekt. "
Yta akustiska våganordningar sänder en högfrekvent signal genom att omvandla elektrisk energi till akustisk energi. Detta görs ofta med piezoelektriska material, som kan ändra form i närvaro av en elektrisk spänning. IDT -elektroder placeras vanligtvis ovanpå piezoelektriska material för att utföra denna omvandling.
Att öka driftsfrekvensen för IDT - och den totala signalhastigheten - har visat sig vara svårt. De flesta aktuella SAW -enheter toppar med en frekvens av cirka 3 gigahertz, Zhang sa, men i princip är det möjligt att göra enheter som är 10 gånger snabbare. Högre frekvenser, dock, kräver mer kraft för att övervinna signalförlusten, och i sin tur, vissa funktioner i IDT:erna måste bli alltmer små. Medan en 30 GHz -enhet kunde sända en signal snabbare, dess verksamhetsområde blir begränsat.
"Den stora utmaningen är fortfarande tillverkningen av IDT:erna med så små funktioner, "Zhang sa." Även om vi gjorde en hel del ansträngningar, det finns fortfarande små luckor mellan elektrodernas sidoväggar och de piezoelektriska materialen. "
För att säkerställa att givarna hade rätt funktionsstorlek, Zhangs team behövde ett material med hög akustisk hastighet, som diamant. De kopplade sedan diamant, ett material som förändrar sin form mycket lite med elektrisk spänning, med aluminiumnitrid, ett piezoelektriskt material, och inbäddade IDT i deras nya SAW -enhet.
Den resulterande enheten fungerade med en frekvens på 17,7 GHz och förbättrad effekt med 10 procent jämfört med konventionella enheter som använder SAW.
"Den del som förvånade oss mest är att den akustiska fältfördelningen är ganska annorlunda för de inbäddade och konventionella elektrodstrukturerna, "Sade Zhang." Vi hade ingen aning alls om det tidigare. "
Zhang sa att hon hoppas att denna forskning kommer att leda till SAW -enheter som används i monolitiska mikrovågsintegrerade kretsar (MMIC), låg kostnad, integrerade kretsar med hög bandbredd som används i en mängd olika former av höghastighetskommunikation, som mobiltelefoner.
