En el "Internet de las cosas" de hoy, "los dispositivos se conectan principalmente a distancias cortas a altas velocidades, un entorno en el que los dispositivos de ondas acústicas de superficie (SAW) se han mostrado prometedores durante años, resultando en la reducción del tamaño de su teléfono inteligente. Para obtener velocidades cada vez más rápidas, sin embargo, 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 a seguir 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 pudo aumentar la producción de manera significativa. Sus resultados se publican esta semana en Letras de física aplicada .

"Hemos descubierto que la distribución del campo acústico es bastante diferente para las estructuras de electrodos embebidos y convencionales, "dijo Jinying Zhang, uno de los autores del artículo. "Según el análisis de simulación numérica y los resultados de las pruebas experimentales, descubrimos que las estructuras integradas aportan 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 se hace a menudo con materiales piezoeléctricos, que pueden cambiar de forma en presencia de un voltaje eléctrico. Los electrodos IDT se colocan típicamente sobre materiales piezoeléctricos para realizar esta conversión.

Incrementar la frecuencia operativa de los IDT, y la velocidad general de la señal, ha resultado difícil. La mayoría de los dispositivos SAW actuales alcanzan una frecuencia de aproximadamente 3 gigahercios, Zhang dijo:pero, en principio, es posible fabricar dispositivos 10 veces más rápidos. Frecuencias más altas, sin embargo, exigen más potencia para superar la pérdida de señal, y a la 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 funciones 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 tengan el tamaño de función adecuado, El equipo de Zhang necesitaba un material con una alta velocidad acústica, como el diamante. Luego juntaron diamantes, un material que cambia muy poco de forma con la tensión eléctrica, con nitruro de aluminio, un material piezoeléctrico, e incrustó el IDT dentro de su nuevo dispositivo SAW.

El dispositivo resultante operó 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 embebidos y convencionales, ", Dijo Zhang." No teníamos ni idea antes ".

Zhang dijo que espera que esta investigación conduzca a dispositivos SAW utilizados en circuitos integrados de microondas monolíticos (MMIC), bajo costo, circuitos integrados de gran ancho de banda que se utilizan en una variedad de formas de comunicaciones de alta velocidad, como teléfonos celulares.