Группа исследователей в Китае продемонстрировала устройство на ПАВ, которое может достигать частот в шесть раз выше, чем у большинства современных устройств. Благодаря встроенным встречно-штыревым преобразователям (IDT) на слое комбинированного нитрида алюминия и алмаза, устройство команды также смогло значительно повысить выходную мощность.
Их результаты опубликованы на этой неделе в журнале Applied Physics Letters от AIP Publishing.«Мы обнаружили, что распределение акустического поля для встроенных и обычных электродных структур сильно отличается», — сказал Цзиньин Чжан, один из авторов статьи. «Основываясь на анализе численного моделирования и результатах экспериментальных испытаний, мы обнаружили, что встроенные конструкции имеют два преимущества: более высокая частота и более высокая выходная мощность».Устройства на поверхностных акустических волнах передают высокочастотный сигнал, преобразуя электрическую энергию в акустическую.
Это часто делается с помощью пьезоэлектрических материалов, которые могут изменять форму под действием электрического напряжения. Электроды IDT обычно помещаются поверх пьезоэлектрических материалов для выполнения этого преобразования.Увеличение рабочей частоты IDT и общей скорости сигнала оказалось трудным.
По словам Чжана, большинство современных устройств на ПАВ работают на частоте около 3 гигагерц, но в принципе возможно создание устройств, которые будут работать в 10 раз быстрее. Однако более высокие частоты требуют большей мощности для преодоления потери сигнала, и, в свою очередь, некоторые функции IDT должны быть все более мелкими. Хотя устройство 30 ГГц может передавать сигнал быстрее, его рабочий диапазон становится ограниченным.«Основной проблемой по-прежнему остается изготовление IDT с такими небольшими размерами элементов», — сказал Чжан. «Несмотря на то, что мы приложили много усилий, между боковыми стенками электродов и пьезоэлектрическими материалами все еще есть небольшие зазоры».
Чтобы гарантировать, что преобразователи имеют правильный размер элемента, команде Чжана понадобился материал с высокой скоростью звука, такой как алмаз. Затем они соединили алмаз, материал, который очень мало меняет свою форму под действием электрического напряжения, с нитридом алюминия, пьезоэлектрическим материалом, и встроили IDT в свое новое устройство на ПАВ.Полученное устройство работало на частоте 17,7 ГГц и увеличило выходную мощность на 10 процентов по сравнению с обычными устройствами, использующими ПАВ.
«Что нас больше всего удивило, так это то, что распределение акустического поля сильно отличается для встроенных и обычных электродных структур», — сказал Чжан. «Раньше мы вообще не знали об этом».Чжан сказала, что она надеется, что это исследование приведет к появлению устройств на ПАВ, используемых в монолитных микроволновых интегральных схемах (MMIC), недорогих интегральных схемах с широким диапазоном частот, которые находят применение в различных формах высокоскоростной связи, таких как сотовые телефоны.