Dans "l'internet des objets" d'aujourd'hui, " les appareils se connectent principalement sur de courtes portées à des vitesses élevées, un environnement dans lequel les dispositifs à ondes acoustiques de surface (SAW) sont prometteurs depuis des années, entraînant la réduction de la taille de votre smartphone. Pour obtenir des vitesses toujours plus rapides, cependant, Les appareils SAW doivent fonctionner à des fréquences plus élevées, ce qui limite la puissance de sortie et peut détériorer les performances globales. Un nouvel appareil SAW cherche à fournir une voie à suivre pour que ces appareils atteignent des fréquences encore plus élevées.

Une équipe de chercheurs en Chine a démontré un dispositif SAW qui peut atteindre des fréquences six fois plus élevées que la plupart des dispositifs actuels. Avec des transducteurs interdigités (IDT) intégrés sur une couche de nitrure d'aluminium et de diamant combinés, l'appareil de l'équipe a également pu augmenter considérablement la production. Leurs résultats sont publiés cette semaine dans Lettres de physique appliquée .

"Nous avons trouvé que la distribution du champ acoustique est assez différente pour les structures d'électrodes intégrées et conventionnelles, " dit Jinying Zhang, l'un des auteurs de l'article. « Sur la base de l'analyse de simulation numérique et des résultats des tests expérimentaux, nous avons constaté que les structures intégrées apportent deux avantages :une fréquence plus élevée et une puissance de sortie plus élevée."

Les dispositifs à ondes acoustiques de surface transmettent un signal à haute fréquence en convertissant l'énergie électrique en énergie acoustique. Cela se fait souvent avec des matériaux piézoélectriques, qui sont capables de changer de forme en présence d'une tension électrique. Les électrodes IDT sont généralement placées sur des matériaux piézoélectriques pour effectuer cette conversion.

L'augmentation de la fréquence opérationnelle des IDT et de la vitesse globale du signal s'est avérée difficile. La plupart des appareils SAW actuels atteignent une fréquence d'environ 3 gigahertz, Zhang a dit, mais en principe, il est possible de fabriquer des appareils 10 fois plus rapides. Des fréquences plus élevées, cependant, demander plus de puissance pour surmonter la perte de signal, et à son tour, certaines caractéristiques des IDT doivent être de plus en plus petites. Alors qu'un appareil à 30 GHz pourrait transmettre un signal plus rapidement, son rayon d'action devient limité.

"Le défi majeur reste la fabrication des IDT avec de si petites tailles de fonctionnalités, " a dit Zhang. " Bien que nous ayons fait beaucoup d'efforts, il y a encore de petits espaces entre les parois latérales des électrodes et les matériaux piézoélectriques."

Pour s'assurer que les transducteurs ont la bonne taille de caractéristique, L'équipe de Zhang avait besoin d'un matériau avec une vitesse acoustique élevée, comme le diamant. Ils ont ensuite couplé le diamant, un matériau qui change très peu de forme avec la tension électrique, au nitrure d'aluminium, un matériau piézoélectrique, et intégré l'IDT dans leur nouveau dispositif SAW.

Le dispositif résultant fonctionnait à une fréquence de 17,7 GHz et une puissance de sortie améliorée de 10 % par rapport aux dispositifs conventionnels utilisant des SAW.

"La partie qui nous a le plus surpris est que la distribution du champ acoustique est assez différente pour les structures d'électrodes intégrées et conventionnelles, " a dit Zhang. " Nous n'en avions aucune idée avant. "

Zhang a déclaré qu'elle espère que cette recherche conduira à des dispositifs SAW utilisés dans les circuits intégrés micro-ondes monolithiques (MMIC), à bas prix, des circuits intégrés à large bande passante qui sont utilisés dans diverses formes de communications à grande vitesse, comme les téléphones portables.