211service.com
Rezonator ustanawiający rekord
Od dziesięcioleci oscylatory kwarcowe służyły jako zegary we wszelkiego rodzaju gadżetach elektronicznych. Umieszczenie napięcia na krysztale powoduje, że wpada on w rezonans z przewidywalną częstotliwością, umożliwiając synchroniczną pracę wszystkich części obwodu. Ale te zegary kwarcowe są stosunkowo nieporęczne, a ich rozmiar stanowi istotną barierę dla kurczenia się obwodów. Niedawno badacze opracowali wersje krzemowe, które oferują mniejsze, niższej mocy, przestrajalne alternatywy dla kwarcu.
Mały minutnik: Obraz wykonany przez skaningowy mikroskop elektronowy pokazuje szczegóły rezonatora krzemowego. Wstawka pokazuje cienką szczelinę między regionami polikrzemu i monokryształu urządzenia.
Teraz naukowcy z Cornell University stworzyli mikrorezonator krzemowy, który wibruje z częstotliwością 4,51 gigaherca, najwyższą częstotliwością, jaką kiedykolwiek zarejestrowano w takim krzemowym urządzeniu. Inni badacze zademonstrowali mikrorezonatory krzemowe, które wibrują do 1,5 gigaherca, twierdzą naukowcy z Cornell.
Mikrorezonator Cornell, który został wyprodukowany przez: Sunil Bhave , adiunkt inżynierii elektrycznej i komputerowej w Cornell i doktorantka Dana Weinstein, osiąga wysokie częstotliwości bez uszczerbku dla siły i czystości sygnału – jak ostro dostrojony jest sygnał do określonej częstotliwości. Zwykle wraz ze wzrostem częstotliwości współczynnik Q, który jest miarą stabilności oscylatora, spada. Zasadniczo współczynnik Q jest miarą jakości: wskazuje, jak długo oscylator może utrzymywać wibracje o określonej częstotliwości. Wysoki współczynnik Q oznacza, że oscylacje wygasają wolniej. Im wyższa liczba, tym lepiej. Współczynnik Q dla urządzenia Cornella przy 4,51 gigahercach jest bliski 10 000, co dobrze wypada w porównaniu z rezonatorami kwarcowymi. Główną ideą projektu rezonatora jest to, że w rzeczywistości ma on działać jeszcze lepiej przy wyższych częstotliwościach, mówi Weinstein. Staramy się przesuwać granice i uzyskać wyższą częstotliwość dla różnych zastosowań.
Dokładne, jakie byłyby te zastosowania, nie jest jeszcze znane, ale rezonatory o wysokiej częstotliwości mogą znaleźć zastosowanie jako chronometrażyści w telekomunikacji i mikroprocesorach. Jedną z zalet mikrorezonatorów krzemowych jest to, że można je zintegrować bezpośrednio z mikrochipami przy użyciu konwencjonalnych technik produkcyjnych, co czyni je tańszymi w produkcji i łatwiejszymi w produkcji. Ponadto na tym samym chipie można umieścić wiele rezonatorów o różnych częstotliwościach, mówi Ville Kaajakari, adiunkt na wydziale elektrotechniki na Louisiana Tech University. Na przykład w telefonie komórkowym rezonatory o wysokiej częstotliwości mogą odfiltrować zakłócenia pochodzące z innych źródeł sygnałów radiowych. Urządzenie Cornella ma 8,5 mikrometra długości i 40 mikrometrów szerokości, w porównaniu z szerokością około milimetra w przypadku rezonatora kwarcowego.
Nowatorska konstrukcja mikrorezonatora pozwala mu osiągnąć wysoką częstotliwość, mówi Weinstein. Inne rezonatory krzemowe mają na końcach materiał dielektryczny lub izolator, który zwiększa ich zdolność do przenoszenia energii do rezonatora. Na podstawie analizy matematycznej Weinstein odkrył, że umieszczenie materiału dielektrycznego – w tym przypadku cienkiej warstwy azotku krzemu – w korpusie mikrorezonatora, zwiększa wydajność transmisji. Obecnie pracuje nad zwiększeniem częstotliwości jeszcze bardziej. Teraz jest to wyzwanie produkcyjne, mówi.