211service.com
Rezonátor pro nastavení záznamu
Po desetiletí sloužily quartz-krystalové oscilátory jako hodiny v nejrůznějších elektronických zařízeních. Umístění napětí na krystal způsobí, že rezonuje na předvídatelné frekvenci, což umožňuje, aby všechny části obvodu pracovaly synchronně. Ale tyto quartzové hodiny jsou poměrně objemné, jejich velikost je významnou překážkou pro zmenšování obvodů. Nedávno výzkumníci vyvinuli křemíkové verze, které nabízejí menší, méně výkonné, laditelné alternativy ke křemeni.
Malý časovač: Snímek vytvořený rastrovacím elektronovým mikroskopem ukazuje detaily křemíkového rezonátoru. Vložka ukazuje tenkou mezeru mezi oblastí polysilikonu a monokrystalu zařízení.
Nyní vědci z Cornell University vytvořili křemíkový mikrorezonátor, který vibruje rychlostí 4,51 gigahertzů, což je nejvyšší frekvence, jaká kdy byla u takového křemíkového zařízení zaznamenána. Jiní výzkumníci prokázali křemíkové mikrorezonátory, které vibrují až 1,5 gigahertzu, říkají výzkumníci Cornell.
Cornellův mikrorezonátor, který vyrobil Sunil Bhave , odborný asistent elektrotechniky a počítačového inženýrství na Cornell a postgraduální studentka Dana Weinsteinová, dosahují vysoké frekvence, aniž by byla ohrožena síla a čistota signálu – jak ostře je signál naladěn na konkrétní frekvenci. Obvykle, když se frekvence zvyšuje, Q faktor, který je měřítkem stability oscilátoru, klesá. Faktor Q je v podstatě měřítkem kvality: udává, jak dlouho může oscilátor udržovat vibrace na určité frekvenci. Vysoký faktor Q znamená, že oscilace utichají pomaleji. Čím vyšší číslo, tím lépe. Q faktor pro zařízení Cornell na 4,51 gigahertz se blíží 10 000, což je dobře srovnatelné s křemennými rezonátory. Hlavní myšlenkou návrhu rezonátoru je, že se ve skutečnosti předpokládá, že bude fungovat ještě lépe při vyšší frekvenci, říká Weinstein. Snažíme se posunout limit a dostat se na vyšší frekvenci pro různé aplikace.
Jaké přesně by tyto aplikace byly, ještě není známo, ale vysokofrekvenční rezonátory by mohly najít využití jako časoměřiče pro telekomunikace a mikroprocesory. Jednou z výhod křemíkových mikrorezonátorů je, že je lze integrovat přímo do mikročipů pomocí konvenčních výrobních technik, díky čemuž jsou levnější na výrobu a snáze se vyrábějí malé. Také více rezonátorů různých frekvencí by mohlo být umístěno na stejném čipu, říká Ville Kaajakari, odborný asistent elektrotechniky na Louisiana Tech University. Například v mobilním telefonu by vysokofrekvenční rezonátory mohly odfiltrovat rušení z jiných zdrojů rádiových signálů. Zařízení Cornell je 8,5 mikrometrů dlouhé a 40 mikrometrů široké, ve srovnání s šířkou asi milimetru u křemenného rezonátoru.
Nový design mikrorezonátoru umožňuje dosáhnout jeho vysoké frekvence, říká Weinstein. Jiné křemíkové rezonátory mají na koncích dielektrický materiál nebo izolátor, aby se zvýšila jejich schopnost přenášet energii do rezonátoru. Matematickou analýzou Weinstein zjistil, že umístěním dielektrického materiálu – v tomto případě tenkého filmu nitridu křemíku – do těla mikrorezonátoru je tento přenos efektivnější. Nyní pracuje na ještě větším zvýšení frekvence. Nyní je to výzva k výrobě, říká.