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Ingeniería
Récord de Frecuencia en un Microrresonador
30 de
Abril de 2008.
 Muchos
investigadores sobre sistemas microelectromecánicos (MEMS, por sus
siglas en inglés) se han centrado en los resonadores, diminutos
dispositivos que vibran en radiofrecuencias, para reemplazar a los
cristales de cuarzo y a otros osciladores, y que pueden integrarse de
manera barata y directa en un chip de silicio. Ahora, unos científicos
de la Universidad de Cornell están incrementando los límites superiores
de frecuencia de los microrresonadores, con un dispositivo que genera
señales de 4,5 gigahercios.
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Ésta es la frecuencia más alta lograda hasta el momento en silicio, con
un factor de calidad cercano a 10.000.
El factor de calidad, que es, entre otras cosas, una medida de la
cantidad de energía almacenada en un oscilador, normalmente disminuye al
aumentar la frecuencia.
El nuevo dispositivo consiste en una barra de silicio puesta a vibrar
por un proceso que se denomina "transducción dieléctrica". Un voltaje
alterno se aplica a un electrodo separado de la barra por un aislador.
Las fuerzas de atracción entre las cargas eléctricas del electrodo y la
barra crean vibraciones mecánicas que viajan a lo largo de la barra, de
un extremo al otro de ésta, como las ondas de sonido en una flauta o en
uno de los tubos de un órgano.
Previamente, los investigadores habían utilizado un espacio de aire como
dieléctrico. Sustituyendo este dieléctrico por un sólido se hace más
fácil obtener las oscilaciones a frecuencias más altas, pero el
dieléctrico sólido amortigua las vibraciones y reduce la eficiencia de
transmisión de energía del oscilador.
Dana Weinstein encontró por análisis matemático que la eficiencia podría
ser incrementada moviendo las capas del dieléctrico desde los extremos
de la barra hacia el medio. Las posiciones ideales están a las dos
terceras partes de distancia desde el centro de la barra hacia el
extremo. Esas ubicaciones son los puntos de máxima tensión cuando hay
vibración.
El dispositivo resultante es una barra de silicio de 8,5 micras de
largo, 40 de ancho y 2,5 de grosor, dividida por dos capas del
dieléctrico de nitruro de silicio de sólo 15 nanómetros de espesor.
Según los investigadores, el método podría producir resonadores con
frecuencias que superen los 10 gigahercios.
Información adicional en:
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