近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（以下簡稱“中國科大”）網(wǎng)站對外發(fā)布，中國科大在 6G 濾波器領(lǐng)域取得重要進展。該研究成果由微電子學(xué)院左成杰教授研究團隊在鈮酸鋰（LiNbO3）壓電薄膜上設(shè)計并實現(xiàn)了 Q 值超過 100000 的高頻（6.5 GHz）微機電系統(tǒng)（MEMS）諧振器，與文獻中現(xiàn)有的工作相比，把 Q 值提升了 2 個數(shù)量級。
其中，左成杰教授為論文通訊作者，微電子學(xué)院博士生戴忠斌為論文第一作者。此項研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃和中央高校基本科研基金的資助，也得到了中國科大微電子學(xué)院、中國科大微納研究與制造中心、中國科大先進技術(shù)研究院和中國科學(xué)院無線光電通信重點實驗室的支持。
據(jù)悉，相關(guān)成果以“Ultra HighQLithium Niobate Resonator at 15-Degree Three-Dimensional Euler Angle”為題于 5 月 16 日在線發(fā)表在電子器件領(lǐng)域知名期刊 IEEE Electron Device Letters 上。
研究人員提出了一種基于三維歐拉角 α 在 x-cut 單晶鈮酸鋰壓電薄膜上設(shè)計并制備高頻 MEMS 諧振器的方法。通過設(shè)計諧振器的電極結(jié)構(gòu)，工作于 6.5 GHz 的 S1 振動模態(tài)被激發(fā)，并且當(dāng)聲波傳播方向（α）位于 15° 時，諧振器并聯(lián)諧振頻率（fp）處的品質(zhì)因數(shù)（Qp）高達 131540，對應(yīng)的諧振器優(yōu)值 k2?Qp 和 fp?Qp 分別達到 6300 和 8.6×1014Hz（圖 1）。
▲ 圖 1.新型 MEMS 諧振器結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能測試：(a) 三維歐拉角的定義；(b) 制備的諧振器 SEM 照片；(c) 15° 諧振器導(dǎo)納曲線測試結(jié)果
如圖 2 所示，與近 10 年其它的工作在類似頻段的諧振器比較，該新型 MEMS 諧振器把 Q 值提升了 2 個數(shù)量級，并且首次突破了諧振頻率與 Q 值乘積（f?Q）這一難以同步提升的諧振器優(yōu)值極限。更重要的是，相關(guān)工作成功發(fā)現(xiàn)了利用三維歐拉角可以對鈮酸鋰薄膜介電損耗和聲學(xué)損耗進行調(diào)控的新機理，為未來微納器件在高頻無線通信、醫(yī)學(xué)超聲成像、智能信息處理和物聯(lián)網(wǎng)傳感器等應(yīng)用領(lǐng)域打開了更多的可能性。
▲ 圖 2.新型 MEMS 諧振器與近 10 年其它鈮酸鋰諧振器 Q 值的比較
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