中國(guó)科大在高頻聲表面波器件領(lǐng)域取得重要突破
自1965年叉指換能器（Interdigital Transducer, IDT）和聲表面波（Surface Acoustic Wave, SAW）技術(shù)被發(fā)明以來(lái)，聲表面波（SAW）諧振器就被廣泛應(yīng)用于2 GHz以下的中、低頻無(wú)線通信，并形成了每年超過(guò)百億美元的濾波器和傳感器產(chǎn)業(yè)。隨著無(wú)線通信發(fā)展進(jìn)入5G和6G，標(biāo)準(zhǔn)所定義的新頻段都在3 GHz以上，帶寬都在500 MHz以上，這就使得傳統(tǒng)的SAW技術(shù)在高頻（> 3 GHz）、高品質(zhì)因數(shù)（Q值）、高機(jī)電耦合系數(shù)（k2）等三個(gè)方面遇到了前所未有的發(fā)展瓶頸，其主要的限制在于：傳統(tǒng)SAW技術(shù)60年來(lái)一直使用單一的壓電系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。 jN*wbqL
為此，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院左成杰教授研究團(tuán)隊(duì)在世界上首次提出、并實(shí)現(xiàn)了一種新型的耦合剪切模態(tài)聲表面波器件（Coupled Shear SAW，簡(jiǎn)稱X-SAW），利用兩個(gè)不同方向的剪切壓電系數(shù)（e16與e34）相互耦合，在5 GHz高頻實(shí)現(xiàn)了高達(dá)34%的機(jī)電耦合系數(shù)（k2），以及高達(dá)650的品質(zhì)因數(shù)（Q值）。相關(guān)成果以“Coupled Shear SAW Resonator with High Electromechanical Coupling Coefficient of 34% using X-cut LiNbO3-on-SiC Substrate”為題于2月23日發(fā)表在電子器件領(lǐng)域知名期刊IEEE Electron Device Letters上，審稿人評(píng)價(jià)這是一項(xiàng)“非凡的（Remarkable）”成果。 D&ua A-;s
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圖1.耦合剪切模態(tài)聲表面波（X-SAW）諧振器設(shè)計(jì)、制備及性能測(cè)試：(a)X-SAW諧振器結(jié)構(gòu)示意圖；(b)X-SAW諧振器SEM圖；(c-d)X-SAW諧振器測(cè)試曲線及其Q值 *c/V('D/
研究人員在X-cutLiNbO3-on-SiC襯底上設(shè)計(jì)并制備了一種高頻、高機(jī)電耦合系數(shù)（k2）、高品質(zhì)因數(shù)（Q值）的耦合剪切模態(tài)聲表面波（X-SAW）諧振器。通過(guò)選擇合適的歐拉角（α）和設(shè)計(jì)鈮酸鋰薄膜厚度（hLN）與叉指電極波長(zhǎng)（λ）的比值，使得水平和厚度方向的電場(chǎng)同時(shí)激勵(lì)兩個(gè)剪切壓電系數(shù)（e16與e34），并使它們共同作用到一個(gè)機(jī)械振動(dòng)模態(tài)中，從而獲得了機(jī)電耦合系數(shù)前所未有的大幅提升。 =p=/@
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