中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
自1965年叉指換能器（IDT）和聲表面波（SAW）技術(shù)被發(fā)明以來(lái)，聲表面波諧振器被廣泛應用于2 GHz以下的中、低頻無(wú)線(xiàn)通信。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展進(jìn)入5G和6G，標準定義的新頻段均在3 GHz以上，帶寬均在500 MHz以上，這使得傳統的SAW技術(shù)在高頻、高品質(zhì)因數、高機電耦合系數等方面遇到了發(fā)展瓶頸。主要的限制在于傳統SAW技術(shù)使用單一的壓電系數來(lái)實(shí)現電能與機械能的相互轉換。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院教授左成杰研究團隊在世界上首次提出并實(shí)現了新型的耦合剪切模態(tài)聲表面波器件（簡(jiǎn)稱(chēng)X-SAW），利用兩個(gè)不同方向的剪切壓電系數相互耦合，在5 GHz高頻實(shí)現了高達34%的機電耦合系數以及高達650的品質(zhì)因數。2月23日，相關(guān)研究成果以Coupled Shear SAW Resonator with High Electromechanical Coupling Coefficient of 34% using X-cut LiNbO3-on-SiC Substrate為題，發(fā)表在《IEEE電子器件通信》（IEEE Electron Device Letters）上。審稿人評價(jià)這是一項“非凡的成果”。
該研究在X-cutLiNbO3-on-SiC襯底上設計并制備了高頻、高機電耦合系數、高品質(zhì)因數的耦合剪切模態(tài)聲表面波（X-SAW）諧振器。通過(guò)選擇合適的歐拉角以及設計鈮酸鋰薄膜厚度與叉指電極波長(cháng)的比值，使得水平和厚度方向的電場(chǎng)同時(shí)激勵兩個(gè)剪切壓電系數，并使它們共同作用到一個(gè)機械振動(dòng)模態(tài)中，從而使得機電耦合系數大幅提升。
該工作實(shí)現的一個(gè)X-SAW諧振器工作在5GHz，機電耦合系數高達34%，對應的諧振器優(yōu)值（FoM）達到221。與近10年報道中4 GHz以上的SAW諧振器比較，工作在5GHz和6GHz的兩個(gè)X-SAW諧振器FoM值均為世界最高。該研究發(fā)現了在同一個(gè)振動(dòng)模態(tài)中可以耦合兩個(gè)或多個(gè)不同剪切壓電系數的可能性，并通過(guò)理論分析制定了實(shí)現這種耦合剪切模態(tài)的設計準則，為聲學(xué)器件領(lǐng)域開(kāi)辟了全新的研究路徑，有望在大帶寬濾波器、寬帶可調振蕩器、高靈敏度傳感器等領(lǐng)域打開(kāi)新的自由度，并將對相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生影響。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金的資助。
耦合剪切模態(tài)聲表面波（X-SAW）諧振器設計、制備及性能測試：（a）X-SAW諧振器結構示意圖；（b）X-SAW諧振器SEM圖；（c-d）X-SAW諧振器測試曲線(xiàn)及其Q值。
近10年報道中4 GHz以上最具代表性的聲表面波諧振器FoM值
