廣告記者2月26日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校微電子學(xué)院左成杰教授研究團隊在世界上首次提出、并實現(xiàn)了一種新型的耦合剪切模態(tài)聲表面波器件（簡稱X-SAW），利用兩個不同方向的剪切壓電系數(shù)相互耦合，在5GHz高頻實現(xiàn)了高達34%的機電耦合系數(shù)，以及高達650的品質(zhì)因數(shù)（Q值）。相關(guān)成果2月23日發(fā)表在電子器件領(lǐng)域期刊《IEEE電子器件通信》上，審稿人評價這是一項“非凡”的成果。
自1965年叉指換能器和聲表面波（SAW）技術(shù)被發(fā)明以來，SAW諧振器就被廣泛應(yīng)用于2GHz以下的中、低頻無線通信，并形成了每年超過百億美元的濾波器和傳感器產(chǎn)業(yè)。隨著無線通信發(fā)展進入5G和6G，標(biāo)準(zhǔn)所定義的新頻段都在3GHz以上，帶寬都在500MHz以上，這就使得傳統(tǒng)的SAW技術(shù)在高頻（大于3GHz）、高Q值、高機電耦合系數(shù)等三個方面遇到了前所未有的發(fā)展瓶頸，其主要的限制在于：六十年來，傳統(tǒng)SAW技術(shù)一直使用單一的壓電系數(shù)來實現(xiàn)電能與機械能的相互轉(zhuǎn)換。
研究人員在一種特定襯底上設(shè)計并制備了一種高頻、高機電耦合系數(shù)、高Q值的耦合剪切模態(tài)聲表面波（X-SAW）諧振器。通過選擇合適的歐拉角和設(shè)計鈮酸鋰薄膜厚度與叉指電極波長的比值，使得水平和厚度方向的電場同時激勵兩個剪切壓電系數(shù)，并使它們共同作用到一個機械振動模態(tài)中，從而獲得了機電耦合系數(shù)前所未有的大幅提升。
該項研究中實現(xiàn)的一個X-SAW諧振器工作在5GHz，機電耦合系數(shù)高達34%，對應(yīng)的諧振器優(yōu)值達到221。與近10年報道中4GHz以上的SAW諧振器比較，工作在5GHz和6GHz的兩個X-SAW諧振器FoM值均為世界最高。更重要的是，本研究成功發(fā)現(xiàn)了在同一個振動模態(tài)中可以耦合兩個或多個不同剪切壓電系數(shù)的可能性，并通過理論分析制定了實現(xiàn)這種耦合剪切模態(tài)的設(shè)計準(zhǔn)則，為聲學(xué)器件領(lǐng)域開辟了一條全新的研究路徑。
研究人員表示，這項成果將在大帶寬濾波器、寬帶可調(diào)振蕩器、高靈敏度傳感器等諸多領(lǐng)域打開新的自由度，并對相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來深遠的影響。
（中國科大供圖）
記者2月26日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校微電子學(xué)院左成杰教授研究團隊在世界上首次提出、并實現(xiàn)了一種新型的耦合剪切模態(tài)聲表面波器件（簡稱X-SAW），利用兩個不同方向的剪切壓電系數(shù)相互耦合，在5GHz高頻實現(xiàn)了高達34%的機電耦合系數(shù)，以及高達650的品質(zhì)因數(shù)（Q值）。相關(guān)成果2月23日發(fā)表在電子器件領(lǐng)域期刊《IEEE電子器件通信》上，審稿人評價這是一項“非凡”的成果。
自1965年叉指換能器和聲表面波（SAW）技術(shù)被發(fā)明以來，SAW諧振器就被廣泛應(yīng)用于2GHz以下的中、低頻無線通信，并形成了每年超過百億美元的濾波器和傳感器產(chǎn)業(yè)。隨著無線通信發(fā)展進入5G和6G，標(biāo)準(zhǔn)所定義的新頻段都在3GHz以上，帶寬都在500MHz以上，這就使得傳統(tǒng)的SAW技術(shù)在高頻（大于3GHz）、高Q值、高機電耦合系數(shù)等三個方面遇到了前所未有的發(fā)展瓶頸，其主要的限制在于：六十年來，傳統(tǒng)SAW技術(shù)一直使用單一的壓電系數(shù)來實現(xiàn)電能與機械能的相互轉(zhuǎn)換。
研究人員在一種特定襯底上設(shè)計并制備了一種高頻、高機電耦合系數(shù)、高Q值的耦合剪切模態(tài)聲表面波（X-SAW）諧振器。通過選擇合適的歐拉角和設(shè)計鈮酸鋰薄膜厚度與叉指電極波長的比值，使得水平和厚度方向的電場同時激勵兩個剪切壓電系數(shù)，并使它們共同作用到一個機械振動模態(tài)中，從而獲得了機電耦合系數(shù)前所未有的大幅提升。
該項研究中實現(xiàn)的一個X-SAW諧振器工作在5GHz，機電耦合系數(shù)高達34%，對應(yīng)的諧振器優(yōu)值達到221。與近10年報道中4GHz以上的SAW諧振器比較，工作在5GHz和6GHz的兩個X-SAW諧振器FoM值均為世界最高。更重要的是，本研究成功發(fā)現(xiàn)了在同一個振動模態(tài)中可以耦合兩個或多個不同剪切壓電系數(shù)的可能性，并通過理論分析制定了實現(xiàn)這種耦合剪切模態(tài)的設(shè)計準(zhǔn)則，為聲學(xué)器件領(lǐng)域開辟了一條全新的研究路徑。
研究人員表示，這項成果將在大帶寬濾波器、寬帶可調(diào)振蕩器、高靈敏度傳感器等諸多領(lǐng)域打開新的自由度，并對相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來深遠的影響。
（中國科大供圖）
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