中國科技大學在6G濾波器領域取得重要進展

隨著無線通信從5g向Beyond5g(B5g)和6g的發展,國際上仍有關于6gHz以上電磁波頻譜的使用的爭論。一些國家授權Wi-Fi6E使用6gHz全頻段,更多國家正在考慮將該頻段用于蜂窩無線通信(6g)。因此,由于不同系統和頻段之間信號的隔離需求,在6gHz工作的高質量因素(Q值)聲諧振器和高性能濾波器將成為下一階段無線通信發展的關鍵技術,也是我國6g技術發展必須獨立可控的基本射頻元件和芯片。
近日,中國科技大學微電子學院左成杰教授研究團隊設計并實現了高頻(6.5gHz)微機電系統(MEMS)諧振器,Q值超過1萬元。與文獻中現有的工作相比,Q值提高了兩個數量級。相關成果以Ultrahighqlithiumniobateraterat15-degreterensioneranglerangle為題,于5月16日在電子器件領域發表。
研究人員提出了一種基于三維歐拉角α在x-cut單晶楔形鋰壓電膜上設計和制備高頻MEMS諧振器的方法。通過設計諧振器的電極結構,激發了在6.5gHz工作的S1振動模式,當聲波傳播方向(α)位于15°時,諧振器并聯諧振頻率(fp)的質量因數(QP)高達131540,相應的諧振器。
圖1.新MEMS諧振器結構設計及性能測試:(a)三維歐拉角定義;(b)諧振器SEM照片;(c)15°諧振器導納曲線測試結果。
如圖2所示,與過去10年在類似頻段工作的其他諧振器相比,新的MEMS諧振器將Q值提高了兩個數量級,并首次突破了難以同步提高的諧振頻率和Q值乘積(f·Q)的諧振器優勢極限。更重要的是,相關工作成功地發現了利用三維歐拉角調節楔形鋰膜介電損耗和聲學損耗的新機制,為未來高頻無線通信、醫療超聲成像、智能信息處理、物聯網傳感器等應用領域的微納器件開辟了更多的可能性。
圖2.新型MEMS諧振器與近10年來其鉭酸鋰諧振器Q值的比較。
中國科技大學微電子學院左成杰教授是論文通信的作者,微電子學院博士生戴忠斌是論文的第一作者。本研究工作由國家重點研發計劃和中央大學基礎研究基金、中國科技大學微電子學院、中國科技大學微納研究制造中心、中國科技大學先進技術研究所和中國科學院無線光電通信重點實驗室支持。
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