近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)左成杰教授團(tuán)隊在6G濾波器領(lǐng)域取得重要進(jìn)展：在鈮酸鋰壓電薄膜上設(shè)計，并實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)因數(shù)（Q值）超過100000的高頻微機(jī)電系統(tǒng)諧振器。
相關(guān)成果在線發(fā)表于電子器件領(lǐng)域期刊IEEE Electron Device Letters
隨著無線通信從5G向Beyond 5G(B5G)和6G發(fā)展，對于6GHz（吉赫）以上電磁波頻譜的使用在國際上還存在爭論，有些國家已經(jīng)將6GHz全頻段授權(quán)用于Wi-Fi 6E，而更多的國家在考慮把此頻段部分用于蜂窩無線通信(6G)。
因此，源于對不同制式和頻段間信號的隔離需求，工作于6GHz的高品質(zhì)因數(shù)(Q值)聲波諧振器以及高性能濾波器將成為下一階段無線通信發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，也是我國6G技術(shù)發(fā)展必須要自主可控的基礎(chǔ)射頻元器件與芯片。
此次，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(tuán)隊在鈮酸鋰(LiNbO3)壓電薄膜上設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了Q值超過100000的高頻(6.5GHz)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)諧振器，與文獻(xiàn)中現(xiàn)有工作相比，把Q值提升了2個數(shù)量級。相關(guān)成果在線發(fā)表于電子器件領(lǐng)域期刊IEEE Electron Device Letters。
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，圖片來自中科大
前述團(tuán)隊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6.5GHz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(dá)131540，對應(yīng)的諧振器優(yōu)值(k^2)·Qp和fp·Qp分別達(dá)到6300和8.6×(10^14)Hz（赫茲）。
新型MEMS諧振器與近10年其它鈮酸鋰諧振器Q值的比較，圖片來自中科大
與近10年其它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（如圖所示），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。相關(guān)工作還發(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(jìn)行調(diào)控的新機(jī)理，可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)域開拓更多可能性。
論文通訊作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院左成杰教授，論文第一作者為微電子學(xué)院博士生戴忠斌。前述工作獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和中央高�；究蒲谢鹳Y助，也得到中國科大微電子學(xué)院、中國科大微納研究與制造中心、中國科大先進(jìn)技術(shù)研究院和中國科學(xué)院無線光電通信重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室支持。
