上科大信息學(xué)院吳濤課題組在鈧摻雜氮化鋁壓電薄膜與諧振器領(lǐng)域取得重要進展

上科大信息學(xué)院吳濤課題組致力于利用先進傳感材料與微納工藝研發(fā)微納機電傳感器件與系統(tǒng)（MEMS），主要包括壓電聲學(xué)微納器件與IC接口電路、聲光磁等多物理場調(diào)控與傳感系統(tǒng)等。近期，課題組在高濃度鈧摻雜氮化鋁（AlScN）壓電薄膜諧振器的研究成果發(fā)表于《電子器件快報》（IEEE Electron Device Letters, EDL），題為High Figure-of-Merit Lamb Wave Resonators based on Al_0.7 Sc_0.3N Thin Film。

5G通信需要高性能的寬帶、多頻段濾波器。射頻帶通濾波器用于選擇所需信號，過濾無關(guān)的信號，是通信前端的關(guān)鍵。微機電系統(tǒng)諧振器作為一種頻率選擇器件，被認為是一種低成本、低功耗的主流器件之一。近年來基于多頻段、單片集成的蘭姆波諧振器成為了研究的熱門課題。為了進一步拓展諧振器的帶寬，吳濤課題組與上�？萍即髮W(xué)量子器件中心、EVATEC公司深度合作，開發(fā)出高壓電系數(shù)的材料摻鈧氮化鋁（AlScN）制備方法，制造出了鈧濃度為30%的高濃度摻雜的AlScN薄膜材料。課題組克服多項工藝和設(shè)計難題，利用AlScN薄膜開發(fā)出的蘭姆波諧振器，優(yōu)值（Figure-Of-Merit，F(xiàn)OM）超過86。該研究結(jié)果證明， AlScN薄膜在諧振器和濾波器中具有廣闊應(yīng)用前景，將來極有可能在傳感器和射頻通信領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。該項論文的第一、第二作者為信息學(xué)院博士研究生邵率和羅智方，吳濤教授為本論文通訊作者。

圖1.（a）器件示意圖，（b）射頻測試結(jié)果圖。

此外，課題組基于15%摻鈧氮化鋁Al_0.85Sc_0.15N的薄膜特性設(shè)計制造出了具有較高優(yōu)值的蘭姆波諧振器，同時提出了一種帶有半圓形反射器的諧振器結(jié)構(gòu)，使諧振器的品質(zhì)因數(shù)大幅提升。相關(guān)的科研成果發(fā)表在第21屆固態(tài)傳感器國際會議（21th International Conference on Solid-state Sensors, Actuators and Microsystems）和第16屆納米/微米工程國際會議（16th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered & Molecular Systems，IEEE NEMS）。

圖2.（a）機電耦合系數(shù)仿真結(jié)果圖，（b）射頻測試結(jié)果圖。

圖3.（a）仿真結(jié)果圖，（b）器件射頻測試結(jié)果圖。

圖4. (a) 吳濤課題組參加IEEE NEMS會議; (b)羅智方同學(xué)在大會作口頭報告。

上述研究均得到了國家自然科學(xué)基金、上海自然科學(xué)基金、上�？萍即髮W(xué)啟動經(jīng)費，以及上海科技大學(xué)量子器件中心、軟納米平臺、分析測試平臺、機電能源與電子器件科研平臺等公共科研平臺的大力支持。吳濤課題組所在的后摩爾集成器件與集成系統(tǒng)研究中心與量子器件中心已聯(lián)合推出了上科大氮化鋁共享科研服務(wù)平臺，以期共同推進我國壓電微納傳感器方向的發(fā)展。

相關(guān)鏈接（點擊閱讀原文獲取更多內(nèi)容）：

High Figure-of-Merit Lamb Wave Resonators based on Al0.7Sc0.3N Thin Film，

論文鏈接：https://網(wǎng)址未加載/10.1109/LED.2021.3100036

Design and Fabrication of Lamb Wave Resonator based on 15% Scandium-doped Aluminum Nitride Thin Film，

論文鏈接：

https://網(wǎng)址未加載/10.1109/Transducers50396.2021.9495603

AlN Contour Mode Resonators with Half Circle Shaped Reflectors，

論文鏈接：

https://網(wǎng)址未加載/10.1109/NEMS51815.2021.9451471

上科大氮化鋁共享科研服務(wù)平臺

https://small.shanghaitech.edu.cn/archives/1636

圖 片 羅智方

吳 濤

排 版 趙子豪

編 輯 高純正

高 瑄

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