記者2月26日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校微電子學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)聲表面波諧振器，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)成果論文日前發(fā)表在電子器件領(lǐng)域期刊《IEEE電子器件通信》上。
自1965年叉指換能器和聲表面波技術(shù)被發(fā)明以來，聲表面波諧振器就被廣泛應用于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時代，新頻段都在3GHz以上，帶寬都在500MHz以上，這就使得傳統(tǒng)的聲表面波技術(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，其主要的限制在于傳統(tǒng)聲表面波技術(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，從而實現(xiàn)了機電耦合系數(shù)的大幅提升。
此次研究發(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)計準則，為聲學器件領(lǐng)域開辟了一條全新的研究路徑。
研究人員表示，這項成果或?qū)⒅拼髱挒V波器、寬帶可調(diào)振蕩器、高靈敏度傳感器等諸多領(lǐng)域創(chuàng)新，并對相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來深遠影響。
（記者吳長鋒）