近日，中国科学技术大学（以下简称“中国科大”）网站对外发布，中国科大在 6G 滤波器领域取得重要进展。该研究成果由微电子学院左成杰教授研究团队在铌酸锂（LiNbO3）压电薄膜上设计并实现了 Q 值超过 100000 的高频（6.5 GHz）微机电系统（MEMS）谐振器，与文献中现有的工作相比，把 Q 值提升了 2 个数量级。
其中，左成杰教授为论文通讯作者，微电子学院博士生戴忠斌为论文第一作者。此项研究工作得到了国家重点研发计划和中央高校基本科研基金的资助，也得到了中国科大微电子学院、中国科大微纳研究与制造中心、中国科大先进技术研究院和中国科学院无线光电通信重点实验室的支持。
据悉，相关成果以“Ultra HighQLithium Niobate Resonator at 15-Degree Three-Dimensional Euler Angle”为题于 5 月 16 日在线发表在电子器件领域知名期刊 IEEE Electron Device Letters 上。
研究人员提出了一种基于三维欧拉角 α 在 x-cut 单晶铌酸锂压电薄膜上设计并制备高频 MEMS 谐振器的方法。通过设计谐振器的电极结构，工作于 6.5 GHz 的 S1 振动模态被激发，并且当声波传播方向（α）位于 15° 时，谐振器并联谐振频率（fp）处的品质因数（Qp）高达 131540，对应的谐振器优值 k2・Qp 和 fp・Qp 分别达到 6300 和 8.6×1014Hz（图 1）。
▲ 图 1.新型 MEMS 谐振器结构设计及性能测试：a) 三维欧拉角的定义；b) 制备的谐振器 SEM 照片；c) 15° 谐振器导纳曲线测试结果
如图 2 所示，与近 10 年其它的工作在类似频段的谐振器比较，该新型 MEMS 谐振器把 Q 值提升了 2 个数量级，并且首次突破了谐振频率与 Q 值乘积（f・Q）这一难以同步提升的谐振器优值极限。更重要的是，相关工作成功发现了利用三维欧拉角可以对铌酸锂薄膜介电损耗和声学损耗进行调控的新机理，为未来微纳器件在高频无线通信、医学超声成像、智能信息处理和物联网传感器等应用领域打开了更多的可能性。
▲ 图 2.新型 MEMS 谐振器与近 10 年其它铌酸锂谐振器 Q 值的比较