記者2月26日從中國科學技術大學獲悉，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的品質因數(shù)（Q值）。相關成果論文日前發(fā)表在電子器件領域期刊《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換。
研究人員在一種特定襯底上設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)的設計準則，為聲學器件領域開辟了一條全新的研究路徑。
研究人員表示，這項成果或將助推大帶寬濾波器、寬帶可調振蕩器、高靈敏度傳感器等諸多領域創(chuàng)新，并對相關產業(yè)帶來深遠影響。
（記者吳長鋒）