中国科技大学在6G滤波器领域取得重要进展

随着无线通信从5g向Beyond5g（B5g）和6g的发展，国际上仍有关于6gHz以上电磁波频谱的使用的争论。一些国家授权Wi-Fi6E使用6gHz全频段，更多国家正在考虑将该频段用于蜂窝无线通信（6g）。因此，由于不同系统和频段之间信号的隔离需求，在6gHz工作的高质量因素（Q值）声谐振器和高性能滤波器将成为下一阶段无线通信发展的关键技术，也是我国6g技术发展必须独立可控的基本射频元件和芯片。 近日，中国科技大学微电子学院左成杰教授研究团队设计并实现了高频(6.5gHz)微机电系统(MEMS)谐振器，Q值超过1万元。与文献中现有的工作相比，Q值提高了两个数量级。相关成果以Ultrahighqlithiumniobateraterat15-degreterensioneranglerangle为题，于5月16日在电子器件领域发表。
研究人员提出了一种基于三维欧拉角α在x-cut单晶楔形锂压电膜上设计和制备高频MEMS谐振器的方法。通过设计谐振器的电极结构，激发了在6.5gHz工作的S1振动模式，当声波传播方向(α)位于15°时，谐振器并联谐振频率(fp)的质量因数(QP)高达131540，相应的谐振器。
图1.新MEMS谐振器结构设计及性能测试:(a)三维欧拉角定义；(b)谐振器SEM照片；(c)15°谐振器导纳曲线测试结果。
如图2所示，与过去10年在类似频段工作的其他谐振器相比，新的MEMS谐振器将Q值提高了两个数量级，并首次突破了难以同步提高的谐振频率和Q值乘积（f·Q）的谐振器优势极限。更重要的是，相关工作成功地发现了利用三维欧拉角调节楔形锂膜介电损耗和声学损耗的新机制，为未来高频无线通信、医疗超声成像、智能信息处理、物联网传感器等应用领域的微纳器件开辟了更多的可能性。
图2.新型MEMS谐振器与近10年来其钽酸锂谐振器Q值的比较。
中国科技大学微电子学院左成杰教授是论文通信的作者，微电子学院博士生戴忠斌是论文的第一作者。本研究工作由国家重点研发计划和中央大学基础研究基金、中国科技大学微电子学院、中国科技大学微纳研究制造中心、中国科技大学先进技术研究所和中国科学院无线光电通信重点实验室支持。