【儀表網 研發(fā)快訊】近日，Nature Communications(《自然·通訊》)發(fā)表了武漢大學集成電路學院教授孫成亮、特聘副研究員蔡耀團隊在高性能Sub-7 GHz射頻聲學濾波器關鍵材料與器件協(xié)同優(yōu)化方面的最新研究成果。該工作提出了一種“雙重優(yōu)化策略”，有效解決了鈧摻雜氮化鋁薄膜結晶度退化和極性反轉的難題。
論文題為“Enhancing film bulk acoustic resonators performance by optimizing AlN seed layer crystallinity and polarity alignment”(《優(yōu)化氮化鋁種子層結晶度和極性對齊以提升薄膜體聲波諧振器性能》)。集成電路學院博士后楊婷婷為第一作者，劉勝院士、孫成亮、雷誠教授和蔡耀為共同通訊作者，集成電路學院為第一通訊單位。武漢大學國世上教授，李雷、馬燁、周曉東和張瑩博士對數據分析工作給予了關鍵指導。
面向Sub-7 GHz通信需求，傳統(tǒng)AlN薄膜體聲波諧振器(FBAR)存在機電耦合系數低的瓶頸。通過鈧(Sc)摻雜雖能提升壓電性能，但會引發(fā)薄膜結晶劣化及AlN/ScAlN界面極性反轉，導致壓電響應相互抵消。研究團隊針對這一極性與結晶度的內在矛盾，巧妙提出了一種雙重優(yōu)化策略。利用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)生長高質量的單晶AlN種子層，引導ScAlN薄膜實現(xiàn)高度c軸取向生長，從而大幅降低聲學損耗，使諧振器的最大品質因數達到736。團隊通過后處理工藝精準去除該種子層，徹底消除了極性反轉界面，實現(xiàn)了極性對齊與耦合恢復。實驗結果表明，該策略成功將FBAR器件的有效機電耦合系數從6.0%大幅提升至13.2%。基于此策略制備的柵格型濾波器，實現(xiàn)了6.4 GHz的中心頻率、740 MHz的3 dB帶寬以及大于40 dB的帶外抑制，充分展示了其在Sub-7 GHz通信系統(tǒng)中的巨大潛力。
該項研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、武漢市科技重大專項、中國博士后科學基金及武漢大學科研公共服務條件平臺的支持。
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