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、并實現了一種新型的耦合剪切模態聲表面波器件（簡稱X-SAW），利用兩個不同方向的剪切壓電系數相互耦合，在5GHz高頻實現了高達34%的機電耦合系數，以及高達650的品質因數（Q值）。相關成果2月23日發表在電子器件領域期刊《IEEE電子器件通信》上，審稿人評價這是一項“非凡”的成果。
自1965年叉指換能器和聲表面波（SAW）技術被發明以來，SAW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。隨著無線通信發展進入5G和6G，標準所定義的新頻段都在3GHz以上，帶寬都在500MHz以上，這就使得傳統的SAW技術在高頻（大于3GHz）、高Q值、高機電耦合系數等三個方面遇到了前所未有的發展瓶頸，其主要的限制在于：六十年來，傳統SAW技術一直使用單一的壓電系數來實現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、高Q值的耦合剪切模態聲表面波（X-SAW）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，并使它們共同作用到一個機械振動模態中，從而獲得了機電耦合系數前所未有的大幅提升。
該項研究中實現的一個X-SAW諧振器工作在5GHz，機電耦合系數高達34%，對應的諧振器優值達到221。與近10年報道中4GHz以上的SAW諧振器比較，工作在5GHz和6GHz的兩個X-SAW諧振器FoM值均為世界最高。更重要的是，本研究成功發現了在同一個振動模態中可以耦合兩個或多個不同剪切壓電系數的可能性，并通過理論分析制定了實現這種耦合剪切模態的設計準則，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，這項成果將在大帶寬濾波器、寬帶可調振蕩器、高靈敏度傳感器等諸多領域打開新的自由度，并對相關產業帶來深遠的影響。
（中國科大供圖）
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、并實現了一種新型的耦合剪切模態聲表面波器件（簡稱X-SAW），利用兩個不同方向的剪切壓電系數相互耦合，在5GHz高頻實現了高達34%的機電耦合系數，以及高達650的品質因數（Q值）。相關成果2月23日發表在電子器件領域期刊《IEEE電子器件通信》上，審稿人評價這是一項“非凡”的成果。
自1965年叉指換能器和聲表面波（SAW）技術被發明以來，SAW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。隨著無線通信發展進入5G和6G，標準所定義的新頻段都在3GHz以上，帶寬都在500MHz以上，這就使得傳統的SAW技術在高頻（大于3GHz）、高Q值、高機電耦合系數等三個方面遇到了前所未有的發展瓶頸，其主要的限制在于：六十年來，傳統SAW技術一直使用單一的壓電系數來實現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、高Q值的耦合剪切模態聲表面波（X-SAW）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，并使它們共同作用到一個機械振動模態中，從而獲得了機電耦合系數前所未有的大幅提升。
該項研究中實現的一個X-SAW諧振器工作在5GHz，機電耦合系數高達34%，對應的諧振器優值達到221。與近10年報道中4GHz以上的SAW諧振器比較，工作在5GHz和6GHz的兩個X-SAW諧振器FoM值均為世界最高。更重要的是，本研究成功發現了在同一個振動模態中可以耦合兩個或多個不同剪切壓電系數的可能性，并通過理論分析制定了實現這種耦合剪切模態的設計準則，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，這項成果將在大帶寬濾波器、寬帶可調振蕩器、高靈敏度傳感器等諸多領域打開新的自由度，并對相關產業帶來深遠的影響。
（中國科大供圖）
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