研究实现44GHz超高频SAW谐振器 刷新目前工作频率纪录

日期:2022-05-30 阅读:216
核心提示:声表面波(Surface Acoustic Wave, SAW)是沿物体表面传播的一种弹性波, 是由英国物理学家瑞利于19世纪80年代在研究地震波的过
 

声表面波(Surface Acoustic Wave, SAW)是沿物体表面传播的一种弹性波, 是由英国物理学家瑞利于19世纪80年代在研究地震波的过程中偶尔发现的一种能量集中于地表面传播的声波。1965年,美国的R. M. White在压电基板上制备出叉指换能器,成功地人为激发出SAW,获得了SAW器件在电子学器件应用方面的关键性突破,大大加速了SAW技术的应用发展。目前SAW器件已广泛应用于温度、压力、质量等物理参数传感,神经性毒剂和糜烂性毒剂等化学战剂痕量检测,以及DNA、蛋白质等高精度生物传感领域。在这些传感领域中,微质量、湿度传感、化学战剂痕量检测以及高精度生物传感等是基于SAW的质量负载效应(即吸附质量导致频率偏移),其传感灵敏度与器件的频率正相关。因此,提高SAW传感器灵敏度需要提高SAW器件的工作频率。

 

目前由于换能器叉指尺寸较大以及压电衬底材料声速偏低等原因,SAW器件的工作频率一般在3 GHz以下,难以满足超高频SAW传感需求。针对上述挑战,湖南大学段辉高教授团队联合天津理工大学、国家纳米科学中心、英国诺桑比亚大学等机构的研发人员,通过开发极限纳米加工工艺,在LiNbO3/SiO2/SiC异质结构衬底材料上制作了波长为160 nm、线宽为35 nm的叉指换能器,实现了最高工作频率约为44 GHz的超高频SAW谐振器,刷新了目前SAW器件的工作频率纪录同时,该研究还实验验证了44 GHz超高频下的微质量传感应用,获得的质量灵敏度高达33151.9 MHz·mm2·μg−1,约为传统低频SAW器件的4000倍、传统石英微天平(QCM)器件的1011倍,为超高频SAW器件的开发利用提供了新思路,相关工作将于近日发表在中国工程院院刊Engineering上。

 

该论文的通讯作者为湖南大学段辉高教授和天津理工大学钱莉荣博士,第一作者为湖南大学周剑博士,英国诺桑比亚大学Yongqing Fu教授及国家纳米科学中心的李红浪研究员在理论分析和器件仿真上给予了指导。该研究得到了国家自然科学基金、湖南省科技攻关项目、广东省重点研发计划项目等资助。


文章来源于Engineering ,作者周剑 等
原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809922003575?via%3Dihub
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