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World File Search System体声波
基于石墨烯和独立单晶 BaTiO3 的超薄压电谐振器
5G 滤波器。[1] 特别是，独立薄膜体声波谐振器 (FBAR) 已被广泛用作 5G 频段的首选滤波器技术。FBAR 滤波器由夹在电极之间的压电材料薄膜组成，其呈电容器形状，悬浮在腔体上方。最先进的 FBAR 滤波器的厚度需要减小以满足不断增加的电信通信频率的要求，因为谐振频率与厚度成反比。然而，缩小当前设备几何形状具有挑战性，这不仅是因为制造这种超薄悬浮异质结构的复杂性，还因为多晶陶瓷的压电性能 [2,3] 和击穿电压会降低。[4,5] 此外，实现具有足够高电导率和低质量的纳米厚度均匀电极变得越来越困难。在这里，我们研究了独立的结晶复合氧化物作为替代材料平台，它可以减轻上述一些缺点并提高谐振滤波器的性能。众所周知，单晶比多晶具有更大的电介质击穿电压 [6]，而 BTO 和 PbZr x Ti 1 − x O 3 (PZT) 等材料比常用的 AlN 具有更高的压电系数，因此可以在薄膜形式下处理更高的电压和功率密度。此外，超薄独立形式的单晶复合氧化物具有机械强度 [7]，可承受高达 8% 的大应变，[8–10] 具有足够的柔韧性以允许较大的曲率 [11]，并且已经被证明是可行的纳米机械谐振器。 [12–14] 同时，电极也需要缩小尺寸，以支持 5G 和 6G 应用的高 GHz 频率。在这方面，石墨烯是一种理想的电极材料。石墨烯可将电传导至单原子层，[15] 具有超高迁移率，[16,17] 机械强度高，[18,19] 能够承受大应变 [20]，并且已证明可支持高达 300 GHz 的工作频率。[21] 因此，石墨烯在各种纳米机电系统 (NEMS) 应用中的使用已得到广泛探索。[22–29]
AlN/GaN/AlN 高电子器件中 94 GHz 时为 2.2 W/mm
通过AlGaN/GaN/InGaN结构实现8 W mm 1，通过N极性GaN HEMT实现94 GHz时8 W mm 1 [3]。这些结果对于商业（5G及以上、汽车雷达）和国防（SATCOM、雷达）应用越来越重要，所有这些应用都在向毫米波频率范围（30 – 300 GHz）推进。为了进一步提高GaN HEMT的优势，我们的研究小组在氮化铝（AlN）缓冲层上引入了HEMT。[4 – 6]通过用AlN替换AlGaN顶部势垒并用AlN替换典型的GaN缓冲层，AlN/GaN/AlN异质结构具有更高的热导率、改善了薄GaN通道（<30nm）的载流子限制，并且与其他传统顶部势垒材料（如AlGaN或InAlN）相比，顶部势垒具有出色的垂直可扩展性。其他研究小组也展示了基于AlN 的器件的有希望的结果，包括基于AlN 衬底的HEMT，在X 波段实现15 W mm 1 [7] ，AlN 缓冲区击穿功率为 5 MV cm 1 [8] 。已经展示了使用AlN 顶部势垒的HEMT，包括GaN HEMT 记录f T = f max 为454/444 GHz，[9 – 11] PAE 为27% ，相关输出功率为1.3 W的W 波段功率放大器，[12] 噪声系数小于2的K a 波段低噪声放大器，[13] 以及40 GHz 时为4.5 W mm 1 [14] 。所有这些器件都基于AlN/GaN/AlGaN 异质结构。 AlN/GaN HEMT 已显示出 Ga 极性 HEMT 在 W 波段的创纪录输出功率，在 94 GHz 时 P out ¼ 4 W mm 1。[15] 除了射频 (RF) HEMT 之外，氮化铝还具有单片集成大电流 GaN/AlN p 型场效应晶体管 (pFET) [16 – 18] 和晶体 AlN 体声波滤波器 [19] 的潜力，这两者都是通过 AlN 缓冲层实现的。SiC 衬底以衬底集成波导 (SIW) 和天线的形式实现了进一步的集成。[20] 这种集成生态系统被称为 AlN 平台，使高功率氮化物互补金属氧化物半导体 (CMOS)、RF 滤波器、单片微波集成电路 (MMIC) 以及 RF 波导和天线共存于一个单片芯片上。[21]