日本研發(fā)新型具有高溫度穩(wěn)定性的氮化鎵MEMS諧振器

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，日本世界頂級(jí)計(jì)劃材料納米結(jié)構(gòu)學(xué)國(guó)際研究中心(WPI-MANA)研究團(tuán)隊(duì)展示了一種具有高溫度穩(wěn)定性的氮化鎵(GaN)MEMS諧振器，該諧振器具有高頻穩(wěn)定性、高品質(zhì)(Q)因子、與硅基IC技術(shù)大規(guī)模集成的潛力。

由于基于氮化鎵(GaN)的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)與當(dāng)前的半導(dǎo)體技術(shù)可以更好地集成，因此這項(xiàng)新技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)更快的5G電子通信設(shè)備。

這款新型氮化鎵(GaN)MEMS諧振器在硅襯底上制造而成，具有幾個(gè)ppm/K的低頻率溫度系數(shù)(TCF)和高品質(zhì)因子(溫度高達(dá)600K都不會(huì)退化)。

正在推動(dòng)備受期待的“物聯(lián)網(wǎng)(IoT)”發(fā)展的毫米波5G通信系統(tǒng)需要增加調(diào)制復(fù)雜度，以提高數(shù)據(jù)帶寬。但是，傳統(tǒng)的石英振蕩器由于無(wú)法與半導(dǎo)體電子器件很好地集成而受到限制。將MEMS/NEMS用于參考振蕩器是實(shí)現(xiàn)高諧振頻率、低相位噪聲和高溫度穩(wěn)定性的一種方法。

硅基MEMS諧振器通常具有較高的負(fù)頻率溫度系數(shù)(約-30ppm/K)。雖然，研究人員已經(jīng)提出了溫度補(bǔ)償技術(shù)，包括幾何結(jié)構(gòu)修改、雜質(zhì)摻雜和多層結(jié)構(gòu)，以改善頻率溫度系數(shù)，但這些技術(shù)會(huì)降低系統(tǒng)的品質(zhì)因子。

WPI-MANA研究團(tuán)隊(duì)使用彈性應(yīng)變工程技術(shù)——這是一種調(diào)制諧振器結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)應(yīng)變的技術(shù)，有助于儲(chǔ)存能量，從而提高品質(zhì)因子。

與傳統(tǒng)的彎曲模式相比，高溫下的內(nèi)部熱應(yīng)力將氮化鎵(GaN)MEMS諧振器的頻率溫度系數(shù)提高了10倍以上，但不會(huì)失去高品質(zhì)因子。

在5G時(shí)代，III族氮化物一直是用于高頻電子產(chǎn)品的優(yōu)良寬帶隙半導(dǎo)體。因此，這種氮化鎵(GaN)MEMS與電子設(shè)備的集成對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)傳感器和通信設(shè)備是有產(chǎn)業(yè)化希望的。