基于GaN的MEMS諧振器即使在高溫下也能穩(wěn)定工作

基于GaN的MEMS諧振器即使在高溫下也能穩(wěn)定工作。

美國國家材料科學(xué)研究所國際材料納米建筑中心的獨(dú)立科學(xué)家開發(fā)了一種 MEMS 諧振器，通過調(diào)節(jié)氮化鎵 (GaN) 的熱量引起的應(yīng)變，即使在高溫下也能穩(wěn)定工作。

第五代移動通信系統(tǒng)（5G）需要高速率、大容量的高精度同步。為此，需要能夠平衡時間穩(wěn)定性和時間分辨率的高性能頻率基準(zhǔn)振蕩器作為定時設(shè)備，以在固定周期上產(chǎn)生信號。傳統(tǒng)的石英諧振器作為振蕩器的集成能力較差，應(yīng)用受到限制。盡管微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 諧振器可以實現(xiàn)高時間分辨率、低相位噪聲和出色的集成能力，但基于硅 (Si) 的 MEMS 在較高溫度下的穩(wěn)定性較差。

在研究中，使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積 (MOCVD) 在 Si 襯底上制造了高質(zhì)量的 GaN 外延膜，以制造 GaN 諧振器。應(yīng)變工程被提出來改善時間性能。通過利用GaN和Si襯底之間的晶格失配和熱失配來實現(xiàn)應(yīng)變。因此，GaN 直接生長在 Si 上，沒有任何應(yīng)變?nèi)コ龑?。通過優(yōu)化MOCVD生長過程中的降溫方法，在GaN上沒有觀察到裂紋，其結(jié)晶質(zhì)量與使用超晶格應(yīng)變?nèi)コ龑拥膫鹘y(tǒng)方法獲得的結(jié)晶質(zhì)量相當(dāng)。

開發(fā)的基于 GaN 的 MEMS 諧振器經(jīng)過驗證，即使在 600K 下也能穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)溫度升高時，它表現(xiàn)出很高的時間分辨率和良好的時間穩(wěn)定性，頻率偏移很小。這是因為內(nèi)部熱應(yīng)變補(bǔ)償了頻移并減少了能量耗散。

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