根據(jù)JST發(fā)布的消息，新設(shè)備可在高達(dá)600 K的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，隨著溫度的升高，頻率僅會(huì)出現(xiàn)輕微的頻率變化（影響時(shí)間穩(wěn)定性）。由內(nèi)部熱應(yīng)變產(chǎn)生的偏移補(bǔ)償了頻率偏移并減少了能量的耗散。

國(guó)際材料納米建筑學(xué)中心和國(guó)家材料科學(xué)研究所的獨(dú)立科學(xué)家，日本科學(xué)技術(shù)廳胚胎科學(xué)與技術(shù)前期研究人員JLi PRESTO研發(fā)了一種MEMS諧振器，可通過(guò)調(diào)節(jié)氮化鎵傳遞的熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)高溫下的工作穩(wěn)定性，其品質(zhì)已顯示出其作為追求增強(qiáng)型5G通信的高靈敏度振蕩器器件的希望。

為了改善時(shí)間性能，Sang使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法在諧振器本身上制造了高質(zhì)量的GaN外延膜，該膜在硅基板上制成。氮化鎵和硅之間的熱和晶格失配使Sang能夠獲得所需的應(yīng)變，該應(yīng)變?cè)试S氮化鎵直接在硅表面生長(zhǎng)而沒有應(yīng)變消除層。

通過(guò)還優(yōu)化和優(yōu)化化學(xué)氣相沉積過(guò)程中的降溫方法，未裂解的氮化鎵顯示出與通過(guò)超晶格應(yīng)變?nèi)コ龑荧@得的結(jié)晶質(zhì)量相當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶質(zhì)量，這是一種更常規(guī)的方法。

（1）在Si襯底上生長(zhǎng)的GaN外延膜。除AlN緩沖層外，不使用應(yīng)變消除層。（2）在GaN-on-Si樣品上旋涂光刻膠。（3）激光光刻技術(shù)為雙鉗位電橋配置定義圖案。（4）等離子蝕刻以去除沒有光致抗蝕劑的GaN層。（5）化學(xué)蝕刻以釋放GaN層下方的Si。因此，形成氣隙。（6）雙鉗位橋式諧振器的最終器件結(jié)構(gòu)。激光多普勒方法用于測(cè)量不同溫度下的頻移和分辨率。由Liwen Sang提供。

高速，大容量運(yùn)行的5G通信系統(tǒng)取決于高度精確的同步。能夠平衡時(shí)間穩(wěn)定性和時(shí)間分辨率的高性能頻率參考振蕩器是必不可少的計(jì)時(shí)設(shè)備，它可以以固定周期產(chǎn)生信號(hào)。盡管作為這種系統(tǒng)的常規(guī)振蕩器，石英諧振器起著振蕩器的作用，但其集成質(zhì)量差，限制了其適用性。

此外，盡管基于硅的MEMS諧振器實(shí)現(xiàn)了高的時(shí)間分辨率，并且具有較小的相位噪聲和更理想的集成能力，但是它在較高溫度下不穩(wěn)定。

根據(jù)JST發(fā)布的消息，新設(shè)備可在高達(dá)600 K的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，隨著溫度的升高，頻率僅會(huì)出現(xiàn)輕微的頻率變化（影響時(shí)間穩(wěn)定性）。由內(nèi)部熱應(yīng)變產(chǎn)生的偏移補(bǔ)償了頻率偏移并減少了能量的耗散。

（a）不同溫度下GaN諧振器的頻率溫度系數(shù)（TCF）。（b）不同溫度下GaN諧振器的品質(zhì)因數(shù)。諧振器的時(shí)間穩(wěn)定性由TCF定義，TCF表示諧振頻率隨溫度變化而變化。對(duì)于Si MEMS諧振器，其固有TCF為?-30 ppm/K。提出了幾種降低Si諧振器TCF的方法，但是系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)大大降低。系統(tǒng)中諧振器的品質(zhì)因數(shù)可用于確定頻率分辨率。精確的頻率參考需要高質(zhì)量的因子。在這項(xiàng)工作中開發(fā)的GaN諧振器可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)低TCF和高達(dá)600 K的高質(zhì)量因數(shù)。TCF低至-5 ppm/K。品質(zhì)因數(shù)大于105，這是GaN系統(tǒng)中報(bào)道的最高品質(zhì)因數(shù)。圖由Liwen Sang提供。

緊湊且高度靈敏的設(shè)備可以與CMOS技術(shù)集成在一起。除了支持5G通信的潛力外，它還可以用于IoT定時(shí)設(shè)備，車載應(yīng)用程序和駕駛員輔助系統(tǒng)。
編輯：hfy