研究前沿：Nature Electronics纳米机电谐振器NEMS | 超晶格
许多电子系统依赖于微机电系统和纳机电系统谐振器，用以实现频率控制应用，例如时钟信号生成和无线通信。数百个频率从32kHz到6GHz的谐振器，有望与互补金属氧化物半导体电路异质集成。然而，异构集成产生了巨大的开销（如系统尺寸和功耗），限制了动态频谱使用和频率扩展到厘米波和毫米波范围的潜力。
近日，美国 佛罗里达大学（University of Florida）Troy Tharpe，Roozbeh Tabrizian等，在Nature Electronics上发文，报道了基于氧化铪-氧化锆-氧化铝（Hf0.5Zr0.5O2–Al2O3）超晶格换能器的纳米机电系统谐振器，实现了宽频谱覆盖范围的可切换行为。
超晶格结构与脉冲极化诱导的铁弹重新取向一起，在横向和厚度取向的体声波模式中，实现了较大的线性机电耦合和较高品质因数。单片纳米机电系统谐振器提供0.4–17.3GHz频率，高达4.04×10E12Hz频率质量产品和2.5%机电耦合。利用直流偏置电压对换能器进行去极化，还证明了谐振器可以关闭到其机电噪声基底，从而产生37dB开/关隔离。
图1:超晶格Hf0.5Zr0.5O2–Al2O3换能器结构和形貌。
图2:在脉冲极化下，超晶格Hf0.5Zr0.5O2–Al2O3换能器的压电和铁电性能演变。
图3:在脉冲极化过程中，超晶格Hf0.5Zr0.5O2–Al2O3换能器的线性和二次压电常数演变。
图4:超晶格Hf0.5Zr0.5O2–Al2O3的横向体声波lateral -bulk acoustic wave，L-BAW谐振器图像和表征。
图5:超晶格Hf0.5Zr0.5O2–Al2O3 厚度体声波thickness bulk acoustic wave，T-BAW谐振器图像和表征。
图6:超晶格Hf0.5Zr0.5O2–Al2O3 纳机电系统nanoelectromechanical system，NEMS谐振器的本征开关特性。
文献链接
Tharpe, T., Hershkovitz, E., Hakim, F. et al. Nanoelectromechanical resonators for gigahertz frequency control based on hafnia–zirconia–alumina superlattices. Nat Electron (2023).
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本文译自Nature。
