日本研发新型具有高温度稳定性的氮化镓MEMS谐振器

据麦姆斯咨询报道，近日，日本世界顶级计划材料纳米结构学国际研究中心(WPI-MANA)研究团队展示了一种具有高温度稳定性的氮化镓(GaN)MEMS谐振器，该谐振器具有高频稳定性、高品质(Q)因子、与硅基IC技术大规模集成的潜力。

由于基于氮化镓(GaN)的微机电系统(MEMS)和纳机电系统(NEMS)与当前的半导体技术可以更好地集成，因此这项新技术有望实现更快的5G电子通信设备。

这款新型氮化镓(GaN)MEMS谐振器在硅衬底上制造而成，具有几个ppm/K的低频率温度系数(TCF)和高品质因子(温度高达600K都不会退化)。

正在推动备受期待的“物联网(IoT)”发展的毫米波5G通信系统需要增加调制复杂度，以提高数据带宽。但是，传统的石英振荡器由于无法与半导体电子器件很好地集成而受到限制。将MEMS/NEMS用于参考振荡器是实现高谐振频率、低相位噪声和高温度稳定性的一种方法。

硅基MEMS谐振器通常具有较高的负频率温度系数(约-30ppm/K)。虽然，研究人员已经提出了温度补偿技术，包括几何结构修改、杂质掺杂和多层结构，以改善频率温度系数，但这些技术会降低系统的品质因子。

WPI-MANA研究团队使用弹性应变工程技术——这是一种调制谐振器结构异质结应变的技术，有助于储存能量，从而提高品质因子。

与传统的弯曲模式相比，高温下的内部热应力将氮化镓(GaN)MEMS谐振器的频率温度系数提高了10倍以上，但不会失去高品质因子。

在5G时代，III族氮化物一直是用于高频电子产品的优良宽带隙半导体。因此，这种氮化镓(GaN)MEMS与电子设备的集成对于物联网传感器和通信设备是有产业化希望的。