罗斯MIPT研制出金刚石MEMS谐振器，创造新世界纪录

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俄罗斯莫斯科物理技术学院（MIPT）超硬度和新型碳材料技术研究所（TISNCM）联合西伯利亚联邦大学，通过在微机电系统（MEMS）谐振器中采用金刚石单晶体作衬底，速度超过20GHz，品质因数（Q）超过2000，创造微波领域的一项新世界记录。 理论依据 MIPT发现，在金刚石中的能量衰减在1GHz之后呈线性频率依赖关系，而在其他晶体中则呈现平方依赖关系。即意味着，与其他晶体相比，1GHz之后金刚石中的能量损失缓慢增长，因此金刚石是一个适用于高频电子的理想衬底。 技术细节 据MIPT的研究人员表示，其他高性能表面和体声波（SAW/BAW）谐振器的研究采用的是生长速率较慢的化学气相淀积（CVD）工艺。带来的结果是，金刚石形成薄膜的过程冗长；内部存在多个不平衡的应力；器件频率不超过10GHz，品质因数也较低。 MIPT研究出了高压高温（HPHT）淀积工艺，通过精细调整该工艺，可以更快的速度生长出几乎由纯碳合成的单晶体金刚石，具备更完美的晶格属性，内部应力也最小；接着通过采用两层金属（铝和钼）+压电材料的三明治衬底结构，进一步提高频率和品质因数；最后通过调整金刚石基器件的所有参数，如厚度、宽度、电极材料等，可使器件工作在数十GHz，同时保持较高的品质因数。 性能验证 MIPT所研究的高泛音体声谐振器中，所有参数都主要由衬底材料所决定。使用HPHT金刚石代替石英、甚至CVD金刚石，可使器件有更高频率、具有更高品质因数和更少的内部损失。在此前的试验中，MIPT已经研制出了多个基于金刚石衬底的MEMS谐振器，验证其工作频率超过20GHz。 意义 此次研制出的高性能MEMS谐振器不仅可用于产生高速时钟信号，还可作为生物传感用超灵敏SAW/BAW谐振器，能够检测附近单个细菌和其他纳米量级的毒性药剂。 下一步工作 在达到现有工作速度的同时，研究团队注意到在主泛音区存在一些假的尖峰，研究人员目前将其解释和分类为Lamb形波（在平面表面传播的弹力波）和体波，如下图所示。下一步，研究人员计划充分利用新型铝-scan-dium-氮压电薄膜，以压制Lamb波所带来的伪峰。

来自: 大国重器