上科大信息学院吴涛课题组在钪掺杂氮化铝压电薄膜与谐振器领域取得重要进展

上科大信息学院吴涛课题组致力于利用先进传感材料与微纳工艺研发微纳机电传感器件与系统（MEMS），主要包括压电声学微纳器件与IC接口电路、声光磁等多物理场调控与传感系统等。近期，课题组在高浓度钪掺杂氮化铝（AlScN）压电薄膜谐振器的研究成果发表于《电子器件快报》（IEEE Electron Device Letters, EDL），题为High Figure-of-Merit Lamb Wave Resonators based on Al_0.7 Sc_0.3N Thin Film。

5G通信需要高性能的宽带、多频段滤波器。射频带通滤波器用于选择所需信号，过滤无关的信号，是通信前端的关键。微机电系统谐振器作为一种频率选择器件，被认为是一种低成本、低功耗的主流器件之一。近年来基于多频段、单片集成的兰姆波谐振器成为了研究的热门课题。为了进一步拓展谐振器的带宽，吴涛课题组与上海科技大学量子器件中心、EVATEC公司深度合作，开发出高压电系数的材料掺钪氮化铝（AlScN）制备方法，制造出了钪浓度为30%的高浓度掺杂的AlScN薄膜材料。课题组克服多项工艺和设计难题，利用AlScN薄膜开发出的兰姆波谐振器，优值（Figure-Of-Merit，FOM）超过86。该研究结果证明， AlScN薄膜在谐振器和滤波器中具有广阔应用前景，将来极有可能在传感器和射频通信领域发挥巨大作用。该项论文的第一、第二作者为信息学院博士研究生邵率和罗智方，吴涛教授为本论文通讯作者。

图1.（a）器件示意图，（b）射频测试结果图。

此外，课题组基于15%掺钪氮化铝Al_0.85Sc_0.15N的薄膜特性设计制造出了具有较高优值的兰姆波谐振器，同时提出了一种带有半圆形反射器的谐振器结构，使谐振器的品质因数大幅提升。相关的科研成果发表在第21届固态传感器国际会议（21th International Conference on Solid-state Sensors, Actuators and Microsystems）和第16届纳米/微米工程国际会议（16th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered & Molecular Systems，IEEE NEMS）。

图2.（a）机电耦合系数仿真结果图，（b）射频测试结果图。

图3.（a）仿真结果图，（b）器件射频测试结果图。

图4. (a) 吴涛课题组参加IEEE NEMS会议; (b)罗智方同学在大会作口头报告。

上述研究均得到了国家自然科学基金、上海自然科学基金、上海科技大学启动经费，以及上海科技大学量子器件中心、软纳米平台、分析测试平台、机电能源与电子器件科研平台等公共科研平台的大力支持。吴涛课题组所在的后摩尔集成器件与集成系统研究中心与量子器件中心已联合推出了上科大氮化铝共享科研服务平台，以期共同推进我国压电微纳传感器方向的发展。

相关链接（点击阅读原文获取更多内容）：

High Figure-of-Merit Lamb Wave Resonators based on Al0.7Sc0.3N Thin Film，

论文链接：https://网址未加载/10.1109/LED.2021.3100036

Design and Fabrication of Lamb Wave Resonator based on 15% Scandium-doped Aluminum Nitride Thin Film，

论文链接：

https://网址未加载/10.1109/Transducers50396.2021.9495603

AlN Contour Mode Resonators with Half Circle Shaped Reflectors，

论文链接：

https://网址未加载/10.1109/NEMS51815.2021.9451471

上科大氮化铝共享科研服务平台

https://small.shanghaitech.edu.cn/archives/1636

图 片 罗智方

吴 涛

排 版 赵子豪

编 辑 高纯正

高 瑄

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