Resonator MEMS berbasis GaN yang baru dikembangkan beroperasi secara stabil bahkan pada suhu tinggi
Electronics

Resonator MEMS berbasis GaN yang baru dikembangkan beroperasi secara stabil bahkan pada suhu tinggi


Gambar 1. Pemrosesan perangkat untuk resonator jembatan GaN penjepit ganda pada substrat Si (1) Film epitaxial GaN yang tumbuh pada substrat Si. Kecuali untuk lapisan penyangga AlN, tidak ada lapisan penghilang regangan yang digunakan. (2) Spin coating dari photoresist pada sampel GaN-on-Si. (3) Litografi laser untuk menentukan pola konfigurasi jembatan penjepit ganda. (4) Pengetsaan plasma untuk menghilangkan lapisan GaN tanpa photoresist. (5) Pengetsaan kimiawi untuk melepaskan Si di bawah lapisan GaN. Oleh karena itu, celah udara terbentuk. (6) Struktur perangkat terakhir dari resonator jembatan penjepit ganda. Kami menggunakan metode laser doppler untuk mengukur pergeseran frekuensi dan resolusi di bawah suhu yang berbeda. Kredit: Liwen Sang

Liwen Sang, ilmuwan independen di International Center for Material Nanoarchitectonics, National Institute for Material Science (juga peneliti JST PRESTO) mengembangkan resonator MEMS yang beroperasi secara stabil bahkan di bawah suhu tinggi dengan mengatur regangan yang disebabkan oleh panas dari gallium nitride (GaN).

Sinkronisasi presisi tinggi diperlukan untuk sistem komunikasi seluler (5G) generasi kelima dengan kecepatan tinggi dan kapasitas besar. Untuk itu, osilator referensi frekuensi berperforma tinggi yang dapat menyeimbangkan stabilitas temporal dan resolusi temporal diperlukan sebagai perangkat pengaturan waktu untuk menghasilkan sinyal pada siklus tetap. Resonator kuarsa konvensional sebagai osilator memiliki kemampuan integrasi yang buruk dan aplikasinya terbatas. Meskipun resonator sistem mikro-elektromekanis (MEMS) dapat mencapai resolusi temporal tinggi dengan gangguan fasa kecil dan kemampuan integrasi yang unggul, MEMS berbasis silikon (Si) mengalami stabilitas yang buruk pada suhu yang lebih tinggi.

Dalam penelitian ini, film epitaxial GaN berkualitas tinggi dibuat pada substrat Si menggunakan deposisi uap kimia organik logam (MOCVD) untuk membuat resonator GaN. Rekayasa regangan diusulkan untuk meningkatkan kinerja temporal. Ketegangan dicapai dengan memanfaatkan ketidakcocokan kisi dan ketidaksesuaian termal antara substrat GaN dan Si. Oleh karena itu, GaN ditanam langsung pada Si tanpa lapisan penghilang regangan. Dengan mengoptimalkan metode penurunan suhu selama pertumbuhan MOCVD, tidak ada retakan yang diamati pada GaN dan kualitas kristalnya sebanding dengan yang diperoleh dengan metode konvensional menggunakan lapisan penghilang regangan superlattice.

Resonator MEMS berbasis GaN yang baru dikembangkan beroperasi secara stabil bahkan pada suhu tinggi

Gambar 2. (a) Koefisien suhu frekuensi (TCF) dari resonator GaN pada suhu yang berbeda; (b) Faktor kualitas resonator GaN pada suhu yang berbeda Stabilitas temporal resonator ditentukan oleh koefisien suhu frekuensi (TCF). TCF menunjukkan perubahan frekuensi resonansi dengan perubahan suhu. Untuk resonator Si MEMS, TCF intrinsiknya adalah ~ -30ppm / K. Beberapa metode diusulkan untuk mengurangi TCF resonator Si, tetapi faktor kualitas sistem sangat menurun. Faktor kualitas resonator dalam sistem dapat digunakan untuk menentukan resolusi frekuensi. Faktor kualitas tinggi diperlukan untuk referensi frekuensi yang akurat. Resonator GaN yang dikembangkan dalam pekerjaan ini secara bersamaan dapat mencapai TCF rendah dan faktor kualitas tinggi hingga 600 K. TCF serendah -5 ppm / K. Faktor kualitas lebih dari 105, yang merupakan yang tertinggi yang pernah dilaporkan dalam sistem GaN. Kredit: Liwen Sang

Resonator MEMS berbasis GaN yang dikembangkan diverifikasi untuk beroperasi secara stabil bahkan pada 600K. Ini menunjukkan resolusi temporal tinggi dan stabilitas temporal yang baik dengan sedikit pergeseran frekuensi ketika suhu dinaikkan. Ini karena regangan termal internal mengkompensasi pergeseran frekuensi dan mengurangi disipasi energi. Karena perangkatnya kecil, sangat sensitif dan dapat diintegrasikan dengan teknologi CMOS, sangat menjanjikan untuk aplikasi komunikasi 5G, perangkat waktu IoT, aplikasi di kendaraan, dan sistem bantuan pengemudi tingkat lanjut.

Hasil ini dipresentasikan pada IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM2020) yang diadakan secara online pada 12-18 Desember 2020, bertajuk “Self-Temperature-Compensated GaN MEMS Resonators melalui Strain Engineering hingga 600 K.”


Peneliti mengembangkan resonator nanoelectromechanical frekuensi super tinggi berbasis Si


Informasi lebih lanjut:
Self-Temperature-Compensated GaN MEMS Resonator melalui Strain Engineering hingga 600 K. Rapat Perangkat Elektron Internasional IEEE, Sesi 26, 16 Desember 2020

Disediakan oleh Badan Sains dan Teknologi Jepang

Kutipan: Resonator MEMS berbasis GaN yang baru dikembangkan beroperasi secara stabil bahkan pada suhu tinggi (2021, 15 Januari) diambil 25 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-newly-gan-based-mems-resonator.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel Hongkong