基于GaN的MEMS谐振器即使在高温下也能稳定工作

基于GaN的MEMS谐振器即使在高温下也能稳定工作。

美国国家材料科学研究所国际材料纳米建筑中心的独立科学家开发了一种 MEMS 谐振器，通过调节氮化镓 (GaN) 的热量引起的应变，即使在高温下也能稳定工作。

第五代移动通信系统（5G）需要高速率、大容量的高精度同步。为此，需要能够平衡时间稳定性和时间分辨率的高性能频率基准振荡器作为定时设备，以在固定周期上产生信号。传统的石英谐振器作为振荡器的集成能力较差，应用受到限制。尽管微机电系统 (MEMS) 谐振器可以实现高时间分辨率、低相位噪声和出色的集成能力，但基于硅 (Si) 的 MEMS 在较高温度下的稳定性较差。

在研究中，使用金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 在 Si 衬底上制造了高质量的 GaN 外延膜，以制造 GaN 谐振器。应变工程被提出来改善时间性能。通过利用GaN和Si衬底之间的晶格失配和热失配来实现应变。因此，GaN 直接生长在 Si 上，没有任何应变去除层。通过优化MOCVD生长过程中的降温方法，在GaN上没有观察到裂纹，其结晶质量与使用超晶格应变去除层的传统方法获得的结晶质量相当。

开发的基于 GaN 的 MEMS 谐振器经过验证，即使在 600K 下也能稳定运行。当温度升高时，它表现出很高的时间分辨率和良好的时间稳定性，频率偏移很小。这是因为内部热应变补偿了频移并减少了能量耗散。

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