近日，南边科技年夜学深港微电子学院在洪宇、王中锐、汪青研究团队于LiNbO3压电声外貌波相移器范畴取患上新进展，互助于学术期刊International Journal of Extreme Manufacturing上发布研究类论文。

外貌声波（SAW）器件因其于模仿旌旗灯号处置惩罚、量子计较以和传感到用中的广泛运用，遭到了高度存眷。于这些运用中，可以或许调治SAW的流传特征，尤其是相速率及衰减系数，不仅为体系机能的晋升提供了新的自由度，也使其于多功效体系中具备更年夜的潜力。为鞭策可调SAW器件的成长，研究者们已经于多个范畴做出了年夜量努力，触及波长选择、压电质料属性的扰动以和SAW流传界限前提的调控等要领。波长选择凡是经由过程多对于叉指电极（IDTs）阵列实现，经由过程于差别IDTs之间切换来转变频率。然而，这类要领因为IDTs之间的离散切换，缺少持续性。另外一种要领是经由过程转变压电质料的属性，如刚度系数，凡是需要施加高强度的外部电场或者磁场才能实现微小的频率变化。比拟之下，基在声电效应作用的电压调治要领，经由过程节制SAW界限前提的电学特征，所需的偏置电压较低。尤其是，带有栅极电压调治机制的SAW相位移器，因为其与CMOS制造技能的兼容性，最近几年来获得了广泛存眷。薄膜晶体管（TFTs）作为三端半导体器件，可以或许调治其通道电导率，变化规模跨越八个数目级，这一特征为切确节制SAW流传提供了电学操控的潜力。

然而，今朝的声电器件存于调治性有限、异质布局繁杂及制造工艺繁琐等问题，这些都限定了实在际运用。针对于这些挑战，研究团队提出了一种新型的电压可调SAW相位移器质料体系，基在ZnO TFTs与LiNbO3布局的联合。ZnO作为一种广泛运用且具备成本上风的TFTs制造质料，因其半导体特征，提供了宽阔的电阻调控规模（10-4~ 1010Ω·cm），合用在SAW调制。除了了其半导体特征外，ZnO还有具备优良的压电机能，其K2值较高（1.5% ~ 1.7%），使其于声学器件（如SAW谐振器及传感器）中获得了广泛运用。此外，ZnO可以或许经由过程原子层沉积（ALD）工艺于较低温度下直接沉积，并连结良好的质量，有用解决了LiNbO3对于高温不耐受的问题。Y切LiNbO3作为具备高K2值的压电衬底，为器件提供了优秀的电机耦合机能。

于此事情中，团队起首使用有限元仿真的方式研究及优化了差别流传角度对于声波模态、声速以和有用电机耦合系数的影响（图1），尔后基在仿真的成果，使用微纳制备工艺制备了一组具备不消有用调制长度的声波相移器器件（图2）。

图1. 使用有限元仿真研究声波模态、声速与有用电机耦合系数

图2. 器件制备流程以和器件TEM和光镜表征

尔后，团队先对于ZnO TFTs的机能举行了阐发，研究发明退火处置惩罚对于ALD沉积ZnO薄膜的电导率以和ZnO TFTs的机能都具备很年夜影响，经由过程300℃的O2气氛退火处置惩罚后，ZnO薄膜的电导率显著降低，且外貌描摹得到了改善，其对于应TFTs的开关比也得到了晋升，象征着ZnO层的电导率调治规模也扩展，这有益在对于声波的调制（图3）。

图3. ZnO薄膜和TFTs的电学表征，无偏压下SAW器件频谱表征

随后团队评估了具备差别有用调制长度的器件，并对于两种差别声波模态的机能举行了比力。成果注解，Rayleigh模式及纵向漏射外貌声波（LLSAW）的最年夜相位移及衰减均与有用调制长度呈正比瓜葛。此外，具备较年夜K2值的LLSAW模式体现出更高的相速率偏移及衰减系数，最年夜相速率调治到达了1.22% （图4）。这些栅极可控的SAW调制器件于传感、通讯等多个范畴具备广泛的潜于运用。

图4. 栅极电压以和有用调制长度对于SAW相位移器机能的影响

该结果以 “Electrically Reconfigurable Surface Acoustic Wave Phase Shifters Based on ZnO TFTs on LiNbO3Substrate” 为题发表在《International Journal of Extreme Manufacturing》。中国香港年夜学拜候博士生张一为论文第一作者，南边科技年夜学汪青研究传授、在洪宇传授、王中锐副传授为论文配合通信作者。研究事情获得国度天然科学基金、广东省、深圳市、中国香港基金撑持。

在洪宇传授先容：

在洪宇传授，深圳职业技能年夜学集成电路学院筹建卖力人，南边科技年夜学深港微电子学院传授，国度特聘专家，广东省科技立异领甲士才，享受深圳市当局非凡津贴，英国工程技能学会会士(Fellow of IET) ，入选2023年全世界前2%顶尖科学家终身科学影响力排行榜。重要研究集中于集成电路工艺与器件方面，包括CMOS、新型超高密度存储器、GaN器件与体系集成（GaN HEMT）和电子陶瓷方面，发表学术论文450余篇，总引次数超9500次，H影响因子为52，编纂6本册本和章节，并发表/被授予近34项美国/欧洲专利以和100项以上海内专利。主持开发了900 V耐压加强型GaN功率器件等产物，研究结果获中国发现创业奖立异奖二等奖，已经运用在国电电源模块，GaN智能电表和终端装备已经笼罩天下20多个省（市）、自治区和澳门地域，相干产物累计发卖收入约27.7亿元。乐成筹建南科年夜深港微电子学院（被教诲部核准为国度树模性微电子学院）、将来通讯集成电路教诲部工程研究中央、广东省GaN器件工程技能中央、广东省三维集成工程研究中央及深圳市第三代半导体重点试验室。

王中锐副传授先容：

王中锐博士，现任南科年夜深港微电子学院长聘副传授，国度优异青年基金（港澳）得到者，Clarivate高被引学者，致力在使用新型忆阻器件及III-V族半导体器件举行具备生物开导性的存内计较及感知计较。重点研究标的目的研究重要集中于基在新型存算架构的呆板进修及类脑计较。通信作者及第一作者论文发表于Nature Review Materials、Nature Materials、Nature Electronics（4篇）及Nature Machine Intelligence（2篇）等期刊，以和DAC, ICCAD, ICCV等集会。论文于Google Scholar上得到了近17,000次援用（h指数为48），并被40多家新闻媒体报导，包括IEEE Spectrum、Scientific American、Science Daily、Phys.org及ACM通信等。王中锐博士是IEEE电子器件学会纳米技能委员会的成员，并担当InfoMat、Materials Today Electronics、Frontiers in Neuroscience及APL Machine Learning等期刊的编纂委员会成员。

汪青研究传授先容：

汪青博士，南边科技年夜学深港微电子学院研究传授、正高级研究员，博士生导师，深圳市高条理人材，IEEE Senior member，深圳第三代半导体器件重点试验室副主任，持久从事宽禁带半导体器件及体系研究，主持国天然、广东省科技规划及深圳市基础研究等科研项目10余项，累计发表SCI/EI论文80余篇，近三年以通信作者于Adv. Sci.、IJEM、IEEE EDL、IEEE ISPSD、Device、APL等行业顶刊顶会共发表27篇论文。作为重要完成人介入多项产学研互助及财产孵化项目，申请海内发现专利50余项及PCT 专利5项，此中7项得到技能转化，得到“中国发现协会发现创业奖立异奖二等奖”，介入制订1项国度尺度、1项行业尺度及2项集体尺度。

论文信息：

Electrically Reconfigurable Surface Acoustic Wave Phase Shifters Based on ZnO TFTs on LiNbO3Substrate

Yi Zhang, Zilong Xiong, Lewei He, Yang Jiang, Chenkai Deng, Fangzhou Du, Kangyao Wen, Chuying Tang, Qiaoyu Hu, Mujun Li, Xiaohui Wang,Wenhui Wang, Han Wang, Qing Wang*, Hongyu Yu*and Zhongrui Wang*

International Journal of Extreme Manufacturing 2025

DOI：10.1088/2631-7990/ada7a9

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2631-7990/ada7a9/pdf