超高频声表面波谐振器的温度漂移与补偿机理研究

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基本信息

  • 批准号：
    11804102
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    周长见
  • 依托单位：
    华南理工大学
  • 学科分类：
    A2306.声材料、换能器和测量
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Surface acoustic wave (SAW) resonators are key components of radio frequency front-end modules for wireless communication systems. As the frequency bands allocated for wireless communication move to super-high-frequency (SHF) bands, it is important to realize SHF SAW resonators for future wireless communication systems. Temperature shift of the resonance frequency poses important reliability issues considering the ambient temperature changes and the self-heating effect of the electrodes. In this project, we study the mechanism of acoustic wave propagation and self-heating effect in the presence of coupled electric field, acoustic field and thermal field. With this understanding, we propose novel multilayered structures for the realization of temperature-compensated SHF SAW resonators. With the application of novel electrode material and fabrication strategy aiming to reduce self-heating effect, we realize the integration of temperature-compensation materials into the process for fabricating SHF SAW resonators and obtain the temperature-compensated SHF SAW resonators. The temperature-compensated SHF SAW resonators will play an important role in future wireless communication systems and high-performance space communication systems.
声表面波（SAW）谐振器是无线通信系统射频前端的关键电子器件。随着通信频带逐渐向超高频(> 3 GHz)频段的布局，相应的SAW谐振器也开始向超高频方向发展。环境温度的变化加上电极自热效应引起的温度上升，导致SAW谐振器的频率温度漂移，将严重影响无线通信系统的可靠性。本项目针对电场、声场和热场耦合作用下的声波传输和电极自热效应等关键科学问题展开研究。通过研究获得超高频SAW谐振器的温度漂移与补偿机理，提出适用于温度补偿型超高频SAW谐振器的新型叠层器件结构。在此基础上，采用新型电极材料和制备方案，降低电极的自热效应；实现温度补偿材料在超高频SAW谐振器中应用的集成方案，最终获得具有温度补偿效果的超高频SAW谐振器。本项目的实施将为实现无线通信系统的一种核心电子器件奠定基础，在下一代无线通信系统和高性能空间通信中具有广泛的应用前景。

结项摘要

声表面波（SAW）谐振器是无线通信系统射频前端的关键电子器件。随着通信频带逐渐向超高频(> 3 GHz)频段的布局，相应的SAW谐振器也开始向超高频方向发展。环境温度的变化加上电极自热效应引起的温度上升，导致SAW谐振器的频率温度漂移，将严重影响无线通信系统的可靠性。本项目针对电场、声场和热场耦合作用下的声波传输和电极自热效应等关键科学问题展开研究。通过研究获得超高频SAW谐振器的温度漂移与补偿机理，提出适用于温度补偿型超高频SAW谐振器的新型叠层器件结构。. 本项目在超高频声表面波的叠层器件结构理论计算和建模方面，较为系统的研究了多层材料的声表面波传播特性，包括SiO2/IDT/LN、IDT/AlN/Diamond、LiNbO3/metal/Diamond等多种衬底结构。该研究揭示了这些叠层结构所支持的声表面波模式的多样性，并对每一种模式的声表面波的相速度、耦合系数、温度漂移系数等进行了计算。所得的理论计算结果对于我们确定优化的器件结构奠定了基础。对于SiO2/IDT/LN叠层结构，确定了其前三阶的传播模式，结合有限元分析获得振型的精确结果分别为瑞利波、勒夫波和西沙瓦波模式。理论计算的结果和实验结果进行了对比分析，获得的相速度和耦合系数的色散关系均证实了理论计算的准确度。在温度补偿方面，也通过实验获得了温度漂移系数小于-20 ppm/℃的多种谐振频率在3GHz以上的声表面波器件，其最高频率可到10GHz以上。此外，本项目还探索研究了基于单晶铁电薄膜的高频声学器件和柔性谐振器件，在器件的工作频率和品质因子方面获得了较为领先的水平。. 在叠层结构的材料制备方面，本项目采用2寸硅片作为生长衬底，生长了厚度为15微米及以上的金刚石薄膜。所生长的金刚石薄膜为多晶薄膜，表面粗糙度为1.69 nm。进一步的本项目在高声速衬底上获得了AlN和ZnO等压电薄膜的制备，并进行了声表面波谐振器的试制工作，初步获得了高频的多种器件。在新型电极材料的探索研究方面，研究了基于碳基纳米材料的新型电极。该电极结合两种碳基纳米材料：石墨烯和碳纳米管等综合实现。对石墨烯电极的可靠性进行了研究，测试结果显示可以达到1mA/um以上的电流承载能力，可以满足未来大功率声学谐振器和滤波器的使用要求。

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（1）
专利数量（5）
Structures, properties, and applications of CNT-graphene heterostructures
CNT-石墨烯异质结构的结构、性能及应用
  • DOI：
    10.1088/2053-1583/ab41d3
  • 发表时间：
    2019-10-01
  • 期刊：
    2D MATERIALS
  • 影响因子：
    5.5
  • 作者：
    Du, Wei;Ahmed, Zubair;Yang, Cary Y.
  • 通讯作者：
    Yang, Cary Y.
Low Temperature Synthesis of High-Density Carbon Nanotubes on Insulating Substrate
绝缘基底上低温合成高密度碳纳米管
  • DOI：
    10.3390/nano9030473
  • 发表时间：
    2019-03
  • 期刊：
    Nanomaterials
  • 影响因子：
    5.3
  • 作者：
    Xiao Ying;Ahmed Zubair;Ma Zichao;Zhou Changjian;Zhang Lining;Chan Mansun
  • 通讯作者：
    Chan Mansun
Interconnect Technology With h-BN-Capped Air-Gaps
具有 h-BN 封端气隙的互连技术
  • DOI：
    10.1109/led.2019.2944418
  • 发表时间：
    2019-09
  • 期刊：
    IEEE Electron Device Letters
  • 影响因子：
    4.9
  • 作者：
    Prawoto Clarissa;Ma Zichao;Xiao Ying;Raju Salahuddin;Zhou Changjian;Chan Mansun
  • 通讯作者：
    Chan Mansun
High Q Lateral-Field-Excited Bulk Resonator Based on Single-Crystal LiTaO3 for 5G Wireless Communication
用于 5G 无线通信的基于单晶 LiTaO™ 的高 Q 横向场激励体谐振器
  • DOI：
    10.1109/jeds.2021.3066369
  • 发表时间：
    2021-01-01
  • 期刊：
    IEEE JOURNAL OF THE ELECTRON DEVICES SOCIETY
  • 影响因子：
    2.3
  • 作者：
    Xue, Yanmei;Yang, Xiaodong;Chan, Mansun
  • 通讯作者：
    Chan, Mansun
A flexible high quality-factor bulk acoustic resonator enabled with transferred single-crystal piezoelectric thin film for sensing applications
一种灵活的高品质因数体声谐振器，采用转移单晶压电薄膜，用于传感应用
  • DOI：
    10.1016/j.sna.2021.112721
  • 发表时间：
    2021-03
  • 期刊：
    Sensors and Actuators A: Physical
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Xue Yanmei;Zhou Changjian;Zhang Xiu Yin;Chan Mansun
  • 通讯作者：
    Chan Mansun

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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