日研发基于GaN的MEMS谐振器用于车载应用

时间：2021-01-20 10:51:01来源：盖世汽车

日本国立材料研究所国际材料纳米建筑学部门的独立科学家Liwen Sang(也是日本科学振兴机构PRESTO研究员)研发了一款MEMS谐振器，通过调节氮化镓(GaN)热引发的应力，即使在高温下，也可稳定工作。

高速、大容量的第五代移动通信系统(5G)需要高度精确的同步技术，为此，需要使用高性能的频率参考振荡器用作定时设备，产生固定周期的信号，以平衡时间稳定性和时间分辨率。传统的石英谐振器作为振荡器时，集成能力差，应用有限。尽管微机电系统(MEMS)谐振器可实现高时间分辨率、相位噪音小以及优越的集成能力，此种基于硅(Si)的MEMS系统在温度较高时，稳定性会比较差。

在此次研究中，研究员采用了金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)在硅基底上制备了高质量的GaN外延膜，以打造GaN谐振器。研究员提出利用应力设计来改善时间性能，其中应力主要来源于GaN和硅基底上的晶格失配和热失配。因此，GaN可直接在硅基底上生长，无需任何去除应力层。通过在MOCVD生长过程中优化降温方法，研究员没有在GaN上发现裂痕，而且发现其与采用超晶格去除应力层的传统方法制成的GaN相比，晶体质量相当。

该款基于GaN制成的MEMS谐振器已被证明可在600色温(600K)下稳定工作，而且当温度增加时，仍具有很高的时间分辨率和很好的时间稳定性，且频移较小。这是因为内部的热应力补偿了频移，并且减少了能量耗散。由于该款设备尺寸小、灵敏度高，而且能够与CMOS技术集成在一起，有望应用于5G通信、物联网(IoT)计时设备、车载应用以及高级驾驶辅助系统(ADAS)等领域。