声表面波（SAW）无源无线温度传感器具有在封闭空间、受限空间和高速运动系统等复杂场景监测温度的能力，同时具有可大规模布网、信息采集方便、免维护等优势，广泛应用于电力、钢铁、水泥化工等工业设备的高效在线温度监测。SAW谐振器是SAW无源无线温度传感器的温度敏感单元。GaN凭借优异的压电特性高温稳定性，在高温传感器领域获得关注。GaN SAW谐振器一般采用GaN薄膜制备，受薄膜与衬底间声学损耗以及薄膜晶体品质的限制，Q值通常低于2000，插入损耗高于5 dB。GaN SAW谐振器的低Q值和高插损，导致难以基于其实现无源无线传感，已报道的GaN SAW温度传感器均需导线连接谐振器与测试设备。

近日，中科院半导体研究所张韵研究员课题组采用GaN单晶代替GaN薄膜研发高Q值SAW谐振器，在声电协同全波仿真的基础上，对谐振器的晶向、长宽比等器件参数进行设计，研制出性能可与传统石英SAW谐振器相媲美的GaN SAW谐振器，谐振点（fr）处Q值4829、反谐振点（fa）处Q值6775，插入损耗1.03 dB。其fr、fa处Q值均为已报道的GaN单晶衬底基SAW谐振器的最高值。此外，首次展示了基于GaN SAW谐振器的无源无线温度传感器，温度范围为21.6-120 °C，fr的温度依赖系数（TCF）为-24.3 ppm/°C。该工作直接验证了基于GaN SAW谐振器研发无源无线温度传感器的技术可行性。对后续通过进一步提高基板、阻抗匹配元件的高温耐受性，开发谐振器高温下Q值加固技术，从而研发更高温度的SAW无源无线传感器产品提供重要参考。

该文章以题为“Bulk GaN-based SAW resonators with high quality factors for wireless temperature sensor”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. GaN SAW谐振器 (a) S11、(b) S21曲线及导纳的 (c) 幅度、(d) 相位曲线。

文章信息：

Bulk GaN-based SAW resonators with high quality factors for wireless temperature sensor

Hongrui Lv, Xianglong Shi, Yujie Ai, Zhe Liu, Defeng Lin, Lifang Jia, Zhe Cheng, Jie Yang, Yun Zhang

J. Semicond. 2022, 43(11): 114101 doi: 10.1088/1674-4926/43/11/114101

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/11/114101

来源：半导体学报