【国内论文】中山大学---温度对基于ε-Ga₂O₃的表面声波延迟线性能的影响

        由中山大学的研究团队在学术会议 ICAPMS 2025 发布了一篇名为 Influence of temperature on the performance of ε-Ga₂O₃-based surface acoustic wave delay lines（温度对基于 ε-Ga₂O₃ 的表面声波延迟线性能的影响）的文章。

        本研究得到了国家重点研发计划（编号：2023YFF1500700）、广东省研发计划项目（编号：2021B0101300005）以及广东省基础与应用基础研究基金（编号：2022B1515120081）的支持。

        如今，声表面波（SAW）器件已广泛应用于温度、化学、压力、气体和微流体传感器。传统的无源 SAW 传感器基于双端口延迟线或单端口谐振器，它们可与天线兼容以形成无线系统。与其他类型的传感相比，无线 SAW 技术在某些恶劣环境中，如地下探测、远程遥测和航空航天平台中，是一种有效的解决方案。如今，SAW 器件因其小型化尺寸、出色的灵敏度和稳定性而越来越多地被各种系统采用。

        在这项工作中，从 SAW 延迟线的散射参数中提取了 ε-Ga₂O₃ 的传播损耗。此外，还研究了中心频率、耦合系数（K²）和插入损耗的温度依赖性。实验结果表明，ε-Ga₂O₃ 在温度传感应用中具有广阔前景。

        随着无线传感技术的日益成熟，高性能表面声波（SAW）器件的需求持续增长。由于其宽禁带和强压电性，ε-Ga₂O₃ 已被认定为一种很有前景的半导体材料。在本研究中，从基于 ε-Ga₂O₃ 的 SAW 延迟线中提取了传播损耗、耦合系数（K²）和温度频率系数（TCF）。在 1286 MHz 时，ε-Ga₂O₃ 的Rayleigh 模式传播损耗为 0.04596 dB/λ，在 2083 MHz 时，其一阶 Sezawa 模式传播损耗为 0.10986 dB/λ。ε-Ga₂O₃ 的 Rayleigh 模式和一阶Sezawa 模式的 TCF 分别确定为 -69.0 至 -60.0 ppm/℃ 和 -57.5 至 -50.1 ppm/℃。ε-Ga₂O₃ 的 K² 被提取为约 1.0%。随着温度升至 100℃，基于 ε-Ga₂O₃ 的 SAW 延迟线的 K² 和插入损耗保持稳定变化。出色的 K² 性能和良好的温度稳定性表明 ε-Ga₂O₃ 是应用于高性能温度传感系统的有前景的材料。

        ● 系统研究 ε-Ga₂O₃ 基声表面波（SAW）延迟线的温度特性。

        ● 揭示温度对 ε-Ga₂O₃ SAW 延迟线性能的具体影响机制。

        ● 通过对温度影响的详细研究，为 ε-Ga₂O₃ 在高温或变温环境下的声表面波器件应用提供了重要的设计依据和性能预测能力。

        本研究中，在不同的自由间隙条件下成功制备了 ε-Ga₂O₃ 基 SAW 延迟线。通过散射参数提取器件的传播损耗、温度系数（TCF）和耦合系数（K²）。结果表明，Rayleigh 模式下的传播损耗为 0.04596 dB/λ（频率为 1286 MHz），一阶 Sezawa 模式下的传播损耗为 0.10986 dB/λ（频率为 2083 MHz）。ε-Ga₂O₃ 在 Rayleigh 模式和一阶 Sezawa 模式下的 TCF 分别为 −69.0 至 −60.0 ppm/℃ 和 −57.5 至 −50.1 ppm/℃。与传统的 AlN/蓝宝石结构（约 0.2%）相比，ε-Ga₂O₃ 拥有更高的耦合系数 K²（约为 1.0%），同时展现出优异的温度稳定性。在温度升高至 100℃ 过程中，基于 ε-Ga₂O₃ 的 SAW 延迟线的插入损耗仍保持稳定变化。其较大的 TCF 值、卓越的耦合性能以及良好的温度稳定性，使 ε-Ga₂O₃ 成为高性能温度传感器应用的有力候选材料。

DOI：

doi.org/10.1088/1742-6596/3030/1/012013