中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)
China Electronic Components Association
據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，日本電報(bào)電話(huà)公司（NTT）和日本東北大學(xué)通過(guò)使用一種被稱(chēng)為聲子晶體的人工復(fù)合材料（聲子晶體通常由散射體和基體組成，前者以周期分布形式嵌入到基體中，可以對(duì)振動(dòng)波的散射特性進(jìn)行有效操控），能夠操縱超聲波振動(dòng)的“流動(dòng)”，并證實(shí)了通過(guò)波形壓縮產(chǎn)生的信號(hào)放大。
眾所周知，當(dāng)敲擊音叉時(shí)，它會(huì)以其結(jié)構(gòu)確定的特定頻率發(fā)聲。類(lèi)似地，如果被稱(chēng)為MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）的微小結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，則會(huì)引起人耳聽(tīng)不到的高頻振動(dòng)，亦即超聲波。在現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，諸如“表面聲波濾波器（Surface Acoustic Wave Filter）”之類(lèi)的SAW MEMS器件，以及利用該現(xiàn)象的振蕩元件已廣泛應(yīng)用于發(fā)送和接收的高頻信號(hào)處理。
NTT的研究團(tuán)隊(duì)基于MEMS諧振器制造技術(shù)開(kāi)發(fā)出了一種名為“聲子晶體”的新型“人造聲學(xué)晶體”，并將其用作控制超聲波振動(dòng)傳播的平臺(tái)。通過(guò)使用這種聲子晶體，超聲波的擴(kuò)散控制成為可能，這實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有MEMS技術(shù)難以完成的對(duì)超聲波振動(dòng)速度和波長(zhǎng)的控制。
上圖為聲子晶體波導(dǎo)和測(cè)量示意圖。底部插圖顯示器件橫截面的SEM圖像，該器件由選擇性蝕刻Al0.65Ga0.35As層制成的GaAs/AlGaAs異質(zhì)結(jié)構(gòu)組成，比例尺為5μm。周期性結(jié)構(gòu)由上插圖所示的寬度22μm波導(dǎo)確定，孔距8μm。右側(cè)邊緣處利用壓電效應(yīng)激發(fā)納米結(jié)構(gòu)機(jī)械振動(dòng)，然后在室溫和高真空（2×10-4Pa）下利用激光多普勒干涉儀在左側(cè)邊緣處進(jìn)行測(cè)量。
在這項(xiàng)研究中使用的聲子晶體由傳輸微小振動(dòng)的路徑（波導(dǎo)）組成，就好像鼓的膜沿一個(gè)方向拉伸一樣。通過(guò)向安裝在波導(dǎo)末端的電極施加電壓，通過(guò)壓電效應(yīng)局部誘發(fā)超聲波振動(dòng)。通過(guò)測(cè)量這種振蕩的傳播，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了聲子晶體群速度的頻率依賴(lài)性，即所謂的色散。
利用這種群速度色散，不同頻率的波以不同的速度在聲子晶體中傳播。另外，通過(guò)從波導(dǎo)末端施加頻率調(diào)制來(lái)輸入振動(dòng)，據(jù)稱(chēng)首次成功地實(shí)現(xiàn)了波形的擴(kuò)展和壓縮。通過(guò)使用該技術(shù)，可以精確地控制振動(dòng)波形的壓縮比例以及壓縮的位置和時(shí)間。此外，通過(guò)使用MEMS技術(shù)，還可以顯著減小信號(hào)處理裝置的尺寸并提高集成度。
對(duì)芯片上超聲波振動(dòng)的控制改進(jìn)，對(duì)于現(xiàn)代通訊和傳感技術(shù)來(lái)說(shuō)非常重要。相比廣泛使用的微機(jī)械諧振器，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有多種優(yōu)勢(shì)，例如寬頻率范圍、高運(yùn)行速度以及更低的能耗等。對(duì)芯片上聚焦彈性波時(shí)間和位置的調(diào)整能力，將推動(dòng)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，不僅可以操縱納米材料，而且還可以通過(guò)局部受限應(yīng)變有選擇地驅(qū)動(dòng)量子器件。此外，這種時(shí)域聚焦技術(shù)可應(yīng)用于2D聲子晶體和超材料，基于2D帶結(jié)構(gòu)的各向異性特性對(duì)彈性波傳播進(jìn)行定向控制，以創(chuàng)造新的方法來(lái)操縱芯片上的彈性波。
