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俄羅斯莫斯科物理技術學院（MIPT）超硬度和新型碳材料技術研究所（TISNCM）聯合西伯利亞聯邦大學，通過在微機電系統（MEMS）諧振器中採用金剛石單晶體作襯底，速度超過20GHz，品質因數（ Q）超過2000，創造微波領域的一項新世界記錄。

理論依據

MIPT發現，在金剛石中的能量衰減在1GHz之後呈線性頻率依賴關係，而在其他晶體中則呈現平方依賴關係。即意味著，與其他晶體相比，1GHz之後金剛石中的能量損失緩慢增長，因此金剛石是一個適用於高頻電子的理想襯底。

技術細節

據MIPT的研究人員表示，其他高性能表面和體聲波（SAW/BAW）諧振器的研究採用的是生長速率較慢的化學氣相澱積（CVD）工藝。帶來的結果是，金剛石形成薄膜的過程冗長；內部存在多個不平衡的應力；器件頻率不超過10GHz，品質因數也較低。

MIPT研究出了高壓高溫（HPHT）澱積工藝，通過精細調整該工藝，可以更快的速度生長出幾乎由純碳合成的單晶體金剛石，具備更完美的晶格屬性，內部應力也最小；接著通過採用兩層金屬（鋁和鉬）+壓電材料的三明治襯底結構，進一步提高頻率和品質因數；最後通過調整金剛石基器件的所有參數，如厚度、寬度、電極材料等，可使器件工作在數十GHz，同時保持較高的品質因數。

性能驗證

MIPT所研究的高泛音體聲諧振器中，所有參數都主要由襯底材料所決定。使用HPHT金剛石代替石英、甚至CVD金剛石，可使器件有更高頻率、具有更高品質因數和更少的內部損失。在此前的試驗中，MIPT已經研製出了多個基於金剛石襯底的MEMS諧振器，驗證其工作頻率超過20GHz。

意義

此次研製出的高性能MEMS諧振器不僅可用於產生高速時鐘信號，還可作為生物傳感用超靈敏SAW/BAW諧振器，能夠檢測附近單個細菌和其他納米量級的毒性藥劑。

下一步工作

在達到現有工作速度的同時，研究團隊注意到在主泛音區存在一些假的尖峰，研究人員目前將其解釋和分類為Lamb形波（在平面表面傳播的彈力波）和體波，如下圖所示。下一步，研究人員計劃充分利用新型鋁-scan-dium-氮壓電薄膜，以壓制Lamb波所帶來的偽峰。