微波 epitaxial AlN 声学共振器的 cryogenic 损耗限制
介观与纳米尺度物理
2026-04-16 v1 应用物理
摘要
铝氮化物 (AlN) 基薄膜 bulk acoustic wave 共振器 (FBAR) 作为 6G 通信和量子存储硬件的紧凑型平台，受益于可集成声学模态带有高品质因子。然而，温度依赖的声学耗散最终限制了器件性能。本文制造了一个 16 GHz 单晶 AlN FBAR 作为测试平台，对其在 6.5 K 至 300 K 范围内进行小信号 RF 测量，并构建基于物理的模型以估算 FBAR 在低温下的 fundamental 品质因子限制。该模型包含 both intrinsic 和 extrinsic loss 机制，包括针对 bulk acoustic wave 共振器的解析锚辐射损耗模型，而非仅依赖有限元仿真。测得的 loaded 品质因子 (Q) 随温度单调下降，从 6.5 K 时约为 1589 (Qf=24.79 THz) 降至 294 K 时的 363 (Qf=5.66 THz)。这一趋势与基于共振器几何和所选 Metal-Insulator-Metal (MIM) 堆栈的理论极限相一致。为演示该基于物理的框架的普适性，我们进一步通过对 23 GHz 高阶 bulk acoustic 共振器 (HBAR) 的实验数据进行基准测试来验证其有效性。该经验证的模型提供了一种实用且可迁移的框架，用以解释低损耗共振器的 Q(T) 限制，通过量化限制 Q 的温度相关机制，使我们能够设计用于超导量子硬件的 cryogenic 微波滤波器元件。
引用
@article{arxiv.2604.13364,
title = {Cryogenic Loss Limits in Microwave Epitaxial AlN Acoustic Resonators},
author = {Hemant Gulupalli and Navnil Choudhury and Jiacheng Xie and Yufeng Wu and Huili Grace Xing and Hong X. Tang and Debdeep Jena and Kanad Basu and Wenwen Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.13364},
year = {2026}
}
备注
10 pages, 4 figures