阻抗匹配的高谐振厚度剪切 Bulk 声共振器及其可扩展模式体积
介观与纳米尺度物理
2026-05-04 v1
摘要
高谢振厚度剪切 bulk 声共振器是微波信号处理和新兴量子技术中不可或缺的组件;然而，传统设计受限于阻抗匹配不足、伪谐振态干扰以及可扩展性受限的问题。本文引入一种后向激励的高谢振厚度剪切 bulk 声共振器，简称 X HTBAR，通过完全平面激励方案克服了上述局限。X HTBAR 采用 3 微米厚 128 度 Y 切 LiNbO3 压电薄膜，基座为 500 微米高电阻硅，能够通过侧向电极高效激励厚度剪切模态，无需底电极，并将声学场限制在顶部电极之间。该构型消除了 parasitic 损耗通道，能量传递效率提升至99%以上，保持约5.75 MHz 的稳定自由光谱范围，并具有极小的波动。实验测量显示，声子谱在0.1至1.8 GHz 区间呈 comb 状，品质因子在10^3至10^5 之间，室温下频率质量数产品超过10^13，且具有低温频率系数。此外，网格电极设计结合 128 度 Y 切 LiNbO3 的内在特性——对电极间距不敏感且具有较大的电机耦合系数——抑制了伪谐振态，实现了模式体积可调从0.008至0.064立方毫米。这些综合特征使 X HTBAR 器件具有出色的集成兼容性和强大的对电极相关扰动的免疫力，成为大规模量子互连和微波光子集成电路中具有前景的多模态声子源。
引用
@article{arxiv.2511.18795,
title = {Impedance-matched High-Overtone Thickness-Shear Bulk Acoustic Resonators with Scalable Mode Volume},
author = {Zi-Dong Zhang and Zhen-Hui Qin and Yi-Han He and Yun-Fei Cheng and Hao Yan and Si-Yuan Yu and Ming-Hui Lu and Yan-Feng Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.18795},
year = {2026}
}