利用超高热导率异质结构实现低自热的S波段声电放大器

本文报道了一种用于声子放大的声电平板波导异质结构，其采用直接在4H-SiC衬底上生长的薄Al$_{0.58}$Sc$_{0.42}$N薄膜，并将超薄In$_{0.53}$Ga$_{0.47}$As外延薄膜异质集成于Al$_{0.58}$Sc$_{0.42}$N表面。直接在碳化硅上生长的氮化铝钪薄膜使得薄（1微米厚）压电薄膜可沉积于导热体衬底（4H-SiC为370 W/m-K）上，结合In$_{0.53}$Ga$_{0.47}$As半导体的大迁移率（约7000 cm$^2$/V-s）和低载流子浓度（约5x10$^{15}$ cm$^{-3}$）参数，可实现可忽略的自热。该结构支持一种Sezawa模式，其倏逝电场峰值与半导体载流子之间具有最优重叠。异质结构材料的高声速使我们能在3.05 GHz下工作Sezawa模式放大器，展示出500 dB/cm的增益（800微米内40 dB）。此外，在2.3 mW的耗散直流功率下，实现了7.7 dB的端到端射频增益和52.6 dB的非互易传输。同时还表征了功率附加效率和声学噪声系数。