芯片级声子集成电路中GHz声波的时域动态

《Journal of Microelectromechanical Systems》：Temporal Dynamics of GHz Acoustic Waves in Chipscale Phononic Integrated Circuits

压电声子集成电路通过亚波长尺度波导操控GHz声场，实现微波路由与芯片级传感，结合矢量网络分析仪可视化声场动态特性，如声子微环的脉冲循环与环形波导的多径干扰效应分析。

　　

摘要：

声子集成电路能够在亚微米级别的波导中操控GHz频率的声场，为在深度亚波长几何结构中路由和操控微波提供了新的自由度，这对芯片级的传感和信号处理具有重要意义。低传播损耗、长相互作用长度以及声速较慢的特性，再加上现代矢量网络分析仪（VNA）提供的大测量带宽和高频率分辨率，使得能够可视化这些设备中声场的时域动态，并观察其工作原理。我们在这里讨论的两个典型例子是声学微环谐振器中的脉冲循环和衰减现象，以及在波导谐振器几何结构中观察到的（寄生）多路径干扰效应。在缺乏快速三维声场成像技术的情况下，基于时域反射测量的方法成为绘制界面反射和损耗图谱的可行替代方案，随着这些设备复杂性的增加，这种方法变得越来越重要。

引言

压电声子集成电路（PnICs）[1]是一种能够在亚波长级别的波导几何结构中路由GHz频率声场的平台，目前正被积极研究应用于各种材料体系[2]、[3]、[4]，主要用于传感和信号处理领域。与成熟的集成光子学技术[5]类似，PnICs在芯片级平台上实现了低损耗（3.4 GHz时为mm^-1）的波导传输，同时具有强限制效应和长相互作用长度。由于声场是由微波信号在压电器件中产生的，PnICs为在芯片级别上操控微波提供了新的自由度，尤其是在深度亚波长尺度（声波波长远小于射频波长）的情况下。我们之前工作的一个示例[6]展示了紧凑型螺旋延迟线的实现，这种延迟线能够在芯片上实现特定的信号延迟，同时保持较小的芯片占用面积。