日本將MEMS應用於聲子晶體波導研究，操縱超聲波振動的傳播

據麥姆斯諮詢報道，日本電報電話公司（NTT）和日本東北大學通過使用一種被稱為聲子晶體的人工複合材料（聲子晶體通常由散射體和基體組成，前者以周期分布形式嵌入到基體中，可以對振動波的散射特性進行有效操控），能夠操縱超聲波振動的「流動」，並證實了通過波形壓縮產生的信號放大。

眾所周知，當敲擊音叉時，它會以其結構確定的特定頻率發聲。類似地，如果被稱為MEMS（微機電系統）的微小結構產生振動時，則會引起人耳聽不到的高頻振動，亦即超聲波。在現代移動通信系統中，諸如「表面聲波濾波器（Surface Acoustic Wave Filter）」之類的SAW MEMS器件，以及利用該現象的振蕩元件已廣泛應用於發送和接收的高頻信號處理。

NTT的研究團隊基於MEMS諧振器製造技術開發出了一種名為「聲子晶體」的新型「人造聲學晶體」，並將其用作控制超聲波振動傳播的平台。通過使用這種聲子晶體，超聲波的擴散控制成為可能，這實現了現有MEMS技術難以完成的對超聲波振動速度和波長的控制。

上圖為聲子晶體波導和測量示意圖。底部插圖顯示器件橫截面的SEM圖像，該器件由選擇性蝕刻Al0.65Ga0.35As層製成的GaAs / AlGaAs異質結構組成，比例尺為5μm。周期性結構由上插圖所示的寬度22μm波導確定，孔距8μm。右側邊緣處利用壓電效應激發納米結構機械振動，然後在室溫和高真空（2?×?10^(?4)?Pa）下利用激光多普勒干涉儀在左側邊緣處進行測量。

在這項研究中使用的聲子晶體由傳輸微小振動的路徑（波導）組成，就好像鼓的膜沿一個方向拉伸一樣。通過向安裝在波導末端的電極施加電壓，通過壓電效應局部誘發超聲波振動。通過測量這種振蕩的傳播，通過實驗證實了聲子晶體群速度的頻率依賴性，即所謂的色散。

利用這種群速度色散，不同頻率的波以不同的速度在聲子晶體中傳播。另外，通過從波導末端施加頻率調製來輸入振動，據稱首次成功地實現了波形的擴展和壓縮。通過使用該技術，可以精確地控制振動波形的壓縮比例以及壓縮的位置和時間。此外，通過使用MEMS技術，還可以顯著減小信號處理裝置的尺寸並提高集成度。

對晶元上超聲波振動的控制改進，對於現代通訊和感測技術來說非常重要。相比廣泛使用的微機械諧振器，波導結構具有多種優勢，例如寬頻率範圍、高運行速度以及更低的能耗等。對晶元上聚焦彈性波時間和位置的調整能力，將推動新技術的開發，不僅可以操縱納米材料，而且還可以通過局部受限應變有選擇地驅動量子器件。此外，這種時域聚焦技術可應用於2D聲子晶體和超材料，基於2D帶結構的各向異性特性對彈性波傳播進行定向控制，以創造新的方法來操縱晶元上的彈性波。

推薦培訓：

2018年5月25日至5月27日，麥姆斯諮詢主辦的「MEMS封裝和測試培訓課程」將在無錫舉行，培訓內容包含：（1）MEMS分立器件封裝技術（金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝等）；（2）MEMS晶圓級封裝技術（晶圓級鍵合、晶圓級微帽、晶圓級密封、TSV等）；（3）MEMS系統級封裝技術及器件失效案例分析；（4）典型MEMS器件封裝和測試技術：MEMS麥克風、光學感測器、磁感測器、指紋識別感測器、射頻濾波器、圖像感測器、氣體感測器等；（5）MEMS封裝鍵合設計；（6）選修課程：MEMS設計工具Tanner軟體及應用（MEMS設計-建模與模擬方法）。

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