（a）芯片级微机电回转器结构图（b）回转器的高阶模态仿真

我校信息学院吴涛教授与UIUC Songbin Gong教授课题组在回转器和铌酸锂压电谐振器领域进行了合作，在微机电系统领域知名会议IEEE MEMS 2019 上发表3篇论文。

射频(RF)非互易网络是能够在相同带宽上同时进行发送和接收的全双工无线电的关键技术。传统方式下实现射频非互易器件通常采用磁场偏置铁氧体器件，这种器件需要磁体，很难集成在芯片上。它们也只在电磁(EM)域中工作，其尺寸也比较大。为了克服传统铁氧体器件的缺点，近年来研究了两种有前途的方法。第一种方法依靠时变电路在芯片尺度上实现非互易，同时消除了磁偏置。第二种方法是使用铁氧体集总元件和嵌入式微纳磁铁来实现超过50倍的尺寸缩小。尽管这两种方法在减小尺寸方面都取得了显著的进步，但时变方法在实现时需要> 100 mW的功耗，而且集总元件铁氧体器件仍不能与芯片级CMOS集成兼容。为了在近零功耗的情况下大幅度减小非互易器件的尺寸，可以利用声域与力域耦合效应，因为声波长比电磁波长小4到5个数量级。该研究探索了一种基于压电与电动力转导耦合原理的MEMS反互易系统，研究将洛伦兹力和压电换能器在一个结构中耦合实现了磁电换能器。

论文以“A Chip-Scale RF MEMS Gyrator Via Hybridizing Lorentz Force And Piezoelectric Transductions”为题介绍了第一种基于洛伦兹力和压电转换的芯片级射频MEMS回转器的设计和实验结果。MEMS回转器的非互易性的相位响应180°,可以用作构建块合成复杂的非互易性网络。MEMS回转器的等效电路和性能测试结果都显示预期的180°相位差。该换能器设计中没有使用任何磁性材料，完全采用微纳工艺加工完成，具有小型化和集成度高等优势，利用高阶压电谐振模态可以向GHz方向扩展。该成果首次在射频上用完全无源芯片级机械装置实现了非互易性，并讨论了器件在实现强耦合和低插入损耗方面的各种挑战。

第二项研究则以“Power-Efficient Ovenized Lithium Niobate SH0 Resonator Arrays With Passive Temperature Compensation为题，展示了利用36°Y切向铌酸锂薄膜在氧化硅(LN-OX)使用本征剪切水平(SH0)模态实现了首个集成微热炉170 MHz谐振器阵列。第三项研究以“Resonant Torsional Micro-Actuators Using Thin-Film Lithium Niobate”为题，展示了利用铌酸锂薄膜(36°Y切向) 实现了第一个扭转微执行器，获得了创纪录的优值（FOM），谐振器的谐振频率为1.268 MHz。

第一篇论文上科大为第一完成单位，另外两篇论文上科大为第二完成单位，相关研究得到了浦江计划、国家自然科学基金和上海科技大学科研启动基金的支持。