上海微系统所利用异质集成技术研制出高性能射频滤波器

上海微系统所异质集成XOI课题组利用“万能离子刀”剥离与转移技术，将LiNbO3单晶薄膜与高声速、高导热的支撑衬底异质集成（如图1所示），与美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校合作，研制出高性能声表面波（SAW）器件。声表面波谐振器的谐振频率约1.95 GHz，导纳比高达80.1 dB，机电耦合系数高达27.8%，Q值接近2000，谐振器的综合性能品质优值（FoM）高达530，为已报道的最高值 （如图2所示）；制备的声表面波滤波器中心频率约为2.29 GHz，3-dB相对带宽约为9.9%，通带内最小插入损耗为1.38 dB，带外抑制约为40 dB（如图3所示）。相关结果于2020年7月13日在线发表于微波领域著名期刊IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques（DOI：10.1109/TMTT.2020.3006294）；并将在国际微波领域顶级会议IEEE MTT-S International Microwave Symposium 2020以口头报告形式发布。 

滤波器是射频前端模块中的核心部件之一，占据了射频前端市场中的最大份额。随着5G时代的到来，手机等移动终端需要支持的频带数目大幅增加，因而对滤波器的需求也不断增长。射频滤波器主要有两种技术路线：声表面波（Surface Acoustic Wave, SAW）滤波器和体声波滤波器（Bulk Acoustic Wave, BAW）滤波器。射频SAW和BAW滤波器由于插入损耗低（<2dB）、带外抑制高、成本低和微型化等优势成为移动通信射频前端无可替代的元器件日企Murata、TDK等占据声表面波(SAW)滤波器主要市场，美企Avago、Qorvo等占据体声波(BAW/FBAR)滤波器主要市场，这些厂商经过多年的积累，已经形成高大的技术壁垒和专利壁垒，国内厂商在该领域的技术能力与国外厂商相比仍有很大差距。因此，实现具有自主知识产权的高性能射频声学滤波器件具有重要的战略意义和经济价值。 

目前，高性能SAW滤波器技术在快速发展中，日本Murata的代表产品IHP-SAW（Incredible High Performance SAW）有着业界最佳的综合性能，但受限于工作频率难以突破3 GHz，较难应用于5G通信n77（3.3 GHz~4.2 GHz）、n79（4.4 GHz~5.0 GHz）等重要频段。XOI课题组利用异质集成技术，将LiNbO3/LiTaO3单晶压电薄膜与高声速、高导热衬底结合，进一步提高射频声表面波滤波器的工作频率和综合性能，对于推动高性能射频滤波器件发展和应用具有指导意义。 

论文原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9139293 

图1 制备的压电异质集成衬底的（a）实物图和（b）面内均匀性表征结果

图2 基于压电异质集成衬底的谐振器的（a）导纳曲线和（b）Bode_Q的测试与拟合结果

图3 制备的滤波器的测试结果