上海微系統(tǒng)所異質集成XOI課題組利用“萬能離子刀”剝離與轉移技術，將LiNbO3單晶薄膜與高聲速、高導熱的支撐襯底異質集成（如圖1所示），與美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校合作，研制出高性能聲表面波（SAW）器件。聲表面波諧振器的諧振頻率約1.95 GHz，導納比高達80.1 dB，機電耦合系數高達27.8%，Q值接近2000，諧振器的綜合性能品質優(yōu)值（FoM）高達530，為已報道的最高值 （如圖2所示）；制備的聲表面波濾波器中心頻率約為2.29 GHz，3-dB相對帶寬約為9.9%，通帶內最小插入損耗為1.38 dB，帶外抑制約為40 dB（如圖3所示）。相關結果于2020年7月13日在線發(fā)表于微波領域著名期刊IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques（DOI：10.1109/TMTT.2020.3006294）；并將在國際微波領域頂級會議IEEE MTT-S International Microwave Symposium 2020以口頭報告形式發(fā)布。
圖1 制備的壓電異質集成襯底的（a）實物圖和（b）面內均勻性表征結果
圖2 基于壓電異質集成襯底的諧振器的
（a）導納曲線和（b）Bode_Q的測試與擬合結果
圖3 制備的濾波器的測試結果
濾波器是射頻前端模塊中的核心部件之一，占據了射頻前端市場中的最大份額。隨著5G時代的到來，手機等移動終端需要支持的頻帶數目大幅增加，因而對濾波器的需求也不斷增長。射頻濾波器主要有兩種技術路線：聲表面波（Surface Acoustic Wave, SAW）濾波器和體聲波濾波器（Bulk Acoustic Wave, BAW）濾波器。射頻SAW和BAW濾波器由于插入損耗低（<2dB）、帶外抑制高、成本低和微型化等優(yōu)勢成為移動通信射頻前端無可替代的元器件日企Murata、TDK等占據聲表面波（SAW）濾波器主要市場，美企Avago、Qorvo等占據體聲波（BAW/FBAR）濾波器主要市場，這些廠商經過多年的積累，已經形成高大的技術壁壘和專利壁壘，國內廠商在該領域的技術能力與國外廠商相比仍有很大差距。因此，實現(xiàn)具有自主知識產權的高性能射頻聲學濾波器件具有重要的戰(zhàn)略意義和經濟價值。
目前，高性能SAW濾波器技術在快速發(fā)展中，日本Murata的代表產品IHP-SAW（Incredible High Performance SAW）有著業(yè)界最佳的綜合性能，但受限于工作頻率難以突破3 GHz，較難應用于5G通信n77（3.3 GHz~4.2 GHz）、n79（4.4 GHz~5.0 GHz）等重要頻段。XOI課題組利用異質集成技術，將LiNbO3/LiTaO3單晶壓電薄膜與高聲速、高導熱襯底結合，進一步提高射頻聲表面波濾波器的工作頻率和綜合性能，對于推動高性能射頻濾波器件發(fā)展和應用具有指導意義。
論文原文鏈接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/9139293
文章來源：
http://www.sim.cas.cn/sytplb/202007/t20200720_5637520.html?from=timeline