上海微系統所異質集成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略意義和經濟價值。
目前，高性能SAW濾波器技術在快速發展中，日本Murata的代表產品IHP-SAW（Incredible High Performance SAW）有著業界最佳的綜合性能，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