成果介绍
薄膜体声波(BAW)滤波器具有插损低、体积小、易于集成的优点,是射频模块微系统化必不可少的无源器件。随着射频系统向高频、宽带的技术方向发展,BAW滤波器也必须具备更高的工作频率和更大的工作带宽。但现有BAW滤波器均以多晶AlN压电薄膜材料为基础,导致其在频率和带宽两方面均面临着难以克服的瓶颈问题。一方面,要提高BAW器件的频率就必须降低AlN薄膜的厚度,例如Ku波段的工作频率要求AlN的厚度降低到300nm以内,但AlN薄膜采用生长法制备,界面过渡层的存在导致超薄的AlN薄膜难以维持良好的压电性能;另一方面,要获得更大的带宽就必须制备更高机电耦合系数(kt2)的压电薄膜,尽管通过Sc掺杂的方式能够将AlN的kt2从***%提升至15%左右,但仍然无法满足宽带射频系统10%以上分数带宽的要求,且掺杂同样会恶化AlN薄膜的性能从而导致器件损耗的大幅增加。
本成果针对现有AlN基BAW滤波器在频率和带宽两方面的问题,建立了单晶铌酸锂(LN)薄膜BAW器件的技术路径。
成果亮点
成果的创新性体现在两个方面。一是切向可控、可转移的LN单晶薄膜材料技术。基于单晶压电薄膜振动模型提出了切向选取方法,建立了高温低束流的高能离子注入方法,解决了特殊切向单晶LN薄膜注入过程易裂片、膜层剥离不完整的难题,实现了特殊切向单晶LN薄膜的制备。二是含器件结构的单晶薄膜异质集成方法。提出了“离子刻蚀+CMP”的薄膜表面处理方法,发明了含器件结构的非平坦表面异质键合技术,解决了多层薄膜异质集成中内应力大、易脱落的难题,实现了含薄膜体声波滤波器结构的4英寸晶圆制备。围绕以上创新点以布局发明专利30余项,授权7项,在薄膜BAW滤波器领域摆脱了美国的专利封锁和技术限制,关键技术自主可控,核心技术具有自主知识产权。
该成果走出了一条新的技术路线,总体技术达到国际先进水平,其中含器件结构的单晶薄膜异质集成方法,属于国际首创。项目成果已在高性能宽带滤波器中获得应用,具有显著的经济和社会效益,在相控阵雷达、电子对抗、综合数据链以及5G通信等军民领域有广阔的应用前景。
团队介绍
电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室团队:目前形成了一支包括院士2人、长江6人、杰青5人、万人计划2人、百千万人才4人、“四青”人才17人、创新群体2个在内的高水平研究队伍。实验室拥有1个国家重点学科、5个博士点以及5个硕士点,已具备每年250名左右硕士生、40名左右博士生、20名左右博士后的人才培养规模。
近五年获国家级奖励4项,部省级一等6项;授权发明专利729件(国外21件);发表SCI收录论文2000余篇;年度科研经费均超过1亿元。2012年、2017年连续两次被科技部评估为优秀实验室。未来发展中实验室将努力建设成为能够代表国家研究水平,具有原始创新能力的高水平、开放型、高效运转的学术基地。
成果资料