近日@@，第@@69届国际电子@@器件大会@@（IEDM 2023）在@@美国旧金山召开@@。中@@国科学院上海微系统与信息技术@@研究所@@（简称@@：上海微系统所@@）欧欣研究员课题组以口头报告形式发表了题为@@“Miniaturized Dual-Mode SAW Filters using 6-inch LiNbO3-on-SiC for 5G NR and WiFi 6”的@@最新研究成果@@，博士生郑鹏程@@、张师斌副研究员@@、华南理工大学徐金旭副教授为本论文共同第@@一作@@，张师斌副研究员@@、欧欣研究员为论文共同通讯作者@@。IEDM会议被誉为半导体领域的@@@@“奥林匹克盛会@@”，是报告半导体和@@电子@@器件技术@@@@、设计@@、制造@@、物理和@@建模等@@领域的@@关键技术@@突破的@@顶尖论坛@@。
本工作中@@@@，欧欣研究员课题组基@@于@@自主研制的@@@@6英寸高@@质量@@X-cut LiNbO3/SiC异质集成衬底@@，在@@国际上率先提出面向@@@@5G/6G、WiFi 6/7应用的@@@@“双模激励@@，多频集成@@”的@@高@@性能@@、低成本@@的@@声表面波@@（SAW）滤波器@@技术@@@@。传统的@@@@SAW滤波器@@通常在@@单一设计@@方向上激发单一的@@声波模式@@（例如瑞利波@@、水平剪切波@@SH-SAW、纵向漏波@@LL-SAW等@@），且工作频率难以突破@@3GHz，仅适合于传统@@4G LTE频段@@，难以在@@高@@频段@@与@@FBAR、IPD等@@技术@@抗衡@@。
如图@@@@1所示@@，由于@@X-cut LiNbO3面内的@@强各向异性以及@@SiC衬底极高@@@@声速的@@特性@@，高@@机电耦合系数@@、高@@Q值@@的@@@@LL-SAW和@@SH-SAW模式可同时@@在@@@@LiNbO3/SiC异质衬底的@@不同面内方向上激发@@，即利用完全相同的@@器件设计@@@@，在@@不同面内方向上可分别得到高@@频@@、中@@频两种滤波器@@响应@@。如图@@@@2（a-b）中@@，在@@1.0~1.5 μm的@@波长下@@，SH-SAW和@@LL-SAW谐振器@@分别在@@@@3~4 GHz和@@4.7~6.3 GHz的@@频率范围内展现出高@@机电耦合系数@@和@@高@@@@Q值@@。图@@2（c）中@@，两颗@@SH-SAW滤波器@@在@@@@5G N77频段@@展现出@@495 MHz和@@391 MHz的@@带宽以及@@<1 dB的@@插损@@；图@@2（d）中@@，一组@@LL-SAW滤波器@@在@@@@Wi-Fi 6频段@@亦展现出大带宽@@和@@低损耗@@。
图@@1：双模态@@SAW滤波器@@技术@@@@示意图@@@@
图@@2：双模态@@（a-b）谐振器@@和@@@@（c-d）滤波器@@的@@实测结果@@
为进一步验证双模态@@@@SAW技术@@在@@@@复杂网@@络@@（如双工器@@、多工器等@@@@）中@@的@@应用前景@@，本工作中@@@@还设计@@了@@5G N79 & Wi-Fi 6和@@5G N77 & 5G N79的@@高@@性能@@双通带滤波器@@响应@@（图@@3），版图@@尺寸@@<1 mm²。本工作从高@@质量异质晶圆@@、高@@频谐振器@@@@、高@@性能分立滤波器@@和@@双通带滤波器@@@@4个维度@@，全面验证了碳基@@@@SAW技术@@在@@@@3~7 GHz频段@@的@@应用潜力@@，有望形成一条独具特色的@@高@@性能@@@@、低成本@@、高@@集成度射频滤波器@@解决方案@@。
图@@3：面向@@5G/6G、Wi-Fi 6/7应用的@@@@双通带滤波器@@@@
值@@得一提的@@是@@，自从在@@国际上首次验证@@SiC基@@异质集成@@SAW滤波器@@技术@@@@（IEEE T-MTT, vol. 68, no. 9, pp. 3653-3666, Sept. 2020）以来@@，欧欣研究员课题组一直致力于高@@声速异质集成材料的@@工程化批量制备@@与高@@性能@@SAW滤波器@@技术@@@@的@@前沿探索@@。图@@4展示了欧欣研究员课题组在@@@@2023年度@@SiC基@@SAW技术@@上的@@代表性工作@@：(a) 实现了@@Q值@@高@@达@@11000的@@LiTaO3/SiC基@@SAW谐振器@@，并揭示了高@@@@Q值@@的@@@@新物理机制@@（IEEE EDL, vol. 44, no. 5, pp. 813-816, May 2023.）；(b) 基@@于@@LiTaO3/SiC的@@高@@性能@@SAW谐振器@@和@@@@滤波器@@@@，无温补层的@@前提下实现近零温漂@@（IEEE T-MTT, vol. 71, no. 10, pp. 4182-4192, Oct. 2023.）；(c) 基@@于@@LiNbO3/SiC的@@低损耗@@、大带宽@@LL-SAW滤波器@@（IEEE T-MTT, doi: 10.1109/TMTT.2023.3305078.）。同时@@，团队还荣获@@2022年度@@IEEE Microwave Prize、首届全国颠覆性技术@@创新大赛总决赛优胜奖@@、“国科大杯@@”创新创业大赛总决赛一等@@奖等@@荣誉@@。欧欣研究员课题组将瞄准@@5G/6G、Wi-Fi 6/7应用需求@@，持续发力压电异质集成材料与@@SAW滤波器@@技术@@@@的@@创新研发@@、知识产权布局@@、工程化制备@@@@，为高@@端射频前端@@/滤波器@@的@@国产替代保驾护航@@。
图@@4：2023年度@@课题组碳基@@@@SAW技术@@代表性成果一览@@。(a) 极高@@@@Q值@@（~11000）LiTaO3/SiC基@@SAW谐振器@@；(b) 基@@于@@LiTaO3/SiC的@@近零温漂高@@性能谐振器@@@@/滤波器@@；(c) 面向@@5G N79频段@@的@@高@@性能@@@@LL-SAW滤波器@@。
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