陶桂龙, 支国伟, 罗添友, 欧阳佩东, 衣新燕, 李国强

无机材料学报 2025, 40 (2): 128-144. DOI:10.15541/jim20240355

摘要（332）

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随着通信技术升级以及5G通信应用的驱动, 各种智能设备所需的滤波器数量激增, 促进了滤波器市场的繁荣, 但对其性能要求也越来越高, 例如大带宽、高频率、高功率容量、微型化、集成化以及低成本等指标是学术界与产业界重点关注的方向, 而基于薄膜体声波谐振器(Thin Film Bulk Acoustic Resonator, FBAR)技术的FBAR滤波器已成为最有前景的滤波器之一。另外, 当前空腔型FBAR滤波器已取得了一定的商业成功, 但是仍面临性能不足、工艺复杂、成本略高、技术受限等困境。为此, 本文试图从器件理论研究与结构优化、高性能压电材料制备与优化、新型工艺开发及技术融合三方面对FBAR滤波器的相关问题与关键技术进行综述, 旨在为该研究领域的学者梳理FBAR滤波器技术进阶与迭代的脉络, 以期为未来研究的路径与方向提供若干启发性思考。

新工艺的开发对高性能FBAR滤波器的制备有着巨大影响, 并为行业的发展注入了新的活力。本研究团队开创了基于单晶AlN体声波谐振器(Single-crystalline Aluminum-nitride Bulk Acoustic Resonator, SABAR)的BAW滤波芯片SABAR?技术路线, 通过采用颠覆性的倒装键合技术对器件的空腔结构进行了革新设计, 从而有效缓解了器件的损伤问题且提升了器件的耐用性。2022年, 本研究团队[86]首先通过金属有机物化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)生长单晶AlN缓冲层, 随后基于物理气相沉积(Physical Vapor Deposition, PVD)通过磁控溅射制备AlN薄膜, 并采用应力补偿的策略显著提升了薄膜的质量。该工艺不仅制备了具有高质量和低应力特性的AlN薄膜, 而且突破了磁控溅射在AlN薄膜制备方面长期面临的质量提升难题。随后本研究团队基于上述两步法所获AlN薄膜制备了实际的FBAR, 同时也基于单步PVD工艺制备了AlN薄膜及其FBAR。两种不同工艺所获器件的性能如图13所示, 可以看到采用两步法所获薄膜制备的FBAR(Sample 1)的

k_{eff}^{2} = 6.39 %

, 其Q值比基于单步PVD工艺所获薄膜制备的FBAR(Sample 2)高696, 且史密斯圆更贴近边缘, 这表明本研究团队开发的工艺可获得性能更优异的器件。