高速通信需要超大的帶寬支持，例如Wi-Fi 6E/7全頻段為6.17 - 7.125 GHz，N77和N79的全頻段分別達到了900 MHz 和600 MHz。體聲波（BAW）濾波器具有較高的Q值，但其帶寬受限于壓電材料機電耦合系數(shù)，難以實現(xiàn)大的帶寬。無源電感和電容等器件搭建的濾波器，可以實現(xiàn)較大的帶寬，但其Q值較低，導(dǎo)致濾波器的邊帶特性較差。因此，如何實現(xiàn)濾波器的大帶寬及高陡降特性成為亟需突破的難題。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，針對上述問題，來自杭州樹芯科技和浙江大學(xué)、杭州電子科技大學(xué)的研究人員提出了基于帶阻理論的全新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的IPD（Integrated Passive Device）與BAW器件異構(gòu)集成的濾波器設(shè)計思路，設(shè)計并制備出了N77全波段緊湊型寬帶BAW濾波器，相關(guān)研究成果近期以“Compact and High Steep Skirts Hybrid Heterogeneous Integrated N77 Full band BAW Filter Based on Band-stop Theory”為題發(fā)表在IEEE Electron Device Letters期刊上。新的設(shè)計思路克服了諧振器kt2對濾波器帶寬帶來的限制，為設(shè)計更高頻帶的寬帶濾波器開辟了道路。

如圖1所示，交換原梯形濾波器的串聯(lián)諧振器和并聯(lián)諧振器的頻率，原來的通帶變成了阻帶，原來的阻帶變成了通帶。因此，通帶的帶寬不再受諧振器kt2的限制，可以擴展到阻帶的兩側(cè)。研究者利用阻帶左側(cè)的通帶構(gòu)建了異構(gòu)集成BAW濾波器。研究者分別制造了Al0.8Sc0.2N作為壓電層的BAW和基于SiN的IPD器件，隨后使用倒裝鍵合將它們連接起來。這種三維堆疊結(jié)構(gòu)形成了一個高度緊湊的芯片，所制造的異構(gòu)集成濾波器具有900 MHz的帶寬，通帶覆蓋3.3 GHz到4.2 GHz。該濾波器的平均插入損耗為-2 dB，帶外抑制為-28 dB，平均滾降為250 MHz，有效面積僅為1 mm × 0.85 mm，如圖1所示。

圖1 異構(gòu)集成濾波器：（a）異構(gòu)集成濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；（b）異構(gòu)集成濾波器BAW與IPD顯微圖；（c）濾波器傳輸特性曲線

此外，通過操作串聯(lián)電感器和調(diào)整相應(yīng)并聯(lián)諧振器的面積，還可以調(diào)整濾波器左頻帶的零極點。因此，可以基于固定頻率的諧振器，只調(diào)節(jié)電感值，即可調(diào)整BAW濾波器的帶寬。這種靈活性使得在同一晶圓上制造具有多種帶寬的濾波器成為可能。圖2展示了濾波器從400 MHz到2 GHz的帶寬變化能力，這是傳統(tǒng)梯形或格狀濾波器無法實現(xiàn)的。

圖2 濾波器可實現(xiàn)從400 MHz - 2 GHz的帶寬變化

這種異構(gòu)集成濾波器克服了諧振器kt2帶來的限制，為設(shè)計更高頻帶的寬帶濾波器的設(shè)計提供了新的思路。面向未來無線通信帶寬的增加，通帶右側(cè)的抑制逐漸減弱，實現(xiàn)具有靈活多變的帶寬切換調(diào)節(jié)的異構(gòu)集成濾波器，在諸多應(yīng)用場景有重要的應(yīng)用潛力。有關(guān)濾波器技術(shù)已經(jīng)用在樹芯公司的寬帶濾波器產(chǎn)品上，獲得用戶的廣泛認可。

論文鏈接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10478580

審核編輯：劉清