Подложки с заданными свойствами для фильтров

Подложки с заданными свойствами для фильтров

Выпуск 12(6686) от 20 июня 2019 г.
РУБРИКА: ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Фильтры – ​одна из важнейших частей радиосистем, отвечающая за качество связи, зону покрытия и т. д. К настоящему времени традиционные материалы подложек для формирования фильтров подошли к пределу своих возможностей, поэтому все большее внимание привлекают материалы с заданными свойствами. Одним из ведущих поставщиков таких подложек стала французская фирма Soitec.

По данным исследования фирмы Yole DОveloppement «Перспективные полупроводниковые подложки: тенденции развития рынка и технологий» (Emerging Semiconductor Substrates: Market & Technology Trends 2019), развитие рынка подложек в ближайшие пять лет будет обеспечено в основном ростом спроса на подложки с заданными свойствами (engineering substrates) (см. рисунок). Такие подложки, в частности, используются для изготовления фильтров входных каскадов радиосистем. Поставщики полупроводниковых материалов ведут активные исследования в этой области, так как их основным заказчикам, поставщикам полупроводниковых приборов, требуется постоянно увеличивать производительность своей продукции. С этой точки зрения подложки с заданными свойствами разрабатываются либо для снижения издержек, либо для повышения производительности.



Источник: Emerging Semiconductor Substrates: Market & Technology Trends 2019, Yole Développement, 2019

Целевые рынки перспективных материалов подложек на 2018–2019 гг.


Один из крупнейших производителей подложек с заданными характеристиками – ​фирма Soitec (г. Бернин, Франция). Ее основная специализация – ​технология «кремний-на-изоляторе» (SOI) на основе фирменных разработок. Одна из последних подобных технологий – ​SmartCut – ​была представлена в 2019 г. Отмечается, что Soitec стала первым поставщиком SOI-подложек с заданными свойствами, которые сейчас активно используются производителями полупроводниковых приборов для самых разнообразных конечных применений.

Основное направление деятельности подразделения фильтров в структуре Soitec – ​разработка, производство и поставка подложек типа «пьезоструктуры-на-изоляторе» (РОI), предназначенных для фильтров на акустических волнах модулей входных каскадов средств связи 4G и 5G. Помимо этого, Soitec разрабатывает большое число новых видов подложек с заданными характеристиками для изготовления сложных полупроводниковых приборов.

Внедрение современных сетей 4G и 5G, работающих на частоте менее 6 ГГц, требует от операторов связи и производителей мобильных телефонов применения новых функций и технологий. Необходимо использовать большее число полос частот, полосы частот с большей пропускной способностью, полосы с большей частотой, а также сочетать различные полосы частот с целью агрегирования режимов различных несущих и использовать технологию MIMO. Поставляемые фирмой Soitec POI-подложки позволяют производителям создавать фильтрующие элементы поверхностных акустических волн (ПАВ) с большей производительностью и степенью интеграции – ​в соответствии с более жесткими требованиями новых сетей 5G. Эти фильтры затем интегрируются в модули входных каскадов смартфонов совместно с усилителями мощности, переключателями и антенными согласующими устройствами (АСУ), уже изготавливаемыми на РЧ-SOI-подложках Soitec.

В настоящее время массово выпускаемые фильтры ПАВ для смартфонов создаются на монолитных пьезоматериалах, таких как танталат лития или ниобат лития. Недостаток этих материалов – ​высокий коэффициент теплового расширения. Производители частично компенсируют проблему формированием дополнительного слоя над слоями металлизации, но, к сожалению, этот слой отрицательно воздействует на эффективность соединения (связи) и итоговую производительность фильтра. Подход Soitec состоит в использовании нескольких слоев, формируемых на фирменных подложках. Специалисты компании ограничивают пьезослой, снижая тепловое расширение и, следовательно, тепловую чувствительность. Таким образом упрощается процесс производства, так как не требуется формировать дополнительный слой поверх металлизации, и повышается эффективность связи.

Выпускаемые фирмой Soitec POI-изделия состоят из тонкого слоя пьезоматериала (в настоящее время это танталат лития) поверх слоя SiO2 на кремниевой подложке с высоким удельным сопротивлением. Эта структура обеспечивает проектировщикам доступ к материалу с лучшим коэффициентом связи (k2) и более низким, чем у стандартных изделий, коэффициентом теплового расширения. В свою очередь, такие характеристики позволяют создавать высоконадежные резонаторы с более высокими частотами, фильтры с большей пропускной способностью и крайне малой температурной чувствительностью. Кроме того, появляется возможность интеграции на одном и том же кристалле нескольких фильтров.

POI-изделия позволят производителям модулей входных каскадов лучше соответствовать жестким требованиям сетей 4G Advanced и 5G с диапазоном частот менее 6 ГГц, что, в свою очередь, обеспечит повышение пропускной способности и расширение зоны покрытия пользователей смартфонов. В настоящее время модули входных каскадов переживают глубокую эволюцию. Это дает возможность внедрения новых фильтров, созданных на POI-подложках, а точнее – ​позволяет применениям интегрированных компонентов, таких как антенные и фильтровые мультиплексоры, стать господствующей тенденцией. Специалисты фирмы Soitec ожидают в ближайшие годы широкого освоения POI-подложек.

Разработчики полагают, что на следующем этапе работ они начнут использовать различные пьезоматериалы, постараются перейти к пластинам большего диаметра, а также приступят к формированию на POI-подложке различных типов фильтров. Благодаря этому появится возможность дальнейшего увеличения пропускной способности и зоны покрытия на повышенных частотах при одновременном контроле стоимости системы.

 

Engineered Substrates for Filters Is Taking Off – ​An Interview with Soitec. i-Micronews, May 23, 2019: https://www.i-micronews.com/engineered-substrates-for-filters-is-taking-off-an-interview-with-soitec/?utm_source=ZohoCampaigns&utm_campaign=i-MN_23May2019_Asia&utm_medium=email


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ