ЗАО "Светлана – Рост" Перспективы создания изделий акустоэлектроники на основе нитридов 3 группы Санкт-Петербург 2012 г.

1885 г., Lord Rayleigh – математическое предсказание эффекта поверхностных акустических волн (SAW) 1965 г., White and Voltmer – изобретен встречно-штыревой преобразователь (Inter Digital Transducers) 1977 г., Ultrasonic Simposium – опубликован перечень из 45 серийно выпускаемых изделий на ПАВ 1980 г. – первое сообщение о FBAR 2010 г., Avago Technologies – произвели 200 млн. шт. FBAR фильтров 2012 г. – основные производители Avago, EPCOS, TriQuint, Murata, TDK, Fujitsu Исторические вехи

Для 42°Y-X LiTaO 3 на F r = 2 ГГц : λ х = 4000 м/с λ=2 мкм Для эквидистантного ВШП λ=2х(2 ) ширина электрода (проектная норма) Приборы на ПАВ: технологические пределы F r 2 ГГц = 0,5 мкм

F r V / ( 2h ) V – скорость продольной объемной акустической волны V AlN м / с V GaN м / с h – толщина слоя F r = 2,0 ГГц h AlN 2,75 мкм F r = 6,3 ГГц h AlN 0,87 мкм F r = 10,0 ГГц h AlN 0,55 мкм Воспроизводимость (5%) : ΔF = 315 МГц Δh 43 нм Оценка рабочей частоты одночастотного акустоэлектронного резонатора на объемных волнах h i =λ i /4 h AlN ВШП не нужен! Магнетрон: S AlN 75 нм или Δh/h 10% МПЭ: Δh/h 3%

Возможности МПЭ Специализация молекулярно – пучковой эпитаксии: Тонкие слои AlN монокристаллического качества с прецизионным контролем толщины GaN Al y Ga 1-y N Al x Ga 1-x N AlN SLS Si substrate Плотность дислокаций ~10 8 см -2 2мкм AlN Δh 11 ÷ 15 мкм 2мкм GaN

Оптимизация роста гетероструктур i:AlN/n+:GaN/Si(111) Преимущества МПЭ – прецизионный контроль ростовых условий и управление свойствами материала

Стадии изготовления FBAR Брэгговского типа ОАО "Конструкторское Бюро «Икар": Технологии производства акустоэлектронных изделий Технологии проектирования акустоэлектронных изделий ЗАО "Светлана – Рост": Технологии МПЭ Планарные СВЧ технологии Нужно сочетание существенно различающихся технологий и навыков:

Комплексированная гетероструктура для FBAR Брэгговского типа (SMR – Solidly mounted resonator) Верхний компланарный электрод Нижний электрод Брэгговский отражатель h=λ/4 Подложка пьезопленка толщиной H

Резонансная частота FBAR Брэгговского типа 9 ЗАО "Светлана - Рост" F 0 = 6,3 ГГц Результат ОАО «Конструкторское Бюро «Икар»

Коэффициент отражения S11 (дБ) резонатора, F = 3.1 ГГц Al(0.15)/GaN(0.1)/AlN(1.0)/Ni(0.05)/(SiO 2 (0.35)/Mo(0.37) – 4 пары слоев) Резонансная частота параллельного резонанса 3,1 ГГц вносимые потери дБ Результат ОАО «Конструкторское Бюро «Икар»

Коэффициент отражения S11 (дБ) резонатора, F = 10 ГГц Mo(0.05)/AlN(0.218)/Mo(0.068)/Ассиметричный Брэгговский отражатель SiO 2 /Mo Резонансная частота последовательного резонанса 9,9 ГГц вносимые потери 1.3 дБ Результат ОАО «Конструкторское Бюро «Икар»

Резонаторы SAW и FBAR Частотный диапазон: МГц Частотный диапазон: 1-20 ГГц

Параметры SMR-BAW резонаторов на различных структурах структуры Вносимые потери, дБ f s, ГГцf p, ГГцk эфф, %Q

Акустоэлектронная ЭКБ как продукт foundry R. Aigner, Идея включения BAW|FBAR-процессов в портфель компаний, производщих ИС, можно считать бесплатным советом. Однако последствия такого решения зачастую ставят в тупик менеджмент – почему постановка процесса и прогресс в параметрах превращаются в тяжелую битву? Напротив, основные игроки на поле SAW вступают в игру с BAW/FBAR очень и осторожно и запоздало- вероятно, лучше осознавая возможные трудности. Проблемы сыплются как из мешка изобилия; часто инженеры вынуждены обернуться назад и провести ревизию решений, принятых давным-давно. Обычная критическая ошибка – безоговорочно доверять моделированию и верить, что хороший расчет может скомпенсировать недостаки в работе реального резонатора. Не существует ПО и моделей, позволяющих создать хорошие фильтры на плохих резонаторах… (R. Aigner, TriQuint )

Так какова и в чем перспектива? 1.Объем продаж приборов и устройств AlN BAW в 2012 г. превысит 1 миллиард USD 2.Современные технологии в состоянии вырастить монокристаллические слои AlN 3.Будущее акустолектроники на объемных волнах – в тесной кооперации: Проектировщиков Изготовителей комплексированных гетероструктур – фаундри Акустоэлектронных фаундри

Спасибо за внимание!