? ? 射频滤波器是目今5G通讯建设所需的焦点器件，而压电晶体则是制造射频滤波器的基础质料。本文就目今射频滤波器所用的压电质料的手艺现状举行了形貌，对目今海内外工业生长现状举行简要总结。
目今，第五代移动通讯手艺（5G）正在阔步前行，人类将开启万物普遍互联、人机深度交互的新时代。2020年3月，工信部宣布的《工业和信息化部关于推动5G加速生长的通知》中强调，要“加速5G网络建设安排、加大基站站址资源支持、增强电力和频率包管”。 5G时代，智能终端需要吸收（5G/4G/3G/2G）多个频段，同时还要对WIFI/GPS等信号举行处理，需要在收发链路中使用多个滤波器阻止信号相互滋扰。射频滤波器能够在通讯系统中对通讯链路中的信号频率举行选择和控制，将带外滋扰和噪声滤除。
5G通讯对滤波器提出了高频带选择性、高品质因子（Q）、低插入消耗等要求，目今主流手艺蹊径产品是声外貌波（SAW）滤波器、温度赔偿型声外貌波滤波器（TC-SAW）和薄膜体声波滤波器（FBAR）。
SAW滤波器是使用压电质料外貌的声波来滤除杂波的滤波器。该类产品插入消耗低、抑制性能优良、本钱低，主要聚焦于10MHz-3GHz之间的频段应用，但易受温度转变的影响。为改善SAW的温度特征，在其表层增添温度赔偿薄膜制成TC-SAW滤波器。该类产品比通俗的SAW滤波器结构和工艺更重大，其制造本钱也相对较高。
FBAR是体声波（BAW）滤波器的薄膜化和微机电系统（MEMS）化手艺分支，是使用在频率元件晶体腔体内部撒播的声波来实现滤波的一类滤波器。 FBAR的事情频率可高达10GHz，能遭受更大的功率，具有更高的可靠性和Q值，且对温度转变的敏感度低，适合高频率、大带宽要求的5G通讯滤波。但其制造需要使用较高难度的薄膜沉积与微机械加工手艺，价钱也是SAW滤波器的数倍。 随着5G通讯的大力生长，以及物联网接入装备和其他近场毗连方法的增添，射频滤波器市场的将获得空前重大的生长空间。 目今智能手机仍是滤波器的消耗蓝海（约占市场的80%），且由于消耗者对高质量通讯的依赖，5G手机的消耗市场将拥有更辽阔的消耗远景。据统计，要实现2G+3G+4G+5G全球通，可能需要支持90多个频段，而一个频段通常需要两个滤波器，这也意味着一部5G手机可能需要上百个滤波器。 现在，一款4G手机需要用到的滤波器数目仅为30多个，5G时期全球射频滤波器市场空间将抵达4G时期的2～3倍。 而价钱方面，4G时代单部手机射频器件价值平均在7.5美金，5G通讯对射频器件的尺寸、频率、带宽提出了更高要求，FBAR的需求将大幅度增添，预计单台手机中滤波器的价值将抵达8~12美元。据展望，全球射频滤波器市场规模将在2020年增至130亿美金，到2022年滤波器市场将增至163亿美元。 纵观移动通讯用射频滤波器工业链，上游的要害原质料主要包括两大类，一个是压电晶片（SAW常用的压电质料是钽酸锂、铌酸锂等，FBAR常用的压电质料是氮化铝等），另一类是陶瓷基板，上游质料工业链主要集中在日本。
中游为器件制造环节，主要集中在日本和美国。下游市场主要受智能手机、VR装备、车载终端等移动智能终端需求的推动，其中智能手机中射频滤波器用量最大，应用企业主要在中国。
钽酸锂（Lithium tantalate，简称LT）是一种三方晶系的化学晶体，化学式LiTaO3，作为一种非线性光学质料，其应用规模十分普遍。LT以其优良的非线性光学效应、压电效应和光折变效应被普遍用于高频宽带滤波器、二次谐波爆发器、电光调Q元件、激光倍频器等，在军事、民用领域有着普遍的用途。
在射频滤波器领域，因其卓越的压电性子而被大宗用作SAW滤波器的衬底质料，特殊是在制作频率3GHz以下SAW器件衬底中具有绝对的优势，没有其他质料可替换其职位。
与钽酸锂类似，铌酸锂（Lithium niobate，简称LN）也是三方晶系的化学晶体，属钛铁矿型结构。经由畸化处理的铌酸锂晶体具有压电、铁电、光电、非线性光学、热电等多性能的质料，在军事、民用领域有着普遍的用途，可用于制造调Q开关、光电调制等；
掺加一定量的铁和其他金属杂质的LN晶体，可用作全息纪录介质质料、二次谐波爆发器、相位光栅调解器、大规模集成光学系统、高频宽道带滤波器等。LN也可作为压电衬底在制造SAW滤波器中普遍应用，其用量仅次于LT。 钽酸锂和铌酸锂晶体的制备通常都接纳提拉法，直接从熔体中拉制出具有种种截面形状晶体，钽酸锂晶体通常使用碳酸锂和氧化钽混淆制备而成，铌酸锂晶体通常使用碳酸锂、五氧化二铌为质料制备而成。
氮化铝（AlN）是一种六方纤锌矿结构的共价键化合物。通常状态下为灰色或灰白色，具有高热导率、高温绝缘性、介电性能好、高温下质料强度大以及热膨胀系数低等优点。AlN在射频滤波器中有两方面的应用。其中一种是作为压电薄膜用于制造薄膜体声波滤波器（FBAR）。
由于AlN沿c轴取向压电效应显着，在电极质料上制备ｃ轴择优取向的AlN薄膜可获得高性能薄膜体声波器件。AlN薄膜通常接纳金属化合物气相沉积、脉冲激光沉积、磁控溅射等要领制备。另一方面应用场景是作为一种高温耐热陶瓷用作射频滤波器的基板。 AlN热导率高，较氧化铝陶瓷高5倍以上，同时其膨胀系数低，与硅性能一致。使用氮化铝陶瓷为主要原质料制造而成的基板，具有高热导率、低膨胀系数、高强度、耐侵蚀等特征，是理想的散热基板和封装质料。 氮化铝粉体的制备要领许多，现在海内外研究的主要有以下几种要领：铝粉直接氮化法、Al2O3碳热还原法、自伸张高温合成法、溶胶-凝胶法、等离子化学合成法、化学气相沉积法等。氮化铝粉体在制备历程中容易氧化和水解，从而影响制品的纯度和品质，因此接纳适当步伐来抑制和避免其氧化和水解，成为氮化铝粉体制备手艺当中的主要环节和以后研究的重点。
其他尚有多种压电质料也可用于射频滤波器的制造，包括石英、铌酸钾、四硼酸锂、锗酸镓锶和镓镧系列等，随着人们的一直探索，多种优异性能的压电晶体也一直被挖掘开发，但现阶段用于制造SAW滤波器的压电质料中用量最大的仍是钽酸锂和铌酸锂，而用于制造FBAR的压电质料中用量最大的则是氮化铝。其中石英是最早用于制造SAW滤波器的压电晶体，但由于其自身机电耦合系数的限制，难以应用于高频、宽带的射频滤波器，已逐步被镌汰。
LT、LN晶体较大的压电系数可以制作低插入消耗的SAW滤波器，但其光透过和高热释电等性能也给SAW器件的制作工艺带来许多未便。在SAW或BAW器件生产历程中，高热释电系数使得晶片外貌很容易形成大宗静电荷，这些电荷会在叉指电极间、晶片间自觉释放。 当静电场足够高时，静电荷释放容易损伤晶片，销毁叉指电极，特殊是在制作高频和细指条产品时尤为显着。别的，在古板压电晶片上举行光刻工艺时，质料的透光性导致晶片背面形成漫散射，从而降低了光刻电路的衬度，导致失真的线宽。 针对SAW器件制作中保存的这些问题，近年来国际上兴起对LN、LT晶片举行化学还原的工艺。经处理过的LN和LT晶片，基本上都呈玄色，因此也称为黑片。虽然LT黑片有用地镌汰了晶片的热释电效应，但过黑的LT晶片会对SAW滤波器的插入消耗造成影响，还易导致晶片的加工性差。 晶片电阻率在1010Ω·cm量级规模内，可同时兼顾晶片可加工性和防静电损伤的特点。 相较于氧化铝陶瓷基板，受制于生产工艺要求高、价钱偏高等因素的影响，现阶段氮化铝陶瓷基板应用规模相对较窄，主要应用于高端电子领域。 但随着电子信息工业手艺一直升级，PCB基板小型化、功效集成化成为趋势，市场对基板的散热性与耐高温性要求一直提升，氮化铝陶瓷基板的生长将迎来机缘，将在通讯、消耗电子、LED、轨道交通、新能源等各个领域获得应用。 现阶段，国际上生产LT和LN晶体的主要国家在日本，日本的许多大型企业如住友化学株式会社、日本信越化学工业株式会社等都大规模生产LT、LN晶体，而AlN的主要生产厂商也是集中在日本，如京瓷和TDK等。 现在，日本在射频滤波器用压电质料的制备和生产方面处于领先，无论是手艺工艺水平照旧产品质量和产量都占有龙头职位。与压电晶体类似，日本企业在国际氮化铝陶瓷基板市场中同样处于垄断职位，别的中国台湾地区也有部分产能。 随着中国电子信息工业快速生长，手艺水平一直提高，海内市场对射频滤波器的需求快速上升，在市场的拉动下，进入行业结构的企业最先增多。 射频滤波器工业链结构整体很是重大，所涉及的质料、曝光、光刻、工艺参数等细微转变都会极大影响产品性能。为了最大化的包管最优设计效果，外洋龙头企业多接纳IDM（集成器件制造）模式，企业具备器件设计、质料制备、晶圆及基板制造、封装和可靠性测试等各环节的能力。 别的，国际大厂对滤波器的制造工艺和知识产权的掌控也处于领先职位，以LT和LN晶体的发明专利为例，目今全球规模内专利总数排名前15的企业中，有9家日本的公司，而中国企业只有1家。因此海内企业应加大立异研发投入，合理结构专利，建设完整系统的知识产权战略系统。 现阶段我国射频滤波器生产工艺基础薄弱。海内制造厂家并不完全具备宽槽牺牲层质料平展化、超薄片减薄抛光、Mo薄膜小角度干法刻蚀、高精度/高取向度和高匀称性压电薄膜制备等多种焦点制造手艺，难以举行大规模的生产加工，或者产品批次一致性差，需举行大宗的研发投入和手艺探索。
经不完全统计，我国2019年钽酸锂单晶的产量约为23万吨，海内能够生产供射频滤波器用的压电质料的厂商主要有中国电科26所、浙江天通、上海召业、德清华莹等。
据相识，中国电科26所生产的钽酸锂、铌酸锂晶体，虽然其晶体的黑化还原等高端手艺仍不如日本企业，在部分特殊应用情形领域的应用仍需入口，但在移动通讯领域，其产能基本可知足企业自身射频滤波器产品的制造需求。这说明随着我国工业的升级刷新，射频滤波器用压电质料的产能也获得了逐步的提升。
包括射频滤波器在内的半导体工颐魅正在度过一个历史性的艰难阶段。本次新型冠状病毒肺炎疫情也导致了SAW滤波器的涨价和求过于供，在国产化替换需求和国家政策的推动下，海内射频滤波器企业也吹响了自主可控的旋律，正在围绕要害质料压电晶片的黑化还原剂设计、有限元剖析及高Q值结构、复合薄膜结构层应力赔偿等焦点手艺举行攻关突破，以期尽快实现弯道超车。