全球高频滤波器领域迎来“中国玩家”，“中国智造”故事又多了一位“续写者”。
“我们以很低的成本，实现了高频滤波器的国产化，在打破国外垄断的同时，有望推动滤波器芯片价格大幅下降。”7月15日，在新乡经开区，河南科之诚第三代半导体碳基芯片有限公司负责人谢波玮说，由该公司研发的金刚石基2GHz-10GHz高频射频滤波器已经完成核心技术攻关，即将实现量产。
全新技术路线
国产高频滤波器从无到有
滤波器是移动通信射频前端的核心部件之一，主要应用于无线通信领域，其中手机占据着约70%的需求。
滤波器有什么用？
好比身处一个嘈杂的菜市场内，我只想听到你说的话，就需要过滤掉其他杂音，这就是滤波器的作用。”谢波玮解释说。
据介绍，我国每年大约需要200亿颗滤波器芯片，其中低频滤波器90%以上从国外进口，价格更高的高频滤波器更是无法自主生产。
“之所以会这样，主要源于材料和专利的限制。”谢波玮说，一方面，国内目前无法大规模生产制造滤波器芯片的材料——高品质电子级铌酸锂、钽酸锂单晶；另一方面，国外长期的发展已经形成了明确的专利壁垒。
也就是说，高频滤波器要真正实现国产，必须在芯片基础材料和技术专利上双双取得突破。
科之诚公司与中国科学院电工研究所经过8年的联合攻关，在基础材料领域提出了“金刚石+氮化铝”的材料体系，在电路设计方面全新设计了“螺旋结构的IDT换能电路”，最终推出了高频金刚石基射频滤波器产品，绕过了传统技术路线的专利限制，打破了国外在高频滤波器领域的垄断，填补了国内空白。
今年年初，该项目从全国2800多个技术项目中脱颖而出，获得了由科技部主办的2022年全国颠覆性技术创新大赛总决赛最高奖——优胜奖，并被推荐进入科技部颠覆性技术备选库。
从1000元到1毛钱
产业化的关键在成本
“我们这项技术创新最大的亮点是通过材料创新，以更低成本的工艺实现了高频性能，可谓是物美价廉。”谢波玮说。
事实上，用金刚石晶片制造滤波器芯片早有前人尝试，虽然产品性能非常好，但单颗芯片成本在1000元以上，只在军工等特殊领域应用，无法实现产业化。
科之诚公司的思路是，不完全采用金刚石作为基础材料，而是依然以硅基晶圆片为支撑层，让金刚石以薄膜的形式“生长”在上面，作为功能层再进行电路设计。
在实际攻关中，该公司突破了“大面积、高平整度金刚石薄膜沉积”“氮化铝多元素共掺杂、高平整度C轴择优取向薄膜”等技术难点，成功将一块芯片的金刚石使用成本从1000元降到了0.1元。
目前，科之诚公司已申请了多项专利，掌握了2英寸至6英寸硅基金刚石薄膜制备工艺、2英寸至6英寸取向压电薄膜制备工艺，以及金刚石基射频滤波器芯片的设计、半导体工艺、封装、检测技术，并完成全工艺流片验证，将高频滤波器芯片的总体成本控制在0.6元左右，形成了巨大的价格优势。
高端成果为何落户河南
一项国际前沿的技术成果，为何最终选择落户河南、在新乡进行转化？
“刚刚我们提到的1000元，其实还是采用‘电子级人造金刚石晶片’生产芯片的成本，如果是天然钻石，每一颗芯片的成本可能要高达上万元。”谢波玮的这句话，道出了其中玄机。
世界超硬材料看中国，中国超硬材料看河南。我省超硬材料产量占全球的70%以上，人造金刚石产量占全国的80%，得天独厚的产业基础和政策支持，成了科之诚公司落户新乡的主要原因。同时，新乡经开区在用地、融资等方面同样给予了大量帮助。
业内专家评价，科之诚公司的这项技术将拓展金刚石在新领域的应用，进一步巩固河南在人造金刚石领域的引领地位，未来有望在国内打造一个产值数百亿元的涵盖金刚石基多层膜晶圆、滤波器芯片制造、封装测试的第三代半导体产业集群。
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责任编辑：刘俊铭