單晶微波積體電路

单片微波集成电路(,简称MMIC)是与微电子学领域的一类特殊集成器件、电路或系统。所有无源和有源器件均在同一个半导体衬底上制成(厚度通常为100 μm)。这种微型化技术使电路的工作频率可达毫米波频段。

本文所述的MMIC需与MIC区分。后者指微波集成电路(),即非单片的。

概念
固态集成电路()这一广义概念不仅包含微波器件与电路,还包括用于其他频段(如太赫輻射)的系统。

器件
电阻器采用薄膜技术或带有歐姆接觸的掺杂半导体材料制成。电容器由交叠的金属层构成,并以氮化矽作为介電質。电感器与变压器由螺旋状导线构成。

布线采用带状线形式,可依据传输线理论应用阻抗变换及耦合线结构。一条50 Ω传输线的典型线宽为70 μm,大致相当于人类发丝的厚度。

此外也可以使用通孔(via)以及用于导线交叉的空气桥(Air bridge)。

主要有源器件包括肖特基二极管、崩越二极管()、變容二極體、金属半导体场效应管()、高电子迁移率晶体管()与异质结双极性晶体管()。此外,许多器件或系统还通过射频微机电系统()实现。

在材料选择方面, III-V族化合物半导体(如砷化鎵、氮化鎵)或因其特殊的能带结构,在射频应用中具备关键优势。

优缺点

  • 大规模生产成本低
  • 封装尺寸小
  • 性能一致且可重复
  • 带宽大
  • 开发周期长

在雷达或醫學物理等大功率应用中,目前仍频繁使用电子管。

混合MIC技术只能在衬底(通常为陶瓷衬底)上制造部分器件。其余器件需要额外贴装。由于存在连接导线,其射频特性相对较差。

应用
MMIC器件主要应用于航空航天、电信(如LTE、5G、WLAN、藍牙)以及军事领域。

文献
书籍
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参考

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