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封面故事 | Cover Story - MMIC














          异质结 PIN 二极管 MMIC RF 开关






          自 2003 年 MACOM 公司发明了具有 AlGaAs 层的 GaAs 砷化镓 PIN 二极管、之后
          获得相应的专利并成功完成其研制。增加的 AlGaAs 层作为阳极和 / 或阴极,使所形

          成的异质结二极管有较低的正向偏置射频电阻,而没有改变反向偏置电容。通过加入
          AlGaAs 层,GaAs PIN 二极管单片集成电路的电气性能和热耗散性能都被验证有显
          著提高,例如在单片开关芯片产品的设计实现上。



          James J. Brogle,高级主任工程师,MACOM 多应用市场事业部



                           和    所有的工程领域一样,微波工程中很少有                     度,串联 - 并联二极管对可以证明将对两个参数
                                技术上的显著改善,而不存在一些负面的
                                                                       都有所改进。首次报道时,单串联二极管将插入
                           权衡。MACOM 在十多年前首次报道了 AlGaAs/                 损耗降低了 27%,而没有改变隔离度,而集成
                           GaAs 异质结 PIN 二极管。第一次采用传统上用                  的串联 - 并联单刀三掷(SP3T)开关将插入损耗
                           于三端晶体管结构(例如 HBT 和 pHEMT)的带                  改善了 20%。由于二极管电阻较低,1dB 压缩点
                           隙工程技术用于二极管(在此之前,这些二极管                      (P1dB)和三阶互调点(IP3)也有改善。
                           毫无例外都是用单晶同质结元素和化合物半导体                           结果是,Macom 公司研发出了一系列宽带
                           例如 Ge,Si,SiGe,砷化镓(GaAs),磷化铟(InP)            单刀多掷 AlGaAs PIN 二极管开关单片芯片,相
                           等的半导体工艺制程),以形成具有降低的 RF 电                    比之前对应的 GaAs 开关单片相比,功率能力提
                           阻(R S )以及结电容(C T )不变的 PIN 二极管。              高显著。串联 - 并联,全串联和全并联设计都表
                           在现有的 GaAs PIN 二极管 MMIC 工艺中实现了               现出了低插入损耗和高隔离度。在一个新型的宽
                           这种异质结二极管,其截面如图 1 所示。                        带 SP3T 开关设计中,由于串联二极管的低插入
                               人们已经认识并证明,减小的正向电阻和不                     损耗,使其结温降低,进而使功率能力增加了
                           变的反向电容可以提高各种 PIN 二极管高频电路                    50%(+1.8dB),在 +25℃的基板温度下提高到
                           的性能,特别是在开关电路中。串联二极管将表                       +26dBm。
                           现出降低的插入损耗和相同的隔离度特性,而并                           全并联 SP2T 单片设计,该工艺结构改进已
                           联二极管则表现出相同的插入损耗和增加的隔离                       经实现了功率更高的 Ku 和 Ka 波段开关,能够在
                                                                       +85℃的基板温度条件下具有超过连续波 10W 的
                                                                       功率能力。在 35GHz 时小信号的插入损耗仅为
                                                                       0.78dB,在 8.4W 时仅压缩 0.14dB。29GHz,当
                                                                       基板温度为 +85℃时,输入功率为连续波 13W 的
                                                                       情况下热成像显示 +150℃的结温,在此结温下,
                                                                       该芯片的可靠性为大于百万小时的 MTTF 寿命。
                                                                           新型结构的进一步研发实现了更高功率的全
                                                                       并联 Ka 波段开关设计,功率能力超过 40W ;X
          图1. MACOM PIN二极管MMIC工艺截面。

        10    化合物半导体 2018年第1期                                                      www.compoundsemiconductorchina.net
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