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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