硅襯底微波集成電路傳輸線的電特性分析

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1、■上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文§1．1微波集成電路發(fā)展概述第一章緒論在剛剛過去的半個世紀中．集成電路的發(fā)明和廣泛應(yīng)用無疑成為了人類科技發(fā)展進程中極其關(guān)鍵的一環(huán)。集成電路已經(jīng)滲入到人類生活的各個領(lǐng)域，大到飛機、汽車，小到家用電器、玩具，通信器材，以及現(xiàn)代科技發(fā)展不可或缺的電腦芯片??難以想象，離開了集成電路，我們的生活會是怎樣一種情況。正是由于晶體管和集成電路的出現(xiàn)，人類社會開始了信息化的進程。作為集成電路技術(shù)的一個分支，微波集成電路技術(shù)的發(fā)展也十分迅速?；仡櫚雮€世紀以來微波集成電路的發(fā)展歷程，可以發(fā)現(xiàn)，它的發(fā)展基本上遵循著低頻電路的歷程。經(jīng)歷了分立電路、二維微波集成電路(

2、qz面電路)、單片微波集成電路(單片平面電路)、三維微波集成電路等階段。為敘述清晰，列圖表對比如下(見圖I-I)。圖1．1說明，低頻電路和微波電路均以分立電路為起點。對于低頻電路，繼集成電路(Ic)和大規(guī)模集成電路(LSIC)以后，出現(xiàn)了超大規(guī)模集成電路(vLsIc)，其線寬達亞微米量級，同時研制出多層集成電路(MuIC)，在電路厚度不顯著增大的前提下，面積顯著縮小，已有數(shù)十層MuIC成品。而超高速集成電路(VHSIC)是速率達Gb／s量級的集成電路。與低頻電路的發(fā)展相對應(yīng)，微波集成電路也遵循著類似的歷程：傳統(tǒng)的微波分立電路是由金屬波導(dǎo)、諧振器等無源元件、微波電子器件

3、、微波固態(tài)器件所組成，這種立體電路頻帶窄、體積大、阻抗高，不宜與低阻抗的微波器件相連。隨著微波固態(tài)器件、厚／薄膜技術(shù)的進展，不但制作成功了微波集總元件，而且在微帶槽線、共面波導(dǎo)、介質(zhì)波導(dǎo)等方面的研究也日趨成熟，它們?yōu)槲⒉呻娐返睦碚?、材料、器件、工藝打下了基礎(chǔ)，在60年代中期，集成電路技術(shù)引入微波領(lǐng)域fl】。由于微波集成電路具有體積小、重量輕、功耗小、成本低、可靠性高、頻帶寬以及不用調(diào)諧等優(yōu)點，在航空、航天、雷達、通信、儀表等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。●上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文IC集成電路VtISIC超高速集成電路HMIC混合微波集成電路MMIC單片微波集成電路MIMIC

4、微波與毫米波MMICLSIC大規(guī)模集成電路vLsIc超大規(guī)模集成電路MuMIC多層微波集成電路3DMMIC三維MMIC圖卜1微波電路的發(fā)展?Fig1-1Developmentofn【licrowaycch_cIlitsp]MuIC多層集成電路MCM多芯片模塊OSD光固態(tài)器件OMMIC光MMIc微波集成電路(MIC)最初是以微波混合電路(HMIC)的形式出現(xiàn)的。HMIC是應(yīng)用薄膜或厚膜工藝，將微波無源元件制作在塑料、陶瓷、藍寶石或鐵氧體等介質(zhì)材料上，再把微波半導(dǎo)體器件裝配(焊接)在基片上．這種MAC直至今天還有應(yīng)用p】。由于它繼承了低、中頻集成電路的某些設(shè)計方法和制造技

5、術(shù)，因此發(fā)展迅速。七十年代，隨著微波波段高端和毫米波波段的開發(fā)應(yīng)用，金屬一半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MESFET)、高電子遷移率晶體管(HEMT)以及異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(BYr)的出現(xiàn)和GaAs工藝的成熟，微波單片集成電路(MMIC)開始發(fā)展起來。MMIC又稱為半導(dǎo)體微波集成電路，它是用外延、離子注入、濺射、蒸發(fā)、擴散等沉積方法，將所有的微波無源和有源元件以及它們之間的互連均制作在高阻半導(dǎo)體襯底(GaA-s等)材料的內(nèi)部或表面，構(gòu)成具有完整功能的微波集成電路?！裆虾＝煌ù髮W(xué)碩士學(xué)位論文MMIC最適宜的頻率是分米波的高頻端及毫米波和亞毫米波。它的突出優(yōu)點是：a．電路體積、重量大

6、大減小，成本降低。b．便于批量生產(chǎn)，電性能一致性好。電路在制造過程中不需調(diào)整。C．可用頻率范圍提高，頻帶成倍加寬。d．可靠性高，壽命長。近年來，我國微波單片集成電路已獲得迅速發(fā)展，尤其在微波單片低噪聲放大器、功率放大器、GaAs單片行波放大器、衰減器、T／R模塊等電路與子系統(tǒng)方面取得了一系列新成果。這些研究成果正逐步走向市場，應(yīng)用于軍品型號或科研、生產(chǎn)中。九十年代研制成功可用于毫米波段的MMIC，隨即出現(xiàn)了MIMIC這一名稱，即微波與毫米波單片集成電路。由于光固態(tài)器件(OSD)，如激光二極管、光探測器、調(diào)制器等采用與制作微波器件相同的材料(如GaAS、InP等)和相同

7、的制造工藝，因此有可能將這些器件與FET、HEMT等集成在同一塊芯片上并制成光一微波單片集成電路(OMMIC)【4】。自九十年代以來，陸續(xù)出現(xiàn)了三維微波集成電路，又一次迎來了微波集成電路的革新。三維微波集成電路(3DMIC)包括多層微波集成電路(MuMIC)與三維單片微波集成電路(3DMMIC)兩種基本類型。MuMIC是由分立的有源器件與多層集成無源元件、連接線構(gòu)成的集成電路。3DMMIC則是在同一基片上將集成的有源器件、無源元件、連接線等用薄介質(zhì)層相隔而形成得多層緊湊的單片集成電路。兩者有相似的結(jié)構(gòu)，因而將它們統(tǒng)稱為三維微波集成電路。它們的主要特點