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常见的射频半导体工艺,你知道几种?
4、Ultra CMOS
SOI的一个特殊子集是蓝宝石上硅工艺,在该行业中通常称为Ultra CMOS。蓝宝石本质上是一种理想的绝缘体,衬底下的寄生电容的插入损耗高、隔离度低。Ultra CMOS能制作很大的RFFET,对厚度为150~225μm的正常衬底,几乎不存在寄生电容。晶体管采用介质隔离来提高抗闩锁能力和隔离度。为了达到完全的耗尽工作,硅层极薄至1000A。硅层如此之薄,以致消除了器件的体端,使它成为真正的三端器件。目前,UltraCMOS是在标准6寸工艺设备上生产的,8寸生产线亦已试制成功。示范成品率可与其它CMOS工艺相媲美。
尽管单个开关器件的BVDSS相对低些,但将多个FET串联堆叠仍能承爱高电压。为了确保电压在器件堆上的合理分压,FET至衬底间的寄生电容与FET的源与漏间寄生电容相比应忽略不计。当器件外围达到毫米级使总电阻较低时,要保证电压的合理分压,真正的绝缘衬底是必不可少的。
Peregrine公司拥有此领域的主要专利,采用UltraCMOS工艺将高Q值电感和电容器集成在一起也很容易。线卷Q值在微波频率下能达到50。超快速数字电路也能直接集成到同一个RF芯片上。该公司推出PE4272和PE4273宽带开关例证了UltraCMOS的用处(见图)。这两个75Ω器件设计用于数字电视、PCTV、卫星直播电视机顶盒和其它一些精心挑选的基础设施开关。采用单极双掷格式,它们是PIN二极管开关的很好的替代品,它们可在改善整体性能的同时大大减少了元器件的数量。
两个器件1GHz时的插入耗损仅为0.5dB、P1dB压缩率为32dBm、绝缘度在1GHz时高达44dB。两种器件在3V时静态电流仅为8μA、ESD高达2kV。PE4273采用6脚SC-70封装,绝缘值为35dB。PE4272采用8脚MSOP封装,绝缘值为44dB。10K订购量时,PE4272和PE4273的价格分别为0.45和0.30美元。
和Peregrine公司有合作关系的日本冲电气也开发了类似产品,冲电气称之为SOS技术,SOS技术是以“UTSi”为基础开发的技术。“UTSi”技术是由在2003年1月与冲电气建立合作关系的美国派更半导体公司(PeregrineSemiconductorCorp.)开发的。在蓝宝石底板上形成单晶硅薄膜,然后再利用CMOS工艺形成电路。作为采用具有良好绝缘性的蓝宝石的SOS底板,与硅底板和SOI(绝缘体上硅)底板相比,能够降低在底板上形成的电路耗电量。冲电气开发的RF开关的耗电电流仅为15μA(电源电压为2.5~3V),与使用GaAs材料的现有RF开关相比,耗电量降到了约1/5。
5、Si BiCMOS
以硅为基材的集成电路共有SiBJT(Si-BipolarJunctionTransistor)、SiCMOS、与结合Bipolar与CMOS特性的SiBiCMOS(SiBipolarComplementaryMetalOxideSemiconductor)等类。由于硅是当前半导体产业应用最为成熟的材料,因此,不论在产量或价格方面都极具优势。传统上以硅来制作的晶体管多采用BJT或CMOS,不过,由于硅材料没有半绝缘基板,再加上组件本身的增益较低,若要应用在高频段操作的无线通信IC制造,则需进一步提升其高频电性,除了要改善材料结构来提高组件的fT,还必须藉助沟槽隔离等制程以提高电路间的隔离度与Q值,如此一来,其制程将会更为复杂,且不良率与成本也将大幅提高。
因此,目前多以具有低噪声、电子移动速度快、且集成度高的SiBiCMOS制程为主。而主要的应用则以中频模块或低层的射频模块为主,至于对于低噪声放大器、功率放大器与开关器等射频前端组件的制造仍力有未逮。
6、氮化镓GaN
氮化镓并非革命性的晶体管技术,这种新兴技术逐渐用于替代横向扩散金属氧化物硅半导体(Si LDMOS)和砷化镓(GaAs)晶体管技术以及某些特定应用中的真空管。
与现有技术相比,氮化镓(GaN)的优势在于更高的漏极效率、更大的带宽、更高的击穿电压和更高的结温操作,这些特点经常作为推动其批量生产的重要因素,但在价格、可用性和器件成熟度方面还需加以综合考量。
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