91高频电路的集成化.PPT

第9章 高频电路的集成化与EDA 9.1 高频电路的集成化 9.2 高频集成电路 9.3 高频电路EDA  9.1 高频电路的集成化 9.1.1 高频集成电路的类型 集成电路是为了完成某种电子电路功能,以特定的工艺在单独的基片之上或基片之内形成并互连有关元器件,从而构成的微型电子电路。 高频集成电路都可以归纳为以下几种类型: (1)按照频率来划分,有高频集成电路、甚高频集成电路和微波集成电路（MIC）等几种。 (2)与普通集成电路一样,高频集成电路可分为单片高频集成电路（MHIC）和混合高频集成电路（HHIC）。 (3)从功能或用途上来分,高频集成电路有高频通用集成电路和高频专用集成电路（HFASIC）两种。 9.1.2 高频电路的集成化技术 纷繁众多的高频集成电路,其实现方法和集成工艺除薄/厚膜技术等混合技术外,通常有以下几种: 1．传统硅（Si）技术 1958年美国得克萨斯仪器公司（TI）和仙童公司研制成功第一批集成电路,接着在1959年发明了制造硅平面晶体管的“平面工艺”,利用半导体平面工艺在硅片内制作元器件,并按电路要求在硅片表面制作互连导体,从而制成高密度平面化的集成电路,完善了集成电路的生产工艺。 2．砷化钾（GaAs）技术 以砷化钾材料替代硅材料形成的砷化钾技术主要用在微波电路中。砷化钾集成电路自1974年由HP公司首创以来,也都一直用在微波系统中。作为无线通信用高频模拟集成电路的选择,砷化钾器件也只是近几年的事情。 砷化钾MESFET的结构如图9―1所示,它是在一块半绝缘的砷化钾衬底上用外延法生长一层N型砷化钾层,在其两端分别引出源极和漏极,在两者之间引出栅极。对于砷化钾MESFET,栅长是一个决定最大工作频率（fmax）的关键参数。 首次出现于1980年的高电子迁移率晶体管（HEMT）可以最大限度地利用砷化钾的高电子迁移率的特性。耗尽型的HEMT场效应管是在半绝缘的GaAs衬底上连续生长不掺杂或轻掺杂的GaAs、掺硅的n型AlxGa1-xAs层和掺硅的n型GaAs层,在AlxGa1-xAs层内形成耗尽层。再利用AlGaAs和GaAs电子亲和力之差,在未掺杂的GaAs的表面之下形成二次电子气层,如图9-2所示 另一种GaAs异质结器件GaAsHBT也越来越受关注,它属于改进型的双极晶体管,其发射极和基极被制作在不同材料的禁带中,如图9―3所示。 硅锗技术的主要优点是工艺简单、低功耗、低成本、一致性好,频率特性介于传统硅器件和砷化钾器件之间。一种典型的SiGeHBT的电特性参数示于表9―1中。 9.1.3高频集成电路的发展趋势 1.高集成度（更细工艺） 集成电路发展的核心是集成度的提高。 集成度的提高依赖于工艺技术的提高和新的制造方法。21世纪的IC将冲破来自工艺技术和物理因素等方面的限制继续高速发展,可以概括为: 1）（超）微细加工工艺 超微细加工的关键是形成图形的曝光方式和光刻方法。 2）铜互连技术 长期以来,芯片互连金属化层采用铝。器件与互连线的尺寸和间距不断缩小,互连线的电阻和电容急剧增加,对于0.18μm宽43μm长的铝和二氧化硅介质的互连延迟（大于10ps）已超过了0.18μm晶体管的栅延迟（5ps）。 3）低K介电材料技术 由于IC互连金属层之间的绝缘介质采用SiO2或氮化硅,其介电常数分别接近4和7,造成互连线间较大的电容。因此研究与硅工艺兼容的低K介质也是重要的课题之一。 2. 更大规模和单片化 集成工艺的改进和集成度的提高直接导致集成电路规模的扩大。实际上,改进集成工艺和提高集成度的目的也正是为了制作更大规模的集成电路。 3.更高频率 随着无线通信频段向高端的扩展,势必也会开发出频率更高的高频集成电路。 4.数字化与智能化 随着数字技术和数字信号处理（DSP）技术的发展,越来越多的高频信号处理电路可以用数字和数字信号处理技术来