固態(tài)微波器件與電路的發(fā)展與展望

固態(tài)微波器件與電路的發(fā)展與展望

0微波固體器件與電路的發(fā)展20世紀50年代，以微波電極為基礎(chǔ)的固體微波裝置和電路經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。固態(tài)二端器件其工作頻率可達100GHz,但工作效率較低。20世紀60年代以硅雙極微波晶體管為主,它至今仍是微波低端固態(tài)功率器件的一種選擇,最高頻率為3.5GHz。20世紀70年代至80年代中期研究轉(zhuǎn)入電子遷移率更高的GaAsMESFET器件,并形成微波單片集成電路(MMIC)的集成化研究,固態(tài)器件與集成電路在微波高端有長足進步,并進入毫米波低端。20世紀80年代初分子束外延(MBE)和金屬有機化合物汽相淀積(MOCVD)等先進技術(shù)的發(fā)展,使得人們可以在原子尺度上生長半導(dǎo)體材料,半導(dǎo)體研究由傳統(tǒng)的“摻雜工程”進入“能帶工程”,超晶格和異質(zhì)結(jié)由理論設(shè)想轉(zhuǎn)化為實際物理結(jié)構(gòu),新型材料和新型器件層出不窮,如高電子遷移率晶體管(HEMT)、贗配晶格HEMT(PHEMT)、異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)等,而且相關(guān)的微波毫米波單片集成電路(MIMIC)也發(fā)展起來。至今仍然是微波固態(tài)器件與電路的重要發(fā)展的領(lǐng)域。20世紀90年代開始,微波固態(tài)器件與電路的發(fā)展進入第五個階段,呈現(xiàn)出兩大特點。其一是Si基的集成電路由于工藝的發(fā)展形成了射頻互補金屬氧化物半導(dǎo)體器件(RFCMOS)和射頻微機械電子系統(tǒng)(RFMEMS)的新的研究與應(yīng)用;其二是化合物半導(dǎo)體由于新材料的發(fā)展,形成了寬禁帶半導(dǎo)體和窄禁帶半導(dǎo)體新器件的研究。進入21世紀,第五階段的發(fā)展和第四階段發(fā)展的延續(xù)形成當今微波固態(tài)器件與電路的發(fā)展主要格局。微波固態(tài)器件與電路是軍事電子裝備的核心器件之一,對雷達、電子對抗、通信、精確制導(dǎo)、衛(wèi)星等裝備的發(fā)展至關(guān)重要,歷來得到國外國防研究力量的關(guān)注。美國國防部高級研究計劃局(DARPA)實施了“砷化鎵超高速集成電路(CaAsVHSIC)”計劃,“MIMIC”計劃,并支持RFCMOS先期研究,關(guān)注寬禁帶半導(dǎo)體、窄禁帶半導(dǎo)體、RFMEMS的發(fā)展,并給以財政支持?？梢哉f微波固態(tài)器件與電路和真空微波功率器件構(gòu)成未來戰(zhàn)爭中制信息權(quán)的關(guān)鍵核心器件之重要部分。美英2006年《國防關(guān)鍵技術(shù)》中將國防關(guān)鍵電子元器件作為和小型分布式組網(wǎng)傳感器的電源與管理、高性能計算、先進指揮環(huán)境、持久監(jiān)視一起作為重要的五個領(lǐng)域。在國防關(guān)鍵電子元器件領(lǐng)域中涉及微波固態(tài)器件與電路的關(guān)鍵技術(shù)有:高速InP混合信號電路、氮化鎵、銻化物、MEMS作為值得關(guān)注影響系統(tǒng)設(shè)計的新興技術(shù)。構(gòu)成微波晶體與電路當今發(fā)展的基本器件主要有三種:橫向結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)器件、縱向結(jié)構(gòu)的雙極器件及新型的微電子機械系統(tǒng)(MEMS)。本文將按三種器件結(jié)構(gòu)分類介紹InPHEMT、寬禁帶場效應(yīng)器件、窄禁帶場效應(yīng)器件、RFCMOS、InPHBT、GeSiHBT、RFMEMS等當今微波固態(tài)器件與電路領(lǐng)域研究熱點的技術(shù)特點研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢。1inp基hemt器件與電路為了解決電子在摻雜溝道中受到離化施主雜質(zhì)的散射而使遷移率下降的矛盾,在20世紀60年代末提出調(diào)制摻雜超晶格的設(shè)想,將電子供應(yīng)層和溝道層在空間上分開。但實際成功是20世紀80年代MBE、MOCVD等“能帶工程”技術(shù)改進之后,1980年國際報道了第一個HEMT器件研制成功。HEMT由最初的AlGaAs/CaAs單溝道到多溝道,CaAs溝道到InCaAs溝道,CaAs襯底到InP襯底的多個發(fā)展階段。1987年,以InP為襯底、InCaAs為溝道、InAlAs為電子提供層的InPHEMT研制成功。和CaAsPHEMT相比,AlInAs/InCaAs界面處有更高的導(dǎo)帶不連續(xù)性(△Ec~0.51eV),且AlInAs有更高的摻雜效率,因此在InCaAs溝道中能產(chǎn)生更高的二維電子氣濃度。同時人們開始研究InP基的PHEMT器件(IxnGa1-XAs;x≥0.53),具有更高的電子遷移率和大的導(dǎo)帶不連續(xù)性。目前InPPHEMT器件構(gòu)成的MIMIC已可應(yīng)用于200GHz以上的系統(tǒng),為下一代無線和光通信、毫米波成像、氣象衛(wèi)星奠定固態(tài)電路的基礎(chǔ)。InP基HEMT器件與電路已形成穩(wěn)定生產(chǎn)工藝,其高性能得益于三個關(guān)鍵技術(shù):其一是設(shè)計與生長贗配InP/InAlAs/InCaAsHEMT材料,高In組分已達75~80%,溝道電子遷移率達12500cm2/Vs,峰值跨導(dǎo)1500mS/mm;其二是柵長已達到納米級:50~70nm。報道了25nmHEMT器件截止頻率(fT)已達562GHz。提高fT同時并采用增加fmax和避免短溝道效益的設(shè)計;其三是襯底減薄至50μm,并發(fā)展25μm直徑的穿孔工藝以減少寄生電感。2006年報道的70nmInPHEMTMMICG波段功率放大器,采用四級放大,在175~191GHz,輸出20W,184GHz,峰值25mW,功率附加效率9.5%,是G波段固態(tài)放大器MMIC報道最好結(jié)果。InP低噪聲放大MMIC的工作頻率已達到235GHz,InPHEMT器件和電路已成為目前毫米波高頻性能最好的器件。2gaas/alsbjt的低噪聲mmi銻基化合物半導(dǎo)體,Ⅲ-Ⅴ銻化物AlSb、GaSb和InAs及它的三元和四元混晶,通常稱之為窄禁帶半導(dǎo)體,其禁帶寬帶為0.36eV。銻基化合物半導(dǎo)體作為新一類微電子化合物材料,具有最高的電子遷移率和飽和電子速度,而且是在相對較低的電場下達到峰值,因而在低的漏偏壓下達到高的性能。其工作電壓僅0.5~1V,其功耗是同等速度性能InP器件功耗的四分之一。在低噪聲放大電路中由于其高的電子飽和速度及高遷移率和好的兩維電子氣濃度,使得其fT高而源電阻(Rs)低,因此在很低的驅(qū)動電壓下可以得到低的噪聲,很適合于大的陣列接收電路的應(yīng)用。2001年美國DARPA啟動了為期四年的“ABCS(antimonide-basecompoundsemicouductor)計劃”。國際上2003年研制出第一只InAs/AlSbHEMT低噪聲MMIC放大器,在CaAs襯底上生長重構(gòu)的InAs/AlSbHEMT。在34~36GHz兩級低噪聲放大器噪聲為2.1dB,總功耗僅4.5mW。2004年研制出Ka波段、W波段的低噪聲MMIC放大器,2006年研制出超低功耗寬帶高增益InAs/AlAsHEMT低噪聲放大器。在0.3~11GHz帶內(nèi),單級LNA增益為16dB,噪聲系數(shù)為1.7dB(2~11GHz),直流功耗為5mW,三級LNA增益為30dB,噪聲系數(shù)為2.6dB(2~11GHz),直流功耗為7.5mW,是目前報道的各種MMIC低放中直流功耗最小、增益帶寬乘積最高的MMIC。可用于宇航裝備和可移動寬帶接收機。在4英寸CaAs襯底上,MBE生長AlSb緩沖層調(diào)節(jié)晶格失配,實施“重構(gòu)”。在常溫下溝道電子密度為2.0×1012/cm2,電子遷移率為20000cm2/V·s,用InAlAs作為蓋層保護表面。器件的fT為260GHz,fmax為225GHz,漏壓為0.2~0.5V。同年報道的可用于相控陣雷達的X波段InAs/AlSbHEMT低噪聲放大MMIC,在10GHz下,增益達18dB,噪聲系數(shù)1.8dB,直流功耗為1.38mW,漏壓為0.15V。直流功耗是GaAsMMIC的十分之一。窄禁帶異質(zhì)結(jié)也可以用于低開啟電壓的HBT研究,可用于低壓高速數(shù)字電路和混合信號邏輯電路,InAs的低禁帶寬度能使基極-發(fā)射極開啟電壓大約為0.3V,此值是InPHBT的二分之一,是GaAsHBT的三分之一。在InP襯底上生長緩沖層來調(diào)節(jié)與InAs的晶格失配,研制出16分頻器電路,包括62個晶體管,分頻器最高速度為10GHz,fT為215GHz,器件功耗為2.3mW。窄禁帶的InAs基HBT發(fā)展比InAs/AlSbHEMT慢一些,2006年未見到新的報道。InAs/AlSbHEMT電路從2003年誕生,短短四年在X、Ka、W及寬帶已有很大的發(fā)展,并且顯示出其低功耗、高增益、低噪聲的特點,必將為宇航裝備和大型陣列裝備的發(fā)展開辟新的技術(shù)飛躍。3價值器件的結(jié)構(gòu)和性能寬禁帶材料目前重點發(fā)展的是SiC和GaN,其半導(dǎo)體禁帶寬度大于2.5eV。由于禁帶寬度大,可工作在高溫,同時具有較好的抗輻照能力。其電子飽和速度高和擊穿電場高,大約比GaAs材料高10倍,同時導(dǎo)熱系數(shù)高,SiC導(dǎo)熱率和銅相當。因此在微波功率應(yīng)用中具有比CaAs材料高10倍的功率密度。SiC單片材料研究很早(1892年),由于只能在2300℃以上用升華的方法得到單晶,所以難度很大。直至20世紀80年代后期SiC單晶和外延生長技術(shù)有較大改進后,SiC器件開發(fā)相繼出現(xiàn)。目前在微波領(lǐng)域發(fā)展較好的是碳化硅金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)器件(SiCMESFET)與電路。20世紀80年代中期SiCMESFET僅有較差的直流特性,平均跨導(dǎo)為2.3mS/mm,到20世紀90年代初開始突破微波性能,1999年突破S波段3.1GHz80W大柵寬功率器件,2000年突破X波段、10GHz、30W功率放大器。進入21世紀,SiCMESFET和MMIC已進入實用化階段。2003年推出了SiCMESFET功率管產(chǎn)品,2004年市場銷售量約為300萬美元,并已正式用于美國海軍的新一代預(yù)警機E2D樣機,2004年完成了SiCMESFETMMIC試生產(chǎn)。大量可靠性試驗表明,在結(jié)溫225℃時可達2.2×106h的壽命,如果結(jié)溫在175℃,壽命可達6×107h。2005年報道的L波段大柵寬功率器件,30mm柵寬,脈沖功率達56.5W,功率附加效率為53%,相應(yīng)增益為14.5dB。2×400μm器件測量的fT為12GHz,fmax為17GHz。2006年報道的SiCMESFET基MMIC工藝,可用于空基相掃雷達,在S波段具有高分辨率,減輕重量。采用穿孔接地、空氣橋技術(shù),在4HSiC襯底上同質(zhì)外延。在3GHz下,柵長0.4μm,柵寬400μm的MESFET,功率密度達7.8W/mm,功率附加效率70%,柵漏擊穿電壓達180V,fT為8GHz,fmax為20GHz。典型的3~3.5GHz,6mm柵寬SiCMESFET單片功放,在3GHz下,增益7dB,連續(xù)波2.5W輸出,脈沖功率8W(50μm脈寬,5%占空比)。CaNHEMT器件采用能帶工程。由于在AlGaN和GaN界面存在著極化和應(yīng)力等新的物理效應(yīng),因此其兩維電子氣濃度高達2×1013/cm2,因此該器件在更高頻段具有微波高功率密度的潛力。20世紀90年代初,CaN在藍光發(fā)光器件突破,引起世界范圍內(nèi)CaN的研究熱潮,同時1993年國際上研制出第一只AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管(HFET),獲得跨導(dǎo)為28mS/mm,其后AlGaN/GaNHEMT,HFET迅速發(fā)展。在20世紀90年代重點解決高功率密度(在X波段達到10W/mm),以及由于表面和界面缺陷引起的“電流崩塌”效應(yīng)。進入21世紀后,特別是采用SiC襯底上的異質(zhì)結(jié)外延質(zhì)量的優(yōu)化及場板結(jié)構(gòu)技術(shù),在功率密度、毫米波,以及大柵寬器件等三個方面取得重大突破。2004年,采用場極技術(shù),提高了擊穿電壓,改善表面電場,在8GHz下,小柵寬器件獲得30.6W/mm的功率密度,功率附加效率達49.6%。2005年,優(yōu)化場極結(jié)構(gòu)和細柵技術(shù),100μm柵寬器件突破40GHz,功率密度達8.6W/mm;1.5mm柵寬器件在30GHz下,輸出功率8W,是目前報道的毫米波功率器件最好水平,其fT達58GHz,fmax達120GHz。同年大柵寬器件用于寬帶碼分多址(WCDMA)的頻率為2.1GHz,輸出功率為200W,功率附加效率為34%。2006年在大功率器件與MMIC方面有新的進展。在3英寸SiC襯底上制備的CaNHFET,柵寬為12.6mm,頻率為2.14GHz,輸出為74W,功率附加效率達55%。低成本Si襯底上制備的CaNHFET,在3.3~3.8GHz下,36mm柵寬器件,輸出7W,增益11dB,實現(xiàn)27.2%漏效率。在2.1GHz下,用于WCDMA的大功率器件,輸出功率達370W,三次交調(diào)小于-50dBC(平均60W功率下)。用兩個11.52mm柵寬的CaNHEMT芯片合成,在9.5GHz下輸出功率達81.3W,功率附加效率為34%,增益為3dB。利用CaNHEMT高擊穿電壓和輸出輸入阻抗高的特點研制出E類功率放大器,在2.1GHz、10W條件下,漏效率達82%。在MMIC研究方面,X波段功放,混合集成功放在9.25~11.25GHz,輸出功率達23W,MMIC在8.75~10.25GHz,帶內(nèi)功率大于16W,最大功率為20W(脈沖密度為100μs,占空比為10%)。Ka波段MMIC功放,兩級放大在26~36GHz,帶內(nèi)功率大于2W,在35GHz下,最大功率為4W,功率密度為3.3W/mm。其柵長為0.18μm,輸入級柵寬0.6mm,輸出級柵寬1.2mm,其fT為84GHz,fmax為114GHz。美國DARPA在2000年啟動了寬禁帶半導(dǎo)體材料研究計劃后,于2004年開始射頻寬禁帶器件與電路的攻關(guān),分兩個階段,前三年(2005~2007年),主攻X波段、Q波段和寬帶CaN器件,后兩年(2008~2009年)研發(fā)MMIC和模塊。2006年初的研究結(jié)果:在X波段,1.25mm柵寬器件,漏壓40V,輸出功率為8W,增益為11dB,效率為55%,結(jié)溫為150℃,壽命為104h,在漏壓40V時壽命差距較大。在Q波段,0.5mm柵寬器件,頻率為40GHz,漏壓為25V,輸出功率為1.51W,增益為6.5dB,效率為29.6%,壽命為104h,增益略差。8~12GHz寬帶,1.25mm柵寬器件,頻率為10GHz,漏壓為30V,輸出功率為3W,增益為10.9dB,效率為56%,壽命為103h(功率下掉0.5dB),壽命差距較大。從一年的進展來看,高壓工作的壽命是一大難題,這也是CaNHEMT器件的關(guān)鍵。隨著這一難題的突破,CaNHEMT器件在L~Ka波段頻段將在功率密度方面具有革命性的影響,2010年可進入實用化。4fpga發(fā)射芯片的發(fā)展Si基的金屬絕緣柵場效應(yīng)管技術(shù)為主的CMOS集成電路已成為當今微電子發(fā)展的主流技術(shù),是數(shù)字電路應(yīng)用中獨占鰲頭的技術(shù),占整個集成電路市場的95%,從20世紀70年代至今按“摩爾定律”每三年更新一代的速度發(fā)展。2004年90nm加工技術(shù)突破,標志CMOS電路進入“納米加工技術(shù)”時代。RFCMOS是CMOS進入射頻電路應(yīng)用的技術(shù)。CMOS模擬電路在20世紀70年代中期發(fā)展,它開拓了今天混合信號微電子領(lǐng)域,而CMOS用于RF(射頻),開始于20世紀90年代中期,由美國DARP支持,在大學里開展RFCMOS的研究。由于CMOS具有大規(guī)模集成的優(yōu)勢,而且隨著柵長不斷地縮小,fT不斷增加,其具有向高頻發(fā)展的潛力。它在系統(tǒng)集成芯片(SOC)領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢。1993年報道了900MHzCMOSRF放大器,采用2μmCMOS工藝。同年報道了工作在1GHz的CMOS混頻器。單元電路的突破帶來了發(fā)射接收芯片的突破。1997年第一個集成的用于ISM的900MHzRF收發(fā)芯片研制成功。1998年研制成功用于GPS的接收機芯片,工作在1.5GHz。RFCMOS的商品化是從藍牙和IEEE802.11WALANs等新興的無線通信領(lǐng)域切入。該領(lǐng)域需要高度集成、小體積和低成本,因此發(fā)展趨勢必然是CMOS的SOC。2001年第一個CMOS混合RF電路、模擬電路、數(shù)字電路的無線通信用SOC研制成功,工作在2.4GHz用于藍牙發(fā)射接收機,包括RF、基帶處理、快閃存儲等功能。2002年用于藍牙發(fā)射接收機SOC包括7.5萬門微處理器,256KbRAM和RF電路。2003年,3000萬只包含RFCMOS的接收發(fā)射SOC進入GSM手機市場。在發(fā)展頻率在5GHz以下SOC的同時,RFCMOS向高速、高頻方向發(fā)展。2004年研制出90nmCMOS工藝的64GHz、100GHzVCO。2006年在SOI襯底上應(yīng)用120nmHCMOS工藝研制出用于40GHz毫米波通信的低噪聲放大、混頻電路和天線集成的RFCMOS;同年研制出用于40Gbps光通訊的CMOS限幅放大器,增益為20dB。應(yīng)用0.13μmCMOS工藝研制的60GHz接收前端,含低噪聲放大與混頻,電源電壓為1.2V,功耗為9mW。應(yīng)用90nmCMOS工藝研制出60GHz低噪聲放大和功效,其fT為140GHz,fmax為170GHz,低放的噪聲系數(shù)為4.5dB,增益為14.6dB,功放帶寬大于13GHz,PidB為6.4dBm,增益為5.2dB,附加效率為7%,電源電壓為1.5V。隨著CMOS電路柵尺寸的繼續(xù)縮小,fT將進一步提高,預(yù)計50nmNMOS器件fT將達到300GHz。但隨著柵長的縮短,電源電壓繼續(xù)降低,CMOS溝道將進一步減薄,對波形的控制將更加困難。因此在RF接收電路中,接收波形將盡可能早地被數(shù)字化,要求ADC具有更高的轉(zhuǎn)換速度。因而數(shù)字收發(fā)接收機將應(yīng)運而生。RFCMOS在高集成度、低成本上具有發(fā)展優(yōu)勢,目前主要是5GHz以下,未來將向高頻方向發(fā)展,成為毫米波低端一支競爭力量。5inphbt生長技術(shù)混合信號電路(ADCandDAC)需要晶體管具有嚴格的閾值電壓控制,高線性度和低噪聲工作。通常雙極晶體管具有更加嚴格的開啟電壓:VBE,其決定于外延生長控制。雙極晶體管比場效應(yīng)器件具有更好的線性性能和更低的噪聲(1/f)。為了在更高的頻率領(lǐng)域和短柵長的FET競爭,基于化合物半導(dǎo)體的雙極晶體管必須達到高的fT、fmax,要減少其寄生參量。異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)的設(shè)想早在20世紀50年代末期就提出來了,已解決提高摻雜濃度對結(jié)特性的影響的問題。HBT的真正實現(xiàn)也得益于MBE、MOCVD生長技術(shù)。1981年CaAs基的HBT研制成功,并向InP基HBT和SiGeHBT方向擴展。CaAs基HBT和硅同質(zhì)結(jié)雙極管比,由于發(fā)射區(qū)采用更寬帶隙的AlCaAs,基區(qū)采用重摻雜的較窄帶隙的CaAs,薄基區(qū)電阻率比Si雙極管下降兩個數(shù)量級,同時EB電容減少,而且CaAs有更高的電子遷移率,所以具有比Si雙極更好的頻率性能。InPHBT和CaAsHBT相比,頻率性能要高2倍,偏壓只有一半。1986年研制出第一只InP基HBT。進入21世紀,發(fā)展了更先進的工藝技術(shù)。InPHBT采用選擇生長,局域離子注入、邊墻隔離等技術(shù)來減少寄生分量,以提高其fT和fmax。2003年,第一個用離子注入選擇摻雜收集極的InPHBT電路,在150GHz達到靜態(tài)時鐘變換。以減少集電極——基區(qū)電容的優(yōu)化結(jié)構(gòu)的InPHBT的fT超過了375GHz。目前InPHBT的MMIC技術(shù)已經(jīng)成熟,4英寸InPHBT工藝采用無鋁的InP發(fā)射區(qū),摻碳的基區(qū),fT大于200GHz,MTBT大于5×106h。2002年研制成功G波段(140~220GHz)InPHBT放大器,在195GHz獲得8.5dB增益。同年研制出100GHzVCO。2006年,采用20nm厚的高摻InGaAs基區(qū),75nm厚的InP收集區(qū)(含InGaAs/InAlAs的超晶格梯度),雙異質(zhì)結(jié)InPDHBT,其fT達544GHz,fmax為347GHz。InPHBT進一步減小發(fā)射極寬度,優(yōu)化結(jié)構(gòu),fT和fmax將超過500GHz,和InPHEMT一起成為用于200GHz以上的器件。6sigehbt發(fā)展情況利用SiGe合金的概念形成“能帶工程”的硅器件的想法起始于20世紀60年代。但當時得不到無缺陷的SiGe薄膜,直到20世紀80年代中期才解決。SiGe合金的晶格常數(shù)失配率為4%,在Si襯底上生長的SiGe是“贗配”的,由于Ge禁帶寬度比Si小(0.66eV對1.12eV),SiGe合金比Si的禁帶寬度低,適合于在Si上實現(xiàn)能帶工程。而Si本身的工藝很成熟,SiGeHBT具有和Si工藝相容的特點。1987年研制出第一只SiGeHBT,在20世紀90年代SiGeHBT的截止頻率突破75GHz,引起了全世界的關(guān)注,這一結(jié)果是Si雙極晶體管的兩倍。1992年報道了用SiGeBiCMOS技術(shù)研制成功第一個SiGeHBT大規(guī)模集成電路,1.2G/S的DAC;1993~1994年,SiGeHBT首次采用直徑為200mm的圓片工藝,SiGeHBT發(fā)展很迅速,已成為微波、毫米波集成電路之中具有特色的力量。2004年利用BiCMOS7HPSiGe工藝研制出100MHz~50GHz的寬帶放大器,功耗為125mW,2006年利用200GHz的SiGeHBTBiCMOS工藝研發(fā)了高性能六位X波段SiGeHBT移相器,該技術(shù)插入0.13μmCMOS器件,SiGeHBT的fT為207GHz,fmax為285GHz。2006年,利用0.12μmSiGeBiCMOS工藝,研制了77GHz相控陣收發(fā)SOC電路,在6.8mm×3.8mm芯片上集成了收、發(fā)通道的天線、低放、VCO、分頻器、混頻、移相、功放等電路,其HBT的fT達200GHz。SiGeHBT的局限性在于其擊穿電壓小于2V,必須工作在大電流密度(≥2mA/cm2)才能達到性能。工作在如此高工作電流下的長期可靠性要繼續(xù)研究。SiGeHBT技術(shù)在混合信號電路中已成為BiCMOS技術(shù)發(fā)展的主流,在RF電路應(yīng)用中將和InPHEMT、HBT形成在毫米波低端到100GHz以下頻段的競爭格局。7我國rfss的進展20世紀80年代末,微電子兩維平面工藝向三維加工技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展,產(chǎn)生了一個全新的領(lǐng)域——微電子機械系統(tǒng)(MEMS),是微電子向機械領(lǐng)域的滲透。1987年一個在硅片上加工的微型馬達轉(zhuǎn)動時,預(yù)示著“小機器、大作為”時代的開始。在低頻時利用微型加工技術(shù)制備開關(guān)的第一次報道在1971年,當時是以“微型繼電器”的面貌出現(xiàn)。20世紀90年代以后,利用幾種MEMS技術(shù),如旋轉(zhuǎn)開關(guān)(1991年),懸臂開關(guān)(1997年),以及膜開關(guān)(1998年),使得MEMS開關(guān)可工作在射頻和微波頻率,開始了RFMEMS的研究。RFMEMS具有低損耗、低功耗和較少內(nèi)調(diào)制干擾,在微秒級開關(guān)速度條件下工作,可替代傳統(tǒng)的半導(dǎo)體場效應(yīng)管和p-i-n二極管。RFMEMS分兩類,無源和有源器件。無源RFMEMS沒有機械驅(qū)動和動作,而產(chǎn)生高性能RF性能的結(jié)構(gòu),如電感、傳輸線、可變電容;有源器件以RF開關(guān)為主。2003~2005年RFMEMS主要進展在可靠性、封裝、集成度和降低成本等方面。2006年國際MTT會議從三個方面報道了RFMEMS的最新進展。在無源器件方面,可靠性和耐功率有較大進展,可開關(guān)電容和可變電容在10GHz、1W功率,可開關(guān)1百萬次,3GHz、5W功率,可開關(guān)2.5億次。利用壓電效應(yīng)研制可變電容,電容比可達14,驅(qū)動電壓降至10V,多值可變電感在5~40GHz,電感比1.2~3.0。在MEMS開關(guān)方面,利用聚焦離子束加工了間隙為0.1μm的串聯(lián)開關(guān),1~23GHz下,插損為1dB,隔離度為20dB。采用圓片級封裝的RFMEMS開關(guān),其串聯(lián)開關(guān)在20GHz下,插損為0.11dB,隔離度為19dB;串并開關(guān)插損為0.3dB,隔離度為54dB,單刀器擲組合開關(guān),插損0.26dB,隔離度為20dB。RFMEMS應(yīng)用也有新的進展。利用三維微制造技術(shù),研制了55GHz帶通濾波器,帶寬為13.6%,體積為0.86mm×1.9mm×0.3mm。W波段MEMS可調(diào)諧濾波器,在94.79GHz,帶寬為4.05GHz,插損為2.37dB。并第一次報道單片集成的RFMEMS開關(guān)矩陣,在9.5~13.5GHz研制出3×3開關(guān)矩陣。在軍事方面,MEMS技術(shù)推動雷達的小型化。美國