1.2 GaAs MMIC简介

单片微波集成电路(MMIC)是一种把有源和无源元器件制作在同一块半导体基片上的微波电路，广泛应用于各电子技术领域。术语中附加“单片"一词的目的在于使这种微波电路和普通微波集成电路(MIC)区分开。普通微波集成电路是一种混合集成电路，它由有源及无源元器件通过焊接或者环氧树脂导电胶粘结的方式集成在同一基片上。使用空心金属波导的微波电路也称为集成电路，这类电路是在波导中可靠的安装有源器件，需要大量的机械设计加工。

1.2.1 GaAs MMIC技术发展

在MMIC技术发展历程中，砷化镓(GaAs)是使用最广泛的半导体材料，这在于GaAs材料适合制造高频率的晶体管和低损耗的无源元件。制造稳定的高阻GaAs材料技术很可能起源于生长GaAs晶体锭芯的液态胶封装(liquid—encapsulated Czochralski，LEC)方法。早期的GaAs生长大部分采用三氧化硼化合物密封剂，其研究主要集中在英国Malvern地区的皇家雷达军事单位。这一技术仍然沿用到今天。GaAs晶体管技术研究的突出发展是由Caswell市Plessey研究所的JimTumer于1962年取得的，他基于研究GaAs双极晶体管不成功的经验，将兴趣首先转移到GaAs场效应晶体管的研究上。世界上第一个GaAs场效应晶体管的栅长为24 um.在VHF频带内产生了功率增益。1967年，加工出了栅长为4pm的GaAs场效应晶体管，其在1GHz的增益为l0dB。该晶体管是Plessey光电微波公司生产的，是第一个商用化器件，被称为GAT1。电子束印制技术的发展，促使了第一个1 um栅长的器件在1971年诞生了，该器件能在10GHz提供增益，随后商品化并在市场上被称为GAT3。在这最初的十年中，GaAs MESFET的研究和发展局限在Caswell和IBM公司。伴随着研究和生产高性能微波晶体管工作的深入，将半导体器件和微带线集成在一起的电路研究随之开始。1968年，Texas Instrument公司的Mao，Jones和Vendelin 报道了第一个GaAs基MMIC芯片，它是一个仅集成了二极管和微带线的简单混频器电路。1968年2月，在同一期杂志上，Mehal和Wacker报道了一个94GHz平衡混频器和一个30GHz耿氏二极管振荡器的设计。然而，基于晶体管MMIC的最初设想是由一位Caswell的硅集成电路设计师提出的，就是Michael Gay。他设计了一个5GHz接收机芯片版图，包括MESFET，电容，电感和电阻等元器件，尽管这个MMIC芯片从未实现，但是它的设计思想使世界上第一只GaAs场效应晶体管MMIC芯片在Caswell被制造出来了。Pengelly和Turner报道了世界上第一只GaAs场效应晶体管垤MMIC芯片，该芯片是一个GAT3晶体管为基础的单级X波段放大器，芯片中集成了环形电感和交指电容。随后，Joshi等报道了第一个工作在J频段的场效应晶体管MMIC振荡器。

最初几款MMIC芯片成功之后，全球范围内MMIC技术的研究热情很快增长，到1979年，IEEE专门举行了研讨会，致力于GaAs MMIC技术的发展。此后，成千上万的技术文章陆续发表，在全世界掀起了MMIC研究热潮，一些国家纷纷投入巨资开发研究MMIC芯片。80年代中，GaAs工业产品主要应用于军用系统，同时成品率、可靠性、成本价格等问题一致制约着GaAs MMIC的发展。1987年美国国防部先进技术研究规划署(DAPPA)提出微波毫米波单片集成电路计划，该计划大大刺激了GaAs MMIC发展，实现了各种形式的加MMIC电路。90年代HEMT器件实用化，使MMIC的性能大幅提高。另外，CAD工具的广泛应用特别是电磁场仿真软件的发展使得加MMIC的设计成功率明显提高。经过二十多年的发展，GaAs器件已经成为电子工业中门类齐全的器件产业及军事电子的重要领域。如今，ED模工艺的发展使得单片集成的加MMIC收发芯片已经商品化，微波无线系统的体积越来越小，成本越来越低。