单片微波集成电路前端模块制造技术

提供了一种单片微波集成电路MMIC前端模块(100)，该MMIC前端模块包括：由硅衬底(120)支撑的氮化镓结构(110)；具有发射模式和接收模式的硅基发射/接收开关(130)；发射放大器(112)，该发射放大器被配置为对要由所述MMIC前端模块发射的传出信号进行放大，其中，所述发射放大器电连接(132)到所述发射/接收开关，其中，所述发射放大器包括形成在所述氮化镓结构中的氮化镓高电子迁移率晶体管HEMT(114)；以及接收放大器(113)，该接收放大器被配置为对由所述MMIC前端模块接收的传入信号进行放大，其中，所述接收放大器电连接(133)到所述发射/接收开关，其中，所述接收放大器包括形成在所述氮化镓结构中的氮化镓HEMT(115)。所述氮化镓结构中的氮化镓HEMT(115)。所述氮化镓结构中的氮化镓HEMT(115)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单片微波集成电路前端模块


[0001]本专利技术涉及射频RF收发器前端模块领域。特别地，本专利技术涉及单片微波集成电路MMIC前端模块。

技术介绍

[0002]对于比如RF放大器等许多应用，传统的硅互补金属氧化物半导体CMOS晶体管在性能方面已经走到了尽头。基于氮化镓的晶体管和高电子迁移率晶体管HEMT与传统的硅对应物相比提供了改进的性能。然而，由于硅CMOS技术的整体技术成熟度，硅仍然适用于许多应用，比如数字逻辑和开关。因此，可能需要具有包括硅器件和氮化镓器件两者(例如晶体管、开关、转换器和放大器)的集成的RF电路。然而，部分地由于材料特性的差异，这种集成并不简单。这些差异使得将高质量氮化镓材料集成到传统硅衬底上变得特别复杂。这是有问题的，因为需要高质量氮化镓材料来制造器件，例如高性能的HEMT。该问题的传统解决方案可能包括厚而复杂的缓冲层或结构。然而，这些无法始终如一地足以做到更多，只能减轻集成带来的质量损失。由于缓冲层或结构的厚度增加，材料使用也不利地增加。因此，需要在
内进行改进。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是至少减轻现有技术的一些问题。
[0004]根据本专利技术的第一方面，提供了一种单片微波集成电路MMIC前端模块。
[0005]该MMIC包括：
[0006]由硅衬底支撑的氮化镓结构；
[0007]具有发射模式和接收模式的硅基发射/接收开关；
[0008]发射放大器，该发射放大器被配置为对要由该MMIC前端模块发射的传出信号进行放大，其中，该发射放大器电连接到该发射/接收开关，其中，该发射放大器包括形成在该氮化镓结构中的氮化镓高电子迁移率晶体管HEMT；以及
[0009]接收放大器，该接收放大器被配置为对由该MMIC前端模块接收的传入信号进行放大，其中，该接收放大器电连接到该发射/接收开关，其中，该接收放大器包括形成在该氮化镓结构中的氮化镓HEMT。
[0010]术语“氮化镓结构”应理解为是指横向限制的结构，即不是覆盖整个硅衬底区域的层。氮化镓结构应进一步理解为在任何程度上包含氮化镓材料的结构。
[0011]术语“被支撑”是指氮化镓结构在垂直于且正交于硅衬底顶表面的垂直方向上位于硅衬底之上或上方。
[0012]术语“发射模式”和“接收模式”是指使发射/接收开关适于发射或接收无线信号。在实践中，发射模式可以看到开关适于在发射放大器与天线之间为传出信号提供更直接的电路径，而接收模式可以看到开关适于在天线与接收放大器之间为传入信号提供更直接的电路径。发射模式可以理解为MMIC前端模块可以发射传出无线信号的模式。接收模式可以
理解为MMIC前端模块可以接收传入无线信号的模式。MMIC前端模块由于存在发射模式和接收模式两者而可以理解为是收发器。
[0013]术语“发射放大器”通常可以理解为RF功率放大器(PA)。因此，术语“接收放大器”通常可以理解为RF低噪声放大器(LNA)。
[0014]材料(即元素和化合物)可以用它们的全名(例如硅或氮化镓)或由它们的IUPAC符号/名称(例如Si或GaN)来指代。
[0015]术语“传出信号”和“传入信号”可以理解为电节点上的电信号(例如电压或电流)或自由空间介质(例如空气或真空)中的电磁信号(例如无线电波)。信号可以通过MMIC前端模块的天线部件或连接到MMIC前端模块的天线部件在纯电信号与电磁信号之间转换。信号可以通过MMIC前端模块的部件(例如放大器和变频器)进行处理。
[0016]传出信号在由变频器上变频、由发射放大器放大、和/或由天线发射到自由空间中之后仍然可以是传出信号。相应地，传入信号在由天线接收、由接收放大器放大、和/或由变频器下变频之后仍然可以是传入信号。
[0017]通过在硅衬底之上或上方提供氮化镓结构，专利技术人已经认识到，氮化镓HEMT器件作为发射放大器和接收放大器的一部分可以与硅基发射/接收开关以及其他硅基器件和部件更紧密地集成在一起。这又是有利的，因为它提供了仅在认为最需要的地方(例如对于放大器)使用氮化镓的能力，同时允许MMIC的不太关键的部件/器件、或只是具有不同要求的部件/器件改为硅基的。
[0018]与传统的硅材料相比，氮化镓材料可能具有更大的带隙、更高的电子迁移率、更高的热导率和更高的熔点。反过来，这可能导致器件(例如晶体管)具有更高的开关频率、更少的能量损失、更高电压操作和更高温度操作。
[0019]与传统的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)相比，HEMT可能具有优势。HEMT可以提供具有较小电阻的弹道电荷载流子传输。这会提高HEMT的效率、速度和功率性能。
[0020]由于采用了HEMT和氮化镓材料，与
内的传统解决方案和器件相比，MMIC前端模块可以提供节能以及整体更高效的操作。
[0021]发射放大器可以包括形成在氮化镓结构中的多个HEMT。
[0022]接收放大器可以包括形成在氮化镓结构中的多个HEMT。
[0023]发射放大器，实际上还有接收放大器，可以仅用一个HEMT或多个HEMT来制造，每种情况取决于所选择的放大器电路设计。不太复杂的放大器可能具有不超过几个HEMT，或者甚至只有一个HEMT，而更高级的多HEMT放大器可以提供更好的放大器性能指标，比如更高频率操作或更低功率损耗。
[0024]由硅衬底支撑的氮化镓结构包括第一氮化镓岛和第二氮化镓岛，其中，该第一氮化镓岛和该第二氮化镓岛物理分离并横向共同布置在该硅衬底上。
[0025]将氮化镓结构提供为多个岛的一个优点可能是对热特性的改善。并不是作为一个结构由于温度变化而膨胀和收缩，而是岛可以单独且独立地这样做。因此，膨胀和收缩的机械应力可以分布在这些岛上。因此可以减少总体最大机械应力。这可能特别重要，因为硅和氮化镓具有不同的热膨胀系数。此外，控制氮化镓岛的温度(例如通过主动或被动冷却)可能没有较大结构那么复杂。氮化镓岛的有利之处还在于，来自多个器件的热量积聚可以更
均等地分布。
[0026]发射放大器的氮化镓HEMT可以形成在第一氮化镓岛中。接收放大器的氮化镓HEMT可以形成在第二氮化镓岛中。
[0027]通过将不同的器件定位在不同的物理结构(即岛)上，可以减少第一器件对第二器件的操作的干扰。这种干扰可以理解为例如噪声较大的信号。
[0028]第一氮化镓岛的横向尺寸可以在0.1μm至10μm的范围内。第二氮化镓岛的横向尺寸可以在0.1μm至10μm的范围内。
[0029]氮化镓结构的横向尺寸可以在0.1μm至10μm的范围内。
[0030]术语“横向尺寸”可以指与硅衬底的平坦顶表面平行的尺寸。就氮化镓结构或氮化镓岛而言，横向尺寸可以理解为例如多边形或圆形的直径或半径。由于氮化镓最常以纤锌矿晶体结构组织，所以氮化镓结构或氮化镓岛的形状可以对应于六边形。横向尺寸可以替代性地指其他尺寸，如例如结构或岛的边缘的长度。
[0031]该MMIC前端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种单片微波集成电路MMIC前端模块(100)，包括：由硅衬底(120)支撑的氮化镓结构(110)；具有发射模式和接收模式的硅基发射/接收开关(130)；发射放大器(112)，该发射放大器被配置为对要由所述MMIC前端模块发射的传出信号进行放大，其中，所述发射放大器电连接(132)到所述发射/接收开关，其中，所述发射放大器包括形成在所述氮化镓结构中的氮化镓高电子迁移率晶体管HEMT(114)；接收放大器(113)，该接收放大器被配置为对由所述MMIC前端模块接收的传入信号进行放大，其中，所述接收放大器电连接(133)到所述发射/接收开关，其中，所述接收放大器包括形成在所述氮化镓结构中的氮化镓HEMT(115)；硅基上变频器(342)，该硅基上变频器电连接(332)到所述发射放大器(112)，其中，所述上变频器(342)被配置为对要由所述MMIC前端模块(100)发射的所述传出信号的频率进行上变频；以及硅基下变频器(343)，该硅基下变频器电连接(333)到所述接收放大器(113)，其中，所述下变频器(343)被配置为对由所述MMIC前端模块(100)接收的传入信号的频率进行下变频。2.根据权利要求1所述的MMIC前端模块，其中，所述发射放大器包括形成在所述氮化镓结构中的多个HEMT。3.根据权利要求1至2中任一项所述的MMIC前端模块，其中，所述接收放大器包括形成在所述氮化镓结构中的多个HEMT。4.根据前述权利要求中任一项所述的MMIC前端模块，其中，由所述硅衬底支撑的所述氮化镓结构包括第一氮化镓岛(211)和第二氮化镓岛(212)，其中，所述第一氮化镓岛和所述第二氮化镓岛物理分离并横向共同布置在该硅衬底上。5.根据权利要求4所述的MMIC前端模块，其中，所述发射放大器的所述氮化镓HEMT形成在该第一氮化镓岛中，并且其中，所述接收放大器的所述氮化镓HEMT形成在所述第二氮化镓岛中。6.根据权利要求4至5中任一项所述的MMIC前端模块，其中，所述第一氮化镓岛和所述第二氮化镓岛的横向尺寸在0.1μm至10μm的范围内。7.根据前述权利要求中任一项所述的MMIC前端模块，其中，所述氮化镓结构的横向尺寸在0.1μm至10μm的范围内。8.根据前述权利要求中任一项所述的MMIC前端模块，进一步包括天线(451)，该天线被配置为发射和接收无线信号，其中，所述发射/接收开关电连接(453)到所述天线。9.根据权利要求8所述的MMIC前端模块，其中，所述天线由所述硅衬底支撑。10.根据权利要求8至9中任一项所述的MMIC前端模块，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁，
申请(专利权)人：艾普诺瓦泰克公司，
类型：发明
国别省市：