一种高耦合系数的紧凑型集成定向耦合器制造技术

本发明专利技术公开了一种高耦合系数的单片集成定向耦合器，包括输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口，所述输入端口与所述直通端口设置于第一微带线的两端，所述耦合端口与隔离端口设置于第二微带线的两端，所述第一微带线和所述第二微带线皆至少包括一层金属层，所述第一微带线的至少一部分和所述第二微带线的至少一部分设置于不同层的金属层。由于使用不同的两层金属来制作耦合微带线，耦合线间距不受工艺规则制约，可以小于同层金属的规定最小间距，因此可以实现很高的耦合系数。与目前使用6或8条同层金属耦合线实现的高耦合系数定向耦合器相比，本发明专利技术的高耦合系数定向耦合器具有小得多的尺寸，有利于实现高性能毫米波通信系统的单片集成。统的单片集成。统的单片集成。

【技术实现步骤摘要】
一种高耦合系数的紧凑型集成定向耦合器


[0001]本专利技术涉及单片微波集成电路(MMIC)
，具体涉及到一种高耦合系数的紧凑型集成定向耦合器。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的发展，毫米波频段(30GHz～300GHz)获得了广泛关注，相关应用技术也获得了蓬勃的发展。与日渐拥挤的Sub 6GHz频段相比，毫米波频段拥有丰富得多的带宽资源以及更小的带内干扰。因此，毫米波通信在高速率、低时延、大容量、低干扰等方面展现出无可比拟的巨大优势，未来发展空间极为广阔。
[0003]由于毫米波的波长很短，毫米波通信系统可以更加方便地实现单片集成，即大部分电路元件不再需要放置在印制电路板(PCB)上，而是在半导体晶圆片上制作。其中，定向耦合器是一种重要的微波/毫米波电路元件，可用于功率信号的分配、合成和移相。在毫米波通信系统中，定向耦合器与其他元件集成在同一块晶圆片上，从而减小了插入损耗和寄生参数。目前，应用最广泛的MMIC技术是砷化镓(GaAs)单片集成工艺。砷化镓半导体材料具有优异的高频性能，其在毫米波频段的线性度和输出功率密度都优于硅基CMOS工艺。近年来，被称为“第三代半导体”的氮化镓(GaN)单片集成工艺开始投入商业化，其不仅具有优秀的高频性能，而且输出功率密度比硅基CMOS工艺高10倍以上，因此特别适合通信基站、相控阵雷达等大功率应用。
[0004]然而，当前商业化的GaAs和GaN单片微波集成工艺仅包含两到三层金属层，而且金属层间的介质层很薄(通常＜0.5μm)，难以实现合适的异层金属宽边耦合。因此目前大部分单片集成的定向耦合器使用同层金属边缘耦合技术制作，即所有耦合线都使用同层金属制造，通过调节耦合线之间的间距来控制耦合程度，间距越小则耦合程度越高，电压耦合系数越大。然而受制于工艺规则，同层金属之间的间距必须大于某个最小值Gmin(例如对于GaAs pHEMT工艺，Gmin＝5μm)，这制约了可实现的耦合系数大小。两条同层金属耦合线之间的电压耦合系数一般小于
‑
4dB。使用Lange耦合器结构，即用4条彼此平行的耦合线来充分利用耦合线两侧的边缘杂散电场，可提高耦合系数至
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3dB左右。若需求更高的耦合系数，则需要使用更多的平行耦合线，例如6条甚至8条，这使定向耦合器的面积变得庞大，不利于单片集成。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术存在的缺点和不足，本专利技术提供一种高耦合系数的单片集成定向耦合器，以实现高耦合系数、小尺寸的定向耦合器。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种高耦合系数的单片集成定向耦合器，包括输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口，所述输入端口与所述直通端口设置于第一微带线的两端，所述耦合端口与隔离端口设置于第二微带线的两端，所述第一微带线和所述第二微带线皆至少包括一层金属层，所述第一微带线的至少一部分和所述第二微带线的至少一
部分设置于不同层的金属层。
[0007]进一步的，所述第一微带线和所述第二微带线之间的水平间距范围介于0～20μm，电压耦合系数调节范围介于
‑
10～
‑
1.25dB。
[0008]进一步的，所述第一微带线包括T1部分，所述第二微带线包括T2部分；T1部分位于第一金属层，T2部分位于第二金属层。
[0009]进一步的，所述第一微带线包括T1部分和T1'部分，所述第二微带线包括T2部分和T2'部分；所述T1部分、所述T2'部分位于第二金属层，所述T1'部分、所述T2部分位于第一金属层，所述T1部分和所述T1'部分、所述T2部分和所述T2'部分分别通过过孔互联。
[0010]进一步的，所述第一微带线包括T1部分、T1'部分、T3部分和T3'部分，所述第二微带线包括T2部分、T2'部分、T4部分和T4'部分；所述T1部分、所述T1'部分、所述T3部分、所述T3'部分皆位于第二金属层，所述T2部分、所述T2'部分、所述T4部分、所述T4
′
部分皆位于第一金属层；所述T1部分与所述T1'部分、所述T3部分与所述T3'部分分别通过过孔在所述第一金属层互连；所述T1部分与所述T3部分、所述T1'部分与所述T3'部分、所述T2部分与所述T4部分、所述T2'部分与所述T4'部分分别通过一个空气桥进行互连。
[0011]进一步的，所述第一微带线包括T1部分、T1'部分、T3部分和T3'部分，所述第二微带线包括T2部分、T2'部分、T4部分和T4'部分；其中所述T1部分、所述T2'部分、所述T3部分、所述T4'部分位于第二金属层，所述T1'部分、所述T2部分、所述T3'部分、所述T4部分位于第一金属层；所述T1部分与所述T1'部分、所述T3部分与所述T3'部分分别通过过孔在所述第一金属层互连；所述T1部分与所述T3部分、所述T1'部分与所述T3'部分、所述T2部分与所述T4部分、所述T2'部分与所述T4'部分分别通过一个空气桥进行互连。
[0012]进一步的，所述过孔到所对应的微带线之间使用斜线过渡。
[0013]进一步的，所述第一微带线和所述第二微带线在端口处呈梯形。
[0014]进一步的，所述第一微带线和所述第二微带线可以制作成曲线状，也可以制作成直线状。
[0015]进一步的，所述的高耦合系数的单片集成定向耦合器采用GaAs pHEMT、GaAs HBT、SiC基GaN HEMT或者Si基GaN HEMT工艺制备而成。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果和优点：
[0017]本专利技术中，包括输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口，所述输入端口与所述直通端口设置于第一微带线的两端，所述耦合端口与隔离端口设置于第二微带线的两端，所述第一微带线和所述第二微带线皆至少包括一层金属层，所述第一微带线的至少一部分和所述第二微带线的至少一部分设置于不同层的金属层。由于使用不同的两层金属来制作耦合微带线，耦合线间距不受工艺规则制约，可以小于同层金属的规定最小间距，因此可以实现很高的耦合系数。与目前使用6或8条同层金属耦合线实现的高耦合系数定向耦合器相比，本专利技术给出的高耦合系数定向耦合器具有小得多的尺寸，有利于实现高性能毫米波通信系统的单片集成。
附图说明
[0018]为了更清楚地阐述本专利技术的技术方案，此处提供附图进行简单的介绍。需要指出的是，下面的附图只是用来解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0019]在附图中：
[0020]图1(a)是本专利技术实施例1中高耦合系数集成定向耦合器的基本结构示意图；
[0021]图1(b)是本专利技术实施例1中高耦合系数集成定向耦合器的版图；
[0022]图2(a)是本专利技术实施例2中高耦合系数集成定向耦合器的基本结构示意图；
[0023]图2(b)是本专利技术实施例2中高耦合系数集成定向耦合器的版图；
[0024]图3(a)是本专利技术实施例3中高耦合系数集成定向耦合器的基本结构示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耦合系数的单片集成定向耦合器，其特征在于，包括输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口，所述输入端口与所述直通端口设置于第一微带线的两端，所述耦合端口与隔离端口设置于第二微带线的两端，所述第一微带线和所述第二微带线皆至少包括一层金属层，所述第一微带线的至少一部分和所述第二微带线的至少一部分设置于不同层的金属层。2.根据权利要求1所述的高耦合系数的单片集成定向耦合器，其特征在于，所述第一微带线和所述第二微带线之间的水平间距范围介于0～20μm，电压耦合系数调节范围介于
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10～
‑
1.25dB。3.根据权利要求1所述的高耦合系数的单片集成定向耦合器，其特征在于，所述第一微带线包括T1部分，所述第二微带线包括T2部分；所述T1部分位于第一金属层，所述T2部分位于第二金属层。4.根据权利要求1所述的高耦合系数的单片集成定向耦合器，其特征在于，所述第一微带线包括T1部分和T1'部分，所述第二微带线包括T2部分和T2'部分；所述T1部分、所述T2'部分位于第二金属层，所述T2部分、所述T1'部分位于第一金属层；所述T1部分与所述T1'部分、所述T2部分与所述T2'部分分别通过过孔互联。5.根据权利要求1所述的高耦合系数的单片集成定向耦合器，其特征在于，所述第一微带线包括T1部分、T1'部分、T3部分和T3'部分，所述第二微带线包括T2部分、T2'部分、T4部分和T4'部分；所述T1部分、所述T1'部分、所述T3部分、所述T3'部分皆位于第二金属层，所述T2部分、所述T2'部分、所述T4部分、所述T4'部分皆位于第一金属层；所述T1部分与所述T1'部分、所述T3部分与所述T3'部...

【专利技术属性】
技术研发人员：阙显沣，王彦杰，李垚，
申请(专利权)人：深圳市华杰智通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：