一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，包括设置于砷化镓PHEMT半导体电路层上的开关矩阵电路，所述开关矩阵电路包括m个输入端、m个开关结构、垂直过渡结构、n个功分器、n个输出端，所述垂直过渡结构设置为共面波导的结构形式，所述输入端电连接所述开关结构的信号输入端，所述开关结构的信号输出端电连接所述垂直过渡结构和所述功分器的信号输入端，所述垂直过渡结构的信号输出端电连接所述功分器的信号输入端，所述功分器的信号输出端电连接所述输出端。采用砷化镓pHEMT工艺实现高集成开关矩阵芯片，该开关矩阵芯片集成多个开关和功分器，并集成高隔离垂直过渡结构，可实现高隔离、低损耗功能。低损耗功能。低损耗功能。

【技术实现步骤摘要】
一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片


[0001]本专利技术涉及微波射频
，尤其涉及一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片。

技术介绍

[0002]目前通过控制开关管的开启和闭合实现射频信号的开关，更复杂的开关矩阵可通过单刀单掷、单刀双掷以及功分器等单元电路的组合实现复杂路由。在通信、电子战和雷达等各种系统中，开关矩阵用于连接不同的射频功能单元，通过开启和闭合，从而控制和改变射频信号的流向，实现同一套射频前端满足不同的应用需求，减少系统开发成本、缩短开发时间和简化开发流程。现有技术的优点是可通过开关和功分器等芯片进行搭配实现需要的路由功能，不需额外开发新的芯片；缺点是：集成度低，成本高，不利于小型化低成本。

技术实现思路

[0003]为解决上述开关矩阵面临的问题，本专利技术提出一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，采用砷化镓pHEMT工艺实现高集成开关矩阵芯片，该开关矩阵芯片集成多个开关和功分器，并集成高隔离垂直过渡结构，可实现高隔离、低损耗功能。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，包括设置于砷化镓PHEMT半导体电路层上的开关矩阵电路，所述开关矩阵电路包括m个输入端、m个开关结构、垂直过渡结构、n个功分器、n个输出端，所述垂直过渡结构设置为共面波导的结构形式，所述输入端电连接所述开关结构的信号输入端，所述开关结构的信号输出端电连接所述垂直过渡结构和所述功分器的信号输入端，所述垂直过渡结构的信号输出端电连接所述功分器的信号输入端，所述功分器的信号输出端电连接所述输出端。
[0006]进一步地，所述砷化镓PHEMT半导体电路层包括砷化镓层、第一金属层、薄膜电阻层、氮化硅介质层、聚酰亚胺介质层和第二金属层，所述砷化镓层设置于底部，所述氮化硅介质层和所述聚酰亚胺介质层作为电容介质依次设置于所述砷化镓层之上，所述第一金属层作为电容下电极设置于所述砷化镓层和所述氮化硅介质层之间，所述第二金属层作为电容上电极设置于所述聚酰亚胺介质层之上，并通过第二过孔层向下扩展与所述聚酰亚胺介质层直接相连，所述第一金属层、氮化硅介质层、第二过孔层和第二金属层共同构成MIM电容；所述薄膜电阻层设置于所述砷化镓层和所述氮化硅介质层之间，用于制作pHEMT管的栅极隔离电阻。
[0007]进一步地，所述第一金属层、氮化硅介质层、聚酰亚胺介质层和第二金属层能够用于制作微带传输线及其交叉布线。
[0008]进一步地，所述第一金属层、氮化硅介质层、聚酰亚胺介质层和第二金属层能够用于制作共面波导。
[0009]进一步地，所述第一金属层依次通过第一过孔层和第二过孔层连接所述第二金属层。
[0010]进一步地，所述第一金属层通过第三过孔层接地。
[0011]进一步地，所述砷化镓PHEMT半导体电路层还包括钝化层，所述钝化层设置于所述聚酰亚胺介质层之上。
[0012]进一步地，所述钝化层由二氧化硅制作而成。
[0013]进一步地，所述开关结构包括单刀单掷开关和单刀双掷开关。
[0014]进一步地，所述单刀单掷开关和所述单刀双掷开关的插损和相位相同。
[0015]本专利技术的有益效果在于：
[0016](1)本专利技术的一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片可实现多个单功能芯片实现的功能，大幅提升集成度；
[0017](2)采用新型垂直过渡结构提升通道之间的隔离度，仿真隔离度达到50dB；
[0018](3)芯片面积减小有利于降低整套方案的成本，并提升产品的一致性，在大规模使用中成本和一致性优势明显。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例的砷化镓PHEMT半导体电路层示意图。
[0020]图2是本专利技术实施例的垂直过渡结构示意图。
[0021]图3是本专利技术实施例的开关矩阵电路原理框图。
[0022]图4是本专利技术实施例的开关矩阵电路效果图(包括插损IL和隔离度ISO，其中RFin1、RFin2、RFin3、RFin4为输入端，RFout1为输出端)，仿真结果为输出端RFout1的结果，输出端RFout2的效果一致。
[0023]图5是本专利技术实施例的开关矩阵电路外部结构示意图。
具体实施方式
[0024]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本专利技术的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]本实施例提供了一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，包括设置于砷化镓PHEMT半导体电路层上的开关矩阵电路，开关矩阵电路包括m个输入端、m个开关结构、垂直过渡结构、n个功分器、n个输出端，垂直过渡结构设置为共面波导的结构形式，输入端电连接开关结构的信号输入端，开关结构的信号输出端电连接垂直过渡结构和功分器的信号输入端，垂直过渡结构的信号输出端电连接功分器的信号输入端，功分器的信号输出端电连接输出端。优选地，开关结构包括单刀单掷开关和单刀双掷开关，且单刀单掷开关和单刀双掷开关的插损和相位应相同。
[0026]如图1所示，砷化镓PHEMT半导体电路层包括砷化镓层GaAs、第一金属层M1、薄膜电阻层RT、氮化硅介质层SiN、聚酰亚胺介质层Polymide和第二金属层M2，砷化镓层GaAs设置于底部，氮化硅介质层SiN和聚酰亚胺介质层Polymide作为电容介质依次设置于砷化镓层GaAs之上，其中氮化硅介质层SiN厚度较薄(例如0.1um)，聚酰亚胺介质层Polymide在电容
的位置通过第二过孔层P1刻蚀掉，实现金属化。第一金属层M1作为电容下电极设置于砷化镓层GaAs和氮化硅介质层SiN之间，第二金属层M2作为电容上电极设置于聚酰亚胺介质层Polymide之上，第一金属层M1、氮化硅介质层SiN、第二过孔层P1和第二金属层M2共同构成MIM电容(金属
‑
绝缘体
‑
金属电容)，以提高电容密度。
[0027]其中，PHEMT是对高电子迁移率晶体管(HEMT)的一种改进结构，其基本器件结构是n+
‑
AlxGa1
‑
xAs/i
‑
InGaAs/i
–
GaAs型式，采用了不掺杂的i
–
InGaAs层作为沟道层。
[0028]在不制备电容的位置保留聚酰亚胺介质层Polymide，直接使用不同高度上的第一金属层M1和第二金属层M2也可实现传输线之间的交叉布线，但直接交叉的隔离度只能达到35dB，难以实现高隔离度指标。因此，将交叉的微带线转换为CPW(共面波导)结构，CPW结构交叉线之间的耦合电容下降为微带线结构的1/25，并在四周大面积接地，通过优化接地外形以及线宽可提升交叉线隔离度至50dB，具体结构如图2所示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，其特征在于，包括设置于砷化镓PHEMT半导体电路层上的开关矩阵电路，所述开关矩阵电路包括m个输入端、m个开关结构、垂直过渡结构、n个功分器、n个输出端，所述垂直过渡结构设置为共面波导的结构形式，所述输入端电连接所述开关结构的信号输入端，所述开关结构的信号输出端电连接所述垂直过渡结构和所述功分器的信号输入端，所述垂直过渡结构的信号输出端电连接所述功分器的信号输入端，所述功分器的信号输出端电连接所述输出端。2.根据权利要求1所述的一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，其特征在于，所述砷化镓PHEMT半导体电路层包括砷化镓层(GaAs)、第一金属层(M1)、薄膜电阻层(RT)、氮化硅介质层(SiN)、聚酰亚胺介质层(Polymide)和第二金属层(M2)，所述砷化镓层(GaAs)设置于底部，所述氮化硅介质层(SiN)和所述聚酰亚胺介质层(Polymide)依次设置于所述砷化镓层(GaAs)之上，所述第一金属层(M1)作为电容下电极设置于所述砷化镓层(GaAs)和所述氮化硅介质层(SiN)之间，所述第二金属层(M2)作为电容上电极设置于所述聚酰亚胺介质层(Polymide)之上，并通过第二过孔层(P1)向下扩展与所述氮化硅介质层(SiN)直接相连，所述第一金属层(M1)、氮化硅介质层(SiN)、第二过孔层(P1)和第二金属层(M2)共同构成MIM电容；所述薄膜电阻层(RT)设置于所述砷化镓层(GaAs)和所述氮化硅介质层(SiN)之间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云刚，韩思扬，卢子焱，王海龙，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：