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關于SiGe 和 RFSOI 工藝中的 Sub6GLNA 設計

印寧華|Indining China|

2022-03-18 02:49:18 63

射頻器件的挑戰(zhàn)與創(chuàng)新

在從4G到5G的演進過程中，射頻器件的復雜性逐漸增加，產(chǎn)品在設計、工藝、材料等方面也發(fā)生了逐步的變化。同時，射頻前端面臨功耗、尺寸、天線數(shù)量、芯片設計、溫度漂移、信號干擾、不同類型信號和諧共存等諸多技術挑戰(zhàn)。如何解決這些問題是當今工業(yè)和射頻器件創(chuàng)新的重點。隨著半導體材料的發(fā)展，通過替代Si、GaAs、GaN等RF材料以及陶瓷、玻璃等封裝基板材料，提高功耗、效率、發(fā)熱、尺寸等當然很重要。用于開發(fā)射頻設備。革新。但除了材料創(chuàng)新，射頻器件還有哪些創(chuàng)新方式？

制造工藝

目前，射頻器件涉及的主要工藝為GaAs、SOI、CMOS、SiGe等。

GaAs：GaAs的電子遷移速率較好，適合用于長距離、長通信時間的高頻電路。GaAs元件因電子遷移速率比Si高很多，因此采用特殊的工藝，早期為MESFET金屬半導體場效應晶體管，后面演變?yōu)镠EMT（高速電子遷移率晶體管），pHEMT（介面應變式高電子遷移電晶體），目前為HBT（異質(zhì)接面雙載子晶體管）。

GaAs生產(chǎn)方式和傳統(tǒng)的硅晶圓生產(chǎn)方式大不相同，GaAs需要采用磊晶技術制造，這種磊晶圓的直徑通常為4-6英寸，比硅晶圓的12英寸要小得多。磊晶圓需要特殊的機臺，同時砷化鎵原材料成本高出硅很多，最終導致GaAs成品IC成本比較高；

SOI：SOI工藝的優(yōu)勢在于可集成邏輯與控制功能，不需要額外的控制芯片；

CMOS：CMOS工藝的優(yōu)勢在于可以將射頻、基頻與存儲器等組件合而為一的高整合度，并同時降低組件成本；

SiGe：近年來，SiGe已成了最被重視的無線通信IC制程技術之一。依材料特性來看，SiGe高頻特性*，材料安全性佳，導熱性好，而且制程成熟、整合度高，具成本較低的優(yōu)勢。SiGe既擁有硅工藝的集成度、良率和成本優(yōu)勢，又具備第3到第5類半導體(如砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP)在速度方面的優(yōu)點。只要增加金屬和介質(zhì)疊層來降低寄生電容和電感，就可以采用SiGe半導體技術集成高質(zhì)量無源部件。

SiGe工藝幾乎能夠與硅半導體超大規(guī)模集成電路中的所有新工藝技術兼容，是未來的趨勢。不過SiGe要想取代砷化鎵的地位還需要繼續(xù)在擊穿電壓、截止頻率、功率等方面繼續(xù)努力。

射頻PA采用的工藝分別是GaAs、SOI、CMOS和SiGe；射頻開關采用SOI、GaAs工藝；LTE LNA采用的工藝多為SOI、CMOS。

進入5G時代，Sub-6GHz和毫米波階段各射頻元器件的材料和技術可能會有所變化。SOI有可能成為重要技術，具有制作多種元器件的潛力，同時后續(xù)有利于集成。

格芯Chaojing Li和Randy Wolf討論了低噪音放大器（LNA）理論以及在6 GHz以下的應用（GPS，蜂窩網(wǎng)絡，Wi-Fi）使用RF-SOI和SiGe技術規(guī)格的設計考慮。兩位演講專家來自于較早前被收購的IBM Microelectronics，Randy擅長于高速加重器、數(shù)字功率檢測、PA及Data Converter, 還包括各類無線應用上的開關，LNA, PA, 負壓電苛泵及邏輯控制. 擁有22項專利和布魯塞爾大學本科及MIT碩士學歷; Chaojing有設計LNA, PA, Switchers, VCO, Power Dividers, Couplers, Power Detectors, Phase Shifters, Mixers, Sub-G for WLAN and Satlite application, 發(fā)表學術論文20篇并擁有四川大學本科和克雷頓大學博士學歷。

本次網(wǎng)絡研討會涵蓋的主題將包括：

＋典型的6 GHz以下應用（GPS，蜂窩網(wǎng)絡，Wi-Fi）和規(guī)格

＋基本的LNA理論

＋ LNA的設計注意事項：

－將LNA移動到前端模塊的優(yōu)點

－ GPS，蜂窩網(wǎng)絡和Wi-Fi應用的設計權衡和技術考慮

－ RF-SOI和SiGe在LNA中的性能

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