Электроника

СВЧ ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА, класс интегральных схем, выполняющих функции генерирования, усиления и преобразования эл.-магн. колебаний в диапазоне СВЧ, СВЧ ИС являются разновидностью аналоговых ИС; в ряде случаев СВЧ ИС выполняют специфич. ф-ции, характерные для элементов лриёмо-лередающей СВЧ аппаратуры, в т. ч. такие виды преобразования СВЧ сигналов, как детек-тироввние, модуляция, изменение фазы, преобразование частоты, деление и суммирование мощности.
В отличие от др. классов ИС, степень интеграции СВЧ ИС невелика — не свыше неск. десятков элементов нв подложку (или кристалл), но кол-во раэл. типов элементов, используемых в одной СВЧ ИС, обычно больше, а требования к точности их изготовления выше. Кроме того, связь между электрич. параметрами СВЧ ИС и параметрами её элементов, как правило, оказывается более сложной, чем в ИС др. классов. Поэтому при проектировании СВЧ ИС широко используют ЭВМ (см. Автоматизация проектирования изделий электронной техники).
Конструктивно СВЧ ИС отличаются от ИС др. классов тем, что в СВЧ ИС используются линии передачи. В основном это линии с двумерной (плоскостной) конфигурвцией электродов. Чаще всего линиями передачи служат микро-полосковые линии, представляющие собой систему из узкого и широкого метвллич. электродов, расположенных на противоположных сторонах тонкой (десятые доли мм) изолирующей подложки. Кроме микрополосковых линий в СВЧ ИС применяют и др. типы двухпроводных линий, напр. компланарные волноводы, у к-рых и узкий (сигнальный), и широкий (заземлённый) проводники лежат в одной плоскости на поверхности изолирующей подложки. Волновое сопротивление входных и выходных линий передачи СВЧ ИС обычно равно 50 Ом. Все проводники линий передачи выполняют по тонкоплёночной (реже толстоплеиочной) технологии.
В зависимости от соотношения между линейными размерами элементов СВЧ ИС и рабочей длиной волны >, различают элементы с сосредоточенными и распределенными параметрами. Первые из них имеют размеры, пренебрежимо малые по сравнению с /. (менее 0,1 >.); к ним относятся ПП диоды, транзисторы, а в области сравнительно больших а — катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы невысоких номиналов. Чаще всего такие элементы изготовляют на подложке СВЧ ИС по тонкоплёночной технологии. Катушки индуктивности и резисторы выполняют лреим. в виде меандров или плоских спиралей, конденсаторы — в виде гребёнок, встроенных одна в другую, или трехслойной структуры металл — диэлектрик — металл. В гибридных СВЧ ИС (СВЧ ГИС) используются также малогабаритные керамич. конденсаторы. Линейные размеры элементов с распределёнными параметрами сравнимы с >.. Обычно их строят на отрезках линий передачи длиной порядка 0,25 А, имеющих раэл. значения волнового сопротивления. Использование элементов с распределёнными параметрами характерно только для СВЧ ИС. Для уменьшения рабочей длины волны и, следовательно, уменьшения размеров СВЧ ИС в качестве подложек используют диэлектрики с высоким значением относит, диэлектрич. проницаемости (обычно св. 10; в СВЧ ГИС применяют диэлектрич. резонаторы с диэлектрич. проницаемостью до неск. сотен). Для элементов, обеспечивающих однонаправленное распространение эл.-маги. волны, в качестве подложек используют ферриты (в цирку ля торах и вентилях); для изготовления уэкополосных электрич. фильтров и высокодобротных резонаторов в ниж. части диапазона СВЧ (до 2 ГГц) применяют подложки из пьеэоэлектриков (в устр-вах, работающих на поверхностных акустических волнах).
Активными элементами СВЧ ИС служат: в ниж. части диапазона СВЧ — кремниевые и германиевые транзисторы (полевые и биполярные), на частотах св. 6 ГГц — лреим. полевые транзисторы с барьером Шоттки на основе CaAs. В СВЧ ГИС, применяемых в генераторах и мощных усилителях, часто используют лавинно-пролётные диоды. Из др. активных элементов СВЧ ИС применяются также р—i—л-ди-оды, Шоттки-диоды, варакторные диоды, диоды с накоплением заряда. В СВЧ ГИС ПП элементы изготовляются в бес корпус ном исполнении (напр., приборы с балочными или шариковыми объёмными выводами) или в спец. керамич. держателях. При этом особое внимание уделяется воспроизводимости входных и выходных полных сопротивлений и уменьшению паразитных влияний выводов элементов. Существенного уменьшения паразитных параметров добиваются в монолитных СВЧ ИС. Как правило, монолитные СВЧ ИС изготовляются на основе CaAs; роль диэлектрич. подложки в них выполняет CaAs, легированный   Сг   (уд.   сопротивление   подложки   10"—10е   Ом -см), а активные элементы формируются в легированных донорами эпитаксиальных слоях или ионно-пегированных участках подложки. Использование доноров (а не акцепторов) для легирования областей активных элементов обусловлено высокими подвижностью и скоростью дрейфа эл-нов в ПП соединениях типа А В , что важно для обеспечения высокой рабочей частоты этих элементов. Для монолитных СВЧ ИС с рабочей частотой до 6 ГГц перспективны структуры типа «кремний на сапфире».
СВЧ ИС имеют те же преимущества перед устр-вами на дискретных компонентах, что и другие ИС. К специфич достоинствам СВЧ ИС Относится возможность создания сверх широкополосных (многооктавных) устр-в, работающих в диапазоне вплоть до сантиметровых волн, и широкополосных устр-в, работающих в KB части СВЧ диапазона. Расширение полосы частот достигается эа счёт уменьшения кол-ва оеактивных паразитных элементов, а также эа счёт применения элементов с сосредоточенными параметрами. Эти преимущества особенно сильно проявляются у монолитных СВЧ ИС.
Общий недостаток СВЧ ИС — трудность создания уэко-полосных устр-в из-за низкой добротности резонаторов, высоких потерь в тонкоплёночных линиях передачи и пассивных элементах.
Наибольшее распространение получили СВЧ ИС широкополосных усилителей, смесителей, переключателей приём — передача, фазовращателей, умножителей частоты, маломощных генераторов для гетеродинов, ферритовых интегральных устр-в (циркуляторов, вентилей), а также пассивные СВЧ ИС в микрополосковом исполнении, содержащие и элементы с сосредоточенными параметрами. Последние используются в качестве широкополосных многополюсников (фильтров, направленных ответвите лей и т. п.). В составе радиоэлектронных СВЧ систем отд. СВЧ ИС монтируются в общий корпус, имеющий герметичные разъёмы, согласованные по волновому сопротивлению с входными и выходными линиями передачи. Известны и сложные СВЧ ГИС, представляющие собой целое приёмопередающее устр-во.