Substrato IC - Circuito integrato monolitico a microonde

I circuiti integrati monolitici a microonde sono dispositivi a circuito integrato (IC) che operano alle frequenze a microonde (da 300 MHz a 300 GHz). Questi dispositivi svolgono tipicamente funzioni come miscelazione a microonde, amplificazione di potenza, amplificazione a basso rumore e commutazione ad alta frequenza. L'ingresso e l'uscita su un dispositivo a circuito integrato a microonde singolo-chip sono solitamente abbinati ad un'impedenza caratteristica di 50 ohm. Questo li rende più facili da usare, in quanto i circuiti integrati monolitici a microonde a cascata non richiedono una rete di corrispondenza esterna. Inoltre, la maggior parte delle apparecchiature di prova a microonde è progettata per funzionare in un ambiente da 50 ohm.

A volte noto anche come Radio Frequency Integrated Circuit (RFIC), è un tipo di dispositivo di amplificazione ad alta frequenza che è emerso con lo sviluppo della tecnologia di produzione di semiconduttori, in particolare il miglioramento del livello di controllo del doping ionico e la maturità della tecnologia di auto-assemblaggio transistor. In questo tipo di dispositivo, ogni resistenza utilizzata come componente di feedback e polarizzazione CC adotta una resistenza a film sottile con caratteristiche ad alta frequenza ed è confezionata su un chip insieme ad ogni dispositivo attivo, rendendo quasi nessuna connessione tra i componenti, minimizzando così l'induttanza del circuito e minimizzando la capacità distribuita. Pertanto, può essere utilizzato in amplificatori a circuito integrato a microonde a singolo chip con alta frequenza operativa e larghezza di banda.

I circuiti integrati monolitici a microonde sono di dimensioni molto piccole (da 1 millimetri quadrato a 10 millimetri quadrati) e possono essere prodotti in serie, rendendo popolari i dispositivi ad alta frequenza come i telefoni cellulari. I circuiti integrati monolitici a microonde sono stati originariamente fabbricati utilizzando arsenuro di gallio (GaAs), un tipo di semiconduttore composto III-V. Rispetto al materiale tradizionale siliconico (Si) utilizzato per implementare IC, ha due vantaggi fondamentali: velocità del dispositivo (transistor) e substrato semi-isolante. Entrambi questi fattori contribuiscono alla progettazione di funzioni di circuito ad alta frequenza. Tuttavia, man mano che la dimensione caratteristica dei transistor diminuisce, la velocità della tecnologia basata su Si aumenta gradualmente e ora la tecnologia Si può anche essere utilizzata per produrre circuiti integrati monolitici a microonde. Il vantaggio principale della tecnologia Si è il suo costo di produzione inferiore rispetto ai GaA. Il diametro dei wafer di silicio è più grande, con conseguente riduzione dei costi di chip, che contribuisce a ridurre il costo dei IC.

L'uso di circuiti integrati monolitici a microonde

I circuiti integrati monolitici a microonde sono diventati un pilastro importante nello sviluppo di varie armi ad alta tecnologia e sono stati ampiamente utilizzati in vari missili tattici avanzati, guerra elettronica, sistemi di comunicazione, radar phased array terrestri, marini e aerei (soprattutto radar aerei e spaziali). Sono utilizzati anche nei telefoni cellulari, nelle comunicazioni wireless, nelle reti di comunicazione satellitare personale e nei sistemi di posizionamento globale Un enorme mercato si sta rapidamente sviluppando in aree come la ricezione satellitare dal vivo e i sistemi di prevenzione automatica delle collisioni con onde millimetriche.

Caratteristiche dei circuiti integrati monolitici a microonde

1) A causa dell'elevata mobilità elettronica, dell'ampio intervallo di banda, dell'ampio intervallo di temperatura di esercizio e della buona prestazione di trasmissione a microonde dei materiali del substrato quali GaAs e InP, i circuiti integrati monolitici a microonde hanno le caratteristiche di perdita di circuito basso, basso rumore, banda larga di frequenza, grande gamma dinamica, alta potenza, alta efficienza aggiuntiva, e forte resistenza alle radiazioni elettromagnetiche.

2) I circuiti integrati a microonde a singolo chip hanno un design flessibile, alta densità dei componenti e pochi cavi e giunti di saldatura. Rispetto ai circuiti d'onda a microonde / millimetro fatti di componenti discreti o circuiti ibridi, hanno vantaggi come piccole dimensioni, leggerezza, alta affidabilità, ampia banda di frequenza operativa e basso consumo energetico. Possono essere utilizzati in sistemi di guerra elettronica integrati, radar ad apertura sintetica aerea, terminali del sistema di comunicazione satellitare e dispositivi di controllo delle munizioni guidati di precisione.

Secondo le differenze nei materiali di produzione e nelle strutture dei circuiti interni, i circuiti integrati monolitici a microonde possono essere suddivisi in due categorie: uno è MMIC basato su transistor al silicio e l'altro è circuiti integrati monolitici a microonde basati su transistor ad effetto campo dell'arsenuro di gallio (FET GaAs). I circuiti integrati monolitici a microonde tipo FET di GaAs hanno le caratteristiche di alta frequenza operativa, ampia gamma di frequenza, ampia gamma dinamica e basso rumore, ma sono costosi e quindi hanno poche applicazioni; Il circuito integrato a microonde a singolo chip del transistor del silicio ha prestazioni eccellenti, uso conveniente e prezzo basso, rendendolo ampiamente usato.