GAAS基E/DPHEMT单片集成微波开关及其制作方法.pdf

本发明公开一种GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关及其制作方法。该单片集成微波开关由基于全耗尽型的GaAs PHEMT单刀双掷开关和基于DCFL的反相器构成，该单刀双掷开关和反相器单片集成，单刀双掷开关的控制信号端与反相器的输入端和输出端连接，且该单片集成微波开关采用0V和-3V分别作为高低电平，反相器的VDD直流端接0V，原接地端接-3V。本发明成功的将全耗尽型微波开关与反相器集成于同一芯片内，实现了逻辑电路与开关电路的集成，整个电路只需要1位控制信号，有效的减少了开关电路的控制端口数目，节省了芯片面积，为将来采用E/D HEMT技术实现更大规模、更复杂电路集成奠定了良好基础。

1、  一种GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关，其特征在于，该单片集成微波开关由基于全耗尽型的GaAs PHEMT单刀双掷开关和基于DCFL的反相器构成，该单刀双掷开关和反相器单片集成，单刀双掷开关的控制信号端与反相器的输入端和输出端连接，且该单片集成微波开关采用0V和-3V分别作为高低电平，反相器的VDD直流端接0V，原接地端接-3V。

2、  根据权利要求1所述的GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关，其特征在于，该单片集成微波开关为基本的单刀双掷结构，通过高阻值金属膜电阻为HEMT源漏端提供高电平，该单片集成微波开关的HEMT栅极偏置电阻与反相器的输出端连接。

3、  根据权利要求1所述的GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关，其特征在于，该单片集成微波开关外加控制信号被反相器的反相，当外加信号为高电平时，开关HEMT栅极为低电平，开关处于断开状态；当外加信号为低电平时，开关HEMT栅极为高电平，开关处于闭合状态。

4、  根据权利要求1所述的GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关，其特征在于，该基于全耗尽型的GaAs PHEMT单刀双掷开关和基于DCFL的反相器，基于E/D PHEMT材料和工艺实现。

5、  根据权利要求1所述的GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关，其特征在于，该基于全耗尽型的GaAs PHEMT单刀双掷开关的控制信号端与该反相器的输入端和输出端在芯片上实现连接。

6、  一种制作GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关的方法，其特征在于，包括如下步骤：
制作全耗尽型单刀双掷开关和基于DCFL的反相器电路；
将全耗尽型单刀双掷开关的控制信号端与基于DCFL的反相器的输入端和输出端在芯片上实现连接；
对电路进行划片PCB，并对完成划片PCB的电路采用HP8510C进行测试。

7、  根据权利要求6所述的制作GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关的方法，其特征在于，所述制作全耗尽型单刀双掷开关和基于DCFL的反相器电路，采用E/D HEMT材料和工艺实现。

8、  根据权利要求6所述的制作GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关的方法，其特征在于，在所述制作全耗尽型单刀双掷开关和基于DCFL的反相器电路的步骤之后进一步包括：
对制作的全耗尽型单刀双掷开关和基于DCFL的反相器电路进行测试，以获得高性能的全耗尽型单刀双掷开关和反向性能良好的DCFL反相器。

9、  根据权利要求6所述的制作GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关的方法，其特征在于，在所述将全耗尽型单刀双掷开关的控制信号端与基于DCFL的反相器的输入端和输出端在芯片上实现连接的步骤之后进一步包括：
采用E/D HEMT工艺技术对实现连接的全耗尽型单刀双掷开关和基于DCFL的反相器电路进行电路验证。

10、  根据权利要求6所述的制作GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关的方法，其特征在于，所述对完成划片PCB的电路采用HP8510C进行测试的步骤中，测试条件为，VDD＝-3V，VB为外加信号输入端，其高低电平分别为0V和-3V。

GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关及其制作方法
技术领域
本发明涉及化合物半导体MMIC技术领域，特别是指一种GaAs基增强/耗尽型(E/D)PHEMT单片集成微波开关及其制作方法。
背景技术
微波开关在使用中需要用逻辑电路控制其通断状态。一个方法是将两部分电路用不同的芯片实现，通过引线连接逻辑电路输出端口与微波开关的控制电压端口，目前许多微波系统采用的就是这种方案。但是，当开关通道较多时，所需的控制信号位数也会相应增加。以多波段微波开关为例，该开关为了满足手机收发电路切换及GSM和UMTS等频段间转换，设计为单刀7掷开关(SP7T)。这意味着至少需要7位控制信号才能保证开关正常工作，这还不包括开关电路较复杂时所需要的额外控制信号，如果逻辑控制电路与开关仍是分立的芯片，这两个电路间的引线将异常复杂，而且过多的焊盘会浪费大部分芯片面积。这样的方案对于要求体积小、成本低的手机等系统来说无疑是不合适的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关及其制作方法，以解决在复杂的手机系统中，过多的控制信号引线导致大量的焊盘，浪费大部分芯片面积的问题，同时降低手机的功耗，减少开关电路的控制端口数目。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关，该单片集成微波开关由基于全耗尽型的GaAs PHEMT单刀双掷开关和基于DCFL的反相器构成，该单刀双掷开关和反相器单片集成，单刀双掷开关的控制信号端与反相器的输入端和输出端连接，且该单片集成微波开关采用0V和-3V分别作为高低电平，反相器的VDD直流端接0V，原接地端接-3V。
上述方案中，该单片集成微波开关为基本的单刀双掷结构，通过高阻值金属膜电阻为HEMT源漏端提供高电平，该单片集成微波开关的HEMT栅极偏置电阻与反相器的输出端连接。
上述方案中，该单片集成微波开关外加控制信号被反相器的反相，当外加信号为高电平时，开关HEMT栅极为低电平，开关处于断开状态；当外加信号为低电平时，开关HEMT栅极为高电平，开关处于闭合状态。
上述方案中，该基于全耗尽型的GaAs PHEMT单刀双掷开关和基于DCFL的反相器，基于E/D PHEMT材料和工艺实现。
上述方案中，该基于全耗尽型的GaAs PHEMT单刀双掷开关的控制信号端与该反相器的输入端和输出端在芯片上实现连接。
为达到上述目的，本发明还提供了一种制作GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关的方法，包括如下步骤：
制作全耗尽型单刀双掷开关和基于DCFL的反相器电路；
将全耗尽型单刀双掷开关的控制信号端与基于DCFL的反相器的输入端和输出端在芯片上实现连接；
对电路进行划片PCB，并对完成划片PCB的电路采用HP8510C进行测试。
上述方案中，所述制作全耗尽型单刀双掷开关和基于DCFL的反相器电路，采用E/D HEMT材料和工艺实现。
上述方案中，在所述制作全耗尽型单刀双掷开关和基于DCFL的反相器电路的步骤之后进一步包括：对制作的全耗尽型单刀双掷开关和基于DCFL的反相器电路进行测试，以获得高性能的全耗尽型单刀双掷开关和反向性能良好的DCFL反相器。
上述方案中，在所述将全耗尽型单刀双掷开关的控制信号端与基于DCFL的反相器的输入端和输出端在芯片上实现连接的步骤之后进一步包括：采用E/D HEMT工艺技术对实现连接的全耗尽型单刀双掷开关和基于DCFL的反相器电路进行电路验证。
上述方案中，所述对完成划片PCB的电路采用HP8510C进行测试的步骤中，测试条件为，VDD＝-3V，VB为外加信号输入端，其高低电平分别为0V和-3V。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、利用本发明提供的这种GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关及其制作方法，解决了在复杂的手机系统中，过多的控制信号引线导致大量的焊盘，浪费大部分芯片面积的问题，同时由于采用单电源供电，极大的降低了手机的功耗；本发明基本制作成功了内置反相器的单刀双掷开关(SPDT)MMIC，有效的减少了开关电路的控制端口数目。
2、利用本发明提供的这种GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关及其制作方法，实现了逻辑电路与开关电路单片集成，成功的将全耗尽型微波开关与反相器集成于同一芯片内。
3、利用本发明提供的这种GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关及其制作方法，有效的减少了开关控制电路的控制端口数目。
4、利用本发明提供的这种GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关及其制作方法，使得整个开关电路只需要1位控制信号，开关电路之间的引线比较简单，节省了芯片面积。
5、利用本发明提供的这种GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关及其制作方法，具有成效明显，工艺简单易行，经济适用和可靠性强的优点，容易在微波、毫米波化合物半导体器件制作中应用和推广。
附图说明
图1是本发明利用E/D HEMT技术设计的GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关的电路原理图；
图2是本发明提供的GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关中反相器的原理及测试图；
图3是本发明提供的GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关的芯片照片；
图4本发明提供的GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关的芯片划片PCB测试示意图；
图5是本发明提供的GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关的测试结果示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的这种GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关及其制作方法，考虑到E/D HEMT工艺和整合电路测试两方面的要求，利用E/DHEMT材料和工艺，等效于解码器内置于开关电路，从而减少单刀双掷开关控制端口数目，整个电路只需要一路控制信号。
如图1所示，图1是本发明利用E/D HEMT技术设计的GaAs基E/DPHEMT单片集成微波开关的电路原理图，该单片集成微波开关由基于全耗尽型的GaAs PHEMT单刀双掷开关和基于DCFL的反相器构成，该单刀双掷开关和反相器单片集成，单刀双掷开关的控制信号端与反相器的输入端和输出端连接。为了将增强型反相器与耗尽型单刀双掷开关电平相容，该单片集成微波开关采用0V和-3V分别作为高低电平，反相器的VDD直流端接0V，原接地端接-3V，从而电平相容，整个电路只需要一路控制信号，解决了单刀双掷开关需要两位控制信号操作的问题，实现了解码器功能内置于开关控制电路，节省了芯片面积。
该单片集成微波开关为基本的单刀双掷结构，通过高阻值金属膜电阻为HEMT源漏端提供高电平，该单片集成微波开关的HEMT栅极偏置电阻与反相器的输出端连接。该单片集成微波开关外加控制信号被反相器的反相，当外加信号为高电平时，开关HEMT栅极为低电平，开关处于断开状态；当外加信号为低电平时，开关HEMT栅极为高电平，开关处于闭合状态。单片集成的单刀双掷开关与基于DCFL的反相器整合电路，基于E/D HEMT材料和工艺实现。该基于全耗尽型的GaAs PHEMT单刀双掷开关的控制信号端与该反相器的输入端和输出端在芯片上实现连接。
图3示出了本发明提供的GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关的芯片照片，图4示出了本发明提供的GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关的芯片划片PCB测试示意图，图5示出了本发明提供的GaAs基E/DPHEMT单片集成微波开关的测试结果示意图。
本发明选择耗尽型HEMT器件(即耗尽型的GaAs PHEMT单刀双掷开关)作为实验开关电路的核心元件，将器件设计为栅长1μm，单指栅宽50μm，四栅指，总栅宽200μm的耗尽型开关HEMT，单刀双掷开关采用如图1所示结构。
本发明选择增强型HEMT器件作为实验逻辑电路(即反相器)的核心元件，将器件设计为栅长1μm，栅宽30μm，反相器采用如图2所示的结构，反相器对输入低电平的宽容度很高，电路对增强型HEMT阈值电压的漂移不敏感，该电路结构输入输出逻辑电平相容，仅需单电源供电。
基于图1所述的利用E/D HEMT技术设计的GaAs基E/D PHEMT单片集成微波开关的电路原理图，本发明提供的这种制作GaAs基E/DPHEMT单片集成微波开关的方法，包括如下步骤：
步骤1：采用E/D HEMT材料和工艺制作全耗尽型单刀双掷开关和基于DCFL的反相器电路，并对制作的全耗尽型单刀双掷开关和基于DCFL的反相器电路进行测试，以获得高性能的全耗尽型单刀双掷开关和反向性能良好的DCFL反相器。
步骤2：将全耗尽型单刀双掷开关的控制信号端与基于DCFL的反相器的输入端和输出端在芯片上实现连接，并采用E/D HEMT工艺技术对实现连接的全耗尽型单刀双掷开关和基于DCFL的反相器电路进行电路验证。
步骤3：对电路进行划片PCB，并对完成划片PCB的电路采用HP8510C进行测试，得到如图5所示的测试结果，测试条件为，VDD＝-3V，VB为外加信号输入端，其高低电平分别为-3V和0V。从测试结果来看，当VB为低电平时，开关处于开态；当VB为高电平时，开关处于关态。这说明开关在反相器的控制下正常工作，该实验电路成功实现了设计功能。
本发明利用ADS仿真工具，采用自主1.0μm GaAs E/D PHEMT工艺，将逻辑电路与SPDT开关电路集成在一起，成功的将解码器的功能集成于微波开关芯片内，有效的减少了开关电路的控制端口数目，节省了芯片面积，适用于要求体积小、成本低的手机等系统
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。