微波單片集成電路（MMIC）基于半導體制造工藝，將晶體管、二極管、無源元件（電阻器、電容器、電感器、傳輸線、功率分配器/功率合成器等）、互連金屬集成在同一個半導體芯片上，以實現(xiàn)微波功率放大器、微波低噪聲放大器、混頻器、多路功率合成，以及微波信號的發(fā)射/接收、多功能電路等。

目前，MMIC 中常用的有源晶體管按制作材料可分為硅基晶體管和化合物異質(zhì)結(jié)晶體管。其中，硅基晶體管主要是指硅雙極晶體管（BJT）、硅互補金屬-氧化物-半導體（CMOS）場效應晶體管、硅橫向雙擴散金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（LDMOS）。化合物異質(zhì)結(jié)晶體管主要包括鍺硅（SiGe） 異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）、InP 異質(zhì)結(jié)雙極晶體管 （HBT）、GaAs 金屬半導體場效應晶體管（GaAs MESFET）、異質(zhì)結(jié)場效應晶體管（HFET）、高電子遷移率場效應晶體管（HEMT）、贗配高電子遷移率場效應晶體管（PHEMT），以及近些年發(fā)展起來的GaN 高電子遷移率場效應晶體管（HEMT 和 PHEMT）。另外，正處于研發(fā)初期的石墨烯 MOSFET 等器件也己開始探索用于研制 MMIC。

（1） Si-MMIC：始于20世紀80年代初，至20世紀80年代中期 Avantek 公司憑借等平面自對準亞微米線條和深槽隔離等技術(shù)，使 Si-BJT 的截止頻率Ft高達 10GHz。 Avantek 將兩個 BJT 直接級聯(lián)放大，并將反饋電阻和偏置電阻等集成在同一芯片上，率先開發(fā)出微波寬帶、系列化、高性能的 Si-MMIC，其I/O端口阻抗均為 50歐，無須再增加匹配電路，采用單電源供電，操作方便。20世紀90年代，si-MMIC被大量應用于 4GHz 以下頻段的微波小功率（Po《1W@1GHE）和低噪聲領(lǐng)域。

（2）GaAs-MMIC：由于 GaAs 材料的電子遷移率比硅高7倍，其漂移速度比 硅材料的高得多，因此在微波和毫米波頻段內(nèi)，GaAs 器件的性能遠優(yōu)于硅器件的性能。GaAs 材料對微波半導體技術(shù)的發(fā)展具有重要的影響。GaAs MESFET 在微波頻段內(nèi)的低噪聲、大功率和寬頻帶特性，使它成為微波領(lǐng)域內(nèi)最重要的半導體器件之一。1974 年，美國的 Plessey 公司研制出 GaAs-MMIC 放大器；1986年，口公司發(fā)布了實用的 GaAs 商品功率放大器（ MESET MMIC-TGA8014）。它采用兩級 MESFET 級聯(lián)放大，主要用于相控陣雷達等系統(tǒng)中。

20 世紀90 年代至今，隨著 GaAs 材料和器件加工工藝技術(shù)的成熟，采用多級級聯(lián)放大的 GaAs MMIC 得到了長足的發(fā)展，其工作頻率可達到 3mm 波段，產(chǎn)品成熟、可靠，種類涉及功率放大器、低噪聲放大器、混頻器、發(fā)射/接收（T/R）電路、多功能芯片電路等，其中X波段（9~10GHz） GaAs 功率放大器 MMIC 的輸出功率已達 12W，增益達到 25.5dB 以上，功率附加效率大于 45%。

GaAs-MMIC 制造技術(shù)包括用分子束外延（MBE）或金屬有機氣相沉積 （MOCVD）技術(shù)生長多層GaAs 外延層、隔離工藝、深亞微米“T”型柵電極制 造技術(shù)、源漏歐姆接觸技術(shù)、Au 金屬化電極和金屬互連工藝、背面通孔接地技術(shù)、空氣橋技術(shù)等，并將電阻器、電容器、電感器、互連線、功率分配器/功率合成器等集成在同一芯片上，將 MIMIC 放大器I/O阻抗匹配到 50歐。

為了實現(xiàn)更高的工作頻率和更低的功耗，硅基 SiGe 射頻 CMOS 和 BiCMOS 工藝技術(shù)在21 世紀初得到較為廣泛的研究。目前，此類器件的工作頻率可達到60GHz 以上，但其輸出功率很小，僅在 100mW以內(nèi)，這限制了其應用。 GaN 材料具有較高的臨界擊穿電場和較高的載流子飽和漂移速度。

2015 年 由 GaN-MMIC 技術(shù)和電路拓撲技術(shù)相結(jié)合，制造出 C波段至 W波段的高效率、高功率和寬帶功放系列產(chǎn)品，同時研制出了寬帶魯棒的低噪聲放大器、Ka波段高功率 GaN SPDT 開關(guān)、X波段高功率 GaN 高通/低通移相器、W波段 GaN 壓控振蕩器、X波段收發(fā)機前端、X波段 GaN 多芯片組件等多功能 MMIC，以及Si襯底上的 CMOS 柵偏壓控制電路和 GaN 放大器的直接單片異質(zhì)集成產(chǎn)品。GaN-MMIC 的制造工藝與 GaAS-MMIC 的制造工藝類似。

InP 具有極高的電子遷移率和載流子飽和速度，可以將 MMIC 的工作頻率提 高至太赫茲（THz）頻段。由于 InP材料技術(shù)、器件工藝技術(shù)和電路拓撲技術(shù)已日趨成熟，2015 年4月美國 DARPA 公司采用 25nm 柵長InP HEMT 技術(shù)和 10級HEMT （2柵指總柵統(tǒng)寬8um）級聯(lián)放大的設計，首次實現(xiàn)了具有里程碑意義的太赫茲單片電路 （TMIC） ，在1THz頻率處獲得9dB的增益。

2013 年，美國H. Madan 等人利用石墨烯的高遷移率和高速率特性，在半絕 緣SiC耐底上制作了石墨烯 RF 低噪聲放大器，其最小的本征噪聲系數(shù)為 0.26dB@1GHz；同年，意大利的 E. Guerriero 也制作出最高振蕩頻率為 1.28GHz 的石墨烯環(huán)形振蕩器（RO），該石墨烯振蕩器的制作有助于石墨烯集成電路的發(fā)展。2014 年，IBM 的S.J. Han 等人采用石墨烯制作了接收機集成電路，可實現(xiàn)信號放大、濾波和下變頻等功能，其工藝與硅基 CMOS 工藝兼容，可用于無線通信中的接收端且保持 4.3GHz 的載波信號。

編輯：黃飛