1 Hersteller von Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMICs) im Jahr 2024

Was ist eine monolithische integrierte Mikrowellenschaltung (MMIC)?

Eine monolithische integrierte Mikrowellenschaltung (MMIC) ist ein integrierter Schaltkreis (IC), der auf einem einzigen Halbleitersubstrat vor allem Funktionen für die Verstärkung von Mikrowellen, das Schalten und Mischen integriert.

MMIC steht für Monolithic Microwave Integrated Circuit (monolithische integrierte Mikrowellenschaltung) und bezieht sich auf monolithische integrierte Mikrowellenschaltungen. Es gibt zwei Arten von integrierten Schaltungen: hybride integrierte Schaltungen und monolithische integrierte Schaltungen.

Bei den hybriden integrierten Schaltungen handelt es sich um monolithisch integrierte Schaltungen und andere Elemente, die dicht in einer einzigen integrierten Schaltung auf einer Hauptplatine oder Modulplatine integriert sind.

Anwendungen von monolithischen integrierten Mikrowellenschaltungen (MMICs)

Monolithische integrierte Mikrowellenschaltungen (MMICs) werden hauptsächlich in Anwendungen eingesetzt, bei denen Mikrowellen für die Kommunikation verwendet werden, z. B. in mobilen Endgeräten wie Smartphones, RFID- und anderen Kommunikationsgeräten mit Sensoren, Sende-/Empfänger-ICs für Basisstationen und Empfänger für Satellitenrundfunk. Im Vergleich zu herkömmlichen integrierten Mikrowellenschaltungen (MIC), die aus diskreten Bauteilen bestehen, zeichnen sich diese Schaltungen durch eine geringe Fehlerhäufigkeit aus, da sie keine gelöteten Teile enthalten.

Da die Anzahl der Bauteile gering ist, trägt der Einsatz von monolithischen integrierten Mikrowellenschaltungen (MMICs) außerdem zur Miniaturisierung, Gewichts- und Kostenreduzierung bei.

Funktionsweise der monolithischen integrierten Mikrowellenschaltungen (MMICs)

Die Funktionsweise der monolithischen integrierten Mikrowellenschaltungen (MMICs) besteht darin, Induktivitäten und Kondensatoren, die passive Elemente sind, auf halbisolierenden Halbleitersubstraten wie GaAs und SOI, die sich für den Bau integrierter Mikrowellenschaltungen eignen, unter Verwendung von Bipolartransistoren, die aktive Elemente mit hervorragender Betriebsgeschwindigkeit sind, zu bilden usw. Der wichtigste Punkt ist die Schaffung eines analogen integrierten Schaltkreises unter Verwendung aktiver Elemente wie Bipolartransistoren, die eine ausgezeichnete Betriebsgeschwindigkeit aufweisen.

Zu den aktiven Elementen, die häufig in monolithischen integrierten Mikrowellenschaltungen (MMICs) verwendet werden, gehören MESFETs, HEMTs, HBTs und MOSFETs, die häufig aus Verbindungshalbleitermaterialien wie GaAs, GaN und SOI und Halbleitersubstraten mit hervorragenden Isolationseigenschaften hergestellt werden.

Verschiedene Halbleitermaterialien haben unterschiedliche Elektronenbeweglichkeiten und Bandlückenenergien, so dass die Auswahl von Halbleitern mit Eigenschaften, die für die geforderten Spezifikationen wie Betriebsfrequenz und Durchbruchsspannung geeignet sind, Anwendungen mit hoher Leistung und hohen Frequenzen ermöglicht. Der Zweck der Verwendung passiver Elemente ist die Impedanzanpassung in Mikrowellenschaltungen, vor allem von Induktivitäten, Kondensatoren und Widerständen.

Induktivitäten werden häufig in Hochimpedanzleitungen und Spiralinduktoren verwendet. Zu den Kondensatoren gehören MIM-Strukturen mit einer Sandwich-Struktur aus Dielektrikum und Gegenelektroden sowie solche mit einer Struktur aus kammförmigen, in einer Reihe angeordneten Elektroden.

Weitere Informationen zu monolithischen integrierten Mikrowellenschaltungen (MMICs)

1. Beispiele für monolithische integrierte Mikrowellenschaltungen (MMICs) für Mikrowellenanwendungen

Typische Beispiele für MMICs für Mikrowellenanwendungen sind MMICs auf GaAs-Substraten, SOI-CMOS- und SiGe-Substraten. Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMICs) auf GaAs-Substraten und MMICs in SOI-CMOS werden häufig in Hochfrequenz-Leistungsverstärkern für den Mobilfunk und in rauscharmen Verstärkern für Smartphones, in Hochfrequenz-Leistungsverstärkern für die WiFi-Kommunikation und in Schaltern zum Umschalten des Sende- und Empfangswegs um Antennen herum eingesetzt.

Der Grund dafür ist, dass Transistoren mit hoher Verstärkung und hohem Wirkungsgrad so geformt werden können, dass sie eine Leistung von mehreren Watt für die Übertragung von Mikrowellen im Bereich von mehreren GHz an Basisstationen verstärken und ausgeben können, und dass die Kondensatoren und Spiralinduktoren, die in den Anpassungsschaltungen für Hochfrequenzanwendungen verwendet werden, ebenfalls einen recht hohen Q-Wert haben können. Monolithische integrierte Mikrowellenschaltungen (Monolithic Microwave Integrated Circuits, MMICs) auf GaAs- oder SOI-Substraten sind ebenfalls geeignet, weil sie einen angemessen hohen Q-Wert gewährleisten können.

HBTs (Heterojunction Bipolar Transistors) werden in diesem Bereich häufig eingesetzt. Der Grund dafür ist, dass sie durch die MOCVD-Beschichtungstechnologie relativ leicht zu kontrollieren sind und im Gegensatz zu den HEMT-Bauelementen keine negative Vorspannung für die Stromversorgung benötigen.

2. Beispiele für monolithische integrierte Mikrowellenschaltungen (MMICs) für Millimeterwellenanwendungen

Zu den Anwendungsbereichen, die ohne MMICs nur schwer zu konfigurieren sind, gehören Beispiele für 5G, insbesondere für Millimeterwellen-Kommunikationsanwendungen, und Millimeterwellen-Anwendungen für das Antikollisionsradar von Fahrzeugen. Bei den aktiven Bauelementen handelt es sich in diesen Fällen in der Regel um GaAs-HEMT-Bauelemente, InP-basierte HBTs, Si-basierte feine SOI-CMOS- und SiGe-HBTs, die hervorragende Frequenzeigenschaften aufweisen.

Die Grenzfrequenz (fT) und die maximale Oszillationsfrequenz (fmax) werden häufig als Leistungsindikatoren für die Bauelementeigenschaften verwendet, aber für die Kommunikationsstandards der nächsten Generation, wie den Sub-THz-Bereich für Beyond 5G und 6G, sind Halbleiterbauelemente, die diese Frequenzen verstärken können, sehr begrenzt. Für Halbleiterbauelemente, die 140 GHz im D-Band verarbeiten können, muss fT beispielsweise mindestens doppelt so hoch sein, d. h. etwa 300 GHz.

Passive Bauelemente weisen im Millimeterwellenbereich ebenfalls sehr hohe Übertragungsverluste auf, so dass eine Technologie zur weitestgehenden Unterdrückung der Übertragungsverluste zwischen einzelnen Schaltungsblöcken durch deren Integration in monolithische integrierte Mikrowellenschaltungen (MMICs) anstelle von diskreten Konfigurationen unerlässlich ist. Bei Anwendungen im Millimeterwellenband wird auch die Antennengruppen-Technologie, das so genannte Beamforming, in Kombination mit MMICs zur Leistungserzeugung eingesetzt, und die Forschung und Entwicklung für die Beyond 5G- und 6G-Kommunikation wird vorangetrieben.