可用於毫米波積體電路的矽基CMOS傳輸線結構及模型研究

《可用於毫米波積體電路的矽基CMOS傳輸線結構及模型研究》是依託杭州電子科技大學，由文進才擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：可用於毫米波積體電路的矽基CMOS傳輸線結構及模型研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：文進才
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

毫米波頻率開始在超高速無線通信和安全等領域得到廣泛的套用，納米尺度先進的CMOS工藝可為實現高集成、低成本的毫米波積體電路（MMIC）套用提供了極佳的、可延伸的平台，高質量的矽基毫米波傳輸線結構及模型已成為成功實施MMIC CAD的關鍵之一。本項目以中芯國際矽基90納米工藝為研究對象，結合RF工藝的多層金屬特徵，研究可用於MMIC的低損耗低輻射和抗電磁干擾三維傳輸線結構，開展矽基傳輸線互連中的不連續性問題研究，建立精確地傳輸線模型，實現模型與物理結構尺寸和損耗機制之間的可縮放性映射；研究新的如基於仿生學研究中的粒子群算法（PSO）的毫米波傳輸線結構綜合方法，並考察傳輸線物理尺寸多維變化對其性能和成品率的影響；以期解決基於90納米及以下矽基CMOS工藝進行高性能、高成品率和低成本MMIC CAD支持這一基礎問題。

結題摘要

為支持矽基CMOS工藝進行高性能、低成本的毫米波積體電路（MMIC）設計，項目針對矽基傳輸線結構、特徵和模型及在MMIC中的套用進行了研究，開展的主要工作和成果如下： （1）分析了矽基CMOS工藝多金屬-介質特徵，並基於典型傳輸線結構和實測數據修正建立了基於HFSS和ADS Momentum的三維EM仿真環境，為新型傳輸線結構和特性研究提供了定量分析基礎。同時，基於實際的工藝流片和實測數據，對比了納米尺度CMOS工藝下多種常見傳輸線結構的電學特徵（包括特徵阻抗、傳播損耗等），為矽基CMOS工藝下選擇合適的傳輸線結構進行高性能積體電路設計提供理論和實際驗證支持。 （2）基於工藝特徵和建立的三維電磁仿真環境，提出了帶浮動側牆的慢波微帶線結構（FSW-MSL）、半橢圓形接地共面波導結構（SE-GCPW）、部分側牆垂直接地的共平面波導結構（PS-VGP-CPW）和P+注入垂直接地的共平面波導結構等多種新型的傳輸線結構，這些結構在傳播損耗（低損耗低輻射）、隔離性能（抗電磁干擾）和小尺寸方面具有獨特的優勢；另外，我們還針對後兩種結構完成了模型和測試數據驗證，為實現高性能的MMIC設計提供CAD基礎。 （3）針對毫米波積體電路中常用的多種傳輸線，基於工藝特徵、版圖參數和測試數據，完成了相應等效電路模型的構建和參數提取及驗證；針對套用廣泛的CPW結構，分別建立了傳播（長度）方向和通用的兩種可縮放等效電路模型，並構建了相應的模型參數縮放規則，實測數據驗證了模型的可用性。 （4）基於上述的結構和模型，我們將傳輸線結構套用至毫米波積體電路的設計中，實現了包括30GHz帶通濾波器、60GHz單片功率放大器和60GHz單片壓控振盪器等多種典型電路設計，有效地驗證了傳輸線結構和模型的可用性，為進一步實現高性能、高集成的積體電路乃至集成系統提供良好支撐。 項目要求主要研究內容均已按計畫完成，研究範圍覆蓋傳輸線結構、測試、模型、電路驗證的整個流程，並在新型傳輸線結構、高精度的傳輸線模型及在毫米波積體電路的套用中取得了良好的成果，為納米尺度矽基CMOS工藝實現高可靠、高集成度、低成本的積體電路乃至系統提供CAD和設計支持。