一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片的制作方法

本发明涉及微波射频，尤其涉及一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片。

背景技术：

1、目前通过控制开关管的开启和闭合实现射频信号的开关，更复杂的开关矩阵可通过单刀单掷、单刀双掷以及功分器等单元电路的组合实现复杂路由。在通信、电子战和雷达等各种系统中，开关矩阵用于连接不同的射频功能单元，通过开启和闭合，从而控制和改变射频信号的流向，实现同一套射频前端满足不同的应用需求，减少系统开发成本、缩短开发时间和简化开发流程。现有技术的优点是可通过开关和功分器等芯片进行搭配实现需要的路由功能，不需额外开发新的芯片；缺点是：集成度低，成本高，不利于小型化低成本。

技术实现思路

1、为解决上述开关矩阵面临的问题，本发明提出一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，采用砷化镓phemt工艺实现高集成开关矩阵芯片，该开关矩阵芯片集成多个开关和功分器，并集成高隔离垂直过渡结构，可实现高隔离、低损耗功能。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，包括设置于砷化镓phemt半导体电路层上的开关矩阵电路，所述开关矩阵电路包括m个输入端、m个开关结构、垂直过渡结构、n个功分器、n个输出端，所述垂直过渡结构设置为共面波导的结构形式，所述输入端电连接所述开关结构的信号输入端，所述开关结构的信号输出端电连接所述垂直过渡结构和所述功分器的信号输入端，所述垂直过渡结构的信号输出端电连接所述功分器的信号输入端，所述功分器的信号输出端电连接所述输出端。

4、进一步地，所述砷化镓phemt半导体电路层包括砷化镓层、第一金属层、薄膜电阻层、氮化硅介质层、聚酰亚胺介质层和第二金属层，所述砷化镓层设置于底部，所述氮化硅介质层和所述聚酰亚胺介质层作为电容介质依次设置于所述砷化镓层之上，所述第一金属层作为电容下电极设置于所述砷化镓层和所述氮化硅介质层之间，所述第二金属层作为电容上电极设置于所述聚酰亚胺介质层之上，并通过第二过孔层向下扩展与所述聚酰亚胺介质层直接相连，所述第一金属层、氮化硅介质层、第二过孔层和第二金属层共同构成mim电容；所述薄膜电阻层设置于所述砷化镓层和所述氮化硅介质层之间，用于制作phemt管的栅极隔离电阻。

5、进一步地，所述第一金属层、氮化硅介质层、聚酰亚胺介质层和第二金属层能够用于制作微带传输线及其交叉布线。

6、进一步地，所述第一金属层、氮化硅介质层、聚酰亚胺介质层和第二金属层能够用于制作共面波导。

7、进一步地，所述第一金属层依次通过第一过孔层和第二过孔层连接所述第二金属层。

8、进一步地，所述第一金属层通过第三过孔层接地。

9、进一步地，所述砷化镓phemt半导体电路层还包括钝化层，所述钝化层设置于所述聚酰亚胺介质层之上。

10、进一步地，所述钝化层由二氧化硅制作而成。

11、进一步地，所述开关结构包括单刀单掷开关和单刀双掷开关。

12、进一步地，所述单刀单掷开关和所述单刀双掷开关的插损和相位相同。

13、本发明的有益效果在于：

14、(1)本发明的一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片可实现多个单功能芯片实现的功能，大幅提升集成度；

15、(2)采用新型垂直过渡结构提升通道之间的隔离度，仿真隔离度达到50db；

16、(3)芯片面积减小有利于降低整套方案的成本，并提升产品的一致性，在大规模使用中成本和一致性优势明显。

技术特征：

1.一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，其特征在于，包括设置于砷化镓phemt半导体电路层上的开关矩阵电路，所述开关矩阵电路包括m个输入端、m个开关结构、垂直过渡结构、n个功分器、n个输出端，所述垂直过渡结构设置为共面波导的结构形式，所述输入端电连接所述开关结构的信号输入端，所述开关结构的信号输出端电连接所述垂直过渡结构和所述功分器的信号输入端，所述垂直过渡结构的信号输出端电连接所述功分器的信号输入端，所述功分器的信号输出端电连接所述输出端。

2.根据权利要求1所述的一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，其特征在于，所述砷化镓phemt半导体电路层包括砷化镓层(gaas)、第一金属层(m1)、薄膜电阻层(rt)、氮化硅介质层(sin)、聚酰亚胺介质层(polymide)和第二金属层(m2)，所述砷化镓层(gaas)设置于底部，所述氮化硅介质层(sin)和所述聚酰亚胺介质层(polymide)依次设置于所述砷化镓层(gaas)之上，所述第一金属层(m1)作为电容下电极设置于所述砷化镓层(gaas)和所述氮化硅介质层(sin)之间，所述第二金属层(m2)作为电容上电极设置于所述聚酰亚胺介质层(polymide)之上，并通过第二过孔层(p1)向下扩展与所述氮化硅介质层(sin)直接相连，所述第一金属层(m1)、氮化硅介质层(sin)、第二过孔层(p1)和第二金属层(m2)共同构成mim电容；所述薄膜电阻层(rt)设置于所述砷化镓层(gaas)和所述氮化硅介质层(sin)之间，用于制作phemt管的栅极隔离电阻。

3.根据权利要求2所述的一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，其特征在于，所述第一金属层(m2)、氮化硅介质层(sin)、聚酰亚胺介质层(polymide)和第二金属层(m2)能够用于制作微带传输线及其交叉布线。

4.根据权利要求2所述的一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，其特征在于，所述第一金属层(m1)、氮化硅介质层(sin)、聚酰亚胺介质层(polymide)和第二金属层(m2)能够用于制作共面波导。

5.根据权利要求2所述的一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，其特征在于，所述第一金属层(m1)依次通过第一过孔层(v1)和第二过孔层(p1)连接所述第二金属层(m2)。

6.根据权利要求2所述的一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，其特征在于，所述第一金属层(m1)通过第三过孔层接地。

7.根据权利要求2所述的一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，其特征在于，所述砷化镓phemt半导体电路层还包括钝化层，所述钝化层设置于所述聚酰亚胺介质层(polymide)之上。

8.根据权利要求7所述的一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，其特征在于，所述钝化层由二氧化硅制作而成。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，其特征在于，所述开关结构包括单刀单掷开关和单刀双掷开关。

10.根据权利要求9所述的一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，其特征在于，所述单刀单掷开关和所述单刀双掷开关的插损和相位相同。

技术总结
本发明公开了一种新型高隔离低插损开关矩阵芯片，包括设置于砷化镓PHEMT半导体电路层上的开关矩阵电路，所述开关矩阵电路包括m个输入端、m个开关结构、垂直过渡结构、n个功分器、n个输出端，所述垂直过渡结构设置为共面波导的结构形式，所述输入端电连接所述开关结构的信号输入端，所述开关结构的信号输出端电连接所述垂直过渡结构和所述功分器的信号输入端，所述垂直过渡结构的信号输出端电连接所述功分器的信号输入端，所述功分器的信号输出端电连接所述输出端。采用砷化镓pHEMT工艺实现高集成开关矩阵芯片，该开关矩阵芯片集成多个开关和功分器，并集成高隔离垂直过渡结构，可实现高隔离、低损耗功能。

技术研发人员：刘云刚,韩思扬,卢子焱,王海龙
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十九研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13