CMOS亚微米波集成电路和系统

CMOS亚微米波集成电路和系统

近年来，随着工艺的不断进步，硅基集成电路已突破了仅适用于数字电路和低频模拟电路的传统观念，迅速拓展到毫米波甚至亚毫米波频段。在未来10年内，硅基工艺将具备覆盖毫米波频段的能力，并在部分器件与系统上实现到亚毫米波频段或太赫兹的跨越。

集成电路已成为支撑社会经济、国家安全和科学研究等方面的重要支柱之一，它在发展过程中最重要的两个特征就是集成度和频率。按照摩尔定律来讲，集成电路的集成度正在以指数级增长。对于另一个重要的特征—频率，也一直在快速提高。30多年间，时钟频率已从几MHz提高到现在的几GHz，增长了近千倍。现在的一台PC机的功能和速度甚至超过30年前的一台大型计算机。对于很多高频率领域，如雷达，通信等，其发展除了得益于硅数字集成电路速度和集成度的迅速提高之外,还依赖高性能模拟集成电路的进步。硅基CMOS射频/模拟集成电路在工作频率上的迅速发展，根本原因在于栅长的缩短弥补了电子迁移率的不足，从而使得特征频率迅速提高。然而，低电子迁移率和高噪声特性使得CMOS模拟集成电路的工作频率都限制在比较低的频段。

所以毫米波亚毫米波频段的主导模拟器件，还是砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等器件，也就是文章中提到的化合物半导体器件（compound semiconductor devices）。但化合物半导体并不适合制作大规模集成电路，因为它并不利于数模共片集成，且成本高。若能将硅基模拟集成电路的工作频率提高至毫米波亚毫米波频段，则可弥补化合物半导体的不足，在毫米波亚毫米波频段实现集成度、功能和成本等方面的突破，从而对高速无线通信、卫星通信、先进雷达、遥感、成像和射电天文等毫米波亚毫米波应用领域产生深远的影响。

如今CMOS器件的最高工作频率也正以前所未有的速度在提高，已经有部分延伸到亚毫米波频段，正如文章中提到的那些结构，如肖特基二极管在太赫兹频率下的响应，利用紧凑的集总元件实现的电压控制振荡器（VCO），利用MOS晶体管和肖特基实现的高频探测器等。

虽然人们已经发现了在主流的CMOS工艺下生产亚毫米波段的发射器和接收

器的可能性，但是这还仅仅是个开端。要实现CMOS亚毫米波系统，对于硅基集成电路领域来说，这正是一个不小的机会和挑战。