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「爱因儿科技」MMIC电路设计中的电阻、电容、电感和过孔

电阻器
通过在MMIC表面下使用有源半导体层或在表面上铺设电阻金属合金薄膜作为电阻材料来产生MMIC电阻器 。 采用这两种方法 ， 电阻器在电阻材料薄膜的任一端构造有金属接触焊盘 ， 如图1所示 ， 并具有典型薄膜电阻器的特性 。
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图1、薄膜电阻的结构
电阻材料的特征在于其电阻率（单位是欧姆每平方） ， 因为20*20-μm方形电阻与100*100-μm方形电阻具有相同的电阻值 ， 如果它是由相同的材料制成的电阻的话（电阻=电阻率*长度/宽度=电阻率*20/20=电阻率*′100/100） 。 这也可以通过计数有多少个方块组成了电阻器来快速计算电阻的大小 ， 例如 ， 图2右侧的电阻由三个串联的方块组成 ， 每个方块的电阻为50?W ， 因此总串联电阻为150?W 。 图2左侧的电阻可以看作是两个平行的方块 ， 其电阻为串联一个方块的一半 ， 因此总串联电阻为25?W 。 请注意 ， 此原理仅适用于直线电阻器 ， 不适用于电阻膜蜿蜒以使小面积适合大值电阻器的电阻器 。 在这种情况下 ， 直线部分具有标称的薄膜电阻率 ， 但是由于薄膜内角处的电流拥挤 ， 因此拐角角部分具有较高的电阻率 。
用半导体材料制成的电阻器的缺点是它们的电阻是有源半导体层内电子迁移率的函数 ， 因此对温度变化敏感 。 它们的优点是（1）它们通常具有每平方几百欧姆的电阻率 ， 这使得它们可用于高值去耦电阻 ， 以及（2）它们位于半导体表面之下 ， 因此可以铺设其他没有电接触的互连金属化 。 使用的常见金属合金包括镍铬合金（NiCr）和氮化钽（TaN） ， 它们的薄膜电阻率通常为每平方20?W到50?W ， 以及钨硅酸盐（TiWSi） ， 它的薄膜电阻率为500?W到每平方1,500?W 。 镍铬合金（NiCr）具有有用的特性 ， 即其电阻率与温度变化几乎完全恒定 。
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图2、使用正方形计算薄膜电阻器的电阻（a）25?电阻器和（b）150-Ω电阻器
如果电阻器带有一个很大的电流 ， 那就是电阻的宽度必须设计成能够处理它们 。 50?/平方的镍铬合金和TaN电阻器通常每微米电阻器宽度可以处理0.5mA的电流 ， 高掺杂p型多晶硅电阻器每微米电阻器宽度可以处理0.6mA的电流 。 TaN电阻器保持其线性欧姆特性电流密度高于NiCr ， 但这些每微米4mA的电流水平通常高于MMIC电阻的可靠性限值 。
电容器
电容是元件存储电荷的能力的量度 ， 表示为每伏特库仑 ， 并确定其对RF信号的阻抗 。 RF信号可以通过充电和放电来通过电容器 ， 并且它们具有的电荷存储容量越大 ， 它们允许每伏特信号的电流（电荷流量）越多;因此 ， 电容越大 ， 其阻抗（Z=伏/电流）越低 。
MMIC电容器由两种主要方法形成：一种使用交叉指型金属条之间的边缘电容 ， 另一种使用金属-绝缘体-金属（MIM）的三明治架构的电容 。 如图3所示 ， 交叉指型电容器依赖于金属指状物的长公共边缘区域之间的边缘电容 ， 根据芯片代工厂允许的最小间隙 ， 金属指状物的长公共边缘区域仅相隔几微米 。 这些电容器通常使用与用于传输线相同的互连金属化形成的 。 这种边缘电容相当低 ， 因此这些电容器只能达到1pF左右的电容值 。 然而 ， 该电容值对工艺变化相对不敏感 ， 并且可以是毫米波频率应用中的有用组件 。
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图3、向下观察晶圆表面看到的六指叉指式电容器
如图4所示 ， MIM电容器可以实现更高的电容值 ， 因为它们由两个相对较大的金属板构成 ， 这两个金属板之间的距离要小得多 ， 并且其间的间隙也填充有绝缘介电材料 ， 这进一步增加了电容 。 金属板的尺寸通常为20μm×20μm至200μm×200μm ， 并且介电材料可以是氮化硅（SiN） ， 二氧化硅（SiO2） ， 苯并环丁烯（BCB） ， 聚酰亚胺或其组合这些介质层的许多层 。 SiN电介质厚度通常为100至120nm ， SiO2电介质的厚度可以薄至50nm ， 并且有机电介质（例如BCB或聚酰亚胺）的厚度倾向于1,000至3,000nm 。 MIM电容器的电容值范围为50fF至200pF 。


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