基于MMIC的基础研究 (2)
的衬底材料(如 GaAs、InP)的禁带宽度较宽、电子迁移率较高、微波传输性能好、工
作温度范围大，所以 MMIC具有噪声低、电路损耗小、动态范围大、频带宽、功率大、
抗电磁辐射能力强、附加效率高等优点[2]
。
自 1974年，美国的 Plessey公司用GaAs FET 作为有源器件，GaAs 半绝缘衬底作
为载体，研制成功世界上第一块 MMIC放大器以来，在军事应用(包括智能武器、雷达、
通信和电子战等方面)的推动下，MMIC的发展十分迅速。80年代，随着分子束外延、
MOCVD (金属有机物化学汽相淀积技术)和深亚微米加工技术的发展和进步，MMIC发展
迅速。1980 年由 Thomson-CSF 和富士通两公司实验室研制出高电子迁移率晶体管
(HEMT )，在材料结构上得到了不断的突破和创新。1985 年 Maselink 用性能更好的
InGaAs沟道制成的PHEMT，使 HEMT向更高频率更低噪声方向发展。继 HEMT 之后， 1984
年用GaAlAs/GaAs 异质结取代硅双晶体管中的 P-N结，研制成功了频率特性和速度特
性更优异的异质结HBT 和HBT 单片微波集成电路。由于 InP材料具有高饱和电子迁移
率、高击穿电场、良好的热导率、InP 基的晶格匹配 HEMT，其性能比 GaAs 基更为优
越，近年来随着 InP 单晶的制备取得进展，InP 基的 HEMT, PHEMT, 电路的性能也得
到很大的提高。
单片微波集成电路具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附
加效率高等一系列优点，并可缩小电子设备的体积、减轻重量、价格也降低不少，这
对军用电子装备和民用电子产品都十分重要。美国、日本、西欧都把单片微波集成电
路作为国家的核心发展战略，争相投入大量财力、物力，竞争十分激烈。80年代中期
以前的MMIC频率一般在 40GHz以下，器件是采用栅长为 0.5mm左右的GaAs 金属半导
体场效应晶体管(MESFET)。后来在低噪声MMIC 领域的先进水平都被HEMT,PHEMT 和近年来飞速发展的 InP HEMT 所取代，InP 基 HEMT 的最佳性能是 fT为 340GHz,fmax为
600GHz。目前，低噪声 MMIC 放大器的典型水平为 29GHz～34GHz 下，2 级 LNA 噪声为
1.7dB，增益为17dB；92GHz～96GHz, 3 级LNA 噪声为3.3dB，增益为20dB；153GHz～
155GHz, 3 级低 LNA 增益为 12dB。美国 TRW 公司己研制成功 MMIC 功率放大器芯片，
Ka波段输出功率为3.5W，相关功率增益11.5dB，PAE（功率附加效率）为 20 %；60GHz
的MMIC 输出功率为 300mW，效率22%；94GHz 采用0.1mm AlGaAs/InGaAs/GaAs T 型栅
功率二级MMIC，最大输出功率 300mW，最高PAE 为10.5%。 HP公司研制了 6GHz～20GHz
单片行波功率放大器，带内最小增益为 11dB，带内不平坦度为±0.5dB, 20GHz 处 1dB
压缩点输出功率达24dB。 Raythem.Samvng及摩托罗拉公司联合开发的X-Ku波段， MMIC
单片输出功率达3.5 W，最大 PAE为49.5%。Westinghouse 公司研制成功直流-16GHz,
6位数字衰减器 MMIC, 16GHz 插损小于5dB。日本 Mitsubishi电器公司研制的大功率
多栅AlGaAs/GaAs HBT，在12GHz下PAE为72%； 日本电气公司开发26GHz AlGaAs/GaAs
大功率HBT器件达到了目前最高输出功率(740mW)和PAE(42%)[16-22]。
1.2 MMIC的应用
在冷战结束之前，MMIC 技术绝大部分为军用，主要运用于电子对抗、相控阵雷
达、卫星有效载荷小型化技术、战术通信、导航定位等等，冷战结束之后，MMIC 技
术不但继续保持着军用技术上的突破和制约尖端技术的关键，而且迅速转向了民用市
场，如移动通信、汽车防撞雷达、无线局域网、遥测成像等方面。下面简述几种重要的应用场合。
1.2.1 有源阵应用需求