Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка конструктивно-технологических принципов создания однокристальных приемо-передающих модулей для современных широкополосных систем беспроводной связи и передачи информации в диапазоне частот 57-64 ГГц.

Докладчик: Мальцев Петр Павлович

Должность: Директор

Цель проекта:
Задачей проекта является исследование и разработка технологических принципов создания однокристальных монолитных интегральных схем (МИС) приемо-передающих модулей для сверхширокополосных систем связи в диапазоне 57-64 ГГц. Целью проекта является обеспечение потребностей инфраструктуры сетей беспроводной широкополосной передачи информации - полученные в ходе работы результаты могут быть использованы для создания новых видов радиоэлектронных устройств мм-диапазона - приемо-передающих модулей для сверхширокополосных систем связи и передачи информации в миллиметровом диапазоне частот.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате ПНИ будет разработана базовая технология изготовления МИС однокристальных приемо-передающих модулей для сверхширокополосных систем беспроводной связи в диапазоне 57-64 ГГц.
Будут разработаны методики по проектированию и моделированию однокристальных МИС приемо-передающих модулей миллиметрового диапазона, эскизная КД и ТД и экспериментальные образцы однокристальных МИС приемопередающего модуля диапазона частот 57-64 ГГц.
Интеграция всех элементов системы в виде однокристальной монолитной интегральной схемы (МИС) позволяет избежать потерь в соединениях между отдельными чипами, которые неизбежны при исполнении системы в виде гибридной микросборки.
Технологические принципы создания однокристальных приемо-передающих монолитных интегральных схем диапазона 57-64 ГГц будут разрабатываться в России впервые.
Для проектирования подобных устройств требуются высокопроизводительные рабочие станции и соверменные САПР, позволяющие производить электромагнитный анализ многослойных структур, например ADS и EMPro компании Agilent Technologies, Microwave Office компании AWR и др.
Изготовление макетов и экспериментальных образцов предполагает наличие технологической линии, позволяющей изготавливать МИС на HEMT гетероструктурах для V-диапазона частот. Такая технологическая линия включает установки молекулярно-лучевой эпитаксии, электронно-лучевой эпитаксии и фотолитографии, ионно-лучевого, плазменного и плазмохимического травления, установки напыления проводящих и диэлектрических слоев, а также установки обработки, шлифования и полировки пластин. Транзисторы с соответствующими параметрами возможно реализовать на гетероструктурах AlGaN/GaN и подложках сапфира или SiC.
Длина волны в диапазоне 60 ГГц составляет 5 мм, при этом резонансный размер антенны – четверть или половина длины волны, что сопоставимо с размерами кристалла всего приемо-передающего модуля и позволяет интегрировать антенны на один кристалл с МИС. Интеграция всех элементов системы в виде однокристальной монолитной интегральной схемы позволяет избежать потерь в соединениях между отдельными чипами, которые неизбежны при исполнении системы в виде гибридной микросборки.
Исследование полученных экспериментальных образцов потребует наличия современного измерительного оборудования для контроля электрических СВЧ параметров, для чего будет разработан измерительный стенд и методики измерения СВЧ параметров однокристальных МИС приемо-передающих модулей

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
За последние годы широкополосные беспроводные сети доступа к информационным ресурсам сантиметрового диапазона радиоволн (UMTS и cdma-2000), WiFi (IEEE 802.11) и WiMAX (IEEE 802.16) стали одним из основных направлений развития телекоммуникационной индустрии. С промышленным развитием технологий WiMAX2 и LTE этот процесс стал только расширяется. При этом основной вопрос, требующий незамедлительного решения при развертывании таких сетей - увеличение скорости передачи информации. Прежде всего - на уровне опорной/транспортной сети, между базовыми станциями. Однако дефицитный сантиметровый диапазон (2-6 ГГц) радиоволн, в котором функционируют существующие широкополосные беспроводные сети, накладывает жесткие ограничения на ширину частотной полосы и, соответственно, на скорость (объем) передачи информации (до 300 Мбит/с). Такие скорости уже недостаточны для трансляции быстро и непрерывно растущих объемов мультимедийной информации. В связи с этим необходима разработка новой технологии и принципов построения аппаратных средств в миллиметровом диапазоне радиоволн для обеспечения беспроводной сверхвысокоскоростной передачи данных, голоса и видео информации (до 10 Гбит/с). Технологии мобильной связи 5G, появление которых на рынке ожидется к 2020 году, должны значительно улучшить качество обслуживания пользовтелей в условиях лавинообразно растущего объема передаваемых данных в мобильных сетях, а также роста количества беспроводных устройств и разнообразия предоставляемых услуг.
Достоинства диапазона 57-64 ГГц - большая доступная ширина полосы, возможность формирования узкой диаграммы направленности приемопередатчиков, относительно быстрое затухание сигнала (в 60 ГГц диапазоне - экстремально быстрое). Это обеспечивает возможность организации сверхвысокоскоростных каналов связи с чрезвычайно высоким коэффициентом повторного использования частот - т.е. достигается высокая экономичность использования дефицитного частотного ресурса. В диапазоне 57-64 ГГц возможно создавать приемо-передающие устройства широкополосной внутрикомнатной связи, обеспечивающие высокоскоростную и скрытную передачу данных между электронными приборами, а так же перейти к построению мобильных сетей широкополосной связи 5G. Создание таких устройств требует разработки соответствующих наногетероструктур и элементной базы на их основе.
Полученные в ходе работы результаты могут быть использованы ведущими отечественными предприятиями в области создания и разработки приборов СВЧ электроники и других электронных приборов на основе полупроводниковых соединений III-V, в том числе ОАО «ГЗ «Пульсар», ФГУП «НПП «Исток», а так же использованы предприятиями отрасли инфокоммуникаций для обеспечения потребностей инфраструктуры сетей беспроводной широкополосной передачи информации. Отечественная элементная база приобретет элементы для создания радиоэлектронных устройств мм-диапазона и технологию производства приемо-передающих модулей для сверхширокополосных систем связи и передачи информации в миллиметровом диапазоне частот.

Текущие результаты проекта:
4.1. Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, в том числе, обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты – не менее 15 научно-информационных источников за период 2009 – 2013 гг.
4.2. Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96.
4.3. Обоснованы и выбраны направления исследований, методы, способы и средства решения поставленных задач.
4.4. Проведено математическое моделирование различных вариантов конструкций однокристальных МИС приемо-передающих модулей миллиметрового диапазона длин волн в диапазоне частот 57-64 ГГц.
4.5. Проведены исследования состава гетероструктур для однокристальных МИС приемо-передающих модулей миллиметрового диапазона длин волн в диапазоне частот 57-64 ГГц.