Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0087

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0087
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук
Название доклада
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
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Исследование и разработка комплекса научно-технологических решений, направленных на создание однокристальных приемо-передающих модулей для современных широкополосных систем беспроводной связи и передачи информации в диапазоне частот 57-64 ГГц
Актуальность и новизна исследования
В последние годы появилась насущная необходимость в освоении более высокочастотных V-, W- и Q-диапазонов частот в связи с развитием сверхширокополосных телекоммуникационных систем нового поколения, высокоточных систем вооружений, систем межспутниковой связи, автомобильных радаров, антитеррористических систем и др. Успехи в данном направлении за рубежом в основном связан с совершенствованием гетероструктур AlGaN/GaN. Прогресс в разработке и технологии НЕМТ гетероструктур позволил создать транзисторы, обеспечивающие в V-диапазоне усиление одного каскада примерно 10 дБ, а также мощные транзисторы малого размера с достаточно высокой удельной мощностью. Групповая технология совместно с малыми размерами шлейфов открыли возможность создания приемника и передатчика на одном кристалле.
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.
Описание исследования

Для проектирования подобных устройств используются высокопроизводительные рабочие станции и соверменные САПР, позволяющие производить электромагнитный анализ многослойных структур, например ADS и EMPro компании Agilent Technologies, Microwave Office компании AWR.

Макеты и экспериментальные образцы изготавливаются на 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 реализованы на гетероструктурах AlGaN/GaN на подложках сапфира.

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 проводится на современном измерительном оборудовании для контроля электрических СВЧ параметров. Измерение отдельных устройств из состава приемо-передающего модуля (усилителя, смесителя, ГУН) производится с помощью векторного анализатора.

Результаты исследования

На 1 этапе:

- проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96;

- выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей проблему, исследуемую в рамках ПНИ; 

- обосновано  и  выбрано  направление  исследований,  методы, способы и средства решения поставленных задач. Полученные результаты свидетельствуют, что разработанная технология создания "заземляющей плоскости" над лицевой поверхностью пластины с уже изготовленными активными и пассивными СВЧ элементами является пригодной для изготовления с ее помощью МИС диапазона 57-64 ГГц;

-  выполнено математическое  моделирование  различных  вариантов конструкций для однокристальных МИС приемо-передающих  модулей  миллиметрового диапазона  длин  волн в диапазоне частот 57-64 ГГц;

- проведены исследования состава гетероструктур для однокристальных МИС приемо-передающих модулей миллиметрового диапазона длин волн в диапазоне частот 57-64 ГГц;

На 2 этапе этапе:

- проведены исследования по определению оптимальной конструкции  однокристальных МИС приемо-передающих модулей миллиметрового диапазона длин волн в диапазоне частот 57-64 ГГц;

- проведены исследования и разработаны научно-технические решения по выбору оптимальных параметров проведения технологических операций создания однокристальных МИС приемо-передающих модулей диапазона частот 57-64 ГГц;

- разработаны требования к техническим характеристикам стенда измерения СВЧ параметров ЭО однокристальных МИС приемо-передающих модулей;

- в соответствии с требованиями подобрано оборудование для стенда измерения СВЧ параметров ЭО однокристальных МИС приемо-передающих модулей;

- разработана методика измерения СВЧ параметров однокристальных МИС приемо-передающих модулей миллиметрового диапазона длин волн в диапазоне частот 57-64 ГГц;

На 3 этапе:

- разработана эскизная конструкторская документация на ЭО однокристальных МИС приемопередающих модулей диапазона частот
57-64 ГГц;

- разработан лабораторный технологический регламент изготовления ЭО однокристальных МИС приемопередающих модулей диапазона 57-64 ГГц.

На 4 этапе:

- изготовлены ЭО однокристальной МИС приемопередающего модуля диапазона частот 57-64 ГГц в количестве 5 шт.;

- разработаны программы и методики экспериментальных исследований ЭО однокристальных МИС приемопередающих модулей диапазона частот
57-64 ГГц;

- проведены экспериментальные исследования ЭО однокристальных МИС приемопередающих модулей диапазона 57-64 ГГц;

- разработаны методики по проектированию и моделированию однокристальных МИС приемопередающих модулей миллиметрового диапазона длин волн в диапазоне 57-64 ГГц;

На текущем 5 этапе:

- проводится обобщение и оценка полученных результатов;

- проводится технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов;

- разрабатываются технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции;

- разрабатывается проект ТЗ на ОКР "Создание однокристальных МИС приемопередающего модуля для современных широкополосных систем беспроводной связи и передачи информации диапазона частот 57-64 ГГц"

Практическая значимость исследования
Функциональные устройства на базе микросхем класса «система-на-кристалле» в интеграции сенсорных и исполнительных элементов, методы создания и измерения которых разрабатываются в рамках данной ПНИ, востребованы в электронном приборостроении на предприятиях электронной промышленности России. Потребности зарубежного рынка также высоки вследствие того, что разработка и создание подобных устройств находятся на начальном этапе развития.