QUBiCSiGe成为未来高端射频技术的十大原因

在高性能射频领域，运行特性的微小差异决定着设计的成败，而生产半导体元件的工艺技术始终发挥着重要作用。

一段时间以来，射频已经采用了多种工艺技术，包括RF CMOS、GaAs、GaN和QUBiC SiGe。但随着需求不断发展，容差越来越小，SiGe BiCMOS正逐渐成为该领域的领跑者。以下为QUBiC SiGe成为未来高端射频工艺技术首选的十大原因：

1. QUBiC SiGe使用硅元素

氮化镓（GaN）和砷化镓（GaAs）等III-V族化合物工艺技术所用的合金中含有元素周期表中的III族和V族元素，而QUBiC SiGe技术与它们不同，它是基于硅元素的技术。采用III-V族技术交付的产品质量或制造一致性并不总能与基于硅的同类产品媲美，因此，这些技术无法获得与硅基技术相同水平的投资。例如，目前的研发工作往往更关注硅而不是III-V族，硅晶圆厂已经稳步从8英寸晶圆升级到12英寸晶圆，为未来发展做好准备。硅基技术对环境也更安全，因为III-V族技术需要使用危险材料——砷。

2. QUBiC SiGe在一个集成电路（IC）中结合了双极工艺和CMOS技术

QUBiC SiGe作为一种BiCMOS技术，将双极工艺的高速和增益特性与CMOS技术的简单、低功耗逻辑门优势强强结合。使用双极晶体管替代CMOS晶体管，可以获得明显更好的跨导，这有助于IC支持更高的时钟频率和更高的内核电压，并且使用CMOS接口逻辑可以更容易地将IC连接到系统中的其他数字元件。更重要的是，双极晶体管没有氧化物击穿，因为它们使用PN结，这使得应用更加稳健。在处理低噪声放大器（LNA）输入时，双极晶体管也使阻抗匹配更轻松地达到50Ω的行业标准。

3. QUBiC SiGe支持5G毫米波

随着我们从4G升级到5G蜂窝网络，最大的变化之一就是使用毫米波（mmWave）频段，包括26 GHz以上的频段。（10GHz到15GHz之间的频段也在考虑之中。）在新频谱上运行对射频组件提出了一系列新的挑战，导致一些工艺技术根本跟不上发展步伐。例如，砷化镓（GaAs）支持的可用频率最高只到10GHz左右，但QUBiC-SiGe可以在更高的频段上良好表现。根据特征频率（tF）衡量，QUBiC的可用频率高达300 GHz，并且有可能达到500 GHz及更高频率。


4. QUBiC SiGe可改善WLAN性能

QUBIC SiGe在线性度、输出功率和效率方面达到了最佳平衡，使其成为输出功率低于2W的射频产品的极佳选择。这包括在5 GHz到7 GHz频段运行的WLAN前端IC。恩智浦的QUBiC SiGe WLAN产品组合，因为在每个功率级别都能提供优化的线性度和高效功率转换，所以受到市场的认可。

5. QUBiC SiGE支持3-5 V电源电压

一般来说，技术节点越小，晶体管就越小，电源电压就越低。这对数字领域很有利，因为较低的电源电压有助于降低功耗。但在射频领域，相关标准通常定义了无线应用的信号范围和输出功率，所以降低电源电压和缩小晶体管尺寸可能会导致问题。例如，在毫米波应用中，天线可辐射的最大功率（EIRP）是预定的，它在很大程度上取决于流过功率放大器的电流量。有了QUBiC SiGe，3-5 V电源相比采用纯CMOS工艺时，可保持更低的电流，从而更容易满足相关规定的要求。

6. QUBiC SiGe 更擅长隔离数字和射频功能

在混合信号集成电路中，数字和模拟/射频信号运行会结合在一起，而隔离快速切换的数字信号、减少干扰并保持模拟/射频域的信号质量变得非常重要。QUBiC SiGe使用一种名为深槽隔离（deep trench isolation）技术，防止相邻元器件之间的电流泄漏。深槽隔离技术在大多数基线CMOS技术中不可用，并且与使用基于绝缘体的衬底方法相比，它的性价比更高。

7. QUBiC SiGe支持更多的片上数字电路

最新的QUBiC SiGe技术基于130纳米CMOS平台。小巧的几何结构让射频芯片上能够添加更加密集的数字电路，因此可以使用更复杂的片上控制接口来管理射频电路的功能块。有了QUBiC SiGe，多达40%的射频芯片区域可用来实现数字功能，而无需在设计中添加额外的数字片上系统（SoC）。


8. QUBiC SiGe具有卓越的噪声性能

低频噪声是振荡器相位噪声的来源，也是改善高速射频应用性能的关键因素。低频噪声，特别是1/f噪声的表征和建模表明，QUBiC SiGe优于标准MOS和III-V族技术，始终保持更低噪声额定值。

9. QUBiC SiGe支持集成射频开关

许多前端IC设计得益于片上射频开关功能。采用QUBiC SiGe，结合深槽隔离、高电阻率衬底和高氧化物击穿数，可以将高质量的射频开关集成到IC上。片上射频开关的电压可持续性高达50dBm，损耗非常低。

10. QUBiC SiGe改善了电流处理

与CMOS技术相比，QUBiC SiGe更擅长电流处理。这是使用BiCMOS技术的另一个优势。双极晶体管是使用小通道的垂直传输结构。这迫使电流垂直流动，实现了在小面积的硅器件中处理更大的电流。

在高性能射频应用方面，恩智浦久经考验的QUBiC SiGe工艺技术提供了许多先进功能。在世界一流的制造环境中进行内部优化，形成了这种单一工艺，可将低噪声、射频开关和高功率功能都应用于射频芯片开发上。如需了解更多信息，请访问 www.nxp.com.cn