¿Qué es un MMIC?
Un MMIC es un circuito integrado (CI) que integra funciones de amplificación, conmutación y mezcla de microondas principalmente en un único sustrato semiconductor.
MMIC son las siglas de “Monolithic Microwave Integrated Circuit” (circuito integrado monolítico de microondas) y se refiere a los circuitos integrados monolíticos de microondas. Existen dos tipos de circuitos integrados: los circuitos integrados híbridos y los circuitos integrados monolíticos.
Los circuitos integrados híbridos, por su parte, son circuitos integrados monolíticos y otros elementos que se integran densamente en un único circuito integrado en una placa base o de módulos.
Usos de los MMIC
Los MMIC se utilizan principalmente en aplicaciones en las que se emplean microondas para la comunicación, como terminales móviles representados por smartphones, RFID y otras comunicaciones que utilizan sensores, circuitos integrados transmisores/receptores para estaciones base y receptores de radiodifusión por satélite. En comparación con los MIC (circuitos integrados de microondas) convencionales, que se fabrican combinando componentes discretos, estos circuitos se caracterizan por su baja frecuencia de fallos debido a la ausencia de piezas soldadas.
Además, como el número de componentes es reducido, el uso de MMIC contribuye a la miniaturización, la reducción de peso y la reducción de costes.
Principio de los MMIC
El principio de los MMIC consiste en formar inductores y condensadores, que son elementos pasivos, sobre sustratos semiconductores semiaislantes como GaAs y SOI, que son materiales adecuados para construir circuitos integrados de microondas, y utilizar transistores bipolares, que son elementos activos con una excelente velocidad de funcionamiento, etc. para crear circuitos integrados analógicos. El punto clave es la creación de un circuito integrado analógico utilizando elementos activos como los transistores bipolares, que tienen una excelente velocidad de funcionamiento.
Los elementos activos que suelen utilizarse en los MMIC son los MESFET, HEMT, HBT y MOSFET, que suelen estar fabricados con materiales semiconductores compuestos como GaAs, GaN y SOI y sustratos semiconductores con excelentes propiedades aislantes.
Los distintos materiales semiconductores tienen diferente movilidad de electrones y energías de banda prohibida, por lo que la selección de semiconductores con propiedades adecuadas a las especificaciones requeridas, como la frecuencia de funcionamiento y la tensión de ruptura, permite aplicaciones de alta potencia y alta frecuencia. El objetivo de los elementos pasivos es adaptar la impedancia de los circuitos de microondas, principalmente inductores, condensadores y resistencias.
Los inductores suelen utilizarse en líneas de alta impedancia e inductores en espiral. Los condensadores incluyen estructuras MIM con una estructura de sándwich de dieléctrico y contraelectrodos, y las que tienen una estructura de electrodos en forma de peine dispuestos en fila.
Otra información sobre los MMIC
1. Ejemplos de MMIC para Aplicaciones de Microondas
Entre los ejemplos típicos de MMIC para aplicaciones de microondas se incluyen los MMIC sobre sustratos de GaAs, SOI-CMOS y SiGe. Los MMIC en sustratos de GaAs y los MMIC en SOI-CMOS se utilizan habitualmente en amplificadores de potencia de alta frecuencia para celulares y amplificadores de bajo ruido utilizados en smartphones, amplificadores de potencia de alta frecuencia para comunicaciones WiFi e interruptores para conmutar la ruta de transmisión y recepción alrededor de antenas.
La razón es que se pueden formar transistores de alta amplificación y alta eficiencia para amplificar y emitir potencias de varios W para transmitir ondas de microondas en la banda de varios GHz a estaciones base, y los condensadores e inductores en espiral utilizados en los circuitos de adaptación para aplicaciones de alta frecuencia también pueden tener un valor Q razonablemente alto. Los MMIC en sustratos de GaAs o SOI también son apropiados porque pueden garantizar un valor Q razonablemente alto.
Los HBT (transistores bipolares de heterounión) se utilizan a menudo en este campo. Esto se debe a que es relativamente fácil controlar sus variaciones utilizando la tecnología de deposición MOCVD y no requieren una polarización negativa de la fuente de alimentación como los dispositivos HEMT.
2. Ejemplos de MMIC para Aplicaciones de Ondas Milimétricas
Las aplicaciones para las que los MMIC son la única opción de configuración viable incluyen 5G, en particular para aplicaciones de comunicación de ondas milimétricas, y aplicaciones de ondas milimétricas para radares anticolisión de automóviles. Los dispositivos activos en estos casos suelen ser dispositivos HEMT de GaAs, HBT basados en InP, HBT basados en Si, SOI-CMOS finos y HBT de SiGe, que tienen excelentes características de frecuencia.
La frecuencia de corte (fT) y la frecuencia de oscilación máxima (fmax) suelen utilizarse como indicadores de rendimiento de las características de los dispositivos, pero para los estándares de comunicación de próxima generación, como el rango sub-THz para más allá de 5G y 6G, los dispositivos semiconductores capaces de amplificar estas frecuencias son muy limitados. Por ejemplo, para que los dispositivos semiconductores manejen la banda D de 140 GHz, fT tiene que ser al menos el doble, en torno a 300 GHz.
Los dispositivos pasivos también tienen pérdidas de transmisión muy elevadas en la banda de ondas milimétricas, por lo que es esencial una tecnología que suprima al máximo las pérdidas de transmisión entre bloques de circuitos individuales integrándolos en MMIC en lugar de en configuraciones discretas. En las aplicaciones de la banda de ondas milimétricas, la tecnología de conjuntos de antenas denominada beamforming también se utiliza en combinación con MMIC para generar potencia, y se está estimulando la investigación y el desarrollo para las comunicaciones más allá de 5G y 6G.