近日，上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院電子工程系毛軍發(fā)院士、周亮教授課題組在IEEE Journal of Solid-State Circuits（JSSC）上發(fā)表了低損耗異質(zhì)異構(gòu)集成W波段毫米波雷達(dá)系統(tǒng)研究成果。

IEEE固態(tài)電路期刊（JSSC） 是國際集成電路領(lǐng)域最高級別期刊之一，旨在發(fā)布集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的最新技術(shù)進(jìn)展和紀(jì)錄性成果，代表著業(yè)內(nèi)當(dāng)前最高技術(shù)水平。

創(chuàng)新成果

異質(zhì)異構(gòu)集成毫米波雷達(dá)使用自主研發(fā)的硅基MEMs光敏復(fù)合薄膜多層布線工藝，三維集成了硅基鎖相環(huán)芯片、SiGe收發(fā)芯片、GaN功率放大芯片、封裝天線和電容等無源元件。雷達(dá)探測距離大于800米，最高分辨率優(yōu)于0.08米，重量僅為78克，綜合性能指標(biāo)世界領(lǐng)先。

該成果突破了多芯片精準(zhǔn)定位和多層介質(zhì)微小圖形制備等關(guān)鍵技術(shù)，大幅縮短芯片間、芯片與無源器件間的互連長度，降低了互連損耗，克服了化合物半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)與硅基半導(dǎo)體器件后道工藝兼容性不足的難題，同時(shí)很好地處理布線間的串?dāng)_和芯片間的電磁兼容問題。

圖1. 異質(zhì)異構(gòu)集成毫米波雷達(dá)

圖2. 異質(zhì)異構(gòu)集成毫米波雷達(dá)的距離探測

當(dāng)前，摩爾定律已面臨物理、技術(shù)與成本極限的多重挑戰(zhàn)，集成電路在沿著摩爾定律預(yù)測的尺寸縮小路徑艱難發(fā)展的同時(shí)，亟需開辟新的方向，繞道摩爾定律繼續(xù)發(fā)展。三維異質(zhì)異構(gòu)集成能夠突破單一半導(dǎo)體工藝電路的性能、功能極限，實(shí)現(xiàn)集成電路由硅或化合物半導(dǎo)體單一同質(zhì)工藝集成向異質(zhì)集成、由平面集成向三維集成，是后摩爾時(shí)代集成電路發(fā)展的主流方向，也是我國集成電路變道超車發(fā)展的突破口和歷史機(jī)遇。該成果研制的工藝和設(shè)計(jì)技術(shù)必將促進(jìn)異質(zhì)異構(gòu)技術(shù)的快速發(fā)展。

圖3. 硅基MEMs光敏復(fù)合薄膜多層布線工藝

完成人

該項(xiàng)工作完成人包括：上海交通大學(xué)博士生楊曉、黃銀山、趙哲、倪冬欣，張成瑞實(shí)驗(yàn)師、周亮教授、毛軍發(fā)教授以及中國工程物理研究院微系統(tǒng)與太赫茲研究中心的合作者程序博士、韓江安博士、鄧賢進(jìn)研究員。

Xiao Yang, Yin-Shan Huang*, Liang Zhou*, Zhe Zhao, Dong-xin Ni, Cheng-rui Zhang , Jun-Fa Mao, Jiang-An Han, Xu Cheng, and Xian-Jin Deng， “Low-Loss Heterogeneous Integrations with High Output Power Radar Applications at W Band”, IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2021.DOI: 10.1109/JSSC.2021.3106444.