Imec, belgické centrum výzkumu a inovací, představilo první funkční zařízení s heteropřechodovým bipolárním tranzistorem (HBT) na bázi GaAs na 300 mm Si a zařízení na bázi GaN kompatibilní s CMOS na 200 mm Si pro aplikace s milimetrovou vlnou.
Výsledky demonstrují potenciál jak III-V-on-Si, tak GaN-on-Si jako technologií kompatibilních s CMOS pro umožnění RF front-end modulů pro aplikace přesahující 5G.Byly představeny na loňské konferenci IEDM (prosinec 2019, San Francisco) a budou uvedeny v klíčové prezentaci Michaela Peeterse ze společnosti Imec o spotřebitelské komunikaci mimo širokopásmové připojení na IEEE CCNC (10.–13. ledna 2020, Las Vegas).
V bezdrátové komunikaci s 5G jako další generací dochází k posunu směrem k vyšším provozním frekvencím, od přetížených pásem pod 6 GHz směrem k pásmům s vlnovou délkou mm (a dále).Zavedení těchto pásem mm-vln má významný dopad na celkovou infrastrukturu sítě 5G a mobilní zařízení.U mobilních služeb a pevného bezdrátového přístupu (FWA) se to promítá do stále složitějších front-end modulů, které vysílají signál do a z antény.
Aby bylo možné pracovat na frekvencích mm-vln, budou muset RF front-end moduly kombinovat vysokou rychlost (umožňující datové rychlosti 10 Gb/s a více) s vysokým výstupním výkonem.Navíc jejich implementace v mobilních telefonech klade vysoké nároky na jejich tvarový faktor a energetickou účinnost.Kromě 5G již tyto požadavky nelze splnit s dnešními nejpokročilejšími RF front-end moduly, které se typicky spoléhají na řadu různých technologií, mimo jiné na HBT na bázi GaAs pro výkonové zesilovače – pěstované na malých a drahých GaAs substrátech.
„Aby umožnila nová generace RF front-end modulů nad rámec 5G, Imec zkoumá technologii III-V-on-Si kompatibilní s CMOS,“ říká Nadine Collaert, programová ředitelka společnosti Imec.„Společnost Imec se snaží o společnou integraci předních komponent (jako jsou výkonové zesilovače a přepínače) s dalšími obvody založenými na CMOS (jako jsou řídicí obvody nebo technologie transceiveru), aby se snížily náklady a tvarový faktor a umožnily se nové topologie hybridních obvodů. řešit výkon a efektivitu.Imec zkoumá dvě různé cesty: (1) InP na Si, zaměřující se na mm-vlny a frekvence nad 100 GHz (budoucí aplikace 6G) a (2) Zařízení na bázi GaN na Si, zaměřující se (v první fázi) na nižší mm-vlny. pásma a adresovací aplikace vyžadující vysoké výkonové hustoty.Pro obě trasy jsme nyní získali první funkční zařízení se slibnými výkonnostními charakteristikami a našli jsme způsoby, jak dále zlepšit jejich provozní frekvence.“
Funkční GaAs/InGaP HBT zařízení pěstovaná na 300 mm Si byla demonstrována jako první krok k aktivaci zařízení na bázi InP.Bezvadný svazek zařízení s hustotou dislokace závitů nižší než 3x106 cm-2 byl získán pomocí jedinečného procesu III-V nano-ridge engineering (NRE) společnosti Imec.Zařízení fungují podstatně lépe než referenční zařízení, přičemž GaAs jsou vyrobeny na Si substrátech s vrstvami vyrovnávací paměti uvolňované napětím (SRB).V dalším kroku budou prozkoumána zařízení na bázi InP s vyšší mobilitou (HBT a HEMT).
Obrázek výše ukazuje přístup NRE pro hybridní integraci III-V/CMOS na 300 mm Si: (a) tvorba nanopříkopů;defekty jsou zachyceny v oblasti úzkého příkopu;(b) Růst zásobníku HBT pomocí NRE a (c) různé možnosti uspořádání pro integraci zařízení HBT.
Kromě toho byla zařízení na bázi GaN/AlGaN kompatibilní s CMOS na 200 mm Si vyrobena porovnáním tří různých architektur zařízení - HEMT, MOSFET a MISHEMT.Ukázalo se, že zařízení MISHEMT předčí ostatní typy zařízení z hlediska škálovatelnosti zařízení a hlučnosti pro vysokofrekvenční provoz.Špičkové mezní frekvence fT/fmax kolem 50/40 byly získány pro délky hradla 300nm, což je v souladu s uváděnými zařízeními GaN-on-SiC.Kromě dalšího škálování délky hradla první výsledky s AlInN jako bariérovým materiálem ukazují potenciál pro další zlepšení výkonu, a tedy zvýšení provozní frekvence zařízení na požadovaná pásma mm vln.
Čas odeslání: 23-03-21