Imec, belgické centrum výskumu a inovácií, predstavilo prvé funkčné zariadenia s heteroprechodným bipolárnym tranzistorom (HBT) na báze GaAs na 300 mm Si a zariadenia na báze GaN kompatibilné s CMOS na 200 mm Si pre aplikácie s milimetrovou vlnou.
Výsledky demonštrujú potenciál ako III-V-on-Si, tak GaN-on-Si ako technológie kompatibilné s CMOS umožňujúce RF front-end moduly pre aplikácie nad rámec 5G.Boli prezentované na minuloročnej konferencii IEDM (december 2019, San Francisco) a predstavia sa v hlavnej prezentácii Michaela Peetersa zo spoločnosti Imec o spotrebiteľskej komunikácii mimo širokopásmového pripojenia na IEEE CCNC (10. – 13. januára 2020, Las Vegas).
V bezdrôtovej komunikácii s 5G ako ďalšou generáciou dochádza k posunu smerom k vyšším prevádzkovým frekvenciám, pričom sa presúva z preťažených pásiem pod 6 GHz smerom k pásmam vĺn mm (a ďalej).Zavedenie týchto pásiem mm-vln má významný vplyv na celkovú infraštruktúru siete 5G a mobilné zariadenia.Pre mobilné služby a pevný bezdrôtový prístup (FWA) sa to premieta do čoraz zložitejších front-end modulov, ktoré vysielajú signál do a z antény.
Aby bolo možné pracovať na frekvenciách vĺn mm, budú musieť RF front-end moduly kombinovať vysokú rýchlosť (umožňujúce prenosové rýchlosti 10 Gbps a viac) s vysokým výstupným výkonom.Navyše ich implementácia do mobilných telefónov kladie vysoké nároky na ich tvarový faktor a energetickú účinnosť.Okrem 5G sa tieto požiadavky už nedajú dosiahnuť s dnešnými najpokročilejšími RF front-end modulmi, ktoré sa zvyčajne spoliehajú na množstvo rôznych technológií, okrem iného, HBT na báze GaAs pre výkonové zosilňovače – pestované na malých a drahých substrátoch GaAs.
„Na umožnenie novej generácie RF front-end modulov nad rámec 5G, Imec skúma technológiu III-V-on-Si kompatibilnú s CMOS,“ hovorí Nadine Collaert, programová riaditeľka spoločnosti Imec.„Spoločnosť Imec hľadá kointegráciu front-end komponentov (ako sú výkonové zosilňovače a prepínače) s inými obvodmi založenými na CMOS (ako sú riadiace obvody alebo technológia transceiveru), aby sa znížili náklady a tvarový faktor a umožnili sa nové topológie hybridných obvodov. riešiť výkon a efektivitu.Imec skúma dve rôzne cesty: (1) InP na Si, zacielenie na mm vlnu a frekvencie nad 100 GHz (budúce aplikácie 6G) a (2) zariadenia založené na GaN na Si, zacielenie (v prvej fáze) na nižšiu mm vlnu. pásma a adresné aplikácie vyžadujúce vysoké výkonové hustoty.Pre obe trasy sme teraz získali prvé funkčné zariadenia so sľubnými výkonnostnými charakteristikami a identifikovali sme spôsoby, ako ďalej zvýšiť ich prevádzkové frekvencie.“
Funkčné GaAs/InGaP HBT zariadenia pestované na 300 mm Si boli demonštrované ako prvý krok k aktivácii zariadení založených na InP.Pomocou jedinečného procesu III-V nano-hrebeňového inžinierstva (NRE) spoločnosti Imec sa získal bezporuchový súbor zariadení s hustotou dislokácie závitov pod 3 x 106 cm-2.Zariadenia fungujú podstatne lepšie ako referenčné zariadenia, pričom GaAs sú vyrobené na Si substrátoch s vrstvami uvoľneného pufra (SRB).V ďalšom kroku sa budú skúmať zariadenia na báze InP s vyššou mobilitou (HBT a HEMT).
Obrázok vyššie ukazuje prístup NRE pre hybridnú integráciu III-V/CMOS na 300 mm Si: (a) tvorba nano-výkopov;defekty sú zachytené v oblasti úzkej priekopy;(b) Rast zásobníka HBT pomocou NRE a (c) rôzne možnosti usporiadania pre integráciu zariadenia HBT.
Okrem toho zariadenia na báze GaN/AlGaN kompatibilné s CMOS na 200 mm Si boli vyrobené porovnaním troch rôznych architektúr zariadení - HEMT, MOSFET a MISHEMT.Ukázalo sa, že zariadenia MISHEMT prevyšujú ostatné typy zariadení, pokiaľ ide o škálovateľnosť zariadenia a hlučnosť pre vysokofrekvenčnú prevádzku.Špičkové medzné frekvencie fT/fmax okolo 50/40 sa získali pre dĺžky brány 300nm, čo je v súlade s uvádzanými zariadeniami GaN-on-SiC.Okrem ďalšieho škálovania dĺžky brány prvé výsledky s AlInN ako bariérovým materiálom ukazujú potenciál na ďalšie zlepšenie výkonu, a teda zvýšenie prevádzkovej frekvencie zariadenia na požadované pásma vĺn mm.
Čas príspevku: 23-03-21