Imec, centrul belgian de cercetare și inovare, a prezentat primele dispozitive funcționale cu tranzistor bipolar heterojuncție (HBT) bazate pe GaAs pe 300 mm Si și dispozitive bazate pe GaN compatibile CMOS pe 200 mm Si pentru aplicații cu unde mm.
Rezultatele demonstrează potențialul atât al III-V-on-Si, cât și al GaN-on-Si ca tehnologii compatibile cu CMOS pentru activarea modulelor front-end RF pentru aplicații dincolo de 5G.Acestea au fost prezentate la conferința IEDM de anul trecut (dec 2019, San Francisco) și vor fi prezentate într-o prezentare principală a Michael Peeters de la Imec despre comunicarea pentru consumatori dincolo de bandă largă la IEEE CCNC (10-13 ianuarie 2020, Las Vegas).
În comunicațiile fără fir, cu 5G ca următoarea generație, există un impuls către frecvențe de operare mai mari, trecând de la benzile aglomerate sub-6GHz la benzile de unde mm (și dincolo).Introducerea acestor benzi de unde mm are un impact semnificativ asupra infrastructurii generale de rețea 5G și a dispozitivelor mobile.Pentru serviciile mobile și Fixed Wireless Access (FWA), acest lucru se traduce prin module front-end din ce în ce mai complexe care trimit semnalul către și de la antenă.
Pentru a putea funcționa la frecvențe de unde mm, modulele front-end RF vor trebui să combine viteza mare (permițând rate de date de 10 Gbps și mai mult) cu puterea de ieșire mare.În plus, implementarea lor în telefoanele mobile impune cerințe mari asupra factorului de formă și a eficienței energetice.Dincolo de 5G, aceste cerințe nu mai pot fi îndeplinite cu cele mai avansate module front-end RF de astăzi, care se bazează în mod obișnuit pe o varietate de tehnologii diferite, printre altele HBT-uri bazate pe GaAs pentru amplificatoare de putere - crescute pe substraturi GaAs mici și costisitoare.
„Pentru a activa modulele front-end RF de nouă generație dincolo de 5G, Imec explorează tehnologia III-V-on-Si compatibilă cu CMOS”, spune Nadine Collaert, director de program la Imec.„Imec analizează cointegrarea componentelor front-end (cum ar fi amplificatoarele de putere și comutatoarele) cu alte circuite bazate pe CMOS (cum ar fi circuitele de control sau tehnologia transceiver), pentru a reduce costurile și factorul de formă și pentru a permite noi topologii de circuite hibride. pentru a aborda performanța și eficiența.Imec explorează două rute diferite: (1) InP pe Si, care vizează unde mm și frecvențe de peste 100GHz (viitoarele aplicații 6G) și (2) dispozitive bazate pe GaN pe Si, țintind (într-o primă fază) undea mm inferioară benzi și adresarea aplicațiilor care au nevoie de densități mari de putere.Pentru ambele rute, am obținut acum primele dispozitive funcționale cu caracteristici de performanță promițătoare și am identificat modalități de a le îmbunătăți și mai mult frecvențele de operare.”
Dispozitivele funcționale GaAs/InGaP HBT cultivate pe 300 mm Si au fost demonstrate ca un prim pas către activarea dispozitivelor bazate pe InP.O stivă de dispozitive fără defecte cu o densitate de dislocare a filetului sub 3x106cm-2 a fost obținută prin utilizarea procesului unic de inginerie nano-crestă (NRE) III-V de la Imec.Dispozitivele funcționează considerabil mai bine decât dispozitivele de referință, cu GaAs fabricat pe substraturi Si cu straturi de tampon relaxat (SRB).Într-un pas următor, vor fi explorate dispozitivele bazate pe InP cu mobilitate mai mare (HBT și HEMT).
Imaginea de mai sus prezintă abordarea NRE pentru integrarea hibrid III-V/CMOS pe 300 mm Si: (a) formarea nano-tranșee;defectele sunt prinse în regiunea îngustă a șanțului;(b) Creșterea stivei HBT folosind NRE și (c) diferite opțiuni de aspect pentru integrarea dispozitivului HBT.
În plus, dispozitivele bazate pe GaN/AlGaN compatibile cu CMOS pe 200 mm Si au fost fabricate comparând trei arhitecturi diferite de dispozitiv - HEMT, MOSFET și MISHEMT.S-a demonstrat că dispozitivele MISHEMT depășesc celelalte tipuri de dispozitive în ceea ce privește scalabilitatea dispozitivului și performanța de zgomot pentru funcționarea de înaltă frecvență.Frecvențele de tăiere maxime de fT/fmax în jur de 50/40 au fost obținute pentru lungimi de poartă de 300 nm, ceea ce este în conformitate cu dispozitivele GaN-on-SiC raportate.Pe lângă scalarea ulterioară a lungimii porții, primele rezultate cu AlInN ca material de barieră arată potențialul de a îmbunătăți în continuare performanța și, prin urmare, de a crește frecvența de operare a dispozitivului la benzile de undă mm necesare.
Ora postării: 23-03-21