Imec, Beļģijas pētniecības un inovāciju centrs, ir prezentējis pirmās funkcionālās GaAs bāzes bipolāro tranzistoru (HBT) ierīces ar 300 mm Si un ar CMOS saderīgas GaN bāzes ierīces ar 200 mm Si mm viļņu lietojumiem.
Rezultāti parāda gan III-V-on-Si, gan GaN-on-Si kā ar CMOS saderīgu tehnoloģiju potenciālu, lai iespējotu RF priekšgala moduļus ne tikai 5G lietojumprogrammām.Tie tika prezentēti pagājušā gada IEDM konferencē (2019. gada decembrī, Sanfrancisko), un tie tiks iekļauti Imekas Maikla Pītersa galvenajā prezentācijā par patērētāju komunikāciju ārpus platjoslas IEEE CCNC (2020. gada 10.–13. janvāris, Lasvegasa).
Bezvadu komunikācijā ar 5G kā nākamo paaudzi tiek virzīts uz augstākām darba frekvencēm, pārejot no pārslogotajām zem 6 GHz joslām uz mm viļņu joslām (un tālāk).Šo mm viļņu joslu ieviešana būtiski ietekmē kopējo 5G tīkla infrastruktūru un mobilās ierīces.Mobilajiem pakalpojumiem un fiksētajai bezvadu piekļuvei (FWA) tas nozīmē arvien sarežģītākus priekšgala moduļus, kas sūta signālu uz antenu un no tās.
Lai varētu darboties ar mm viļņu frekvencēm, RF priekšgala moduļiem būs jāapvieno liels ātrums (nodrošinot datu pārraides ātrumu 10 Gbps un vairāk) ar lielu izejas jaudu.Turklāt to ieviešana mobilajos tālruņos izvirza augstas prasības to formas faktoram un jaudas efektivitātei.Papildus 5G šīs prasības vairs nevar sasniegt ar mūsdienu vismodernākajiem RF priekšgala moduļiem, kas parasti balstās uz dažādām tehnoloģijām, tostarp uz GaAs balstītiem HBT jaudas pastiprinātājiem, kas audzēti uz maziem un dārgiem GaAs substrātiem.
"Lai iespējotu nākamās paaudzes RF priekšgala moduļus ārpus 5G, Imec pēta ar CMOS saderīgu III-V-on-Si tehnoloģiju," saka Nadīna Kolerta, Imec programmas direktore.“Imec meklē iespēju integrēt priekšgala komponentus (piemēram, jaudas pastiprinātājus un slēdžus) ar citām shēmām, kuru pamatā ir CMOS (piemēram, vadības shēmas vai raiduztvērēja tehnoloģija), lai samazinātu izmaksas un formas faktoru un nodrošinātu jaunas hibrīda ķēdes topoloģijas. veiktspēju un efektivitāti.Imec pēta divus dažādus maršrutus: (1) InP uz Si, mērķējot uz mm viļņu un frekvencēm virs 100 GHz (nākotnes 6G lietojumprogrammas) un (2) uz GaN balstītām ierīcēm Si, mērķējot (pirmajā fāzē) uz zemāko mm viļņu. joslām un adresētajām lietojumprogrammām, kurām nepieciešams liels jaudas blīvums.Abos maršrutos mēs esam ieguvuši pirmās funkcionālās ierīces ar daudzsološām veiktspējas īpašībām, un mēs noskaidrojām veidus, kā vēl vairāk uzlabot to darbības frekvences.
Funkcionālās GaAs/InGaP HBT ierīces, kas audzētas uz 300 mm Si, ir demonstrētas kā pirmais solis ceļā uz InP balstītu ierīču iespējošanu.Bezdefektu ierīču kaudze ar vītņu dislokācijas blīvumu, kas mazāka par 3x106 cm-2, tika iegūta, izmantojot Imec unikālo III-V nano-kores inženierijas (NRE) procesu.Ierīces darbojas ievērojami labāk nekā atsauces ierīces ar GaA, kas izgatavotas uz Si substrātiem ar spriedzes atslābināta bufera (SRB) slāņiem.Nākamajā solī tiks izpētītas augstākas mobilitātes ierīces, kuru pamatā ir InP (HBT un HEMT).
Augšējā attēlā parādīta NRE pieeja hibrīda III-V/CMOS integrācijai uz 300 mm Si: (a) nano-tranšeju veidošanās;defekti ir iesprostoti šaurā tranšejas reģionā;(b) HBT steka palielināšana, izmantojot NRE, un (c) dažādas izkārtojuma iespējas HBT ierīču integrācijai.
Turklāt ar CMOS saderīgas GaN/AlGaN ierīces ar 200 mm Si ir izgatavotas, salīdzinot trīs dažādas ierīču arhitektūras - HEMT, MOSFET un MISHEMT.Tika parādīts, ka MISHEMT ierīces pārspēj citus ierīču tipus ierīču mērogojamības un trokšņu veiktspējas ziņā augstfrekvences darbībai.Maksimālās fT / fmax robežfrekvences aptuveni 50/40 tika iegūtas 300 nm vārtu garumiem, kas atbilst ziņotajām GaN-on-SiC ierīcēm.Papildus tālākai vārtu garuma mērogošanai, pirmie rezultāti ar AlInN kā barjeras materiālu liecina par potenciālu vēl vairāk uzlabot veiktspēju un tādējādi palielināt ierīces darbības frekvenci līdz vajadzīgajām mm viļņu joslām.
Ievietošanas laiks: 23-03-21