Imec, belgijsko središte za istraživanje i inovacije, predstavilo je prve funkcionalne heterospojne bipolarne tranzistore (HBT) na 300 mm Si i CMOS-kompatibilne uređaje na bazi GaN na 200 mm Si za mm-valne aplikacije.
Rezultati pokazuju potencijal i III-V-on-Si i GaN-on-Si kao CMOS-kompatibilnih tehnologija za omogućavanje RF front-end modula za aplikacije izvan 5G.Predstavljeni su na prošlogodišnjoj konferenciji IEDM (prosinac 2019., San Francisco) i bit će prikazani u glavnoj prezentaciji Michaela Peetersa iz Imeca o komunikaciji potrošača izvan širokopojasne veze na IEEE CCNC (10.-13. siječnja 2020., Las Vegas).
U bežičnoj komunikaciji, s 5G kao sljedećom generacijom, postoji pomak prema višim radnim frekvencijama, pomicanjem od zagušenih pojaseva ispod 6 GHz prema mm-valnim pojasima (i šire).Uvođenje ovih mm-valnih pojaseva ima značajan utjecaj na cjelokupnu infrastrukturu 5G mreže i mobilne uređaje.Za mobilne usluge i fiksni bežični pristup (FWA), to se pretvara u sve složenije prednje module koji šalju signal do i od antene.
Kako bi mogli raditi na mm-valnim frekvencijama, RF prednji moduli morat će kombinirati veliku brzinu (omogućujući podatkovne brzine od 10 Gbps i više) s velikom izlaznom snagom.Osim toga, njihova implementacija u mobilne telefone postavlja visoke zahtjeve u pogledu njihovog oblika i energetske učinkovitosti.Izvan 5G, ovi se zahtjevi više ne mogu postići s današnjim najnaprednijim RF prednjim modulima koji se obično oslanjaju na niz različitih tehnologija među ostalim HBT-ovima temeljenim na GaAs za pojačala snage - uzgojenim na malim i skupim GaAs supstratima.
"Kako bi omogućio sljedeću generaciju RF front-end modula izvan 5G, Imec istražuje CMOS-kompatibilnu III-V-on-Si tehnologiju", kaže Nadine Collaert, direktorica programa u Imecu.“Imec razmatra kointegraciju prednjih komponenti (kao što su pojačala snage i prekidači) s drugim sklopovima temeljenim na CMOS-u (kao što su upravljački sklopovi ili tehnologija primopredajnika), kako bi se smanjili troškovi i faktor oblika te omogućile nove hibridne topologije sklopova za rješavanje učinka i učinkovitosti.Imec istražuje dvije različite rute: (1) InP na Si, ciljajući mm-valove i frekvencije iznad 100GHz (buduće 6G aplikacije) i (2) GaN-temeljene uređaje na Si, ciljajući (u prvoj fazi) niže mm-valove opsega i aplikacija za adresiranje kojima je potrebna velika gustoća snage.Za obje rute sada smo dobili prve funkcionalne uređaje s obećavajućim karakteristikama performansi i identificirali smo načine za daljnje poboljšanje njihovih radnih frekvencija.”
Funkcionalni GaAs/InGaP HBT uređaji uzgojeni na 300 mm Si prikazani su kao prvi korak prema omogućavanju uređaja temeljenih na InP.Skup uređaja bez grešaka s gustoćom dislokacije navoja ispod 3x106cm-2 dobiven je korištenjem Imecovog jedinstvenog III-V procesa nano-grebena (NRE).Uređaji rade znatno bolje od referentnih uređaja, s GaAs proizvedenim na Si supstratima sa slojevima opuštenog međuspremnika (SRB).U sljedećem koraku istražit će se uređaji temeljeni na InP-u veće mobilnosti (HBT i HEMT).
Gornja slika prikazuje NRE pristup za hibridnu III-V/CMOS integraciju na 300 mm Si: (a) formiranje nano-jara;defekti su zarobljeni u uskom području rova;(b) Rast HBT skupa korištenjem NRE i (c) različite opcije izgleda za integraciju HBT uređaja.
Štoviše, CMOS-kompatibilni uređaji temeljeni na GaN/AlGaN na 200 mm Si proizvedeni su uspoređujući tri različite arhitekture uređaja - HEMT, MOSFET i MISHEMT.Pokazalo se da uređaji MISHEMT nadmašuju ostale tipove uređaja u smislu skalabilnosti uređaja i performansi buke za visokofrekventni rad.Vršne granične frekvencije od fT/fmax oko 50/40 dobivene su za duljine vrata od 300 nm, što je u skladu s prijavljenim GaN-on-SiC uređajima.Osim daljnjeg skaliranja duljine vrata, prvi rezultati s AlInN kao barijernim materijalom pokazuju potencijal za daljnje poboljšanje performansi, a time i povećanje radne frekvencije uređaja na potrebne mm-valne pojaseve.
Vrijeme objave: 23.03.21