Az Imec, a belga kutatási és innovációs központ bemutatta az első működőképes GaAs-alapú heterojunkciós bipoláris tranzisztoros (HBT) eszközöket 300 mm Si-en, és CMOS-kompatibilis GaN-alapú eszközöket 200 mm-es Si-en mm-hullámú alkalmazásokhoz.
Az eredmények azt mutatják, hogy mind a III-V-on-Si, mind a GaN-on-Si CMOS-kompatibilis technológiákban rejlik az RF front-end modulok 5G-n túli alkalmazásokban való lehetővé tételében.A tavalyi IEDM-konferencián (2019. december, San Francisco) mutatták be őket, és az Imec Michael Peeters-nek a szélessávon túli fogyasztói kommunikációról szóló vitaindító előadásában is szerepelnek az IEEE CCNC-n (2020. január 10–13., Las Vegas).
A vezeték nélküli kommunikációban, az 5G-vel, mint a következő generációval, a magasabb működési frekvenciák felé tolódik, a zsúfolt 6 GHz alatti sávoktól a mm-hullámú sávok felé (és azon túl is).Ezen mm-es hullámsávok bevezetése jelentős hatással van az 5G hálózati infrastruktúrára és a mobileszközökre.A mobilszolgáltatások és a Fix Wireless Access (FWA) esetében ez egyre bonyolultabb front-end modulokat jelent, amelyek továbbítják a jelet az antenna felé és onnan.
Ahhoz, hogy mm-hullámú frekvencián működhessenek, az RF front-end moduloknak a nagy sebességet (10 Gbps és annál nagyobb adatátvitelt lehetővé tevő) nagy kimeneti teljesítménnyel kell kombinálniuk.Ezenkívül a mobilkészülékekben való megvalósításuk magas követelményeket támaszt a formai tényezővel és az energiahatékonyságukkal szemben.Az 5G-n túl ezek a követelmények már nem teljesíthetők napjaink legfejlettebb RF front-end moduljaival, amelyek jellemzően különféle technológiákra támaszkodnak, többek között a GaAs-alapú HBT-k teljesítményerősítőihez – amelyeket kis és drága GaAs hordozókon termesztenek.
„A következő generációs RF front-end modulok 5G-n túli lehetővé tétele érdekében az Imec feltárja a CMOS-kompatibilis III-V-on-Si technológiát” – mondja Nadine Collaert, az Imec programigazgatója.„Az Imec vizsgálja a front-end komponensek (például teljesítményerősítők és kapcsolók) más CMOS-alapú áramkörökkel (például vezérlőáramkörrel vagy adó-vevő technológiával) való kointegrációját, hogy csökkentse a költségeket és a formai tényezőt, valamint új hibrid áramköri topológiákat tegyen lehetővé. a teljesítmény és a hatékonyság kezelésére.Az Imec két különböző útvonalat vizsgál: (1) InP on Si, amely mm-es hullámot és 100 GHz feletti frekvenciákat céloz meg (jövőbeni 6G alkalmazások) és (2) GaN-alapú eszközöket Si-n, amely (első fázisban) az alsó mm-hullámot célozza meg. sávok és a nagy teljesítménysűrűséget igénylő alkalmazások megszólítása.Mindkét útvonalon megszereztük az első működőképes eszközöket, amelyek ígéretes teljesítményjellemzőkkel rendelkeznek, és megtaláltuk a módszereket, amelyekkel tovább növelhetjük működési gyakoriságukat.”
A funkcionális GaAs/InGaP HBT-eszközök 300 mm-es Si-en növesztettek, mint az első lépés az InP-alapú eszközök engedélyezése felé.Az Imec egyedülálló III-V nano-ridge engineering (NRE) eljárásával egy 3x106 cm-2 alatti menetdiszlokációs sűrűségű hibamentes eszközköteget kaptunk.Az eszközök lényegesen jobban teljesítenek, mint a referenciaeszközök, a GaAs-t Si hordozóra gyártják strain relaxed puffer (SRB) rétegekkel.A következő lépésben a nagyobb mobilitású InP-alapú eszközöket (HBT és HEMT) vizsgálják meg.
A fenti kép az NRE megközelítést mutatja hibrid III-V/CMOS integrációhoz 300 mm Si-en: (a) nano-árok kialakítása;a hibák beszorulnak a keskeny árok területén;(b) HBT-verem növekedése NRE használatával és (c) különböző elrendezési lehetőségek a HBT-eszközök integrációjához.
Ezenkívül a CMOS-kompatibilis GaN/AlGaN-alapú, 200 mm-es Si-en működő eszközöket három különböző eszközarchitektúra – HEMT, MOSFET és MISHEMT – összehasonlításával készítettek.Kimutatták, hogy a MISHEMT eszközök felülmúlják a többi eszköztípust az eszköz méretezhetősége és zajteljesítménye tekintetében a nagyfrekvenciás működéshez.50/40 körüli fT/fmax csúcsfrekvenciákat kaptunk 300 nm-es kapuhosszak esetén, ami összhangban van a GaN-on-SiC eszközökkel.A további kapuhossz-skálázás mellett az AlInN-nel, mint záróanyaggal, az első eredmények azt mutatják, hogy tovább javítható a teljesítmény, és ezáltal az eszköz működési frekvenciája a szükséges mm-es hullámsávra növelhető.
Feladás időpontja: 23-03-21