Imec, belgijski centar za istraživanje i inovacije, predstavio je prve funkcionalne GaAs bazirane heterojunction bipolarne tranzistorske uređaje (HBT) na 300 mm Si i CMOS kompatibilne GaN-bazirane uređaje na 200 mm Si za aplikacije mm talasa.
Rezultati pokazuju potencijal i III-V-on-Si i GaN-on-Si kao CMOS-kompatibilnih tehnologija za omogućavanje RF front-end modula za aplikacije koje su izvan 5G.Oni su predstavljeni na prošlogodišnjoj IEDM konferenciji (decembar 2019, San Francisco) i bit će predstavljeni u glavnoj prezentaciji Imec-ovog Michaela Peetersa o komunikaciji potrošača izvan širokopojasnog pristupa na IEEE CCNC (10-13. januara 2020., Las Vegas).
U bežičnoj komunikaciji, sa 5G kao sljedećom generacijom, postoji pomak ka višim radnim frekvencijama, krećući se od zagušenih opsega ispod 6 GHz prema mm talasnim opsezima (i dalje).Uvođenje ovih mm talasnih opsega ima značajan utjecaj na cjelokupnu 5G mrežnu infrastrukturu i mobilne uređaje.Za mobilne usluge i fiksni bežični pristup (FWA), ovo se pretvara u sve složenije front-end module koji šalju signal na i sa antene.
Da bi mogli da rade na frekvencijama mm talasa, RF front-end moduli će morati da kombinuju veliku brzinu (omogućava brzinu prenosa podataka od 10 Gbps i više) sa velikom izlaznom snagom.Osim toga, njihova implementacija u mobilne telefone postavlja visoke zahtjeve u pogledu njihovog oblika i energetske efikasnosti.Osim 5G, ovi zahtjevi se više ne mogu ostvariti sa današnjim najnaprednijim RF front-end modulima koji se obično oslanjaju na niz različitih tehnologija između ostalih HBT baziranih na GaAs za pojačala snage – uzgojenih na malim i skupim GaAs podlogama.
„Da bi omogućio sledeću generaciju RF front-end modula izvan 5G, Imec istražuje CMOS-kompatibilnu tehnologiju III-V-on-Si“, kaže Nadine Collaert, programska direktorica u Imec-u.“Imec istražuje kointegraciju front-end komponenti (kao što su pojačala snage i prekidači) s drugim CMOS-baziranim kolima (kao što su upravljačka kola ili tehnologija primopredajnika), kako bi se smanjila cijena i faktor oblika, te omogućila nova hibridna topologija kola. da se pozabave performansama i efikasnosti.Imec istražuje dva različita puta: (1) InP na Si, ciljajući mm-val i frekvencije iznad 100GHz (buduće 6G aplikacije) i (2) GaN-bazirane uređaje na Si, ciljajući (u prvoj fazi) niži mm-val opsega i adresiranje aplikacija kojima su potrebne velike gustoće snage.Za obje rute sada smo dobili prve funkcionalne uređaje sa obećavajućim karakteristikama performansi i identificirali smo načine za dalje poboljšanje njihovih radnih frekvencija.”
Funkcionalni GaAs/InGaP HBT uređaji uzgojeni na 300 mm Si demonstrirani su kao prvi korak ka omogućavanju uređaja zasnovanih na InP.Komplet uređaja bez defekta sa gustinom dislokacije navoja ispod 3x106cm-2 dobijen je korišćenjem Imec-ovog jedinstvenog III-V nano-grebenog inženjeringa (NRE) procesa.Uređaji rade znatno bolje od referentnih uređaja, s GaAs proizvedenim na Si supstratima sa slojevima pufera opuštenog naprezanja (SRB).U sljedećem koraku će se istražiti uređaji veće mobilnosti zasnovani na InP-u (HBT i HEMT).
Slika iznad prikazuje NRE pristup za hibridnu III-V/CMOS integraciju na 300 mm Si: (a) formiranje nano-rova;defekti su zarobljeni u uskom području rova;(b) rast HBT steka koristeći NRE i (c) različite opcije rasporeda za integraciju HBT uređaja.
Štaviše, CMOS kompatibilni GaN/AlGaN-bazirani uređaji na 200 mm Si su proizvedeni upoređujući tri različite arhitekture uređaja - HEMT, MOSFET i MISHEMT.Pokazalo se da MISHEMT uređaji nadmašuju druge tipove uređaja u pogledu skalabilnosti uređaja i performansi buke za rad na visokim frekvencijama.Maksimalne granične frekvencije od fT/fmax oko 50/40 su dobijene za 300nm dužine kapije, što je u skladu sa prijavljenim GaN-on-SiC uređajima.Pored daljeg skaliranja dužine gejta, prvi rezultati sa AlInN kao materijalom za barijeru pokazuju potencijal za dalje poboljšanje performansi, a samim tim i povećanje radne frekvencije uređaja na potrebne opsege mm talasa.
Vrijeme objave: 23-03-21