Imec, бельгійський дослідницький та інноваційний центр, представив перші функціональні гетероперехідні біполярні транзисторні (HBT) пристрої на основі 300 мм кремнію та CMOS-сумісні пристрої на основі GaN на 200 мм кремнію для застосування в мм-хвилях.
Результати демонструють потенціал як III-V-on-Si, так і GaN-on-Si як CMOS-сумісних технологій для створення радіочастотних інтерфейсних модулів для додатків, що не перевищують 5G.Вони були представлені на минулорічній конференції IEDM (грудень 2019 р., Сан-Франциско) і будуть представлені в основній презентації Майкла Пітерса з Imec про спілкування споживачів за межами широкосмугового зв’язку на IEEE CCNC (10-13 січня 2020 р., Лас-Вегас).
У бездротовому зв’язку з 5G як наступним поколінням спостерігається поштовх до вищих робочих частот, переходячи від перевантажених діапазонів нижче 6 ГГц до діапазонів мм-хвиль (і далі).Впровадження цих мм-діапазонів має значний вплив на загальну мережеву інфраструктуру 5G і мобільні пристрої.Для мобільних послуг і фіксованого бездротового доступу (FWA) це перетворюється на дедалі складніші передні модулі, які надсилають сигнал до антени та від неї.
Щоб мати можливість працювати на частотах мм-хвиль, передні РЧ-модулі повинні поєднувати високу швидкість (забезпечуючи швидкість передачі даних 10 Гбіт/с і більше) з високою вихідною потужністю.Крім того, їх впровадження в мобільних телефонах висуває високі вимоги до їх форм-фактора та енергоефективності.Крім 5G, ці вимоги більше не можуть бути досягнуті за допомогою найдосконаліших радіочастотних інтерфейсних модулів, які, як правило, покладаються на різноманітні технології, серед інших HBT на основі GaAs для підсилювачів потужності, вирощених на невеликих і дорогих підкладках GaAs.
«Щоб увімкнути радіочастотні інтерфейсні модулі наступного покоління за межами 5G, Imec досліджує сумісну з CMOS технологію III-V-on-Si», — каже Надін Коллаерт, програмний директор Imec.«Imec розглядає можливість спільної інтеграції зовнішніх компонентів (таких як підсилювачі потужності та перемикачі) з іншими схемами на основі CMOS (такими як схеми керування або технологія трансивера), щоб зменшити вартість і форм-фактор, а також створити нові топології гібридних схем. для вирішення проблеми продуктивності та ефективності.Imec досліджує два різні шляхи: (1) InP на Si, орієнтований на мм-хвилі та частоти вище 100 ГГц (майбутні додатки 6G) і (2) пристрої на основі GaN на Si, націлені (на першому етапі) на нижні мм-хвилі. смуг і адресації програм, які потребують високої щільності потужності.Для обох маршрутів ми зараз отримали перші функціональні пристрої з багатообіцяючими характеристиками продуктивності та визначили шляхи подальшого підвищення їх робочих частот».
Функціональні пристрої GaAs/InGaP HBT, вирощені на 300-міліметровому Si, були продемонстровані як перший крок до використання пристроїв на основі InP.Бездефектний стек пристроїв із щільністю дислокації нитки нижче 3x106 см-2 був отриманий за допомогою унікального процесу III-V розробки наногребенів (NRE) Imec.Пристрої працюють значно краще, ніж еталонні пристрої, з GaAs, виготовленим на кремнієвих підкладках із розслабленими буферними шарами (SRB).Наступним кроком будуть досліджені мобільні пристрої на базі InP (HBT і HEMT).
На зображенні вище показано підхід NRE для гібридної інтеграції III-V/CMOS на 300 мм Si: (a) формування наноканавки;дефекти затримуються у вузькій зоні траншеї;(b) Зростання стеку HBT за допомогою NRE та (c) різні варіанти компонування для інтеграції пристрою HBT.
Крім того, CMOS-сумісні пристрої на основі GaN/AlGaN на 200-мм Si були виготовлені шляхом порівняння трьох різних архітектур пристроїв - HEMT, MOSFET і MISHEMT.Було показано, що пристрої MISHEMT перевершують інші типи пристроїв з точки зору масштабованості пристроїв і шумових характеристик для високочастотної роботи.Пікові граничні частоти fT/fmax близько 50/40 були отримані для довжини затвора 300 нм, що відповідає зареєстрованим пристроям GaN-on-SiC.Окрім подальшого масштабування довжини затвора, перші результати з AlInN як бар’єрного матеріалу показують потенціал для подальшого покращення продуктивності, а отже, підвищення робочої частоти пристрою до необхідних мм-діапазонів.
Час розміщення: 23-03-21