Imec, belgijsko središče za raziskave in inovacije, je predstavilo prve funkcionalne bipolarne tranzistorje (HBT) na osnovi GaAs na 300 mm Si in naprave na osnovi GaN, ki so združljive s CMOS, na 200 mm Si za aplikacije mm-valov.
Rezultati prikazujejo potencial tako III-V-on-Si kot GaN-on-Si kot tehnologij, združljivih s CMOS, za omogočanje RF sprednjih modulov za aplikacije, ki presegajo 5G.Predstavljeni so bili na lanski konferenci IEDM (december 2019, San Francisco) in bodo predstavljeni v osrednji predstavitvi Michaela Peetersa iz Imeca o potrošniški komunikaciji onkraj širokopasovne povezave na IEEE CCNC (10.–13. januarja 2020, Las Vegas).
Pri brezžični komunikaciji s 5G kot naslednjo generacijo prihaja do potiska k višjim delovnim frekvencam, ki se premikajo od preobremenjenih pasov pod 6 GHz proti pasovom mm valov (in naprej).Uvedba teh pasov milimetrskega valovanja ima pomemben vpliv na celotno omrežno infrastrukturo 5G in mobilne naprave.Pri mobilnih storitvah in fiksnem brezžičnem dostopu (FWA) to pomeni vse bolj zapletene sprednje module, ki pošiljajo signal do in iz antene.
Da bi lahko delovali na frekvencah milimetrskih valov, bodo RF sprednji moduli morali združevati visoko hitrost (omogočajo prenos podatkov 10 Gbps in več) z visoko izhodno močjo.Poleg tega njihova implementacija v mobilne telefone postavlja visoke zahteve glede faktorja oblike in energetske učinkovitosti.Poleg 5G teh zahtev ni več mogoče doseči z današnjimi najnaprednejšimi moduli RF front-end, ki se običajno zanašajo na vrsto različnih tehnologij, med drugim HBT na osnovi GaAs za močnostne ojačevalnike – gojene na majhnih in dragih substratih GaAs.
»Da bi omogočil naslednjo generacijo RF sprednjih modulov, ki presegajo 5G, Imec raziskuje tehnologijo III-V-on-Si, združljivo s CMOS,« pravi Nadine Collaert, programska direktorica pri Imecu.»Imec proučuje sointegracijo sprednjih komponent (kot so močnostni ojačevalniki in stikala) z drugimi vezji, ki temeljijo na CMOS (kot je krmilno vezje ali tehnologija sprejemnikov), da bi zmanjšali stroške in faktor oblike ter omogočili nove topologije hibridnih vezij obravnavati uspešnost in učinkovitost.Imec raziskuje dve različni poti: (1) InP na Si, ki cilja na milimetrske valove in frekvence nad 100 GHz (prihodnje aplikacije 6G) in (2) naprave na osnovi GaN na Si, ki ciljajo (v prvi fazi) na nižje milimetrske valove. pasove in naslavljanje aplikacij, ki potrebujejo visoko gostoto moči.Za obe poti smo zdaj pridobili prve funkcionalne naprave z obetajočimi lastnostmi delovanja in identificirali smo načine za nadaljnje izboljšanje njihovih delovnih frekvenc.«
Funkcionalne naprave GaAs/InGaP HBT, gojene na 300 mm Si, so bile prikazane kot prvi korak k omogočanju naprav, ki temeljijo na InP.Zbor naprav brez napak z gostoto dislokacij navojev pod 3 x 106 cm-2 je bil pridobljen z uporabo Imec-ovega edinstvenega III-V postopka nano-grebena (NRE).Naprave delujejo precej bolje kot referenčne naprave, z GaAs, izdelanim na substratih Si s plastmi sproščenega pufra (SRB).V naslednjem koraku bodo raziskane naprave, ki temeljijo na InP z večjo mobilnostjo (HBT in HEMT).
Zgornja slika prikazuje pristop NRE za hibridno integracijo III-V/CMOS na 300 mm Si: (a) tvorba nano jarka;napake so ujete v ozkem območju jarka;(b) Rast sklada HBT z uporabo NRE in (c) različne možnosti postavitve za integracijo naprave HBT.
Poleg tega so bile naprave, združljive s CMOS, na osnovi GaN/AlGaN na 200 mm Si izdelane s primerjavo treh različnih arhitektur naprav - HEMT, MOSFET in MISHEMT.Pokazalo se je, da naprave MISHEMT prekašajo druge tipe naprav v smislu razširljivosti naprave in hrupa pri visokofrekvenčnem delovanju.Najvišje mejne frekvence fT/fmax okoli 50/40 so bile dosežene za dolžine vrat 300 nm, kar je v skladu s prijavljenimi napravami GaN-on-SiC.Poleg nadaljnjega skaliranja dolžine vrat prvi rezultati z AlInN kot pregradnim materialom kažejo potencial za nadaljnje izboljšanje zmogljivosti in s tem povečanje delovne frekvence naprave na zahtevane pasove mm-valov.
Čas objave: 23.3.21