Belgia uurimis- ja innovatsioonikeskus Imec on esitlenud esimesi funktsionaalseid GaAs-põhiseid heterosiirdelise bipolaarse transistori (HBT) seadmeid 300 mm Si-l ja CMOS-ühilduvaid GaN-põhiseid seadmeid 200 mm Si-l mm-laine rakenduste jaoks.
Tulemused näitavad nii III-V-on-Si kui ka GaN-on-Si potentsiaali CMOS-iga ühilduvate tehnoloogiatena, et võimaldada raadiosagedusliku esiotsa mooduleid väljaspool 5G rakendusi.Neid esitleti eelmise aasta IEDM-i konverentsil (detsember 2019, San Francisco) ja neid tutvustatakse IEEE CCNC-s (10.–13. jaan 2020, Las Vegas) Imeci Michael Peetersi peaettekandes tarbijasuhtlusest väljaspool lairibaühendust.
Traadita side puhul, kus 5G on järgmine põlvkond, liigutakse kõrgemate töösageduste poole, liikudes ülekoormatud alla 6 GHz sagedusaladelt mm-laineribade poole (ja kaugemale).Nende mm-laineribade kasutuselevõtul on oluline mõju kogu 5G võrgu infrastruktuurile ja mobiilseadmetele.Mobiilsideteenuste ja fikseeritud traadita juurdepääsu (FWA) puhul tähendab see järjest keerukamaid esimooduleid, mis saadavad signaali antennile ja antennilt.
Mm-lainete sagedustel töötamiseks peavad raadiosageduslikud esimoodulid ühendama suure kiiruse (võimaldab andmeedastuskiirust 10 Gbps ja rohkem) suure väljundvõimsusega.Lisaks seab nende rakendamine mobiiltelefonides kõrged nõudmised nende vormitegurile ja energiatõhususele.Lisaks 5G-le ei saa neid nõudeid enam täita tänapäevaste kõige arenenumate RF-liidesmoodulitega, mis tavaliselt tuginevad erinevatele tehnoloogiatele, sealhulgas GaAs-põhistele võimsusvõimendite jaoks mõeldud HBT-dele, mida kasvatatakse väikestel ja kallitel GaAs-substraatidel.
"Selleks, et võimaldada järgmise põlvkonna RF-liidesmooduleid peale 5G, uurib Imec CMOS-iga ühilduvat III-V-on-Si tehnoloogiat," ütleb Imeci programmidirektor Nadine Collaert."Imec uurib esiotsa komponentide (nagu võimsusvõimendid ja lülitid) koosintegreerimist teiste CMOS-põhiste vooluahelatega (nagu juhtimisahel või transiivertehnoloogia), et vähendada kulusid ja vormitegurit ning võimaldada uusi hübriidahela topoloogiaid. jõudluse ja tõhususe käsitlemiseks.Imec uurib kahte erinevat marsruuti: (1) InP on Si, mis sihib mm-lainet ja sagedusi üle 100 GHz (tulevased 6G rakendused) ja (2) GaN-põhised seadmed Si-l, mis sihib (esimeses faasis) madalamat mm-lainet. sagedusalasid ja adresseerimisrakendusi, mis vajavad suurt võimsustihedust.Mõlema marsruudi jaoks oleme nüüd hankinud esimesed funktsionaalsed seadmed, millel on paljutõotavad jõudlusnäitajad, ja leidsime viisid, kuidas nende töösagedusi veelgi suurendada.
Funktsionaalsed GaAs / InGaP HBT-seadmed, mis on kasvatatud 300 mm Si peal, on esimese sammuna InP-põhiste seadmete lubamise suunas.Defektideta seadmepakk, mille keermestamise dislokatsioonitihedus on alla 3 x 106 cm-2, saadi Imeci ainulaadse III-V nano-ridge engineering (NRE) protsessi abil.Seadmed toimivad märkimisväärselt paremini kui võrdlusseadmed, kuna GaA-d on valmistatud Si-substraatidel, millel on pinge lõdvestunud puhvri (SRB) kihid.Järgmises etapis uuritakse suurema mobiilsusega InP-põhiseid seadmeid (HBT ja HEMT).
Ülaltoodud pilt näitab NRE lähenemisviisi hübriid III-V/CMOS integreerimiseks 300 mm Si: (a) nano-kraavi moodustamine;defektid on lõksus kitsas kraavi piirkonnas;(b) HBT virna kasv NRE abil ja (c) erinevad paigutusvalikud HBT-seadmete integreerimiseks.
Lisaks on valmistatud CMOS-iga ühilduvad GaN/AlGaN-põhised 200 mm Si-ga seadmed, võrreldes kolme erinevat seadmearhitektuuri - HEMT-sid, MOSFET-e ja MISHEMT-sid.Näidati, et MISHEMT seadmed ületavad teisi seadmetüüpe seadmete skaleeritavuse ja kõrgsagedusliku töö müra jõudluse osas.300 nm värava pikkuste puhul saadi fT / fmax maksimaalsed piirsagedused umbes 50/40, mis on kooskõlas teatatud GaN-on-SiC seadmetega.Lisaks värava pikkuse edasisele skaleerimisele näitavad AlInN-i kui tõkkematerjali esimesed tulemused potentsiaali jõudlust veelgi parandada ja seega suurendada seadme töösagedust vajalike mm-laineribadeni.
Postitusaeg: 23-03-21