Imec, белгийският изследователски и иновационен център, представи първите функционални базирани на GaAs устройства с биполярен транзистор с хетеропреход (HBT) на 300 mm Si и CMOS-съвместими устройства на базата на GaN на 200 mm Si за приложения с mm вълни.
Резултатите демонстрират потенциала на III-V-on-Si и GaN-on-Si като CMOS-съвместими технологии за активиране на RF предни модули за приложения извън 5G.Те бяха представени на миналогодишната конференция IEDM (декември 2019 г., Сан Франциско) и ще бъдат включени в основната презентация на Майкъл Пийтърс от Imec относно потребителската комуникация отвъд широколентовата връзка в IEEE CCNC (10-13 януари 2020 г., Лас Вегас).
В безжичната комуникация, с 5G като следващото поколение, има тласък към по-високи работни честоти, преминавайки от претоварените ленти под 6GHz към ленти с mm вълни (и извън тях).Въвеждането на тези ленти с mm-вълни има значително въздействие върху цялостната 5G мрежова инфраструктура и мобилните устройства.За мобилни услуги и фиксиран безжичен достъп (FWA) това се превръща във все по-сложни предни модули, които изпращат сигнала към и от антената.
За да могат да работят на честоти от милиметрови вълни, RF предните модули ще трябва да комбинират висока скорост (позволяваща скорости на данни от 10 Gbps и повече) с висока изходна мощност.В допълнение, внедряването им в мобилни телефони поставя високи изисквания към техния форм фактор и енергийна ефективност.Отвъд 5G, тези изисквания вече не могат да бъдат постигнати с днешните най-модерни RF предни модули, които обикновено разчитат на разнообразие от различни технологии сред другите базирани на GaAs HBT за усилватели на мощност - отгледани върху малки и скъпи GaAs субстрати.
„За да активира следващото поколение RF предни модули отвъд 5G, Imec изследва CMOS-съвместимата III-V-on-Si технология“, казва Надин Колаерт, програмен директор в Imec.„Imec търси съвместна интеграция на предни компоненти (като усилватели на мощност и превключватели) с други CMOS-базирани вериги (като контролни вериги или трансивърна технология), за да намали разходите и форм-фактора и да позволи нови хибридни топологии на вериги за справяне с производителността и ефективността.Imec проучва два различни маршрута: (1) InP на Si, насочен към mm-вълни и честоти над 100GHz (бъдещи 6G приложения) и (2) GaN-базирани устройства на Si, насочени (в първа фаза) към по-ниските mm-вълни ленти и приложения за адресиране, нуждаещи се от висока плътност на мощността.И за двата маршрута вече получихме първите функционални устройства с обещаващи характеристики на производителност и идентифицирахме начини за допълнително подобряване на техните работни честоти.
Функционални GaAs/InGaP HBT устройства, отгледани върху 300 mm Si, бяха демонстрирани като първа стъпка към активирането на базирани на InP устройства.Бездефектен стек от устройства с плътност на дислокация на резби под 3x106cm-2 беше получен чрез използване на уникалния процес III-V нано-гребен инженеринг (NRE) на Imec.Устройствата работят значително по-добре от референтните устройства, с GaAs, произведени върху Si субстрати с буферни слоеве с релаксиращо напрежение (SRB).В следващата стъпка ще бъдат проучени устройства, базирани на InP с по-висока мобилност (HBT и HEMT).
Изображението по-горе показва NRE подхода за хибридна III-V/CMOS интеграция върху 300 mm Si: (a) образуване на нано-транч;дефектите се улавят в тесния участък на изкопа;(b) растеж на HBT стека с помощта на NRE и (c) различни опции за оформление за интегриране на HBT устройство.
Освен това, CMOS-съвместими GaN/AlGaN-базирани устройства върху 200 mm Si са произведени чрез сравняване на три различни архитектури на устройства - HEMTs, MOSFETs и MISHEMTs.Беше показано, че устройствата MISHEMT превъзхождат другите типове устройства по отношение на мащабируемостта на устройствата и производителността на шума за работа с висока честота.Пиковите гранични честоти на fT/fmax около 50/40 бяха получени за 300nm дължини на порта, което е в съответствие с докладваните GaN-on-SiC устройства.Освен по-нататъшното мащабиране на дължината на вратата, първите резултати с AlInN като бариерен материал показват потенциал за допълнително подобряване на производителността и следователно увеличаване на работната честота на устройството до необходимите ленти на mm вълни.
Време на публикуване: 23-03-21