Imec, die Belgiese navorsings- en innovasie-spilpunt, het die eerste funksionele GaAs-gebaseerde heterojunction bipolêre transistor (HBT) toestelle op 300 mm Si, en CMOS-versoenbare GaN-gebaseerde toestelle op 200 mm Si vir mm-golf toepassings aangebied.
Die resultate demonstreer die potensiaal van beide III-V-on-Si en GaN-on-Si as CMOS-versoenbare tegnologieë om RF-voorkantmodules vir verder as 5G-toepassings moontlik te maak.Hulle is by verlede jaar se IEDM-konferensie (Des 2019, San Francisco) aangebied en sal verskyn in 'n hoofaanbieding van Imec se Michael Peeters oor verbruikerskommunikasie buite breëband by IEEE CCNC (10-13 Januarie 2020, Las Vegas).
In draadlose kommunikasie, met 5G as die volgende generasie, is daar 'n stoot na hoër bedryfsfrekwensies, wat beweeg van die oorbelaste sub-6GHz-bande na mm-golfbande (en verder).Die bekendstelling van hierdie mm-golfbande het 'n beduidende impak op die algehele 5G-netwerkinfrastruktuur en die mobiele toestelle.Vir mobiele dienste en vaste draadlose toegang (FWA) word dit vertaal in toenemend komplekse front-end modules wat die sein na en van die antenna stuur.
Om teen mm-golffrekwensies te kan werk, sal die RF-voorkantmodules hoë spoed (wat datasnelhede van 10Gbps en verder moontlik maak) met hoë uitsetkrag moet kombineer.Boonop stel hul implementering in selfone hoë eise aan hul vormfaktor en kragdoeltreffendheid.Behalwe 5G, kan hierdie vereistes nie meer bereik word met vandag se mees gevorderde RF front-end modules wat tipies staatmaak op 'n verskeidenheid van verskillende tegnologieë, onder andere GaAs-gebaseerde HBT's vir die kragversterkers - gegroei op klein en duur GaAs substrate.
“Om die volgende generasie RF-voorkantmodules verder as 5G moontlik te maak, ondersoek Imec CMOS-versoenbare III-V-on-Si-tegnologie,” sê Nadine Collaert, programdirekteur by Imec."Imec kyk na ko-integrasie van voorkantkomponente (soos kragversterkers en skakelaars) met ander CMOS-gebaseerde stroombane (soos beheerkringe of transceiver-tegnologie), om koste en vormfaktor te verminder, en om nuwe hibriede stroombaantopologieë moontlik te maak prestasie en doeltreffendheid aan te spreek.Imec ondersoek twee verskillende roetes: (1) InP op Si, teiken mm-golf en frekwensies bo 100GHz (toekomstige 6G-toepassings) en (2) GaN-gebaseerde toestelle op Si, wat (in 'n eerste fase) die laer mm-golf teiken bande en aanspreektoepassings wat hoë kragdigthede benodig.Vir albei roetes het ons nou eerste funksionele toestelle met belowende prestasie-eienskappe verkry, en ons het maniere geïdentifiseer om hul bedryfsfrekwensies verder te verbeter.”
Funksionele GaAs/InGaP HBT-toestelle wat op 300 mm Si gekweek is, is gedemonstreer as 'n eerste stap in die rigting van die aktivering van InP-gebaseerde toestelle.'n Defekvrye toestelstapel met onder 3x106cm-2 skroefdraadontwrigtingsdigtheid is verkry deur Imec se unieke III-V nano-rif-ingenieurswese (NRE) proses te gebruik.Die toestelle presteer aansienlik beter as verwysingstoestelle, met GaAs vervaardig op Si-substrate met spanningsverslappende buffer (SRB) lae.In 'n volgende stap sal hoër-mobiliteit InP-gebaseerde toestelle (HBT en HEMT) ondersoek word.
Die beeld hierbo toon die NRE-benadering vir hibriede III-V/CMOS-integrasie op 300mm Si: (a) nano-sloot vorming;defekte is vasgevang in die nou slootgebied;(b) HBT-stapelgroei deur gebruik te maak van NRE en (c) verskillende uitlegopsies vir HBT-toestelintegrasie.
Boonop is CMOS-versoenbare GaN/AlGaN-gebaseerde toestelle op 200 mm Si vervaardig deur drie verskillende toestelargitekture te vergelyk - HEMT's, MOSFET's en MISHEMT's.Daar is getoon dat MISHEMT-toestelle beter presteer as die ander toesteltipes in terme van toestelskaalbaarheid en geraasprestasie vir hoëfrekwensiewerking.Piek afsnyfrekwensies van fT/fmax rondom 50/40 is verkry vir 300nm heklengtes, wat in lyn is met gerapporteerde GaN-op-SiC toestelle.Benewens verdere heklengte-skaal, toon eerste resultate met AlInN as 'n versperringsmateriaal die potensiaal om die werkverrigting verder te verbeter, en dus die bedryfsfrekwensie van die toestel tot die vereiste mm-golfbande te verhoog.
Postyd: 23-03-21