Imec, belgialainen tutkimus- ja innovaatiokeskus, on esitellyt ensimmäiset toiminnalliset GaAs-pohjaiset heterojunction bipolaaritransistori (HBT) -laitteet 300 mm Si:llä ja CMOS-yhteensopivat GaN-pohjaiset laitteet 200 mm Si:llä mm-aaltosovelluksiin.
Tulokset osoittavat sekä III-V-on-Si:n että GaN-on-Sin potentiaalin CMOS-yhteensopivina teknologioina RF-etupäämoduulien mahdollistamiseksi 5G-sovelluksiin.Ne esiteltiin viime vuoden IEDM-konferenssissa (joulukuu 2019, San Francisco), ja ne esitetään Imecin Michael Peetersin pääesittelyssä kuluttajaviestinnästä laajakaistan lisäksi IEEE CCNC:ssä (10.–13.1.2020, Las Vegas).
Langattomassa tietoliikenteessä, jossa 5G on seuraavan sukupolven vuorovaikutus, painostetaan korkeampiin toimintataajuuksiin siirtymällä ruuhkaisilta alle 6 GHz:n taajuuksilta kohti mm-aaltokaistoja (ja pidemmälle).Näiden mm-aaltokaistojen käyttöönotolla on merkittävä vaikutus koko 5G-verkkoinfrastruktuuriin ja mobiililaitteisiin.Mobiilipalveluissa ja kiinteässä langattomassa liitännässä (FWA) tämä muuttuu yhä monimutkaisemmiksi etupään moduuleiksi, jotka lähettävät signaalin antenniin ja antennista.
Voidakseen toimia mm-aaltotaajuuksilla, RF-etupäämoduulien on yhdistettävä suuri nopeus (mahdollistaa 10 Gbps:n ja enemmän tiedonsiirtonopeudet) korkeaan lähtötehoon.Lisäksi niiden käyttöönotto matkapuhelimissa asettaa korkeat vaatimukset niiden muotokertoimelle ja tehotehokkuudelle.5G:n lisäksi näitä vaatimuksia ei voida enää saavuttaa nykypäivän edistyneimmillä RF-etupäämoduuleilla, jotka tyypillisesti perustuvat useisiin erilaisiin teknologioihin, muun muassa GaAs-pohjaisiin tehovahvistimien HBT:iin, joita kasvatetaan pienillä ja kalliilla GaAs-substraateilla.
"Ottaakseen käyttöön seuraavan sukupolven RF-etupään moduulit 5G:n ulkopuolella, Imec tutkii CMOS-yhteensopivaa III-V-on-Si-tekniikkaa", sanoo Imecin ohjelmajohtaja Nadine Collaert."Imec tutkii etupään komponenttien (kuten tehovahvistimien ja kytkimien) yhteisintegrointia muiden CMOS-pohjaisten piirien (kuten ohjauspiirien tai lähetinvastaanotinteknologian) kanssa kustannusten ja muotokertoimen vähentämiseksi ja uusien hybridipiiritopologioiden mahdollistamiseksi. tehokkuuden ja tehokkuuden parantamiseksi.Imec tutkii kahta eri reittiä: (1) InP on Si, joka kohdistuu mm-aaltoille ja yli 100 GHz:n taajuuksille (tulevat 6G-sovellukset) ja (2) GaN-pohjaiset laitteet Si:llä, kohdistetaan (ensimmäisessä vaiheessa) alempaan mm-aaltoon. taajuuksia ja osoitesovelluksia, jotka tarvitsevat suuria tehotiheyksiä.Molemmille reiteille olemme nyt saaneet ensimmäiset toimivat laitteet lupaavilla suorituskykyominaisuuksilla, ja olemme löytäneet tapoja parantaa niiden toimintataajuutta entisestään.
Toiminnalliset GaAs/InGaP HBT -laitteet, jotka on kasvatettu 300 mm Si:llä, on osoitettu ensimmäisenä askeleena kohti InP-pohjaisten laitteiden mahdollistamista.Viaton laitepino, jonka kierteen dislokaatiotiheys oli alle 3x106 cm-2, saatiin käyttämällä Imecin ainutlaatuista III-V nano-ridge engineering (NRE) -prosessia.Laitteet toimivat huomattavasti paremmin kuin vertailulaitteet, ja GaA:t on valmistettu Si-substraateille, joissa on strain relaxed buffer (SRB) kerrokset.Seuraavassa vaiheessa tutkitaan korkeamman liikkuvuuden InP-pohjaisia laitteita (HBT ja HEMT).
Yllä olevassa kuvassa näkyy NRE-lähestymistapa hybridi III-V/CMOS-integraatioon 300 mm Si:lla: (a) nano-kaivannon muodostus;viat jäävät loukkuun kapealla kaivannon alueella;(b) HBT-pinon kasvu käyttämällä NRE:tä ja (c) erilaisia asetteluvaihtoehtoja HBT-laitteiden integroimiseksi.
Lisäksi CMOS-yhteensopivia GaN/AlGaN-pohjaisia laitteita 200 mm Si:llä on valmistettu vertaamalla kolmea eri laitearkkitehtuuria - HEMT:itä, MOSFETtejä ja MISHEMT:itä.Osoitettiin, että MISHEMT-laitteet ovat muita laitetyyppejä parempia laitteiden skaalautuvuuden ja kohinan suorituskyvyn suhteen korkeataajuisessa käytössä.Huippurajataajuudet fT/fmax noin 50/40 saatiin 300 nm:n porttipituuksille, mikä on linjassa raportoitujen GaN-on-SiC-laitteiden kanssa.Porttien pituuden lisäskaalauksen lisäksi ensimmäiset tulokset, joissa AlInN on suojamateriaalina, osoittavat potentiaalin parantaa suorituskykyä entisestään ja siten nostaa laitteen toimintataajuutta vaadituille mm-aaltokaistoille.
Postitusaika: 23-03-21