Imec, бельгийский исследовательский и инновационный центр, представил первые функциональные устройства на основе биполярных транзисторов с гетеропереходом (HBT) на основе GaAs на 300 мм Si и КМОП-совместимые устройства на основе GaN на 200 мм Si для приложений миллиметрового диапазона.
Результаты демонстрируют потенциал как III-V-on-Si, так и GaN-on-Si как технологий, совместимых с CMOS, для включения входных ВЧ-модулей для приложений, выходящих за рамки 5G.Они были представлены на прошлогодней конференции IEDM (декабрь 2019 г., Сан-Франциско) и будут представлены в основной презентации Майкла Питерса из Imec о коммуникации с потребителями за пределами широкополосной связи на IEEE CCNC (10–13 января 2020 г., Лас-Вегас).
В беспроводной связи с 5G в качестве следующего поколения наблюдается стремление к более высоким рабочим частотам, переход от перегруженных диапазонов ниже 6 ГГц к диапазонам миллиметровых волн (и выше).Внедрение этих миллиметровых диапазонов оказывает значительное влияние на общую сетевую инфраструктуру 5G и мобильные устройства.Для мобильных услуг и фиксированного беспроводного доступа (FWA) это приводит к увеличению сложности интерфейсных модулей, которые передают сигнал к антенне и от нее.
Чтобы иметь возможность работать на частотах миллиметрового диапазона, входные ВЧ-модули должны сочетать высокую скорость (обеспечивающую скорость передачи данных 10 Гбит/с и выше) с высокой выходной мощностью.Кроме того, их реализация в мобильных телефонах предъявляет высокие требования к их форм-фактору и энергоэффективности.Помимо 5G, эти требования больше не могут быть удовлетворены с помощью современных передовых ВЧ-модулей, которые обычно основаны на множестве различных технологий, включая HBT на основе GaAs для усилителей мощности, выращенных на небольших и дорогих подложках GaAs.
«Чтобы внедрить интерфейсные ВЧ-модули следующего поколения за пределами 5G, Imec исследует CMOS-совместимую технологию III-V-on-Si», — говорит Надин Колларт, программный директор Imec.«Imec изучает возможность совместной интеграции внешних компонентов (таких как усилители мощности и переключатели) с другими схемами на основе КМОП (такими как схемы управления или приемопередатчики) для снижения стоимости и форм-фактора, а также создания новых топологий гибридных схем. для решения вопросов производительности и эффективности.Imec изучает два разных пути: (1) InP на Si, нацеленный на миллиметровые волны и частоты выше 100 ГГц (будущие приложения 6G) и (2) устройства на основе GaN на Si, нацеленные (на первом этапе) на более низкие миллиметровые волны. диапазонах и адресных приложениях, нуждающихся в высокой плотности мощности.Для обоих маршрутов мы уже получили первые функциональные устройства с многообещающими рабочими характеристиками и определили пути дальнейшего повышения их рабочих частот».
Функциональные устройства GaAs/InGaP HBT, выращенные на 300 мм кремния, были продемонстрированы как первый шаг к созданию устройств на основе InP.Бездефектный набор устройств с плотностью пронизывающих дислокаций ниже 3x106 см-2 был получен с использованием уникального процесса разработки нано-гребней (NRE) Imec III-V.Устройства работают значительно лучше, чем эталонные устройства, с GaAs, изготовленным на подложках Si со слоями релаксированного буфера (SRB).На следующем этапе будут изучены более мобильные устройства на базе InP (HBT и HEMT).
На изображении выше показан подход NRE для гибридной интеграции III-V / CMOS на 300 мм Si: (a) формирование нанотраншей;дефекты захватываются в узкой области канавки;(b) рост стека HBT с использованием NRE и (c) различные варианты компоновки для интеграции устройств HBT.
Кроме того, были изготовлены КМОП-совместимые устройства на основе GaN/AlGaN на 200-миллиметровом кремнии, сравнивающие три различных архитектуры устройств — HEMT, MOSFET и MISHEMT.Было показано, что устройства МИШЕМТ превосходят другие типы устройств с точки зрения масштабируемости устройств и шумовых характеристик для высокочастотной работы.Пиковые частоты среза fT/fmax около 50/40 были получены для длины затвора 300 нм, что соответствует заявленным устройствам GaN-on-SiC.Помимо дальнейшего масштабирования длины затвора, первые результаты использования AlInN в качестве барьерного материала показывают потенциал для дальнейшего улучшения характеристик и, следовательно, увеличения рабочей частоты устройства до требуемых миллиметровых диапазонов.
Время публикации: 23-03-21