Imec, o centro belga de investigación e innovación, presentou os primeiros dispositivos funcionais de transistores bipolares de heteroxunción (HBT) baseados en GaAs en Si de 300 mm e dispositivos baseados en GaN compatibles con CMOS en Si de 200 mm para aplicacións de ondas mm.
Os resultados demostran o potencial de III-V-on-Si e GaN-on-Si como tecnoloxías compatibles con CMOS para habilitar módulos front-end de RF para aplicacións máis aló de 5G.Presentáronse na conferencia IEDM do ano pasado (decembro de 2019, San Francisco) e serán presentados nunha presentación principal de Michael Peeters de Imec sobre a comunicación de consumidores máis aló da banda ancha no IEEE CCNC (10-13 de xaneiro de 2020, Las Vegas).
Na comunicación sen fíos, con 5G como a próxima xeración, hai un impulso cara a frecuencias operativas máis altas, pasando das bandas conxestionadas de menos de 6 GHz cara a bandas de ondas mm (e máis aló).A introdución destas bandas de ondas mm ten un impacto significativo na infraestrutura xeral de rede 5G e nos dispositivos móbiles.Para os servizos móbiles e o acceso sen fíos fixo (FWA), isto tradúcese en módulos front-end cada vez máis complexos que envían o sinal a e dende a antena.
Para poder operar en frecuencias de ondas mm, os módulos front-end de RF terán que combinar a alta velocidade (permitindo velocidades de datos de 10 Gbps e máis) con alta potencia de saída.Ademais, a súa implementación en teléfonos móbiles esixe un factor de forma e unha eficiencia energética elevadas.Ademais de 5G, estes requisitos xa non se poden cumprir cos módulos front-end de RF máis avanzados actuais que normalmente dependen dunha variedade de tecnoloxías diferentes, entre outros HBT baseados en GaAs para os amplificadores de potencia, cultivados en substratos de GaAs pequenos e caros.
"Para habilitar os módulos front-end de RF de próxima xeración máis aló de 5G, Imec explora a tecnoloxía III-V-on-Si compatible con CMOS", di Nadine Collaert, directora de programas de Imec."Imec está a buscar a integración de compoñentes front-end (como amplificadores de potencia e interruptores) con outros circuítos baseados en CMOS (como circuítos de control ou tecnoloxía de transceptor), para reducir o custo e o factor de forma, e permitir novas topoloxías de circuítos híbridos. para abordar o rendemento e a eficiencia.Imec está a explorar dúas rutas diferentes: (1) InP en Si, dirixido a ondas mm e frecuencias superiores a 100GHz (futuras aplicacións 6G) e (2) dispositivos baseados en GaN en Si, orientados (nunha primeira fase) á onda mm inferior. bandas e abordando aplicacións que necesitan altas densidades de potencia.Para ambas as rutas, agora obtivemos os primeiros dispositivos funcionais con características de rendemento prometedoras e identificamos formas de mellorar aínda máis as súas frecuencias operativas.
Os dispositivos funcionais GaAs/InGaP HBT cultivados en 300 mm Si demostráronse como un primeiro paso para a habilitación de dispositivos baseados en InP.Obtívose unha pila de dispositivos sen defectos cunha densidade de dislocación de rosca inferior a 3 x 106 cm-2 mediante o proceso exclusivo de enxeñería de nanocrestas III-V (NRE) de Imec.Os dispositivos teñen un rendemento considerablemente mellor que os de referencia, con GaAs fabricado en substratos de Si con capas de tampón relaxado por tensión (SRB).Nun seguinte paso, exploraranse os dispositivos baseados en InP de maior mobilidade (HBT e HEMT).
A imaxe superior mostra o enfoque NRE para a integración híbrida III-V/CMOS en 300 mm Si: (a) formación de nano-trincheiras;os defectos quedan atrapados na estreita rexión da fosa;(b) Crecemento da pila HBT mediante NRE e (c) diferentes opcións de deseño para a integración do dispositivo HBT.
Ademais, fabricáronse dispositivos baseados en GaN/AlGaN compatibles con CMOS en 200 mm Si comparando tres arquitecturas de dispositivos diferentes: HEMT, MOSFET e MISHEMT.Demostrouse que os dispositivos MISHEMT superan aos outros tipos de dispositivos en termos de escalabilidade e rendemento de ruído para operacións de alta frecuencia.Obtivéronse frecuencias máximas de corte de fT/fmax ao redor de 50/40 para lonxitudes de porta de 300 nm, o que está en liña cos dispositivos GaN-on-SiC informados.Ademais de ampliar a lonxitude da porta, os primeiros resultados con AlInN como material de barreira mostran o potencial para mellorar aínda máis o rendemento e, polo tanto, aumentar a frecuencia de funcionamento do dispositivo ata as bandas de onda mm necesarias.
Hora de publicación: 23-03-21