Imec, hab penyelidikan dan inovasi Belgium, telah mempersembahkan peranti transistor bipolar (HBT) heterojunction berasaskan GaA berfungsi pertama pada 300mm Si, dan peranti berasaskan GaN yang serasi CMOS pada 200mm Si untuk aplikasi gelombang mm.
Hasilnya menunjukkan potensi kedua-dua III-V-on-Si dan GaN-on-Si sebagai teknologi serasi CMOS untuk membolehkan modul bahagian hadapan RF melangkaui aplikasi 5G.Mereka telah dibentangkan pada persidangan IEDM tahun lepas (Dis 2019, San Francisco) dan akan dipaparkan dalam pembentangan ucaptama Michael Peeters dari Imec tentang komunikasi pengguna di luar jalur lebar di IEEE CCNC (10-13 Jan 2020, Las Vegas).
Dalam komunikasi tanpa wayar, dengan 5G sebagai generasi akan datang, terdapat dorongan ke arah frekuensi operasi yang lebih tinggi, bergerak daripada jalur sub-6GHz yang sesak ke arah jalur gelombang mm (dan seterusnya).Pengenalan jalur gelombang mm ini memberi impak yang ketara pada keseluruhan infrastruktur rangkaian 5G dan peranti mudah alih.Untuk perkhidmatan mudah alih dan Akses Wayarles Tetap (FWA), ini diterjemahkan kepada modul bahagian hadapan yang semakin kompleks yang menghantar isyarat ke dan dari antena.
Untuk dapat beroperasi pada frekuensi gelombang mm, modul bahagian hadapan RF perlu menggabungkan kelajuan tinggi (membolehkan kadar data 10Gbps dan seterusnya) dengan kuasa keluaran yang tinggi.Di samping itu, pelaksanaannya dalam telefon bimbit mudah alih meletakkan permintaan yang tinggi pada faktor bentuk dan kecekapan kuasa mereka.Di luar 5G, keperluan ini tidak lagi boleh dicapai dengan modul bahagian hadapan RF tercanggih hari ini yang biasanya bergantung pada pelbagai teknologi berbeza antara lain HBT berasaskan GaAs untuk penguat kuasa - ditanam pada substrat GaAs yang kecil dan mahal.
"Untuk mendayakan modul bahagian hadapan RF generasi seterusnya melangkaui 5G, Imec meneroka teknologi III-V-on-Si yang serasi CMOS", kata Nadine Collaert, pengarah program di Imec.“Imec sedang mengkaji penyepaduan bersama komponen bahagian hadapan (seperti penguat kuasa dan suis) dengan litar berasaskan CMOS lain (seperti litar kawalan atau teknologi transceiver), untuk mengurangkan kos dan faktor bentuk, dan membolehkan topologi litar hibrid baharu untuk menangani prestasi dan kecekapan.Imec sedang meneroka dua laluan berbeza: (1) InP pada Si, menyasarkan gelombang mm dan frekuensi melebihi 100GHz (aplikasi 6G akan datang) dan (2) peranti berasaskan GaN pada Si, menyasarkan (dalam fasa pertama) gelombang mm yang lebih rendah jalur dan menangani aplikasi yang memerlukan kepadatan kuasa tinggi.Untuk kedua-dua laluan, kami kini telah memperoleh peranti berfungsi pertama dengan ciri prestasi yang menjanjikan, dan kami mengenal pasti cara untuk meningkatkan lagi frekuensi operasinya."
Peranti GaAs/InGaP HBT berfungsi yang ditanam pada 300mm Si telah ditunjukkan sebagai langkah pertama ke arah pendayaan peranti berasaskan InP.Timbunan peranti bebas kecacatan dengan ketumpatan kehelan benang di bawah 3x106cm-2 diperoleh dengan menggunakan proses kejuruteraan nano-rabung (NRE) III-V unik Imec.Peranti ini berprestasi jauh lebih baik daripada peranti rujukan, dengan GaAs direka pada substrat Si dengan lapisan penimbal santai terikan (SRB).Dalam langkah seterusnya, peranti berasaskan InP mobiliti lebih tinggi (HBT dan HEMT) akan diterokai.
Imej di atas menunjukkan pendekatan NRE untuk penyepaduan hibrid III-V/CMOS pada 300mm Si: (a) pembentukan parit nano;kecacatan terperangkap di kawasan parit sempit;(b) Pertumbuhan tindanan HBT menggunakan NRE dan (c) pilihan susun atur yang berbeza untuk penyepaduan peranti HBT.
Selain itu, peranti berasaskan GaN/AlGaN yang serasi CMOS pada 200mm Si telah direka untuk membandingkan tiga seni bina peranti berbeza - HEMT, MOSFET dan MISHEMT.Telah ditunjukkan bahawa peranti MISHEMT mengatasi jenis peranti lain dari segi kebolehskalaan peranti dan prestasi bunyi untuk operasi frekuensi tinggi.Kekerapan pemotongan puncak fT/fmax sekitar 50/40 diperolehi untuk panjang get 300nm, yang selaras dengan peranti GaN-on-SiC yang dilaporkan.Selain penskalaan panjang gerbang selanjutnya, hasil pertama dengan AlInN sebagai bahan penghalang menunjukkan potensi untuk meningkatkan lagi prestasi, dan oleh itu, meningkatkan kekerapan operasi peranti kepada jalur gelombang mm yang diperlukan.
Masa siaran: 23-03-21