Η Imec, ο βελγικός κόμβος έρευνας και καινοτομίας, παρουσίασε τις πρώτες λειτουργικές συσκευές διπολικού τρανζίστορ ετεροζεύξης (HBT) που βασίζονται σε GaAs σε 300 mm Si και συσκευές συμβατές με CMOS που βασίζονται σε GaN σε 200 mm Si για εφαρμογές κυμάτων mm.
Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν τις δυνατότητες τόσο του III-V-on-Si όσο και του GaN-on-Si ως τεχνολογίες συμβατές με CMOS για την ενεργοποίηση των μπροστινών μονάδων RF για εφαρμογές πέραν του 5G.Παρουσιάστηκαν στο περσινό συνέδριο IEDM (Δεκ 2019, Σαν Φρανσίσκο) και θα παρουσιαστούν σε μια κεντρική παρουσίαση του Michael Peeters της Imec σχετικά με την επικοινωνία των καταναλωτών πέρα από την ευρυζωνικότητα στο IEEE CCNC (10-13 Ιανουαρίου 2020, Λας Βέγκας).
Στην ασύρματη επικοινωνία, με το 5G ως την επόμενη γενιά, υπάρχει μια ώθηση προς υψηλότερες συχνότητες λειτουργίας, μετακινώντας από τις συμφορημένες ζώνες κάτω των 6 GHz προς τις ζώνες κυμάτων mm (και πέρα).Η εισαγωγή αυτών των ζωνών κυμάτων mm έχει σημαντικό αντίκτυπο στη συνολική υποδομή δικτύου 5G και στις κινητές συσκευές.Για κινητές υπηρεσίες και Σταθερή Ασύρματη Πρόσβαση (FWA), αυτό μεταφράζεται σε όλο και πιο περίπλοκες μπροστινές μονάδες που στέλνουν το σήμα προς και από την κεραία.
Για να μπορούν να λειτουργούν σε συχνότητες κυμάτων mm, οι μπροστινές μονάδες RF θα πρέπει να συνδυάζουν υψηλή ταχύτητα (επιτρέποντας ταχύτητες δεδομένων 10 Gbps και άνω) με υψηλή ισχύ εξόδου.Επιπλέον, η εφαρμογή τους σε φορητές συσκευές θέτει υψηλές απαιτήσεις όσον αφορά τον συντελεστή μορφής και την απόδοση ισχύος τους.Πέρα από το 5G, αυτές οι απαιτήσεις δεν μπορούν πλέον να επιτευχθούν με τις σημερινές πιο προηγμένες μπροστινές μονάδες RF που βασίζονται συνήθως σε μια ποικιλία διαφορετικών τεχνολογιών, μεταξύ άλλων, HBT που βασίζονται σε GaAs για ενισχυτές ισχύος - που αναπτύσσονται σε μικρά και ακριβά υποστρώματα GaAs.
«Για να ενεργοποιηθούν οι μπροστινές μονάδες RF επόμενης γενιάς πέρα από το 5G, η Imec εξερευνά την τεχνολογία III-V-on-Si συμβατή με CMOS», λέει η Nadine Collaert, διευθύντρια προγράμματος στην Imec.«Η Imec εξετάζει την από κοινού ενσωμάτωση εξαρτημάτων μπροστινής πλευράς (όπως ενισχυτές ισχύος και διακόπτες) με άλλα κυκλώματα που βασίζονται σε CMOS (όπως κυκλώματα ελέγχου ή τεχνολογία πομποδέκτη), για να μειώσει το κόστος και τον παράγοντα μορφής και να επιτρέψει νέες τοπολογίες υβριδικών κυκλωμάτων για την αντιμετώπιση της απόδοσης και της αποδοτικότητας.Η Imec εξερευνά δύο διαφορετικές διαδρομές: (1) InP στο Si, στόχευση κυμάτων mm και συχνοτήτων άνω των 100 GHz (μελλοντικές εφαρμογές 6G) και (2) συσκευές που βασίζονται σε GaN στο Si, στοχεύοντας (σε μια πρώτη φάση) το χαμηλότερο κύμα mm ζώνες και την αντιμετώπιση εφαρμογών που χρειάζονται υψηλή πυκνότητα ισχύος.Και για τις δύο διαδρομές, έχουμε πλέον αποκτήσει τις πρώτες λειτουργικές συσκευές με πολλά υποσχόμενα χαρακτηριστικά απόδοσης και εντοπίσαμε τρόπους για να βελτιώσουμε περαιτέρω τις συχνότητες λειτουργίας τους».
Οι λειτουργικές συσκευές GaAs/InGaP HBT που αναπτύσσονται σε 300mm Si έχουν αποδειχθεί ως ένα πρώτο βήμα προς την ενεργοποίηση συσκευών που βασίζονται σε InP.Μια στοίβα συσκευών χωρίς ελαττώματα με πυκνότητα εξάρθρωσης σπειρώματος κάτω από 3x106 cm-2 λήφθηκε χρησιμοποιώντας τη μοναδική διαδικασία III-V νανο-ριφίς μηχανικής (NRE) της Imec.Οι συσκευές αποδίδουν σημαντικά καλύτερα από τις συσκευές αναφοράς, με GaAs που κατασκευάζονται σε υποστρώματα Si με στρώματα ρυθμιστικού διαλύματος χαλαρής καταπόνησης (SRB).Σε ένα επόμενο βήμα, θα διερευνηθούν συσκευές υψηλότερης κινητικότητας που βασίζονται σε InP (HBT και HEMT).
Η παραπάνω εικόνα δείχνει την προσέγγιση NRE για ενσωμάτωση υβριδικού III-V/CMOS σε 300mm Si: (α) σχηματισμός νανο-τάφρων.Τα ελαττώματα παγιδεύονται στη στενή περιοχή της τάφρου.(β) Ανάπτυξη στοίβας HBT χρησιμοποιώντας NRE και (γ) διαφορετικές επιλογές διάταξης για την ενσωμάτωση συσκευών HBT.
Επιπλέον, έχουν κατασκευαστεί συσκευές συμβατές με CMOS που βασίζονται σε GaN/AlGaN σε Si 200mm συγκρίνοντας τρεις διαφορετικές αρχιτεκτονικές συσκευών - HEMT, MOSFET και MISHEMT.Αποδείχθηκε ότι οι συσκευές MISHEMT υπερτερούν των άλλων τύπων συσκευών όσον αφορά την επεκτασιμότητα της συσκευής και την απόδοση θορύβου για λειτουργία υψηλής συχνότητας.Οι μέγιστες συχνότητες αποκοπής fT/fmax περίπου 50/40 λήφθηκαν για μήκη πύλης 300 nm, κάτι που είναι σύμφωνο με τις αναφερόμενες συσκευές GaN-on-SiC.Εκτός από την περαιτέρω κλιμάκωση του μήκους της πύλης, τα πρώτα αποτελέσματα με το AlInN ως υλικό φραγμού δείχνουν τη δυνατότητα περαιτέρω βελτίωσης της απόδοσης και, ως εκ τούτου, αύξησης της συχνότητας λειτουργίας της συσκευής στις απαιτούμενες ζώνες κυμάτων mm.
Ώρα ανάρτησης: 23-03-21