Imec, бельгійскі навукова-даследчы і інавацыйны цэнтр, прадставіў першыя функцыянальныя гетэрапераходныя біпалярныя транзістары (HBT) на аснове GaAs на 300 мм Si і сумяшчальныя з CMOS прылады на аснове GaN на 200 мм Si для прымянення мм-хваляў.
Вынікі дэманструюць патэнцыял як III-V-on-Si, так і GaN-on-Si як CMOS-сумяшчальных тэхналогій для ўключэння радыёчастотных інтэрфейсных модуляў для прыкладанняў, якія не ўваходзяць у сетку 5G.Яны былі прадстаўлены на мінулагодняй канферэнцыі IEDM (снежань 2019 г., Сан-Францыска) і будуць прадстаўлены ў асноўнай прэзентацыі Майкла Пітэрса з Imec аб камунікацыі спажыўцоў за межамі шырокапалоснай сувязі на IEEE CCNC (10-13 студзеня 2020 г., Лас-Вегас).
У бесправадной сувязі з 5G як наступным пакаленнем назіраецца рух да больш высокіх працоўных частот, пераход ад перагружаных дыяпазонаў ніжэй за 6 ГГц да дыяпазонаў міліметровых хваль (і далей).Укараненне гэтых дыяпазонаў міліметровых хваль аказвае істотны ўплыў на агульную інфраструктуру сеткі 5G і мабільныя прылады.Для паслуг мабільнай сувязі і фіксаванага бесправаднога доступу (FWA) гэта азначае ўсё больш складаныя інтэрфейсныя модулі, якія пасылаюць сігнал да і ад антэны.
Каб мець магчымасць працаваць на частотах міліметровых хваль, радыёчастотныя інтэрфейсныя модулі павінны спалучаць высокую хуткасць (забяспечваючы хуткасць перадачы дадзеных 10 Гбіт/с і вышэй) з высокай выходнай магутнасцю.Акрамя таго, іх укараненне ў мабільныя тэлефоны прад'яўляе высокія патрабаванні да іх формаў-фактару і энергаэфектыўнасці.За межамі 5G гэтыя патрабаванні больш не могуць быць выкананы з дапамогай сучасных самых перадавых радыёчастотных інтэрфейсных модуляў, якія звычайна абапіраюцца на мноства розных тэхналогій, у тым ліку HBT на аснове GaAs для ўзмацняльнікаў магутнасці - вырашчаных на невялікіх і дарагіх падкладках з GaAs.
«Каб уключыць радыёчастотныя інтэрфейсныя модулі наступнага пакалення за межамі 5G, Imec вывучае сумяшчальную з CMOS тэхналогію III-V-on-Si», — кажа Надзін Калаерт, праграмны дырэктар Imec.«Imec разглядае магчымасці сумеснай інтэграцыі ўваходных кампанентаў (такіх як узмацняльнікі магутнасці і камутатары) з іншымі схемамі на аснове CMOS (напрыклад, схемамі кіравання або тэхналогіяй прыёмаперадатчыкаў), каб знізіць кошт і формаў-фактар, а таксама дазволіць новыя тапалогіі гібрыдных схем. для вырашэння прадукцыйнасці і эфектыўнасці.Imec вывучае два розныя маршруты: (1) InP на Si, арыентаваны на мм-хвалі і частоты вышэй за 100 Ггц (будучыя прыкладанні 6G) і (2) прылады на аснове GaN на Si, арыентуючыся (на першым этапе) на ніжнія мм-хвалі дыяпазоны і адрасаванне прыкладанняў, якія маюць патрэбу ў высокай шчыльнасці магутнасці.Для абодвух маршрутаў мы зараз атрымалі першыя функцыянальныя прылады з перспектыўнымі характарыстыкамі прадукцыйнасці і вызначылі спосабы далейшага павышэння іх працоўных частот».
Функцыянальныя прылады GaAs/InGaP HBT, выгадаваныя на 300-мм Si, былі прадэманстраваны ў якасці першага кроку да ўключэння прылад на аснове InP.Стэк прылад без дэфектаў з шчыльнасцю дыслакацый разьбы ніжэй за 3x106cm-2 быў атрыманы з дапамогай унікальнага працэсу III-V нанагрэбневай інжынерыі Imec (NRE).Прылады працуюць значна лепш, чым эталонныя, з GaAs, вырабленым на падкладках Si з расслабленымі буфернымі пластамі (SRB).На наступным этапе будуць вывучаны больш мабільныя прылады на аснове InP (HBT і HEMT).
На малюнку вышэй паказаны падыход NRE для гібрыднай інтэграцыі III-V/CMOS на 300-мм Si: (a) фарміраванне нанаканалаў;дэфекты затрымліваюцца ў вузкай вобласці траншэі;(b) Рост стэка HBT з выкарыстаннем NRE і (c) розныя варыянты кампаноўкі для інтэграцыі прылады HBT.
Больш за тое, CMOS-сумяшчальныя прылады на аснове GaN/AlGaN на 200 мм Si былі выраблены шляхам параўнання трох розных архітэктур прылад - HEMT, MOSFET і MISHEMT.Было паказана, што прылады MISHEMT пераўзыходзяць іншыя тыпы прылад з пункту гледжання маштабаванасці прылад і шумавых характарыстык для працы на высокіх частотах.Пікавыя частоты зрэзу fT/fmax каля 50/40 былі атрыманы для даўжыні засаўкі 300 нм, што адпавядае заяўленым прыладам GaN-on-SiC.Акрамя далейшага маштабавання даўжыні засаўкі, першыя вынікі з AlInN у якасці бар'ернага матэрыялу паказваюць патэнцыял для далейшага паляпшэння прадукцыйнасці і, такім чынам, павышэння працоўнай частаты прылады да неабходных дыяпазонаў міліметровых хваль.
Час размяшчэння: 23.03.21