Imec, de Belgyske ûndersyks- en ynnovaasjehub, hat de earste funksjonele GaAs-basearre heterojunction bipolar transistor (HBT)-apparaten presintearre op 300mm Si, en CMOS-kompatibele GaN-basearre apparaten op 200mm Si foar mm-wave-applikaasjes.
De resultaten litte it potensjeel sjen fan sawol III-V-on-Si as GaN-on-Si as CMOS-kompatibele technologyen foar it ynskeakeljen fan RF-front-end-modules foar fierdere 5G-applikaasjes.Se waarden presintearre op 'e IEDM-konferinsje fan ferline jier (desimber 2019, San Francisco) en sille te sjen wêze yn in keynote-presintaasje fan Michael Peeters fan Imec oer konsumintekommunikaasje bûten breedbân by IEEE CCNC (10-13 jannewaris 2020, Las Vegas).
Yn draadloze kommunikaasje, mei 5G as de folgjende generaasje, is d'r in druk nei hegere bestjoeringsfrekwinsjes, dy't ferpleatst fan 'e oerbelaste sub-6GHz-banden nei mm-golfbanden (en fierder).De ynfiering fan dizze mm-wave bands hat in wichtige ynfloed op 'e totale 5G netwurk ynfrastruktuer en de mobile apparaten.Foar mobile tsjinsten en Fixed Wireless Access (FWA), dit fertaalt yn hieltyd kompleksere front-end modules dy't stjoere it sinjaal fan en nei de antenne.
Om te kinne operearje op mm-golffrekwinsjes, sille de RF-front-end-modules hege snelheid moatte kombinearje (ynskeakelje gegevenssnelheden fan 10Gbps en fierder) mei hege útfierkrêft.Derneist stelt har ymplemintaasje yn mobile handsets hege easken oan har foarmfaktor en machtseffisjinsje.Beyond 5G kinne dizze easken net mear wurde berikt mei de meast avansearre RF-front-end-modules fan hjoed, dy't typysk fertrouwe op in ferskaat oan ferskate technologyen ûnder oaren GaAs-basearre HBT's foar de machtfersterkers - groeid op lytse en djoere GaAs-substraten.
"Om de folgjende generaasje RF front-end modules bûten 5G yn te skeakeljen, ûndersiket Imec CMOS-kompatibele III-V-on-Si technology", seit Nadine Collaert, programma direkteur by Imec."Imec siket nei ko-yntegraasje fan front-end komponinten (lykas macht fersterkers en switches) mei oare CMOS-basearre circuits (lykas kontrôle circuits of transceiver technology), te ferminderjen kosten en foarm faktor, en it mooglik meitsjen fan nije hybride circuit topologyen om prestaasjes en effisjinsje oan te pakken.Imec ûndersiket twa ferskillende rûtes: (1) InP op Si, rjochte op mm-wave en frekwinsjes boppe 100GHz (takomstige 6G-applikaasjes) en (2) GaN-basearre apparaten op Si, rjochte (yn in earste faze) de legere mm-wave bands en it oanpakken fan tapassingen dy't nedich binne fan hege krêftdichtheden.Foar beide rûtes hawwe wy no earste funksjonele apparaten krigen mei kânsrike prestaasjeskarakteristiken, en wy hawwe manieren identifisearre om har bestjoeringsfrekwinsjes fierder te ferbetterjen.
Funksjonele GaAs / InGaP HBT-apparaten groeid op 300mm Si binne oantoand as in earste stap nei it ynskeakeljen fan InP-basearre apparaten.In defektfrije apparaatstapel mei ûnder 3x106cm-2 threading-dislokaasjedichtheid waard krigen troch Imec's unike III-V nano-ridge engineering (NRE) proses te brûken.De apparaten prestearje oanmerklik better as referinsjeapparaten, mei GaAs makke op Si-substraten mei strain relaxed buffer (SRB) lagen.Yn in folgjende stap sille InP-basearre apparaten mei hegere mobiliteit (HBT en HEMT) wurde ferkend.
De ôfbylding hjirboppe toant de NRE-oanpak foar hybride III-V / CMOS-yntegraasje op 300mm Si: (a) nano-trenchformaasje;mankeminten binne fongen yn 'e smelle grêft regio;(b) HBT stack groei mei help fan NRE en (c) ferskillende yndieling opsjes foar HBT apparaat yntegraasje.
Boppedat binne CMOS-kompatibele GaN / AlGaN-basearre apparaten op 200mm Si fabrisearre troch trije ferskillende apparaatarsjitektuer te fergelykjen - HEMT's, MOSFET's en MISHEMT's.It waard oantoand dat MISHEMT-apparaten de oare apparaattypen prestearje yn termen fan skaalberens fan apparaten en lûdprestaasjes foar operaasje mei hege frekwinsje.Peak cut-off frekwinsjes fan fT / fmax om 50/40 waarden krigen foar 300nm poarte lingten, dat is yn oerienstimming mei rapportearre GaN-on-SiC apparaten.Njonken fierdere skaalfergrutting fan 'e poarte, litte earste resultaten mei AlInN as barriêremateriaal it potensjeel sjen om de prestaasjes fierder te ferbetterjen, en dêrtroch de operaasjefrekwinsje fan it apparaat te ferheegjen nei de fereaske mm-golfbanden.
Post tiid: 23-03-21