Imec, el centre belga de recerca i innovació, ha presentat els primers dispositius funcionals de transistor bipolar d'heterojunció (HBT) basats en GaAs en 300 mm Si i dispositius basats en GaN compatibles amb CMOS en 200 mm Si per a aplicacions d'ones mm.
Els resultats demostren el potencial tant de III-V-on-Si com de GaN-on-Si com a tecnologies compatibles amb CMOS per habilitar mòduls frontals de RF per a aplicacions més enllà de 5G.Es van presentar a la conferència IEDM de l'any passat (desembre de 2019, San Francisco) i es presentaran en una presentació principal de Michael Peeters d'Imec sobre la comunicació del consumidor més enllà de la banda ampla a IEEE CCNC (10-13 de gener de 2020, Las Vegas).
En la comunicació sense fil, amb 5G com a pròxima generació, hi ha una empenta cap a freqüències de funcionament més altes, passant de les bandes congestionades de menys de 6 GHz cap a bandes d'ones mm (i més enllà).La introducció d'aquestes bandes d'ones mm té un impacte significatiu en la infraestructura general de la xarxa 5G i els dispositius mòbils.Per als serveis mòbils i l'accés sense fil fix (FWA), això es tradueix en mòduls frontals cada cop més complexos que envien el senyal cap a i des de l'antena.
Per poder funcionar a freqüències d'ona mm, els mòduls frontals de RF hauran de combinar alta velocitat (permet velocitats de dades de 10 Gbps i més) amb una gran potència de sortida.A més, la seva implementació en telèfons mòbils exigeix el seu factor de forma i eficiència energètica.Més enllà del 5G, aquests requisits ja no es poden assolir amb els mòduls frontals de RF més avançats d'avui que normalment es basen en una varietat de tecnologies diferents, entre d'altres, HBT basats en GaAs per als amplificadors de potència, cultivats en substrats GaAs petits i cars.
"Per habilitar els mòduls frontals de RF de nova generació més enllà del 5G, Imec explora la tecnologia III-V-on-Si compatible amb CMOS", diu Nadine Collaert, directora de programes d'Imec."Imec està investigant la cointegració de components frontals (com ara amplificadors de potència i commutadors) amb altres circuits basats en CMOS (com els circuits de control o la tecnologia del transceptor), per reduir el cost i el factor de forma, i permetre noves topologies de circuits híbrids. per abordar el rendiment i l'eficiència.Imec està explorant dues rutes diferents: (1) InP a Si, orientant-se a ones mm i freqüències superiors a 100 GHz (futures aplicacions 6G) i (2) dispositius basats en GaN a Si, orientant (en una primera fase) a l'ona mm inferior. bandes i adreçant aplicacions que necessiten altes densitats de potència.Per a ambdues rutes, ara hem obtingut els primers dispositius funcionals amb característiques de rendiment prometedores i hem identificat maneres de millorar encara més les seves freqüències de funcionament".
Els dispositius funcionals GaAs/InGaP HBT cultivats en 300 mm Si s'han demostrat com un primer pas cap a l'habilitació de dispositius basats en InP.Es va obtenir una pila de dispositius sense defectes amb una densitat de dislocació de fils inferior a 3x106 cm-2 mitjançant l'ús del procés únic d'enginyeria de nanocrest III-V (NRE) d'Imec.Els dispositius funcionen considerablement millor que els dispositius de referència, amb GaAs fabricat sobre substrats de Si amb capes de tampó relaxat (SRB).En un pas següent, s'exploraran els dispositius basats en InP de major mobilitat (HBT i HEMT).
La imatge de dalt mostra l'enfocament NRE per a la integració híbrida III-V/CMOS en 300 mm Si: (a) formació de nano-trinxera;els defectes queden atrapats a la regió estreta de la rasa;(b) Creixement de la pila HBT mitjançant NRE i (c) diferents opcions de disseny per a la integració de dispositius HBT.
A més, s'han fabricat dispositius basats en GaN/AlGaN compatibles amb CMOS en 200 mm Si comparant tres arquitectures de dispositius diferents: HEMT, MOSFET i MISHEMT.Es va demostrar que els dispositius MISHEMT superen els altres tipus de dispositius pel que fa a l'escalabilitat del dispositiu i el rendiment del soroll per al funcionament d'alta freqüència.Es van obtenir freqüències màximes de tall de fT / fmax al voltant de 50/40 per a longituds de porta de 300 nm, que està en línia amb els dispositius GaN-on-SiC reportats.A més d'una escala més gran de la longitud de la porta, els primers resultats amb AlInN com a material de barrera mostren el potencial de millorar encara més el rendiment i, per tant, augmentar la freqüència de funcionament del dispositiu a les bandes d'ona mm requerides.
Hora de publicació: 23-03-21