Imec ซึ่งเป็นศูนย์กลางการวิจัยและนวัตกรรมของเบลเยียม ได้นำเสนออุปกรณ์ทรานซิสเตอร์สองขั้วแบบ heterojunction (HBT) ที่ใช้ GaAs เครื่องแรกบน 300 มม. Si และอุปกรณ์ที่ใช้ GaN ที่เข้ากันได้กับ CMOS บน 200 มม. Si สำหรับการใช้งานคลื่น mm
ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของทั้ง III-V-on-Si และ GaN-on-Si ในฐานะเทคโนโลยีที่เข้ากันได้กับ CMOS สำหรับการเปิดใช้งานโมดูล RF front-end สำหรับการใช้งานมากกว่า 5Gพวกเขาถูกนำเสนอในการประชุม IEDM ปีที่แล้ว (ธันวาคม 2019, ซานฟรานซิสโก) และจะนำเสนอในการนำเสนอประเด็นสำคัญของ Michael Peeters ของ Imec เกี่ยวกับการสื่อสารของผู้บริโภคนอกเหนือจากบรอดแบนด์ที่ IEEE CCNC (10-13 มกราคม 2020, ลาสเวกัส)
ในการสื่อสารแบบไร้สาย โดยที่ 5G เป็นรุ่นต่อไป จะมีการผลักดันให้มีความถี่การทำงานที่สูงขึ้น โดยจะย้ายจากแถบความถี่ย่อย 6GHz ที่แออัดไปยังแถบคลื่น mm (และอื่น ๆ )การเปิดตัวแถบคลื่น mm-wave เหล่านี้มีผลกระทบอย่างมากต่อโครงสร้างพื้นฐานเครือข่าย 5G โดยรวมและอุปกรณ์มือถือสำหรับบริการมือถือและการเข้าถึงแบบไร้สายคงที่ (FWA) สิ่งนี้แปลเป็นโมดูลส่วนหน้าที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งจะส่งสัญญาณไปและกลับจากเสาอากาศ
เพื่อให้สามารถทำงานได้ที่ความถี่คลื่น mm โมดูล RF front-end จะต้องรวมความเร็วสูง (เปิดใช้งานอัตราข้อมูล 10Gbps ขึ้นไป) กับกำลังขับสูงนอกจากนี้ การใช้งานในโทรศัพท์มือถือทำให้ความต้องการด้านฟอร์มแฟกเตอร์และประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงนอกเหนือจาก 5G แล้ว ข้อกำหนดเหล่านี้ไม่สามารถทำได้อีกต่อไปด้วยโมดูล RF front-end ที่ล้ำหน้าที่สุดในปัจจุบัน ซึ่งโดยทั่วไปต้องอาศัยเทคโนโลยีที่แตกต่างกันหลากหลาย ท่ามกลาง HBT ที่ใช้ GaAs สำหรับเพาเวอร์แอมป์ ซึ่งเติบโตบนวัสดุพิมพ์ GaAs ขนาดเล็กและมีราคาแพง
Nadine Collaert ผู้อำนวยการโครงการของ Imec กล่าวว่า "เพื่อเปิดใช้งานโมดูล RF front-end ยุคหน้านอกเหนือจาก 5G Imec ได้สำรวจเทคโนโลยี III-V-on-Si ที่เข้ากันได้กับ CMOS" Nadine Collaert ผู้อำนวยการโครงการของ Imec กล่าว“Imec กำลังมองหาการบูรณาการร่วมกันของส่วนประกอบส่วนหน้า (เช่น เพาเวอร์แอมป์และสวิตช์) กับวงจรที่ใช้ CMOS อื่น ๆ (เช่นวงจรควบคุมหรือเทคโนโลยีตัวรับส่งสัญญาณ) เพื่อลดต้นทุนและปัจจัยรูปแบบ และเปิดใช้งานโทโพโลยีวงจรไฮบริดใหม่ เพื่อจัดการกับประสิทธิภาพและประสิทธิภาพImec กำลังสำรวจเส้นทางที่แตกต่างกันสองเส้นทาง: (1) InP บน Si การกำหนดเป้าหมายคลื่น mm และความถี่ที่สูงกว่า 100GHz (แอปพลิเคชัน 6G ในอนาคต) และ (2) อุปกรณ์ที่ใช้ GaN บน Si การกำหนดเป้าหมาย (ในระยะแรก) คลื่น mm ล่าง แบนด์และระบุแอปพลิเคชันที่ต้องการความหนาแน่นพลังงานสูงสำหรับทั้งสองเส้นทาง ตอนนี้เราได้รับอุปกรณ์ที่ใช้งานได้เป็นครั้งแรกซึ่งมีคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพที่มีแนวโน้มดี และเราระบุวิธีที่จะปรับปรุงความถี่ในการใช้งานต่อไป”
อุปกรณ์ GaAs/InGaP HBT ที่ใช้งานได้ซึ่งเติบโตบน 300 มม. Si ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นก้าวแรกสู่การเปิดใช้งานอุปกรณ์ที่ใช้ InPสแต็คอุปกรณ์ที่ปราศจากข้อบกพร่องที่มีความหนาแน่นของความคลาดเคลื่อนของเกลียวต่ำกว่า 3x106 ซม.-2 ได้มาโดยใช้กระบวนการทางวิศวกรรมระดับนาโน III-V (NRE) ที่เป็นเอกลักษณ์ของ Imecอุปกรณ์ทำงานได้ดีกว่าอุปกรณ์อ้างอิงมาก โดย GaAs ประดิษฐ์ขึ้นบนพื้นผิว Si พร้อมชั้นบัฟเฟอร์แบบคลายความเครียด (SRB)ในขั้นตอนต่อไป จะมีการสำรวจอุปกรณ์ที่ใช้ InP ที่มีความคล่องตัวสูง (HBT และ HEMT)
ภาพด้านบนแสดงแนวทาง NRE สำหรับการผสานรวม III-V/CMOS แบบไฮบริดบน 300 มม. Si: (a) การสร้างร่องลึกระดับนาโนข้อบกพร่องติดอยู่ในบริเวณร่องลึกแคบ(b) การเติบโตของสแต็ก HBT โดยใช้ NRE และ (c) ตัวเลือกเลย์เอาต์ที่แตกต่างกันสำหรับการรวมอุปกรณ์ HBT
นอกจากนี้ อุปกรณ์ที่ใช้ GaN/AlGaN ที่เข้ากันได้กับ CMOS บน 200mm Si ได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยเปรียบเทียบสถาปัตยกรรมอุปกรณ์ที่แตกต่างกันสามแบบ ได้แก่ HEMTs, MOSFET และ MISHEMTแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์ MISHEMT มีประสิทธิภาพเหนือกว่าอุปกรณ์ประเภทอื่นๆ ในแง่ของความสามารถในการปรับขนาดอุปกรณ์และประสิทธิภาพเสียงสำหรับการทำงานความถี่สูงได้ความถี่ตัดสูงสุดของ fT/fmax ประมาณ 50/40 สำหรับความยาวเกท 300nm ซึ่งสอดคล้องกับอุปกรณ์ GaN-on-SiC ที่รายงานนอกจากการปรับขยายความยาวเกทแล้ว ผลลัพธ์แรกที่มี AlInN เป็นวัสดุกั้นยังแสดงให้เห็นศักยภาพในการปรับปรุงประสิทธิภาพเพิ่มเติม ดังนั้นจึงเพิ่มความถี่ในการทำงานของอุปกรณ์จนถึงแถบคลื่นมิลลิเมตรที่ต้องการ
เวลาโพสต์: 23-03-21