Ang Imec, ang Belgian research at innovation hub, ay nagpakita ng unang functional na GaAs-based na heterojunction bipolar transistor (HBT) device sa 300mm Si, at CMOS-compatible na GaN-based na device sa 200mm Si para sa mm-wave application.
Ang mga resulta ay nagpapakita ng potensyal ng parehong III-V-on-Si at GaN-on-Si bilang mga teknolohiyang tumutugma sa CMOS para sa pagpapagana ng mga RF front-end na module para sa higit sa 5G na mga application.Iniharap ang mga ito sa kumperensya ng IEDM noong nakaraang taon (Disyembre 2019, San Francisco) at itatampok sa isang pangunahing pagtatanghal ng Michael Peeters ng Imec tungkol sa komunikasyon ng consumer na lampas sa broadband sa IEEE CCNC (10-13 Ene 2020, Las Vegas).
Sa wireless na komunikasyon, na may 5G bilang susunod na henerasyon, mayroong pagtulak patungo sa mas matataas na operating frequency, na lumilipat mula sa masikip na sub-6GHz na mga banda patungo sa mga mm-wave band (at higit pa).Ang pagpapakilala ng mga mm-wave band na ito ay may malaking epekto sa pangkalahatang imprastraktura ng 5G network at sa mga mobile device.Para sa mga serbisyong mobile at Fixed Wireless Access (FWA), isinasalin ito sa lalong kumplikadong mga front-end na module na nagpapadala ng signal papunta at mula sa antenna.
Upang makapagpatakbo sa mga frequency ng mm-wave, ang mga RF front-end na module ay kailangang pagsamahin ang mataas na bilis (nagpapagana ng mga rate ng data na 10Gbps at higit pa) na may mataas na lakas ng output.Bilang karagdagan, ang kanilang pagpapatupad sa mga mobile na handset ay naglalagay ng mataas na pangangailangan sa kanilang form factor at power efficiency.Higit pa sa 5G, hindi na makakamit ang mga kinakailangang ito sa mga pinaka-advanced na RF front-end module ngayon na karaniwang umaasa sa iba't ibang iba't ibang teknolohiya bukod sa iba pang mga GaAs-based na HBT para sa mga power amplifier - na pinalaki sa maliliit at mamahaling substrate ng GaAs.
"Upang paganahin ang mga susunod na henerasyong RF front-end module na lampas sa 5G, tinutuklasan ng Imec ang teknolohiyang CMOS-compatible III-V-on-Si", sabi ni Nadine Collaert, program director sa Imec.“Imec ay tumitingin sa co-integration ng front-end na mga bahagi (tulad ng mga power amplifier at switch) sa iba pang CMOS-based na mga circuit (tulad ng control circuitry o transceiver technology), upang mabawasan ang gastos at form factor, at paganahin ang mga bagong hybrid circuit topologies upang matugunan ang pagganap at kahusayan.Tinutuklasan ng Imec ang dalawang magkaibang ruta: (1) InP sa Si, nagta-target ng mm-wave at mga frequency na mas mataas sa 100GHz (mga hinaharap na 6G application) at (2) GaN-based na mga device sa Si, na nagta-target (sa unang yugto) ng mas mababang mm-wave band at pagtugon sa mga application na nangangailangan ng mataas na densidad ng kapangyarihan.Para sa parehong mga ruta, nakakuha na kami ngayon ng mga unang functional na device na may magagandang katangian ng performance, at tumukoy kami ng mga paraan upang higit pang mapahusay ang mga operating frequency ng mga ito."
Ang mga functional na GaAs/InGaP HBT device na lumaki sa 300mm Si ay ipinakita bilang unang hakbang patungo sa pagpapagana ng mga device na nakabatay sa InP.Ang isang stack ng device na walang depekto na may mas mababa sa 3x106cm-2 threading dislocation density ay nakuha sa pamamagitan ng paggamit ng natatanging III-V nano-ridge engineering (NRE) na proseso ng Imec.Ang mga device ay mas mahusay na gumaganap kaysa sa mga reference na device, na may GaAs na gawa sa Si substrates na may strain relaxed buffer (SRB) layer.Sa susunod na hakbang, i-explore ang mga device na nakabatay sa InP na mas mataas ang mobility (HBT at HEMT).
Ang imahe sa itaas ay nagpapakita ng NRE approach para sa hybrid III-V/CMOS integration sa 300mm Si: (a) nano-trench formation;ang mga depekto ay nakulong sa makitid na rehiyon ng trench;(b) HBT stack growth gamit ang NRE at (c) iba't ibang mga pagpipilian sa layout para sa HBT device integration.
Bukod dito, ang mga CMOS-compatible na GaN/AlGaN-based na mga device sa 200mm Si ay ginawang paghahambing ng tatlong magkakaibang arkitektura ng device - HEMT, MOSFET at MISHEMT.Ipinakita na ang mga aparatong MISHEMT ay higit na mahusay ang pagganap sa iba pang mga uri ng aparato sa mga tuntunin ng scalability ng device at pagganap ng ingay para sa mataas na dalas ng operasyon.Ang mga peak cut-off na frequency ng fT/fmax sa paligid ng 50/40 ay nakuha para sa 300nm na haba ng gate, na naaayon sa mga naiulat na GaN-on-SiC device.Bukod sa karagdagang pag-scale ng haba ng gate, ang mga unang resulta na may AlInN bilang materyal na hadlang ay nagpapakita ng potensyal na higit pang mapabuti ang pagganap, at samakatuwid, pataasin ang dalas ng pagpapatakbo ng device sa kinakailangang mga mm-wave band.
Oras ng post: 23-03-21