Imec-მა, ბელგიურმა კვლევისა და ინოვაციის ცენტრმა, წარმოადგინა პირველი ფუნქციონალური GaAs-ზე დაფუძნებული ჰეტეროჯუნქციული ბიპოლარული ტრანზისტორი (HBT) მოწყობილობები 300 მმ Si-ზე და CMOS-თან თავსებადი GaN-ზე დაფუძნებული მოწყობილობები 200 მმ Si-ზე მმ-ტალღის აპლიკაციებისთვის.
შედეგები აჩვენებენ როგორც III-V-on-Si, ასევე GaN-on-Si-ს, როგორც CMOS-თან თავსებადი ტექნოლოგიების პოტენციალს RF წინა მოდულების გასააქტიურებლად 5G აპლიკაციების მიღმა.ისინი წარმოდგენილი იყო გასული წლის IEDM კონფერენციაზე (2019 წლის დეკემბერი, სან ფრანცისკო) და წარმოდგენილი იქნება Imec-ის მაიკლ პიტერსის მთავარ პრეზენტაციაში, რომელიც ეხება მომხმარებელთა კომუნიკაციას ფართოზოლოვანი ქსელის მიღმა IEEE CCNC (10-13 იანვარი 2020, ლას ვეგასი).
უსადენო კომუნიკაციაში, 5G, როგორც შემდეგი თაობა, არის ბიძგი უფრო მაღალი ოპერაციული სიხშირეებისკენ, გადატვირთული ქვე-6GHz ზოლებიდან მმ-ტალღის ზოლებისკენ (და მის ფარგლებს გარეთ).ამ მმ-ტალღის ზოლების დანერგვა მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს 5G ქსელის მთლიან ინფრასტრუქტურაზე და მობილურ მოწყობილობებზე.მობილური სერვისებისა და ფიქსირებული უსადენო წვდომისთვის (FWA), ეს ითარგმნება სულ უფრო რთულ წინა მოდულებში, რომლებიც აგზავნიან სიგნალს ანტენამდე და უკან.
მმ-ტალღის სიხშირეზე მუშაობის შესაძლებლად, RF წინა ბოლო მოდულებს მოუწევთ მაღალი სიჩქარის შერწყმა (გადაცემის სიჩქარის 10 გბიტი/წმ და მეტი) მაღალი გამომავალი სიმძლავრე.გარდა ამისა, მათი დანერგვა მობილურ ტელეფონებში დიდ მოთხოვნებს აყენებს მათ ფორმის ფაქტორზე და ენერგიის ეფექტურობაზე.5G-ს მიღმა, ამ მოთხოვნების მიღწევა შეუძლებელია დღევანდელი ყველაზე მოწინავე RF წინა მოდულებით, რომლებიც, როგორც წესი, ეყრდნობა სხვადასხვა ტექნოლოგიებს, მათ შორის GaAs-ზე დაფუძნებულ HBT-ებს დენის გამაძლიერებლებისთვის - გაზრდილი მცირე და ძვირადღირებულ GaAs სუბსტრატებზე.
„5G-ის მიღმა RF მოდულების გასააქტიურებლად, Imec იკვლევს CMOS-თან თავსებად III-V-on-Si ტექნოლოგიას“, ამბობს ნადინ კოლაერტი, Imec-ის პროგრამის დირექტორი.„Imec ეძებს წინა ნაწილების (როგორიცაა დენის გამაძლიერებლები და გადამრთველები) თანაინტეგრაციას CMOS-ზე დაფუძნებულ სხვა სქემებთან (როგორიცაა საკონტროლო სქემები ან გადამცემის ტექნოლოგია), რათა შეამციროს ღირებულება და ფორმის ფაქტორი და ჩართოს ახალი ჰიბრიდული მიკროსქემის ტოპოლოგიები. შესრულებისა და ეფექტურობის განსახილველად.Imec იკვლევს ორ განსხვავებულ მარშრუტს: (1) InP-ზე Si-ზე, მიზნად ისახავს მმ-ტალღას და 100 გჰც-ზე ზემოთ სიხშირეებს (მომავალი 6G აპლიკაციები) და (2) GaN-ზე დაფუძნებულ მოწყობილობებს Si-ზე, დამიზნებით (პირველ ფაზაში) ქვედა მმ-ტალღაზე. ზოლები და მიმართავენ აპლიკაციებს, რომლებსაც ესაჭიროებათ მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივე.ორივე მარშრუტისთვის, ჩვენ ახლა მივიღეთ პირველი ფუნქციონალური მოწყობილობები პერსპექტიული შესრულების მახასიათებლებით და გამოვავლინეთ გზები მათი ოპერაციული სიხშირეების შემდგომი გაზრდისთვის.
ფუნქციონალური GaAs/InGaP HBT მოწყობილობები, რომლებიც გაიზარდა 300 მმ Si-ზე, ნაჩვენებია, როგორც პირველი ნაბიჯი InP-ზე დაფუძნებული მოწყობილობების ჩართვისკენ.დეფექტების გარეშე მოწყობილობის დასტა 3x106cm-2 ძაფის დისლოკაციის სიმკვრივით მიღებულ იქნა Imec-ის უნიკალური III-V ნანო-ქედის ინჟინერიის (NRE) პროცესის გამოყენებით.მოწყობილობები ბევრად უკეთესად მუშაობენ, ვიდრე საცნობარო მოწყობილობებზე, GaAs დამზადებულია Si სუბსტრატებზე დაძაბულობის მოდუნებული ბუფერული ფენებით (SRB).მომდევნო ეტაპზე შეისწავლება უფრო მაღალი მობილურობის InP-ზე დაფუძნებული მოწყობილობები (HBT და HEMT).
ზემოთ მოყვანილი სურათი გვიჩვენებს NRE მიდგომას ჰიბრიდული III-V/CMOS ინტეგრაციისთვის 300 მმ Si-ზე: (ა) ნანო-თხრილის ფორმირება;დეფექტები იკვეთება ვიწრო თხრილის რეგიონში;(ბ) HBT სტეკის ზრდა NRE-ს გამოყენებით და (გ) განლაგების სხვადასხვა ვარიანტები HBT მოწყობილობის ინტეგრაციისთვის.
გარდა ამისა, CMOS-თან თავსებადი GaN/AlGaN-ზე დაფუძნებული მოწყობილობები 200 მმ Si-ზე დამზადდა სამი განსხვავებული მოწყობილობის არქიტექტურის შედარებისას - HEMT, MOSFET და MISHEMT.ნაჩვენებია, რომ MISHEMT მოწყობილობები აღემატება მოწყობილობის სხვა ტიპებს მოწყობილობის მასშტაბურობისა და ხმაურის მუშაობის თვალსაზრისით მაღალი სიხშირის მუშაობისთვის.მაქსიმალური გათიშვის სიხშირე fT/fmax დაახლოებით 50/40 იყო მიღებული 300 ნმ კარიბჭის სიგრძისთვის, რაც შეესაბამება მოხსენებულ GaN-on-SiC მოწყობილობებს.კარიბჭის სიგრძის შემდგომი სკალირების გარდა, პირველი შედეგები AlInN-ით, როგორც ბარიერი მასალა, აჩვენებს მუშაობის შემდგომი გაუმჯობესების პოტენციალს და, შესაბამისად, მოწყობილობის მუშაობის სიხშირის გაზრდას მმ-ტალღის საჭირო ზოლებამდე.
გამოქვეყნების დრო: 23-03-21