Imec, trung tâm nghiên cứu và đổi mới của Bỉ, đã giới thiệu thiết bị bóng bán dẫn lưỡng cực dị liên kết (HBT) dựa trên GaAs chức năng đầu tiên trên 300mm Si và các thiết bị dựa trên GaN tương thích CMOS trên 200mm Si cho các ứng dụng sóng mm.
Các kết quả cho thấy tiềm năng của cả III-V-on-Si và GaN-on-Si là công nghệ tương thích với CMOS để cho phép các mô-đun đầu cuối RF cho các ứng dụng 5G.Chúng đã được trình bày tại hội nghị IEDM năm ngoái (tháng 12 năm 2019, San Francisco) và sẽ được giới thiệu trong bài thuyết trình quan trọng của Michael Peeters của Imec về giao tiếp tiêu dùng ngoài băng thông rộng tại IEEE CCNC (10-13 / 1/2020, Las Vegas).
Trong giao tiếp không dây, với 5G là thế hệ tiếp theo, có một sự thúc đẩy hướng tới tần số hoạt động cao hơn, chuyển từ các băng tần dưới 6GHz bị tắc nghẽn sang các băng tần sóng mm (và hơn thế nữa).Sự ra đời của các dải sóng mm này có tác động đáng kể đến cơ sở hạ tầng mạng 5G tổng thể và các thiết bị di động.Đối với các dịch vụ di động và Truy cập không dây cố định (FWA), điều này chuyển thành các mô-đun front-end ngày càng phức tạp giúp gửi tín hiệu đến và đi từ ăng-ten.
Để có thể hoạt động ở tần số sóng mm, các mô-đun RF front-end sẽ phải kết hợp tốc độ cao (cho phép tốc độ dữ liệu 10Gbps trở lên) với công suất đầu ra cao.Ngoài ra, việc triển khai chúng trong các thiết bị cầm tay di động đặt ra yêu cầu cao về hệ số hình thức và hiệu quả sử dụng năng lượng.Ngoài 5G, những yêu cầu này không còn có thể đạt được với các mô-đun đầu cuối RF tiên tiến nhất hiện nay thường dựa vào nhiều công nghệ khác nhau trong số các công nghệ HBT dựa trên GaAs khác cho bộ khuếch đại công suất - được phát triển trên các đế GaAs nhỏ và đắt tiền.
Nadine Collaert, giám đốc chương trình tại Imec cho biết: “Để kích hoạt các mô-đun đầu cuối RF thế hệ tiếp theo ngoài 5G, Imec đã khám phá công nghệ III-V-on-Si tương thích với CMOS”, Nadine Collaert, giám đốc chương trình tại Imec cho biết.“Imec đang xem xét việc đồng tích hợp các thành phần mặt trước (chẳng hạn như bộ khuếch đại công suất và công tắc) với các mạch dựa trên CMOS khác (chẳng hạn như mạch điều khiển hoặc công nghệ thu phát), để giảm chi phí và hệ số hình thức, đồng thời tạo ra các cấu trúc liên kết mạch lai mới để giải quyết hiệu suất và hiệu quả.Imec đang khám phá hai tuyến đường khác nhau: (1) InP trên Si, nhắm mục tiêu sóng mm và tần số trên 100GHz (các ứng dụng 6G trong tương lai) và (2) các thiết bị dựa trên GaN trên Si, nhắm mục tiêu (trong giai đoạn đầu) sóng mm thấp hơn băng tần và giải quyết các ứng dụng cần mật độ công suất cao.Đối với cả hai tuyến, chúng tôi hiện đã có được các thiết bị chức năng đầu tiên với các đặc tính hiệu suất đầy hứa hẹn và chúng tôi đã xác định các cách để nâng cao hơn nữa tần số hoạt động của chúng ”.
Các thiết bị GaAs / InGaP HBT chức năng được phát triển trên 300mm Si đã được chứng minh là bước đầu tiên hướng tới việc kích hoạt các thiết bị dựa trên InP.Một ngăn xếp thiết bị không có khuyết tật với mật độ trật khớp ren dưới 3x106cm-2 được thu được bằng cách sử dụng quy trình kỹ thuật đỉnh nano III-V (NRE) độc đáo của Imec.Các thiết bị này hoạt động tốt hơn đáng kể so với các thiết bị chuẩn, với GaA được chế tạo trên đế Si với các lớp đệm giãn căng (SRB).Trong bước tiếp theo, các thiết bị dựa trên InP có tính di động cao hơn (HBT và HEMT) sẽ được khám phá.
Hình ảnh trên cho thấy phương pháp tiếp cận NRE để tích hợp lai III-V / CMOS trên 300mm Si: (a) hình thành rãnh nano;các khuyết tật bị mắc kẹt trong vùng rãnh hẹp;(b) Tăng trưởng ngăn xếp HBT bằng cách sử dụng NRE và (c) các tùy chọn bố trí khác nhau để tích hợp thiết bị HBT.
Hơn nữa, các thiết bị dựa trên GaN / AlGaN tương thích CMOS trên 200mm Si đã được chế tạo so sánh ba kiến trúc thiết bị khác nhau - HEMT, MOSFET và MISHEMT.Nó được chỉ ra rằng thiết bị MISHEMT vượt trội hơn các loại thiết bị khác về khả năng mở rộng thiết bị và hiệu suất tiếng ồn cho hoạt động tần số cao.Tần số cắt đỉnh của fT / fmax khoảng 50/40 thu được đối với độ dài cổng 300nm, phù hợp với các thiết bị GaN-on-SiC được báo cáo.Bên cạnh việc mở rộng chiều dài cổng hơn nữa, kết quả đầu tiên với AlInN làm vật liệu rào cản cho thấy tiềm năng cải thiện hơn nữa hiệu suất và do đó, tăng tần số hoạt động của thiết bị lên dải sóng mm yêu cầu.
Thời gian đăng bài: 23-03-21