Imec-ek, Belgikako ikerketa eta berrikuntza zentroak, GaAs-n oinarritutako heterojunction bipolar transistore (HBT) gailu funtzionalak aurkeztu ditu 300 mm-ko Si-n, eta CMOS-ekin bateragarriak diren GaN-n oinarritutako gailuak 200 mm Si-n mm-uhineko aplikazioetarako.
Emaitzek III-V-on-Si eta GaN-on-Si-ren potentziala erakusten dute CMOS-ekin bateragarriak diren teknologia gisa RF front-end moduluak 5G aplikazioetatik haratago gaitzeko.Iazko IEDM konferentzian (2019ko abenduan, San Frantzisko) aurkeztu ziren eta Imec-en Michael Peeters-en aurkezpen nagusian izango dira banda zabaletik haratago kontsumo-komunikazioari buruz IEEE CCNCn (2020ko urtarrilaren 10-13, Las Vegas).
Haririk gabeko komunikazioan, 5G hurrengo belaunaldia izanik, funtzionamendu-maiztasun altuagoetara bultzada bat dago, 6GHz azpiko banda pilatuetatik mm-uhin bandeetara (eta haratago) mugituz.mm-uhin banda hauek sartzeak eragin handia du 5G sarearen azpiegitura orokorrean eta gailu mugikorretan.Zerbitzu mugikorretarako eta Haririk gabeko Sarbide Finkorako (FWA), hau antenatik eta antenatik seinalea bidaltzen duten front-end modulu gero eta konplexuagoak bihurtzen dira.
mm-uhineko maiztasunetan funtzionatu ahal izateko, RF front-end moduluek abiadura handia (10 Gbps-ko eta hortik gorako datu-tasa ahalbidetuz) irteera-potentzia handiarekin konbinatu beharko dute.Gainera, telefono mugikorretan ezartzeak beren forma-faktoreari eta potentzia-eraginkortasunari eskatzen dio.5G-tik haratago, baldintza hauek ezin dira bete gaur egungo RF front-end modulurik aurreratuenekin, normalean hainbat teknologiatan oinarritzen direnak, besteak beste, GaAs-n oinarritutako HBT potentzia-anplifikadoreetarako - GaAs substratu txiki eta garestietan hazita.
"Hurrengo belaunaldiko RF front-end moduluak 5Gtik haratago gaitzeko, Imec-ek CMOS-ekin bateragarria den III-V-on-Si teknologia aztertzen du", dio Nadine Collaert-ek, Imec-eko programaren zuzendariak."Imec-ek front-end osagaiak (adibidez, potentzia-anplifikadoreak eta etengailuak) CMOS-en oinarritutako beste zirkuitu batzuekin bateratzea aztertzen ari da (adibidez, kontrol-zirkuitua edo transceptor teknologia), kostua eta forma-faktorea murrizteko eta zirkuitu hibridoen topologia berriak ahalbidetzeko. errendimenduari eta eraginkortasunari aurre egiteko.Imec bi bide ezberdin aztertzen ari da: (1) InP Si-n, mm-uhina eta 100GHz-tik gorako maiztasunak bideratuz (etorkizuneko 6G aplikazioak) eta (2) GaN-n oinarritutako gailuak Si-n, (lehen fase batean) beheko uhin mm-era zuzenduta. bandak eta potentzia dentsitate handiak behar dituzten aplikazioei zuzenduta.Bi ibilbideetarako, errendimendu-ezaugarri itxaropentsuak dituzten lehen gailu funtzionalak lortu ditugu, eta funtzionamendu-maiztasunak are gehiago hobetzeko moduak identifikatu ditugu».
300 mm Si-n hazitako GaAs/InGaP HBT gailu funtzionalak InPn oinarritutako gailuak gaitzeko lehen urrats gisa frogatu dira.Akatsik gabeko gailu pila bat lortu zen 3x106cm-2 hari-dislokazio-dentsitatetik beherakoarekin, Imec-en III-V nano-ridge ingeniaritza (NRE) prozesu berezia erabiliz.Gailuek erreferentziazko gailuek baino dezente hobeto funtzionatzen dute, GaAs Si substratuetan fabrikatutako tentsio erlaxatutako buffer (SRB) geruzekin.Hurrengo urrats batean, mugikortasun handiagoko InPn oinarritutako gailuak (HBT eta HEMT) aztertuko dira.
Goiko irudiak III-V/CMOS hibridoen integraziorako NRE ikuspegia erakusten du 300 mm Si-n: (a) nano-lubakien eraketa;akatsak lubaki estuan harrapatuta daude;(b) HBT pilaren hazkundea NRE erabiliz eta (c) diseinu-aukera desberdinak HBT gailuak integratzeko.
Gainera, 200 mm Si-n CMOS-ekin bateragarriak diren GaN/AlGaN oinarritutako gailuak fabrikatu dira hiru gailu arkitektura ezberdin alderatuz: HEMTak, MOSFETak eta MISHEMTak.Frogatuta zegoen MISHEMT gailuek beste gailu motak gainditzen dituztela gailuen eskalagarritasunari eta maiztasun handiko funtzionamendurako zarataren errendimenduari dagokionez.50/40 inguruko fT/fmax-eko ebaki-maiztasun gailurrak lortu ziren 300 nm-ko ate-luzeretarako, hau da, jakinarazitako GaN-on-SiC gailuekin bat dator.Ate-luzera eskalatzeaz gain, AlInN hesi-material gisa duten lehen emaitzek errendimendua gehiago hobetzeko potentziala erakusten dute, eta, beraz, gailuaren funtzionamendu-maiztasuna behar diren mm-uhin-bandetara handitzeko.
Bidalketa ordua: 23-03-21