Бельгийн судалгаа, инновацийн төв болох Imec нь 300 мм Si дээр суурилсан GaAs-д суурилсан гетерогцолтын биполяр транзистор (HBT) төхөөрөмжүүд болон мм долгионы хэрэглээнд зориулагдсан 200 мм Si дээр CMOS нийцтэй GaN-д суурилсан төхөөрөмжүүдийг танилцууллаа.
Үр дүн нь III-V-on-Si болон GaN-on-Si хоёрын аль алиных нь CMOS-тэй нийцтэй технологи болох 5G хэрэглээнээс гадна RF-ийн урд талын модулиудыг идэвхжүүлэх боломжийг харуулж байна.Тэдгээрийг өнгөрсөн жилийн IEDM бага хуралд (2019 оны 12-р сар, Сан Франциско) танилцуулсан бөгөөд IEEE CCNC (2020 оны 1-р сарын 10-13, Лас Вегас) дээр Imec-ийн Майкл Питерсийн өргөн зурвасаас гадуурх хэрэглэгчийн харилцааны талаархи үндсэн илтгэлд тавигдах болно.
Утасгүй холбооны хувьд 5G-ийн дараагийн үе нь ачаалал ихтэй 6 ГГц-ийн зурвасаас мм-долгионы зурвас руу (болон түүнээс дээш) шилжих илүү өндөр давтамж руу түлхэж байна.Эдгээр мм-долгионы зурвасыг нэвтрүүлэх нь 5G сүлжээний дэд бүтэц болон хөдөлгөөнт төхөөрөмжүүдэд ихээхэн нөлөө үзүүлж байна.Мобайл үйлчилгээ болон суурин утасгүй хандалтын (FWA) хувьд энэ нь антен руу болон антенаас дохио илгээдэг улам бүр төвөгтэй урд талын модулиуд болж хувирдаг.
RF-ийн урд талын модулиуд мм-долгионы давтамж дээр ажиллахын тулд өндөр хурдыг (10Gbps ба түүнээс дээш өгөгдөл дамжуулах боломжтой) өндөр гаралтын чадалтай хослуулах шаардлагатай болно.Нэмж дурдахад, тэдгээрийг гар утсанд хэрэгжүүлэх нь хэлбэр хүчин зүйл болон эрчим хүчний хэмнэлтэд өндөр шаардлага тавьдаг.5G-ээс гадна эдгээр шаардлагыг өнөөгийн хамгийн дэвшилтэт RF-ийн урд талын модулиудад биелүүлэх боломжгүй болсон бөгөөд тэдгээр нь ихэвчлэн жижиг, үнэтэй GaAs субстрат дээр ургадаг цахилгаан өсгөгчд зориулсан GaAs-д суурилсан HBTs-ийн дунд янз бүрийн технологид тулгуурладаг.
Imec-ийн хөтөлбөрийн захирал Надин Коллаерт "5G-ээс гадна дараагийн үеийн RF-ийн урд талын модулиудыг идэвхжүүлэхийн тулд Imec нь CMOS-тай нийцтэй III-V-on-Si технологийг судалж байна" гэж хэлэв.“Imec нь зардал, хэлбэр хүчин зүйлийг бууруулах, шинэ эрлийз хэлхээний топологийг идэвхжүүлэхийн тулд урд талын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг (цахилгаан өсгөгч, унтраалга гэх мэт) бусад CMOS-д суурилсан хэлхээнүүдтэй (хяналтын хэлхээ эсвэл дамжуулагчийн технологи гэх мэт) хамтран нэгтгэхийг хайж байна. гүйцэтгэл, үр ашгийг шийдвэрлэх.Imec нь хоёр өөр замыг судалж байна: (1) Si дээрх InP, мм-долгионы болон 100 ГГц-ээс дээш давтамж (ирээдүйн 6G програмууд) болон (2) Si дээрх GaN-д суурилсан төхөөрөмжүүд, доод мм-долгионы зорилтот (эхний шатанд) өндөр эрчим хүчний нягтрал шаардлагатай зурвас болон хаяглах програмууд.Энэ хоёр чиглэлийн хувьд бид гүйцэтгэлийн өндөр үзүүлэлттэй анхны ажиллагаатай төхөөрөмжүүдийг олж авсан бөгөөд тэдгээрийн ажиллах давтамжийг цаашид нэмэгдүүлэх арга замыг тодорхойлсон."
300 мм-ийн Si дээр ургуулсан функциональ GaAs/InGaP HBT төхөөрөмжүүд нь InP-д суурилсан төхөөрөмжүүдийг идэвхжүүлэх эхний алхам болохыг харуулсан.Imec-ийн өвөрмөц III-V нано нурууны инженерчлэлийн (NRE) процессыг ашиглан 3х106см-2-оос бага хэмжээтэй утаснуудын нүүлгэн шилжүүлэлтийн нягтрал бүхий согоггүй төхөөрөмжийн стекийг олж авсан.Эдгээр төхөөрөмжүүд нь жишиг төхөөрөмжөөс хамаагүй илүү гүйцэтгэлтэй бөгөөд GaA-ууд нь сийрэгжүүлсэн буфер (SRB) давхарга бүхий Si субстрат дээр хийгдсэн байдаг.Дараагийн алхамд илүү өндөр хөдөлгөөнтэй InP-д суурилсан төхөөрөмжүүдийг (HBT ба HEMT) судлах болно.
Дээрх зураг нь 300 мм Si дээр эрлийз III-V/CMOS интеграцид зориулсан NRE аргыг харуулж байна: (a) нано шуудуу үүсэх;согогууд нь нарийн сувагны бүсэд баригдсан;(б) NRE ашиглан HBT стекийн өсөлт ба (в) HBT төхөөрөмжийг нэгтгэх өөр өөр байршлын сонголтууд.
Түүнчлэн 200 мм Si дээр CMOS нийцтэй GaN/AlGaN-д суурилсан төхөөрөмжүүдийг HEMT, MOSFET, MISHEMT гэсэн гурван өөр төхөөрөмжийн архитектуртай харьцуулан бүтээсэн.MISHEMT төхөөрөмжүүд нь төхөөрөмжийн өргөтгөх чадвар, өндөр давтамжтай ажиллах дуу чимээний гүйцэтгэлийн хувьд бусад төрлийн төхөөрөмжүүдээс илүү сайн болохыг харуулсан.50/40 орчим fT/fmax-ийн хамгийн дээд хязгаарын давтамжийг 300 нм хаалганы уртад авсан бөгөөд энэ нь мэдээлэгдсэн GaN-on-SiC төхөөрөмжүүдтэй тохирч байна.Цаашид хаалганы уртыг нэмэгдүүлэхээс гадна саад тотгорын материал болох AlInN-ийн эхний үр дүн нь гүйцэтгэлийг цаашид сайжруулах, улмаар төхөөрөмжийн ажиллах давтамжийг шаардлагатай мм-долгионы зурваст хүртэл нэмэгдүүлэх боломжийг харуулж байна.
Шуудангийн цаг: 23-03-21