Imec, מרכז המחקר והחדשנות הבלגי, הציגה את התקני הטרנזיסטור הדו-קוטביים (HBT) הפונקציונליים הראשונים מבוססי GaAs על 300 מ"מ Si, והתקנים מבוססי GaN תואמי CMOS על 200 מ"מ Si עבור יישומי גל מ"מ.
התוצאות מדגימות את הפוטנציאל של III-V-on-Si ו- GaN-on-Si כטכנולוגיות תואמות CMOS להפעלת מודולים קדמיים של RF עבור יישומי 5G מעבר.הם הוצגו בכנס IEDM בשנה שעברה (בדצמבר 2019, סן פרנסיסקו) ויוצגו במצגת מרכזית של מייקל פיטרס של Imec על תקשורת צרכנית מעבר לפס רחב ב-IEEE CCNC (10-13 בינואר 2020, לאס וגאס).
בתקשורת אלחוטית, עם 5G כדור הבא, ישנה דחיפה לעבר תדרי הפעלה גבוהים יותר, הנע מהפסים הצפופים של תת 6GHz לעבר פסי גלי mm (ומעבר לכך).להחדרה של פסי גלי מ"מ אלה יש השפעה משמעותית על תשתית רשת ה-5G הכוללת והמכשירים הניידים.עבור שירותים ניידים וגישה אלחוטית קבועה (FWA), זה מתורגם למודולים חזיתיים מורכבים יותר ויותר ששולחים את האות אל האנטנה וממנה.
כדי להיות מסוגלים לפעול בתדרי גלי מ"מ, המודולים הקדמיים של RF יצטרכו לשלב מהירות גבוהה (המאפשרת קצבי נתונים של 10Gbps ומעלה) עם הספק פלט גבוה.בנוסף, הטמעתם במכשירים ניידים מעמידה דרישות גבוהות לגבי גורם הצורה ויעילות ההספק שלהם.מעבר ל-5G, לא ניתן עוד להשיג את הדרישות הללו עם מודולי החזית ה-RF המתקדמים ביותר של ימינו, שבדרך כלל מסתמכים על מגוון טכנולוגיות שונות, בין היתר HBTs מבוססי GaAs עבור מגברי הכוח - הגדלים על מצעי GaAs קטנים ויקרים.
"כדי לאפשר את הדור הבא של מודולי RF קדמיים מעבר ל-5G, Imec בוחנת טכנולוגיית III-V-on-Si תואמת CMOS", אומרת נדין קולרט, מנהלת התוכנית ב-Imec."Imec בוחנת שילוב של רכיבים חזיתיים (כגון מגברי כוח ומתגים) עם מעגלים אחרים מבוססי CMOS (כגון מעגלי בקרה או טכנולוגיית משדר), כדי להפחית את העלות ואת גורם הצורה, ולאפשר טופולוגיות חדשות של מעגלים היברידיים לתת מענה לביצועים ויעילות.Imec בוחנת שני מסלולים שונים: (1) InP על Si, מיקוד לגל mm ותדרים מעל 100GHz (יישומי 6G עתידיים) ו- (2) מכשירים מבוססי GaN על Si, המכוונים (בשלב ראשון) לגל המ"מ התחתון להקות וטיפול ביישומים הזקוקים לצפיפות הספק גבוהה.עבור שני המסלולים, השגנו כעת מכשירים פונקציונליים ראשונים עם מאפייני ביצועים מבטיחים, וזיהינו דרכים לשפר עוד יותר את תדרי הפעולה שלהם".
התקני GaAs/InGaP HBT פונקציונליים שגדלו על 300 מ"מ Si הוכחו כצעד ראשון לקראת הפעלת מכשירים מבוססי InP.ערימת מכשירים נטולת פגמים עם צפיפות נקע בהברגה מתחת ל-3x106cm-2 הושגה על ידי שימוש בתהליך הנדסת ננו-רכס (NRE) הייחודי של Imec III-V.המכשירים מתפקדים בצורה משמעותית יותר ממכשירי ייחוס, כאשר GaAs מיוצרים על מצעי Si עם שכבות strain relaxed buffer (SRB).בשלב הבא, ייבחנו מכשירים מבוססי InP בעלי ניידות גבוהה יותר (HBT ו-HEMT).
התמונה למעלה מציגה את גישת ה-NRE לאינטגרציה היברידית III-V/CMOS על 300 מ"מ Si: (א) היווצרות ננו-תעלה;פגמים לכודים באזור התעלה הצרה;(ב) גידול מחסנית HBT באמצעות NRE ו-(ג) אפשרויות פריסה שונות לשילוב מכשירי HBT.
יתרה מכך, התקנים מבוססי GaN/AlGaN תואמי CMOS על 200 מ"מ Si הופקו תוך השוואה בין שלוש ארכיטקטורות מכשירים שונות - HEMTs, MOSFETs ו-MISHEMTs.הוכח שמכשירי MISHEMT מתגברים על סוגי המכשירים האחרים מבחינת מדרגיות המכשיר וביצועי הרעש לפעולה בתדר גבוה.שיא תדרי חיתוך של fT/fmax בסביבות 50/40 התקבלו עבור אורכי שער של 300nm, אשר תואם להתקני GaN-on-SiC שדווחו.מלבד קנה מידה נוסף של אורך השער, תוצאות ראשונות עם AlInN כחומר מחסום מראות את הפוטנציאל לשפר עוד יותר את הביצועים, ולפיכך, להגדיל את תדירות הפעולה של המכשיר לרצועות גלי המ"מ הנדרשות.
זמן פרסום: 23-03-21