قدمت Imec ، مركز البحث والابتكار البلجيكي ، أول أجهزة ترانزستور ثنائية القطب غير متجانسة قائمة على GaAs على 300mm Si ، وأجهزة تعتمد على GaN متوافقة مع CMOS على 200mm Si لتطبيقات الموجات mm.
توضح النتائج إمكانات كل من III-V-on-Si و GaN-on-Si كتقنيات متوافقة مع CMOS لتمكين وحدات RF الأمامية لتطبيقات 5G.تم تقديمها في مؤتمر IEDM العام الماضي (ديسمبر 2019 ، سان فرانسيسكو) وسيتم عرضها في عرض تقديمي رئيسي لمايكل بيترز من Imec حول اتصالات المستهلك خارج النطاق العريض في IEEE CCNC (10-13 يناير 2020 ، لاس فيجاس).
في الاتصالات اللاسلكية ، مع الجيل الخامس من الجيل التالي ، هناك دفع نحو ترددات تشغيل أعلى ، والانتقال من النطاقات الفرعية المزدحمة 6 جيجاهرتز إلى نطاقات الموجة مم (وما بعدها).كان لإدخال نطاقات mm-wave هذه تأثير كبير على البنية التحتية لشبكة 5G والأجهزة المحمولة.بالنسبة للخدمات المتنقلة والوصول اللاسلكي الثابت (FWA) ، يُترجم هذا إلى وحدات أمامية متزايدة التعقيد ترسل الإشارة من وإلى الهوائي.
لتكون قادرة على العمل عند ترددات الموجة مم ، يجب أن تجمع الوحدات الأمامية للتردد اللاسلكي بين السرعة العالية (التي تتيح معدلات بيانات تصل إلى 10 جيجابت في الثانية وما بعدها) مع طاقة خرج عالية.بالإضافة إلى ذلك ، فإن تنفيذها في الأجهزة المحمولة يضع متطلبات عالية على عامل الشكل وكفاءة الطاقة.أبعد من 5G ، لم يعد من الممكن تحقيق هذه المتطلبات مع وحدات الواجهة الأمامية للتردد اللاسلكي الأكثر تقدمًا اليوم والتي تعتمد عادةً على مجموعة متنوعة من التقنيات المختلفة من بينها HBTs القائمة على GaAs لمضخمات الطاقة - التي تزرع على ركائز GaAs الصغيرة والمكلفة.
تقول نادين كوليرت ، مديرة البرامج في Imec: "لتمكين الجيل التالي من وحدات RF الأمامية التي تتجاوز 5G ، تستكشف Imec تقنية III-V-on-Si المتوافقة مع CMOS"."تبحث Imec في التكامل المشترك للمكونات الأمامية (مثل مضخمات الطاقة والمفاتيح) مع الدوائر الأخرى المستندة إلى CMOS (مثل دوائر التحكم أو تقنية جهاز الإرسال والاستقبال) ، لتقليل التكلفة وعامل الشكل ، وتمكين هياكل الدوائر الهجينة الجديدة لمعالجة الأداء والكفاءة.تستكشف Imec طريقتين مختلفتين: (1) InP على Si ، وتستهدف الموجة mm والترددات فوق 100GHz (تطبيقات 6G المستقبلية) و (2) الأجهزة القائمة على GaN على Si ، والتي تستهدف (في المرحلة الأولى) الموجة السفلية mm العصابات والتطبيقات التي تحتاج إلى كثافة طاقة عالية.لكلا المسارين ، حصلنا الآن على أول أجهزة وظيفية بخصائص أداء واعدة ، وحددنا طرقًا لزيادة تحسين ترددات التشغيل الخاصة بهم ".
تم عرض أجهزة GaAs / InGaP HBT الوظيفية التي تم تطويرها على 300 مم Si كخطوة أولى نحو تمكين الأجهزة القائمة على InP.تم الحصول على مكدس جهاز خالٍ من العيوب بكثافة خلع لولبية تقل عن 3 × 106 سم -2 باستخدام عملية هندسة التلال النانوية (NRE) الفريدة من نوعها من Imec.تعمل الأجهزة بشكل أفضل من الأجهزة المرجعية ، حيث يتم تصنيعها على ركائز Si مع طبقات عازلة استرخاء الإجهاد (SRB).في الخطوة التالية ، سيتم استكشاف الأجهزة القائمة على InP عالية الحركة (HBT و HEMT).
توضح الصورة أعلاه نهج NRE للتكامل الهجين III-V / CMOS على 300 مم Si: (أ) تشكيل خندق نانو ؛عيوب محاصرة في منطقة الخندق الضيقة ؛(ب) نمو مكدس HBT باستخدام NRE و (ج) خيارات تخطيط مختلفة لتكامل جهاز HBT.
علاوة على ذلك ، تم تصنيع الأجهزة القائمة على GaN / AlGaN المتوافقة مع CMOS على 200mm Si بمقارنة ثلاثة هياكل مختلفة للأجهزة - HEMTs و MOSFETs و MISHEMTs.تبين أن أجهزة MISHEMT تتفوق في الأداء على أنواع الأجهزة الأخرى من حيث قابلية تطوير الجهاز وأداء الضوضاء للتشغيل عالي التردد.تم الحصول على ترددات قطع الذروة لـ fT / fmax حول 50/40 لأطوال بوابة 300 نانومتر ، والتي تتماشى مع أجهزة GaN-on-SiC المبلغ عنها.إلى جانب المزيد من قياس طول البوابة ، تُظهر النتائج الأولى باستخدام AlInN كمادة حاجزة إمكانية زيادة تحسين الأداء ، وبالتالي زيادة تردد تشغيل الجهاز إلى نطاقات الموجة mm المطلوبة.
الوقت ما بعد: 21-03-23