Mae Imec, canolbwynt ymchwil ac arloesi Gwlad Belg, wedi cyflwyno'r dyfeisiau transistor deubegwn heterojunction swyddogaethol cyntaf sy'n seiliedig ar GaAs (HBT) ar 300mm Si, a dyfeisiau GaN sy'n gydnaws â CMOS ar 200mm Si ar gyfer cymwysiadau tonnau mm.
Mae'r canlyniadau'n dangos potensial III-V-on-Si a GaN-on-Si fel technolegau sy'n gydnaws â CMOS ar gyfer galluogi modiwlau pen blaen RF ar gyfer cymwysiadau 5G y tu hwnt.Cawsant eu cyflwyno yng nghynhadledd IEDM y llynedd (Rhagfyr 2019, San Francisco) a byddant yn cael sylw mewn prif gyflwyniad gan Michael Peeters o Imec ar gyfathrebu â defnyddwyr y tu hwnt i fand eang yn IEEE CCNC (10-13 Ionawr 2020, Las Vegas).
Mewn cyfathrebu diwifr, gyda 5G fel y genhedlaeth nesaf, mae yna wthio tuag at amleddau gweithredu uwch, gan symud o'r bandiau is-6GHz gorlawn tuag at fandiau tonnau mm (a thu hwnt).Mae cyflwyno'r bandiau tonnau mm hyn yn cael effaith sylweddol ar seilwaith cyffredinol y rhwydwaith 5G a'r dyfeisiau symudol.Ar gyfer gwasanaethau symudol a Mynediad Di-wifr Sefydlog (FWA), mae hyn yn trosi'n fodiwlau pen blaen cynyddol gymhleth sy'n anfon y signal i'r antena ac oddi yno.
Er mwyn gallu gweithredu ar amleddau tonnau mm, bydd yn rhaid i'r modiwlau pen blaen RF gyfuno cyflymder uchel (gan alluogi cyfraddau data o 10Gbps a thu hwnt) â phŵer allbwn uchel.Yn ogystal, mae eu gweithredu mewn setiau llaw symudol yn rhoi pwysau mawr ar eu ffactor ffurf ac effeithlonrwydd pŵer.Y tu hwnt i 5G, ni ellir cyflawni'r gofynion hyn mwyach gyda modiwlau pen blaen RF mwyaf datblygedig heddiw sydd fel arfer yn dibynnu ar amrywiaeth o wahanol dechnolegau ymhlith eraill HBTs sy'n seiliedig ar GaAs ar gyfer y mwyhaduron pŵer - wedi'u tyfu ar swbstradau GaAs bach a drud.
“Er mwyn galluogi modiwlau pen blaen RF y genhedlaeth nesaf y tu hwnt i 5G, mae Imec yn archwilio technoleg III-V-on-Si sy’n gydnaws â CMOS”, meddai Nadine Collaert, cyfarwyddwr rhaglen yn Imec.“Mae Imec yn edrych i mewn i gyd-integreiddio cydrannau pen blaen (fel mwyhaduron pŵer a switshis) â chylchedau eraill sy'n seiliedig ar CMOS (fel cylchedau rheoli neu dechnoleg traws-dderbynnydd), i leihau cost a ffactor ffurf, a galluogi topolegau cylched hybrid newydd. i fynd i'r afael â pherfformiad ac effeithlonrwydd.Mae Imec yn archwilio dau lwybr gwahanol: (1) InP ar Si, gan dargedu ton mm ac amleddau uwchlaw 100GHz (cymwysiadau 6G yn y dyfodol) a (2) dyfeisiau GaN ar Si, gan dargedu (yn y cam cyntaf) y don mm is bandiau a mynd i'r afael â cheisiadau sydd angen dwyseddau pŵer uchel.Ar gyfer y ddau lwybr, rydym bellach wedi cael dyfeisiau swyddogaethol cyntaf gyda nodweddion perfformiad addawol, ac rydym wedi nodi ffyrdd o wella eu hamlder gweithredu ymhellach.”
Mae dyfeisiau GaAs / InGaP HBT swyddogaethol a dyfwyd ar 300mm Si wedi'u dangos fel cam cyntaf tuag at alluogi dyfeisiau sy'n seiliedig ar InP.Cafwyd pentwr dyfais di-nam gyda dwysedd dadleoli edafu o dan 3x106cm-2 trwy ddefnyddio proses peirianneg nano-crib III-V unigryw Imec (NRE).Mae'r dyfeisiau'n perfformio'n llawer gwell na dyfeisiau cyfeirio, gyda GaAs wedi'u gwneud ar swbstradau Si gyda haenau clustogi ymlacio straen (SRB).Yn y cam nesaf, bydd dyfeisiau sy'n seiliedig ar InP â symudedd uwch (HBT a HEMT) yn cael eu harchwilio.
Mae'r ddelwedd uchod yn dangos y dull NRE ar gyfer integreiddio hybrid III-V/CMOS ar 300mm Si: (a) ffurfio nano-ffos;mae diffygion yn cael eu dal yn y rhanbarth ffos cul;(b) twf stac HBT gan ddefnyddio NRE a (c) opsiynau gosodiad gwahanol ar gyfer integreiddio dyfeisiau HBT.
Ar ben hynny, mae dyfeisiau sy'n gydnaws â CMOS wedi'u seilio ar GaN/AlGaN ar 200mm Si wedi'u ffugio gan gymharu tair saernïaeth dyfais wahanol - HEMTs, MOSFETs a MISHEMTs.Dangoswyd bod dyfeisiau MISHEMT yn perfformio'n well na'r mathau eraill o ddyfeisiau o ran graddadwyedd dyfeisiau a pherfformiad sŵn ar gyfer gweithrediad amledd uchel.Cafwyd amlder terfyn uchaf o fT/fmax tua 50/40 ar gyfer hyd gatiau 300nm, sy'n cyd-fynd â dyfeisiau GaN-on-SiC a adroddwyd.Yn ogystal â graddio hyd giât ymhellach, mae canlyniadau cyntaf AlInN fel deunydd rhwystr yn dangos y potensial i wella'r perfformiad ymhellach, ac felly, cynyddu amlder gweithredu'r ddyfais i'r bandiau tonnau mm gofynnol.
Amser postio: 23-03-21