Imec, pusat penelitian dan inovasi Belgia, telah menghadirkan perangkat transistor bipolar (HBT) heterojungsi fungsional pertama berbasis GaAs pada 300mm Si, dan perangkat berbasis GaN yang kompatibel dengan CMOS pada 200mm Si untuk aplikasi gelombang mm.
Hasilnya menunjukkan potensi III-V-on-Si dan GaN-on-Si sebagai teknologi yang kompatibel dengan CMOS untuk mengaktifkan modul front-end RF untuk aplikasi di luar 5G.Mereka dipresentasikan pada konferensi IEDM tahun lalu (Des 2019, San Francisco) dan akan ditampilkan dalam presentasi utama Michael Peeters dari Imec tentang komunikasi konsumen di luar broadband di IEEE CCNC (10-13 Jan 2020, Las Vegas).
Dalam komunikasi nirkabel, dengan 5G sebagai generasi berikutnya, ada dorongan menuju frekuensi operasi yang lebih tinggi, bergerak dari pita sub-6GHz yang padat menuju pita gelombang mm (dan seterusnya).Pengenalan pita gelombang mm ini memiliki dampak signifikan pada keseluruhan infrastruktur jaringan 5G dan perangkat seluler.Untuk layanan seluler dan Fixed Wireless Access (FWA), ini diterjemahkan menjadi modul front-end yang semakin kompleks yang mengirim sinyal ke dan dari antena.
Agar dapat beroperasi pada frekuensi gelombang mm, modul front-end RF harus menggabungkan kecepatan tinggi (memungkinkan kecepatan data 10Gbps dan lebih tinggi) dengan daya output tinggi.Selain itu, penerapannya di handset seluler menuntut faktor bentuk dan efisiensi daya yang tinggi.Di luar 5G, persyaratan ini tidak lagi dapat dicapai dengan modul front-end RF tercanggih saat ini yang biasanya mengandalkan berbagai teknologi yang berbeda antara lain HBT berbasis GaAs untuk amplifier daya - yang ditanam pada substrat GaAs yang kecil dan mahal.
“Untuk mengaktifkan modul front-end RF generasi berikutnya di luar 5G, Imec mengeksplorasi teknologi III-V-on-Si yang kompatibel dengan CMOS”, kata Nadine Collaert, direktur program di Imec.“Imec sedang mencari ko-integrasi komponen front-end (seperti power amplifier dan switch) dengan sirkuit berbasis CMOS lainnya (seperti sirkuit kontrol atau teknologi transceiver), untuk mengurangi biaya dan faktor bentuk, dan memungkinkan topologi sirkuit hybrid baru. untuk mengatasi kinerja dan efisiensi.Imec sedang menjajaki dua rute yang berbeda: (1) InP pada Si, menargetkan gelombang mm dan frekuensi di atas 100GHz (aplikasi 6G masa depan) dan (2) perangkat berbasis GaN pada Si, menargetkan (dalam fase pertama) gelombang mm yang lebih rendah band dan aplikasi pengalamatan yang membutuhkan kepadatan daya tinggi.Untuk kedua rute, kami sekarang telah memperoleh perangkat fungsional pertama dengan karakteristik kinerja yang menjanjikan, dan kami mengidentifikasi cara untuk lebih meningkatkan frekuensi operasinya.”
Perangkat HBT GaAs/InGaP fungsional yang ditumbuhkan pada 300mm Si telah didemonstrasikan sebagai langkah pertama menuju pemberdayaan perangkat berbasis InP.Tumpukan perangkat bebas cacat dengan kerapatan dislokasi ulir di bawah 3x106cm-2 diperoleh dengan menggunakan proses rekayasa nano-ridge (NRE) III-V unik dari Imec.Perangkat berkinerja jauh lebih baik daripada perangkat referensi, dengan GaAs dibuat pada substrat Si dengan lapisan strain relax buffer (SRB).Pada langkah selanjutnya, perangkat berbasis InP dengan mobilitas tinggi (HBT dan HEMT) akan dieksplorasi.
Gambar di atas menunjukkan pendekatan NRE untuk integrasi hibrid III-V/CMOS pada 300mm Si: (a) pembentukan parit nano;cacat terjebak di wilayah parit sempit;(b) Pertumbuhan tumpukan HBT menggunakan NRE dan (c) opsi tata letak yang berbeda untuk integrasi perangkat HBT.
Selain itu, perangkat berbasis GaN/AlGaN yang kompatibel dengan CMOS pada 200mm Si telah dibuat dengan membandingkan tiga arsitektur perangkat yang berbeda - HEMT, MOSFET, dan MISHEMT.Ditunjukkan bahwa perangkat MISHEMT mengungguli jenis perangkat lain dalam hal skalabilitas perangkat dan kinerja kebisingan untuk operasi frekuensi tinggi.Frekuensi cut-off puncak fT/fmax sekitar 50/40 diperoleh untuk panjang gerbang 300nm, yang sejalan dengan perangkat GaN-on-SiC yang dilaporkan.Selain penskalaan panjang gerbang lebih lanjut, hasil pertama dengan AlInN sebagai bahan penghalang menunjukkan potensi untuk lebih meningkatkan kinerja, dan karenanya, meningkatkan frekuensi pengoperasian perangkat ke pita gelombang mm yang diperlukan.
Waktu posting: 23-03-21