Imec, o centro de pesquisa e inovação belga, apresentou os primeiros dispositivos funcionais baseados em GaAs com transistor bipolar heterojunção (HBT) em 300mm Si, e dispositivos baseados em GaN compatíveis com CMOS em 200mm Si para aplicações de ondas mm.
Os resultados demonstram o potencial de III-V-on-Si e GaN-on-Si como tecnologias compatíveis com CMOS para habilitar módulos front-end de RF para além de aplicativos 5G.Eles foram apresentados na conferência IEDM do ano passado (dezembro de 2019, San Francisco) e serão apresentados em uma apresentação principal de Michael Peeters da Imec sobre comunicação do consumidor além da banda larga no IEEE CCNC (10 a 13 de janeiro de 2020, Las Vegas).
Na comunicação sem fio, com o 5G como a próxima geração, há um impulso para frequências operacionais mais altas, passando das bandas sub-6GHz congestionadas para as bandas de ondas mm (e além).A introdução dessas bandas de ondas mm tem um impacto significativo na infraestrutura geral da rede 5G e nos dispositivos móveis.Para serviços móveis e Acesso Fixo Sem Fio (FWA), isso se traduz em módulos front-end cada vez mais complexos que enviam o sinal de e para a antena.
Para poder operar em frequências de onda mm, os módulos front-end de RF terão que combinar alta velocidade (permitindo taxas de dados de 10 Gbps e além) com alta potência de saída.Além disso, sua implementação em telefones celulares exige muito de seu formato e eficiência de energia.Além do 5G, esses requisitos não podem mais ser alcançados com os módulos front-end de RF mais avançados de hoje, que normalmente dependem de uma variedade de tecnologias diferentes, entre outras, HBTs baseados em GaAs para amplificadores de potência - cultivados em substratos GaAs pequenos e caros.
“Para habilitar os módulos front-end de RF de próxima geração além do 5G, a Imec explora a tecnologia III-V-on-Si compatível com CMOS”, diz Nadine Collaert, diretora de programas da Imec.“A Imec está analisando a co-integração de componentes front-end (como amplificadores de potência e switches) com outros circuitos baseados em CMOS (como circuitos de controle ou tecnologia de transceptor), para reduzir o custo e o fator de forma e permitir novas topologias de circuito híbrido para abordar o desempenho e a eficiência.O Imec está explorando duas rotas diferentes: (1) InP em Si, visando onda mm e frequências acima de 100GHz (futuras aplicações 6G) e (2) dispositivos baseados em GaN em Si, visando (em uma primeira fase) a onda mm inferior bandas e endereçamento de aplicações que necessitam de altas densidades de potência.Para ambas as rotas, agora obtivemos os primeiros dispositivos funcionais com características de desempenho promissoras e identificamos maneiras de aprimorar ainda mais suas frequências operacionais.”
Dispositivos funcionais de GaAs/InGaP HBT cultivados em 300mm Si foram demonstrados como um primeiro passo para a habilitação de dispositivos baseados em InP.Uma pilha de dispositivos sem defeitos com densidade de deslocamento de rosca abaixo de 3x106cm-2 foi obtida usando o processo exclusivo de engenharia de nano-cume (NRE) III-V da Imec.Os dispositivos têm um desempenho consideravelmente melhor do que os dispositivos de referência, com GaAs fabricados em substratos de Si com camadas de buffer relaxado de tensão (SRB).Em uma próxima etapa, dispositivos baseados em InP de maior mobilidade (HBT e HEMT) serão explorados.
A imagem acima mostra a abordagem NRE para integração híbrida III-V/CMOS em 300mm Si: (a) formação de nano-trincheiras;os defeitos ficam presos na região da vala estreita;(b) crescimento da pilha HBT usando NRE e (c) diferentes opções de layout para integração de dispositivos HBT.
Além disso, dispositivos baseados em GaN/AlGaN compatíveis com CMOS em 200mm Si foram fabricados comparando três arquiteturas de dispositivos diferentes - HEMTs, MOSFETs e MISHEMTs.Foi demonstrado que os dispositivos MISHEMT superam os outros tipos de dispositivos em termos de escalabilidade do dispositivo e desempenho de ruído para operação de alta frequência.Frequências de corte de pico de fT/fmax em torno de 50/40 foram obtidas para comprimentos de porta de 300 nm, o que está de acordo com os dispositivos GaN-on-SiC relatados.Além de mais dimensionamento do comprimento da porta, os primeiros resultados com AlInN como material de barreira mostram o potencial de melhorar ainda mais o desempenho e, portanto, aumentar a frequência de operação do dispositivo para as bandas de onda mm necessárias.
Horário da postagem: 23-03-21