2020/7/12 3:35:05
比利时独立研究所imec成功在12寸Si衬底上成功制造GaAs异质结双极晶体管(HBT)器件,并在8寸硅衬底上制取GaN+CMOS器件。两者是针对5G及6G的毫米波射频前端模块而开发的。
随着5G逐渐成为未来替换型通信技术,无线通信正在朝着更高工作频率的方向发展,即从低于6GHz的拥挤频段向毫米波频段甚至更高频段发展。毫米波频段的引入对整个5G网络基础架构和移动设备产生了重大影响。对于移动服务和固定无线接入(FWA),RF前端模块变得越来越复杂,其数据传输速度必须在10Gbps以上,且具有高功率,这样才能与天线交互信号。此外在手机应用中,RF前端模块对于外形尺寸和功率效率有很高的要求。因此,使用当今最先进的RF前端模块已无法再满足这些要求,这些模块通常依赖于多种不同技术,其中包括基于GaAs的HBT功率放大器,成本高。
imec策划总监Nadine Collaert表示,Imec正在探索与CMOS兼容的硅上III-V技术,使得RF前端模块适用于下一代5G应用。此外,Imec正在研究前端器件(例如功放和开关)与其他基于CMOS工艺的电路的集成,以降低成本和外形尺寸,并使新的混合电路拓扑能够解决性能和效率问题。为此imec正在探索两种不同的路径:1)硅上InP器件,应用目标是毫米波以及频率在100GHz以上的6G通信;2)硅上GaN器件,先期应用目标是前段毫米波并解决高功率密度的问题。目前imec已按照两条路径成功制成器件原型,符合预期,还在验证提高器件的工作效率之法。
imec获取InP器件的第一步就是在12寸硅衬底上制作GaAs/InGaP HBT器件,通过使用独家的III-V纳米脊工程技术(NRE),imec成功获得一种螺旋位错密度低于3×106/cm2的无缺陷堆栈层,性能远胜于基于应变缓冲层(SRB)的硅上GaAs器件。下一步就是开发具有更高迁移率的InP基HBT和HEMT器件(图1)。
此外,imec研究人员按照三种不同的器件结构,如HEMT、MOSFET和MISHEMT,在8寸硅衬底上成功制取与CMOS工艺兼容的GaN/AlGaN器件原型。结果表明,MISHEMT器件在可扩展性和高频工作时降噪性能方面都要优于其他器件类型。当栅极长度300nm时,峰值截止频率fT/Fmax等于50/40(图2),这与先前报道的SiC上GaN器件一致。此外,imec尝试用AlInN作为阻挡层来减小栅极长度,器件的性能还能得到改善;因此提高器件的工作频率即可达到所需的毫米波波段。
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