Imec成功開(kāi)發(fā)毫米波III-V器件：可用于5G及下一代（6G）的RF前端模塊
2020-02-02 10:45:25 EETOP比利時(shí)獨(dú)立研究所Imec于2020年1月成功在300mm Si襯底上形成了GaAs異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）器件，并在200mm Si襯底上成功形成了與CMOS兼容的GaN器件。 兩者都是為用于5G及更高版本的下一代通信（6G）的毫米波RF前端模塊而開(kāi)發(fā)的。
在5G無(wú)線通信中，從6GHz以下頻段到毫米波頻段（及更高頻段）的過(guò)渡正在朝著更高的工作頻率發(fā)展。這些毫米波頻段的引入對(duì)整個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)和移動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生了重大影響。
對(duì)于移動(dòng)服務(wù)和固定無(wú)線訪問(wèn)（FWA），在天線之間傳輸信號(hào)的前端模塊變得越來(lái)越復(fù)雜。為了能夠在毫米波頻率下運(yùn)行，RF前端模塊必須快速（10Gbps和更高的數(shù)據(jù)速率）并且具有高功率。另外，手機(jī)的實(shí)現(xiàn)對(duì)外形尺寸和功率效率有很高的要求。超越5G，即使在昂貴的GaAs基板上使用GaAs HBT的當(dāng)前最先進(jìn)的RF前端模塊，也很難達(dá)到這些要求。
imec計(jì)劃主管Naecine ollaert表示，Imec正在探索與CMOS兼容的III-V-on-Si技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)5G以外的下一代RF前端模塊?？紤]到組件（例如功率放大器和開(kāi)關(guān)）與其他基于CMOS的電路（例如控制電路和收發(fā)器）的集成，從而降低了成本和外形尺寸，從而實(shí)現(xiàn)了新的混合電路拓?fù)洌?Imec正在研究?jī)煞N不同的設(shè)備，以確保性能和效率：
“ Si襯底上的GaN基器件”以較低的毫米波為目標(biāo)（第一步）并解決需要更高功率密度的應(yīng)用。
我們成功地為兩個(gè)設(shè)備都具有了預(yù)期特性的設(shè)備原型，并在此基礎(chǔ)上確定了一種進(jìn)一步提高工作頻率的方法。”
Imec成功實(shí)現(xiàn)了在300 mm Si襯底上形成GaAs / InGaP HBT器件的第一步，這是實(shí)現(xiàn)基于InP的器件的第一步，并開(kāi)發(fā)了一種無(wú)缺陷的器件，其螺紋位錯(cuò)密度小于3×10 6 / cm 2。知道了 由于其性能優(yōu)于在Si襯底上形成應(yīng)變松弛緩沖層的GaAs器件，因此下一步是對(duì)更高遷移率的基于InP的器件（HBT和HEMT）進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。。
此外，imec研究人員在200mm Si襯底上原型制作了三種類型的CMOS兼容GaN / AlGaN器件：HEMT，MOSFET和MISHEMT。該公司確認(rèn)，MISHEMT在高頻運(yùn)行期間的設(shè)備小型化和噪聲特性方面優(yōu)于其他設(shè)備。在300nm的柵極長(zhǎng)度下，fT / Fmax的峰值截止頻率為50/40，與先前報(bào)道的SiC上GaN器件大約相同。Imec還嘗試通過(guò)使用AlInN作為阻擋材料來(lái)減小柵極長(zhǎng)度，從而帶來(lái)可以進(jìn)一步改善性能并增加滿足毫米波段要求的設(shè)備的工作頻率的感覺(jué)。據(jù)說(shuō)得到了這種感覺(jué)。
200mm Si襯底上GaN / AlGaN器件的電流增益截止頻率（fT）和最大功率增益（fmax）（資料來(lái)源：imec）
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