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6G RF器件新進展：imec開發第三代半導體磷化銦/CMOS異質堆疊技術

2020-11-29 10:19:02 EETOP

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比利時的半導體高科技研究所imec在11月18日舉行的“ imec Technology Forum Japan 2020”線上會議上，為下一代移動通信6G制定了路線圖。宣布已與研究合作伙伴開始新一階段的“高級RF”研究計劃。

據該imec介紹，imec研究人員將重點探索的課題之一是開發高能效、高性價比的III-V/CMOS混合堆疊芯片，用于100GHz以上無線頻率實現的高帶寬通信。imec表示，它將把系統、電路和網絡知識與數字和模擬領域的半導體技術相結合。

更高的移動通信頻率帶寬

imec的Advanced RF研究計劃中的垂直整合研究主題

由于對帶寬的需求每兩年翻一番，而現有的無線電頻譜頻段已經耗盡，電信行業正不斷探索新的技術和方法來滿足未來移動通信的需求。從2000年代初期到現在，3G、4G、5G和蜂窩網絡得到了飛速發展，但是對更高速度通信的需求仍在不斷增長。

imec負責該領域研發活動的副總裁Michael Peeters表示："實際的標準化工作還沒有開始，所以6G的具體特性和性能規格還處于早期討論階段。不過，可以明確的是，下一代無線網絡的性能將大大超過前幾代。下一代通信的預期性能包括100Gbit/s的單鏈路吞吐量、微秒級的延遲以及每比特小于1納焦耳的高能效。

他補充說：“我們相信，這對于實現人工智能（AI）支持的自主系統之間的集成學習等概念非常重要，比如自動駕駛汽車。其他用例包括在密集的城市中心部署快速可靠的移動熱點，支持沉浸式增強現實(AR)應用，以及全息技術。”

更高頻段需要InP（磷化銦）基板

對寬帶的追求與更高射頻的使用緊密相關。頻率越高，越可能有更多的帶寬可用。因此，5G移動網絡（毫米波）在28GHz和39GHz頻段上運行，但是未來的移動網絡將依靠100GHz以上的頻率來滿足全球對帶寬日益增長的需求。機率很高。

imec公司模擬/項目總監Nadine Collaert說："在更高的頻率上實現經濟實惠的解決方案是有挑戰的。當今的標準硅器件技術缺乏較高無線電頻率所需的發射功率和能效，較新的III-V材料如InP可以作為一種解決方案，但還不適合集成到硅平臺上。因此，我們專門研究III-V/CMOS混合型3D堆疊，研究如何將III-V材料與CMOS技術結合起來，從可靠性的角度來看，這些材料是如何工作的，以及什么機制會降低其性能。他說："基于這些見解，我們希望能夠指出開發高效、低成本的移動設備技術，能夠在100GHz及以上的頻率下有效運行。

采用3D封裝技術的CMOS / III-V（InP）/天線堆疊

3D技術可實現imec已開發的異質集成

混合III-V / CMOS方法原型

“人們認識到，未來的移動網絡需要在100GHz以上的頻率上運行，以提供100Gbit/s及以上的數據速率。然而，到目前為止，我們還缺乏一條清晰而成熟的底層技術發展路徑。” imec公司CEO Luc Van den hove指出。他說：“通過先進的RF計劃，我們旨在將影響力擴展到半導體領域的先驅角色之外。提供不僅能實現6G，而且能實現下一代Wi-Fi的見解和技術。"而這需要同時進行系統和技術優化。