벨기에 연구 및 혁신 허브인 Imec은 mm-wave 애플리케이션을 위해 300mm Si에서 최초의 기능성 GaAs 기반 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT) 장치와 200mm Si에서 CMOS 호환 GaN 기반 장치를 발표했습니다.
결과는 III-V-on-Si 및 GaN-on-Si 모두 5G 이상의 애플리케이션을 위한 RF 프런트 엔드 모듈을 가능하게 하는 CMOS 호환 기술로서의 잠재력을 보여줍니다.이들은 작년 IEDM 컨퍼런스(2019년 12월, 샌프란시스코)에서 발표되었으며 IEEE CCNC(2020년 1월 10-13일, 라스베가스)에서 광대역을 넘어선 소비자 통신에 대한 Imec의 Michael Peeters의 기조 연설에서 소개될 예정입니다.
무선 통신에서는 5G를 차세대로 사용하면서 혼잡한 sub-6GHz 대역에서 mm-wave 대역(및 그 이상)으로 이동하면서 더 높은 작동 주파수를 향한 움직임이 있습니다.이러한 mm-wave 대역의 도입은 전체 5G 네트워크 인프라와 모바일 장치에 큰 영향을 미칩니다.모바일 서비스 및 FWA(Fixed Wireless Access)의 경우 이는 안테나와 신호를 주고받는 점점 더 복잡한 프런트 엔드 모듈로 해석됩니다.
mm-wave 주파수에서 작동할 수 있으려면 RF 프런트 엔드 모듈은 높은 출력 전력과 고속(10Gbps 이상의 데이터 속도 활성화)을 결합해야 합니다.또한 모바일 핸드셋에 구현하려면 폼 팩터와 전력 효율성에 대한 요구가 높습니다.5G를 넘어서면 이러한 요구 사항은 더 이상 일반적으로 전력 증폭기용 GaAs 기반 HBT 중에서 다양한 기술에 의존하는 오늘날의 가장 진보된 RF 프런트 엔드 모듈(작고 값비싼 GaAs 기판에서 성장)으로 달성할 수 없습니다.
Imec의 프로그램 디렉터인 Nadine Collaert는 "5G를 넘어서는 차세대 RF 프런트 엔드 모듈을 가능하게 하기 위해 Imec은 CMOS 호환 III-V-on-Si 기술을 탐구합니다."라고 말했습니다."Imec은 비용과 폼 팩터를 줄이고 새로운 하이브리드 회로 토폴로지를 가능하게 하기 위해 다른 CMOS 기반 회로(예: 제어 회로 또는 트랜시버 기술)와 프론트 엔드 구성요소(예: 전력 증폭기 및 스위치)의 공동 통합을 검토하고 있습니다. 성능과 효율성을 해결합니다.Imec은 (1) mm-wave 및 100GHz 이상의 주파수를 대상으로 하는 Si 상의 InP(미래의 6G 애플리케이션) 및 (2) Si 상의 GaN 기반 장치, 낮은 mm-wave 대상(첫 번째 단계에서)의 두 가지 경로를 탐색하고 있습니다. 높은 전력 밀도를 필요로 하는 대역 및 주소 지정 응용 프로그램.두 경로 모두에서 우리는 이제 유망한 성능 특성을 가진 최초의 기능 장치를 얻었고 작동 주파수를 더욱 향상시킬 수 있는 방법을 확인했습니다.”
300mm Si에서 성장한 기능성 GaAs/InGaP HBT 장치는 InP 기반 장치의 구현을 위한 첫 번째 단계로 입증되었습니다.Imec의 고유한 III-V NRE(nano-ridge engineering) 공정을 사용하여 3x106cm-2 미만의 스레딩 전위 밀도를 갖는 결함 없는 장치 스택을 얻었습니다.이 장치는 SRB(스트레인 완화 버퍼) 층이 있는 Si 기판에 제작된 GaAs를 사용하여 기준 장치보다 훨씬 더 나은 성능을 보입니다.다음 단계에서는 더 높은 이동성 InP 기반 장치(HBT 및 HEMT)가 탐색됩니다.
위의 이미지는 300mm Si에서 하이브리드 III-V/CMOS 통합을 위한 NRE 접근 방식을 보여줍니다. (a) 나노 트렌치 형성;결함은 좁은 트렌치 영역에 트랩됩니다.(b) NRE를 사용한 HBT 스택 성장 및 (c) HBT 장치 통합을 위한 다양한 레이아웃 옵션.
또한 200mm Si의 CMOS 호환 GaN/AlGaN 기반 장치가 HEMT, MOSFET 및 MISHEMT의 세 가지 장치 아키텍처를 비교하여 제작되었습니다.MISHEMT 장치는 고주파 작동에 대한 장치 확장성 및 잡음 성능 측면에서 다른 장치 유형보다 우수한 것으로 나타났습니다.fT/fmax의 피크 컷오프 주파수는 300nm 게이트 길이에 대해 50/40 부근에서 얻어졌으며, 이는 보고된 GaN-on-SiC 장치와 일치합니다.추가 게이트 길이 스케일링 외에도 AlInN을 장벽 재료로 사용한 첫 번째 결과는 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 가능성을 보여주므로 장치의 작동 주파수를 필요한 mm-파장 대역으로 증가시킬 수 있습니다.
포스팅 시간: 23-03-21