ベルギーの研究およびイノベーションハブであるImecは、300mm Si上の最初の機能的なGaAsベースのヘテロ接合バイポーラトランジスタ（HBT）デバイス、およびミリ波アプリケーション用の200mmSi上のCMOS互換GaNベースのデバイスを発表しました。
この結果は、III-V-on-SiとGaN-on-Siの両方が、5Gを超えるアプリケーション向けのRFフロントエンドモジュールを実現するためのCMOS互換テクノロジとしての可能性を示しています。それらは昨年のIEDM会議（2019年12月、サンフランシスコ）で発表され、IEEE CCNC（2020年1月10〜13日、ラスベガス）でのブロードバンドを超えた消費者コミュニケーションに関するImecのMichaelPeetersの基調講演で取り上げられます。
無線通信では、5Gを次世代として、混雑したサブ6GHz帯域からミリ波帯域（およびそれ以上）に移行することで、より高い動作周波数への移行が進んでいます。これらのミリ波帯の導入は、5Gネットワークインフラストラクチャ全体とモバイルデバイスに大きな影響を与えます。モバイルサービスと固定無線アクセス（FWA）の場合、これは、アンテナとの間で信号を送受信する、ますます複雑になるフロントエンドモジュールに変換されます。
ミリ波周波数で動作できるようにするには、RFフロントエンドモジュールは高速（10Gbps以上のデータレートを可能にする）と高出力電力を組み合わせる必要があります。さらに、携帯電話への実装には、フォームファクタと電力効率に高い要求があります。5Gを超えると、これらの要件は、パワーアンプ用のGaAsベースのHBTの中でも特にさまざまな異なるテクノロジーに通常依存する今日の最先端のRFフロントエンドモジュールでは達成できなくなります。これは、小型で高価なGaAs基板上で成長します。
「5Gを超える次世代RFフロントエンドモジュールを実現するために、ImecはCMOS互換のIII-V-on-Siテクノロジーを検討しています」とImecのプログラムディレクターであるNadineCollaertは述べています。「Imecは、フロントエンドコンポーネント（パワーアンプやスイッチなど）と他のCMOSベースの回路（制御回路やトランシーバーテクノロジーなど）との統合を検討しており、コストとフォームファクターを削減し、新しいハイブリッド回路トポロジを実現しています。パフォーマンスと効率に対処するため。Imecは、2つの異なるルートを模索しています。（1）100GHzを超えるミリ波と周波数をターゲットとするSi上のInP（将来の6Gアプリケーション）と（2）Si上のGaNベースのデバイス（第1フェーズでは）より低いミリ波をターゲットにする高電力密度を必要とする帯域およびアドレス指定アプリケーション。どちらのルートでも、有望な性能特性を備えた最初の機能デバイスを入手し、それらの動作周波数をさらに向上させる方法を特定しました。」
300mmSi上に成長した機能性GaAs/InGaP HBTデバイスは、InPベースのデバイスを実現するための最初のステップとして実証されています。Imec独自のIII-Vナノリッジエンジニアリング（NRE）プロセスを使用することにより、3x106cm-2未満の貫通転位密度を持つ欠陥のないデバイススタックが得られました。これらのデバイスは、ひずみ緩和バッファ（SRB）層を備えたSi基板上に製造されたGaAsを使用して、参照デバイスよりもかなり優れた性能を発揮します。次のステップでは、より高い移動度のInPベースのデバイス（HBTおよびHEMT）を検討します。
上の画像は、300mmSiでのハイブリッドIII-V/ CMOS統合のためのNREアプローチを示しています。（a）ナノトレンチ形成。欠陥は狭いトレンチ領域に閉じ込められます。（b）NREを使用したHBTスタックの増加、および（c）HBTデバイス統合のためのさまざまなレイアウトオプション。
さらに、200mmSi上のCMOS互換GaN/ AlGaNベースのデバイスは、HEMT、MOSFET、およびMISHEMTの3つの異なるデバイスアーキテクチャを比較して製造されています。MISHEMTデバイスは、高周波動作のデバイススケーラビリティとノイズパフォーマンスの点で他のデバイスタイプよりも優れていることが示されました。報告されているGaN-on-SiCデバイスと一致する300nmのゲート長で約50/40のfT/fmaxのピークカットオフ周波数が得られました。ゲート長のさらなるスケーリングに加えて、バリア材料としてAlInNを使用した最初の結果は、性能をさらに改善する可能性を示しており、したがって、デバイスの動作周波数を必要なミリ波帯域まで増加させます。
投稿時間：23-03-21