Imec സിലിക്കണിൽ സ്കേലബിൾ III-V, III-N ഉപകരണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു

ബെൽജിയൻ റിസർച്ച് ആൻഡ് ഇന്നൊവേഷൻ ഹബ്ബായ Imec, 300mm Si-യിൽ ആദ്യത്തെ ഫംഗ്ഷണൽ GaAs-അധിഷ്ഠിത ഹെറ്ററോജംഗ്ഷൻ ബൈപോളാർ ട്രാൻസിസ്റ്റർ (HBT) ഉപകരണങ്ങളും mm-wave ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി 200mm Si-യിൽ CMOS-അനുയോജ്യമായ GaN-അധിഷ്ഠിത ഉപകരണങ്ങളും അവതരിപ്പിച്ചു.

5G ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കപ്പുറം RF ഫ്രണ്ട്-എൻഡ് മൊഡ്യൂളുകൾ പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കുന്നതിനുള്ള CMOS-അനുയോജ്യമായ സാങ്കേതികവിദ്യകളായി III-V-on-Si, GaN-on-Si എന്നിവയുടെ സാധ്യതകൾ ഫലങ്ങൾ തെളിയിക്കുന്നു.കഴിഞ്ഞ വർഷത്തെ IEDM കോൺഫറൻസിൽ (ഡിസംബർ 2019, സാൻഫ്രാൻസിസ്കോ) അവ അവതരിപ്പിച്ചു, കൂടാതെ IEEE CCNC-യിൽ (10-13 ജനുവരി 2020, ലാസ് വെഗാസ്) ബ്രോഡ്ബാൻഡിനപ്പുറം ഉപഭോക്തൃ ആശയവിനിമയത്തെക്കുറിച്ച് Imec-ന്റെ മൈക്കൽ പീറ്റേഴ്‌സിന്റെ ഒരു മുഖ്യ അവതരണത്തിൽ അവ അവതരിപ്പിക്കപ്പെടും.

വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷനിൽ, അടുത്ത തലമുറ എന്ന നിലയിൽ 5G ഉപയോഗിച്ച്, തിരക്കേറിയ സബ്-6GHz ബാൻഡുകളിൽ നിന്ന് എംഎം-വേവ് ബാൻഡുകളിലേക്ക് (അതിനപ്പുറം) നീങ്ങുന്ന ഉയർന്ന പ്രവർത്തന ആവൃത്തികളിലേക്ക് ഒരു പുഷ് ഉണ്ട്.ഈ എംഎം-വേവ് ബാൻഡുകളുടെ ആമുഖം മൊത്തത്തിലുള്ള 5G നെറ്റ്‌വർക്ക് ഇൻഫ്രാസ്ട്രക്ചറിലും മൊബൈൽ ഉപകരണങ്ങളിലും കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു.മൊബൈൽ സേവനങ്ങൾക്കും ഫിക്സഡ് വയർലെസ് ആക്സസിനും (FWA), ഇത് ആന്റിനയിലേക്കും പുറത്തേക്കും സിഗ്നൽ അയയ്ക്കുന്ന സങ്കീർണ്ണമായ ഫ്രണ്ട്-എൻഡ് മൊഡ്യൂളുകളായി വിവർത്തനം ചെയ്യുന്നു.

mm-wave ഫ്രീക്വൻസികളിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ, RF ഫ്രണ്ട്-എൻഡ് മൊഡ്യൂളുകൾ ഉയർന്ന ഔട്ട്പുട്ട് പവർ ഉപയോഗിച്ച് ഉയർന്ന വേഗത (10Gbps-ഉം അതിനുമുകളിലുള്ള ഡാറ്റാ നിരക്കുകളും പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കുന്നു) സംയോജിപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്.കൂടാതെ, മൊബൈൽ ഹാൻഡ്‌സെറ്റുകളിൽ അവ നടപ്പിലാക്കുന്നത് അവയുടെ ഫോം ഫാക്‌ടറിലും പവർ കാര്യക്ഷമതയിലും ഉയർന്ന ഡിമാൻഡുകൾ നൽകുന്നു.5G-യ്‌ക്ക് അപ്പുറം, ചെറുതും ചെലവേറിയതുമായ GaAs സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിൽ വളരുന്ന, പവർ ആംപ്ലിഫയറുകൾക്കായി GaAs-അധിഷ്‌ഠിത HBT-കൾക്കിടയിലുള്ള വിവിധ സാങ്കേതിക വിദ്യകളെ ആശ്രയിക്കുന്ന ഇന്നത്തെ ഏറ്റവും നൂതനമായ RF ഫ്രണ്ട്-എൻഡ് മൊഡ്യൂളുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഈ ആവശ്യകതകൾ ഇനി കൈവരിക്കാനാവില്ല.

"5G-നപ്പുറം അടുത്ത തലമുറ RF ഫ്രണ്ട്-എൻഡ് മൊഡ്യൂളുകൾ പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കാൻ, Imec CMOS-അനുയോജ്യമായ III-V-on-Si സാങ്കേതികവിദ്യ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നു", Imec-ലെ പ്രോഗ്രാം ഡയറക്ടർ നദീൻ കോളെർട്ട് പറയുന്നു.ചിലവും ഫോം ഫാക്ടറും കുറയ്ക്കുന്നതിനും പുതിയ ഹൈബ്രിഡ് സർക്യൂട്ട് ടോപ്പോളജികൾ പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കുന്നതിനും, ഫ്രണ്ട് എൻഡ് ഘടകങ്ങളെ (പവർ ആംപ്ലിഫയറുകളും സ്വിച്ചുകളും പോലുള്ളവ) മറ്റ് CMOS-അധിഷ്ഠിത സർക്യൂട്ടുകളുമായി (കൺട്രോൾ സർക്യൂട്ട് അല്ലെങ്കിൽ ട്രാൻസ്‌സിവർ ടെക്‌നോളജി പോലുള്ളവ) സംയോജിപ്പിക്കാൻ Imec നോക്കുന്നു. പ്രകടനവും കാര്യക്ഷമതയും പരിഹരിക്കുന്നതിന്.Imec രണ്ട് വ്യത്യസ്‌ത റൂട്ടുകൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നു: (1) Si-യിൽ InP, 100GHz-ന് മുകളിലുള്ള mm-തരംഗങ്ങളും ആവൃത്തികളും ടാർഗെറ്റുചെയ്യുന്നു (ഭാവി 6G ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ) കൂടാതെ (2) Si-യിലെ GaN-അധിഷ്‌ഠിത ഉപകരണങ്ങൾ, (ആദ്യ ഘട്ടത്തിൽ) താഴ്ന്ന mm-തരംഗം ലക്ഷ്യമിടുന്നു. ഉയർന്ന പവർ ഡെൻസിറ്റി ആവശ്യമുള്ള ബാൻഡുകളും അഡ്രസ് ചെയ്യുന്ന ആപ്ലിക്കേഷനുകളും.രണ്ട് റൂട്ടുകൾക്കും, വാഗ്ദാനമായ പ്രകടന സവിശേഷതകളുള്ള ആദ്യ ഫംഗ്ഷണൽ ഉപകരണങ്ങൾ ഞങ്ങൾ ഇപ്പോൾ നേടിയിട്ടുണ്ട്, കൂടാതെ അവയുടെ പ്രവർത്തന ആവൃത്തികൾ കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള വഴികൾ ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി.

300mm Si-ൽ വളർത്തിയ ഫംഗ്ഷണൽ GaAs/InGaP HBT ഉപകരണങ്ങൾ InP-അടിസ്ഥാനത്തിലുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കുന്നതിനുള്ള ആദ്യപടിയായി പ്രദർശിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു.Imec-ന്റെ തനതായ III-V നാനോ-റിഡ്ജ് എഞ്ചിനീയറിംഗ് (NRE) പ്രക്രിയ ഉപയോഗിച്ച് 3x106cm-2 ത്രെഡിംഗ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷൻ സാന്ദ്രതയിൽ കുറവുള്ള ഒരു വൈകല്യമില്ലാത്ത ഉപകരണ സ്റ്റാക്ക് ലഭിച്ചു.സ്‌ട്രെയിൻ റിലാക്‌സ്ഡ് ബഫർ (എസ്‌ആർബി) ലെയറുകളുള്ള Si സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിൽ നിർമ്മിച്ച GaAs ഉപയോഗിച്ച് ഉപകരണങ്ങൾ റഫറൻസ് ഉപകരണങ്ങളേക്കാൾ മികച്ച പ്രകടനം കാഴ്ചവയ്ക്കുന്നു.അടുത്ത ഘട്ടത്തിൽ, ഉയർന്ന മൊബിലിറ്റി ഇൻ‌പി അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ (HBT, HEMT) പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യും.

മുകളിലെ ചിത്രം 300mm Si-ൽ ഹൈബ്രിഡ് III-V/CMOS സംയോജനത്തിനായുള്ള NRE സമീപനം കാണിക്കുന്നു: (a) നാനോ ട്രെഞ്ച് രൂപീകരണം;ഇടുങ്ങിയ ട്രെഞ്ച് മേഖലയിൽ വൈകല്യങ്ങൾ കുടുങ്ങിയിരിക്കുന്നു;(ബി) NRE ഉപയോഗിച്ചുള്ള HBT സ്റ്റാക്ക് വളർച്ചയും (c) HBT ഉപകരണ സംയോജനത്തിനായുള്ള വ്യത്യസ്ത ലേഔട്ട് ഓപ്ഷനുകളും.

കൂടാതെ, 200mm Si-യിലുള്ള CMOS-അനുയോജ്യമായ GaN/AlGaN-അധിഷ്ഠിത ഉപകരണങ്ങൾ മൂന്ന് വ്യത്യസ്ത ഉപകരണ ആർക്കിടെക്ചറുകളെ - HEMT-കൾ, MOSFET-കൾ, MISHEMT-കൾ എന്നിവ താരതമ്യം ചെയ്തുകൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്.ഉയർന്ന ആവൃത്തിയിലുള്ള പ്രവർത്തനത്തിനായുള്ള ഉപകരണ സ്കേലബിളിറ്റിയിലും ശബ്ദ പ്രകടനത്തിലും MISHEMT ഉപകരണങ്ങൾ മറ്റ് ഉപകരണ തരങ്ങളെ മറികടക്കുന്നതായി കാണിച്ചു.300nm ഗേറ്റ് ദൈർഘ്യത്തിന് fT/fmax-ന്റെ 50/40-ന്റെ പീക്ക് കട്ട്-ഓഫ് ഫ്രീക്വൻസികൾ ലഭിച്ചു, ഇത് റിപ്പോർട്ടുചെയ്ത GaN-on-SiC ഉപകരണങ്ങൾക്ക് അനുസൃതമാണ്.കൂടുതൽ ഗേറ്റ് ലെങ്ത് സ്കെയിലിംഗിനുപുറമെ, ഒരു ബാരിയർ മെറ്റീരിയലായി AlInN ഉപയോഗിച്ചുള്ള ആദ്യ ഫലങ്ങൾ പ്രകടനം കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്താനുള്ള സാധ്യത കാണിക്കുന്നു, അതിനാൽ, ഉപകരണത്തിന്റെ പ്രവർത്തന ആവൃത്തി ആവശ്യമായ mm-wave ബാൻഡുകളിലേക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കുക.