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IMEC成功开发基于硅晶圆的III-V和III-N器件

发布于：2024-06-06 编辑：匿名来源：网络

比利时独立研究所imec成功在12英寸Si衬底和8英寸GaN上制造GaAs异质结双极晶体管（HBT）器件+CMOS 器件是在硅衬底上制造的。

两者都是针对5G和6G的毫米波射频前端模块而开发的。

随着5G逐渐成为未来的替代通信技术，无线通信正在向更高的工作频率发展，即从6GHz以下拥挤的频段向毫米波频段甚至更高频段发展。

毫米波频段的推出对整个5G网络基础设施和移动设备产生了重大影响。

对于移动服务和固定无线接入 (FWA)，射频前端模块变得越来越复杂，需要高于 10Gbps 的数据传输速度以及与天线交互的高功率。

此外，在手机应用中，射频前端模块对尺寸和功率效率有很高的要求。

因此，使用当今最先进的射频前端模块已无法满足这些要求，这些模块通常依赖于多种不同的技术，包括高成本的基于 GaAs 的 HBT 功率放大器。

Imec规划总监Nadine Collaert表示，Imec正在探索兼容CMOS的硅上III-V技术，以使射频前端模块适合下一代5G应用。

此外，Imec 正在研究前端器件（例如功率放大器和开关）与基于 CMOS 工艺的其他电路的集成，以降低成本和外形尺寸，并启用新的混合电路拓扑来解决性能和效率问题。

为此，imec正在探索两条不同的路径：1）硅基InP器件，其应用目标是毫米波和频率高于GHz的6G通信； 2）硅基GaN器件，其最初的应用目标是前端毫米波，解决高功率密度问题。

目前imec已经按照两条路径成功制作出了设备原型，符合预期，并且仍在验证提高设备工作效率的方法。

imec获得InP器件的第一步是在12英寸硅衬底上生产GaAs/InGaP HBT器件。

通过采用独家III-V纳米脊工程技术（NRE），imec成功获得了低于3×/cm2的螺型位错密度的无缺陷堆叠层，其性能远优于基于应变缓冲层（SRB）的硅基砷化镓器件）。

下一步是开发具有更高迁移率的 InP 基 HBT 和 HEMT 器件（图 1）。

此外，imec研究人员基于HEMT、MOSFET和MISHEMT等三种不同器件结构，在8英寸硅衬底上成功制作了与CMOS工艺兼容的GaN/AlGaN器件原型。

结果表明，MISHEMT 器件在高频运行时的可扩展性和降噪性能方面优于其他器件类型。

当栅极长度为 nm 时，峰值截止频率 fT/Fmax 等于 50/40（图 2），这与之前报道的 GaN-on-SiC 器件一致。

IMEC成功开发基于硅晶圆的III-V和III-N器件

此外，imec尝试使用AlInN作为势垒层来减小栅极长度，并且可以提高器件的性能；因此，提高器件的工作频率就可以达到所需的毫米波频段。

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