Imec ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಲ್ಲಿ ಸ್ಕೇಲೆಬಲ್ III-V ಮತ್ತು III-N ಸಾಧನಗಳನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ

Imec, ಬೆಲ್ಜಿಯನ್ ಸಂಶೋಧನೆ ಮತ್ತು ನಾವೀನ್ಯತೆ ಕೇಂದ್ರವು 300mm Si ನಲ್ಲಿ ಮೊದಲ ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ GaAs-ಆಧಾರಿತ ಹೆಟೆರೊಜಂಕ್ಷನ್ ಬೈಪೋಲಾರ್ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ (HBT) ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಮತ್ತು mm-ತರಂಗ ಅನ್ವಯಗಳಿಗಾಗಿ 200mm Si ನಲ್ಲಿ CMOS-ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯ GaN-ಆಧಾರಿತ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಪ್ರಸ್ತುತಪಡಿಸಿದೆ.

ಫಲಿತಾಂಶಗಳು III-V-on-Si ಮತ್ತು GaN-on-Si ಎರಡರ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು 5G ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳನ್ನು ಮೀರಿ RF ಫ್ರಂಟ್-ಎಂಡ್ ಮಾಡ್ಯೂಲ್‌ಗಳನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸಲು CMOS-ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳಾಗಿ ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ.ಅವುಗಳನ್ನು ಕಳೆದ ವರ್ಷದ IEDM ಸಮ್ಮೇಳನದಲ್ಲಿ (ಡಿಸೆಂಬರ್ 2019, ಸ್ಯಾನ್ ಫ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಕೋ) ಪ್ರಸ್ತುತಪಡಿಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು IEEE CCNC (10-13 ಜನವರಿ 2020, ಲಾಸ್ ವೇಗಾಸ್) ನಲ್ಲಿ ಬ್ರಾಡ್‌ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮೀರಿದ ಗ್ರಾಹಕ ಸಂವಹನದ ಕುರಿತು Imec ನ ಮೈಕೆಲ್ ಪೀಟರ್ಸ್‌ನ ಪ್ರಮುಖ ಪ್ರಸ್ತುತಿಯಲ್ಲಿ ಕಾಣಿಸಿಕೊಂಡಿದೆ.

ವೈರ್‌ಲೆಸ್ ಸಂವಹನದಲ್ಲಿ, ಮುಂದಿನ ಪೀಳಿಗೆಯಾಗಿ 5G ಯೊಂದಿಗೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಆಪರೇಟಿಂಗ್ ಆವರ್ತನಗಳ ಕಡೆಗೆ ತಳ್ಳುತ್ತದೆ, ದಟ್ಟಣೆಯ ಉಪ-6GHz ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗಳಿಂದ mm-ತರಂಗ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗಳ ಕಡೆಗೆ (ಮತ್ತು ಮೀರಿ) ಚಲಿಸುತ್ತದೆ.ಈ ಎಂಎಂ-ವೇವ್ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗಳ ಪರಿಚಯವು ಒಟ್ಟಾರೆ 5G ನೆಟ್‌ವರ್ಕ್ ಮೂಲಸೌಕರ್ಯ ಮತ್ತು ಮೊಬೈಲ್ ಸಾಧನಗಳ ಮೇಲೆ ಗಮನಾರ್ಹ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ.ಮೊಬೈಲ್ ಸೇವೆಗಳು ಮತ್ತು ಫಿಕ್ಸೆಡ್ ವೈರ್‌ಲೆಸ್ ಆಕ್ಸೆಸ್ (ಎಫ್‌ಡಬ್ಲ್ಯೂಎ) ಗಾಗಿ, ಇದು ಹೆಚ್ಚು ಸಂಕೀರ್ಣವಾದ ಮುಂಭಾಗದ ಮಾಡ್ಯೂಲ್‌ಗಳಾಗಿ ಅನುವಾದಿಸುತ್ತದೆ, ಅದು ಆಂಟೆನಾಗೆ ಮತ್ತು ಸಿಗ್ನಲ್ ಅನ್ನು ಕಳುಹಿಸುತ್ತದೆ.

ಎಂಎಂ-ತರಂಗ ತರಂಗಾಂತರಗಳಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಲು, RF ಫ್ರಂಟ್-ಎಂಡ್ ಮಾಡ್ಯೂಲ್‌ಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಪವರ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗವನ್ನು (10Gbps ಮತ್ತು ಅದಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಡೇಟಾ ದರಗಳನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ) ಸಂಯೋಜಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ.ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಮೊಬೈಲ್ ಹ್ಯಾಂಡ್‌ಸೆಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಅವುಗಳ ಅನುಷ್ಠಾನವು ಅವುಗಳ ಫಾರ್ಮ್ ಫ್ಯಾಕ್ಟರ್ ಮತ್ತು ಪವರ್ ದಕ್ಷತೆಯ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಬೇಡಿಕೆಗಳನ್ನು ಇರಿಸುತ್ತದೆ.5G ಯ ಆಚೆಗೆ, ಈ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳನ್ನು ಇಂದಿನ ಅತ್ಯಾಧುನಿಕ RF ಫ್ರಂಟ್-ಎಂಡ್ ಮಾಡ್ಯೂಲ್‌ಗಳೊಂದಿಗೆ ಇನ್ನು ಮುಂದೆ ಸಾಧಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ, ಇದು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ವಿವಿಧ ವಿಭಿನ್ನ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುವ ಇತರ GaAs-ಆಧಾರಿತ HBT ಗಳನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಆಂಪ್ಲಿಫೈಯರ್‌ಗಳಿಗಾಗಿ - ಸಣ್ಣ ಮತ್ತು ದುಬಾರಿ GaAs ತಲಾಧಾರಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

"5G ಮೀರಿದ ಮುಂದಿನ-ಪೀಳಿಗೆಯ RF ಫ್ರಂಟ್-ಎಂಡ್ ಮಾಡ್ಯೂಲ್‌ಗಳನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸಲು, Imec CMOS-ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯ III-V-on-Si ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಪರಿಶೋಧಿಸುತ್ತದೆ", Imec ನಲ್ಲಿ ಪ್ರೋಗ್ರಾಂ ನಿರ್ದೇಶಕರಾದ Nadine Collaert ಹೇಳುತ್ತಾರೆ."Imec ವೆಚ್ಚ ಮತ್ತು ಫಾರ್ಮ್ ಫ್ಯಾಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಮತ್ತು ಹೊಸ ಹೈಬ್ರಿಡ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಟೋಪೋಲಜಿಗಳನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸಲು ಇತರ CMOS-ಆಧಾರಿತ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳೊಂದಿಗೆ (ನಿಯಂತ್ರಣ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ರಿ ಅಥವಾ ಟ್ರಾನ್ಸ್‌ಸಿವರ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದಂತಹ) ಮುಂಭಾಗದ ಭಾಗಗಳ (ವಿದ್ಯುತ್ ಆಂಪ್ಲಿಫೈಯರ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಸ್ವಿಚ್‌ಗಳಂತಹ) ಸಹ-ಏಕೀಕರಣವನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸುತ್ತಿದೆ. ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಮತ್ತು ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಲು.Imec ಎರಡು ವಿಭಿನ್ನ ಮಾರ್ಗಗಳನ್ನು ಅನ್ವೇಷಿಸುತ್ತಿದೆ: (1) Si ನಲ್ಲಿ InP, 100GHz ಮೇಲಿನ mm-ತರಂಗ ಮತ್ತು ಆವರ್ತನಗಳನ್ನು ಗುರಿಪಡಿಸುವುದು (ಭವಿಷ್ಯದ 6G ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳು) ಮತ್ತು (2) Si ನಲ್ಲಿ GaN-ಆಧಾರಿತ ಸಾಧನಗಳು, ಗುರಿ (ಮೊದಲ ಹಂತದಲ್ಲಿ) ಕಡಿಮೆ mm-ತರಂಗ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳನ್ನು ಪರಿಹರಿಸುವುದು.ಎರಡೂ ಮಾರ್ಗಗಳಿಗಾಗಿ, ನಾವು ಈಗ ಭರವಸೆಯ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳೊಂದಿಗೆ ಮೊದಲ ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಪಡೆದುಕೊಂಡಿದ್ದೇವೆ ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯ ಆವರ್ತನಗಳನ್ನು ಇನ್ನಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಿಸುವ ಮಾರ್ಗಗಳನ್ನು ನಾವು ಗುರುತಿಸಿದ್ದೇವೆ.

300mm Si ನಲ್ಲಿ ಬೆಳೆದ ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ GaAs/InGaP HBT ಸಾಧನಗಳನ್ನು InP-ಆಧಾರಿತ ಸಾಧನಗಳ ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುವಿಕೆಯ ಮೊದಲ ಹಂತವಾಗಿ ಪ್ರದರ್ಶಿಸಲಾಗಿದೆ.Imec ನ ವಿಶಿಷ್ಟ III-V ನ್ಯಾನೊ-ರಿಡ್ಜ್ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ (NRE) ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು 3x106cm-2 ಥ್ರೆಡಿಂಗ್ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್ ಸಾಂದ್ರತೆಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಇರುವ ದೋಷ-ಮುಕ್ತ ಸಾಧನ ಸ್ಟ್ಯಾಕ್ ಅನ್ನು ಪಡೆಯಲಾಗಿದೆ.ಸಾಧನಗಳು ಉಲ್ಲೇಖ ಸಾಧನಗಳಿಗಿಂತ ಗಣನೀಯವಾಗಿ ಉತ್ತಮವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ, ಸ್ಟ್ರೈನ್ ರಿಲ್ಯಾಕ್ಸ್ಡ್ ಬಫರ್ (SRB) ಲೇಯರ್‌ಗಳೊಂದಿಗೆ Si ಸಬ್‌ಸ್ಟ್ರೇಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ GaAs ತಯಾರಿಸಲಾಗಿದೆ.ಮುಂದಿನ ಹಂತದಲ್ಲಿ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಚಲನಶೀಲತೆಯ InP-ಆಧಾರಿತ ಸಾಧನಗಳನ್ನು (HBT ಮತ್ತು HEMT) ಅನ್ವೇಷಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಮೇಲಿನ ಚಿತ್ರವು 300mm Si ನಲ್ಲಿ ಹೈಬ್ರಿಡ್ III-V/CMOS ಏಕೀಕರಣಕ್ಕಾಗಿ NRE ವಿಧಾನವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ: (a) ನ್ಯಾನೊ-ಟ್ರೆಂಚ್ ರಚನೆ;ಕಿರಿದಾದ ಕಂದಕ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ದೋಷಗಳು ಸಿಕ್ಕಿಬೀಳುತ್ತವೆ;(b) NRE ಬಳಸಿಕೊಂಡು HBT ಸ್ಟಾಕ್ ಬೆಳವಣಿಗೆ ಮತ್ತು (c) HBT ಸಾಧನ ಏಕೀಕರಣಕ್ಕಾಗಿ ವಿವಿಧ ಲೇಔಟ್ ಆಯ್ಕೆಗಳು.

ಇದಲ್ಲದೆ, 200mm Si ನಲ್ಲಿ CMOS-ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯ GaN/AlGaN-ಆಧಾರಿತ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಮೂರು ವಿಭಿನ್ನ ಸಾಧನ ಆರ್ಕಿಟೆಕ್ಚರ್‌ಗಳನ್ನು ಹೋಲಿಸಿ ತಯಾರಿಸಲಾಗಿದೆ - HEMT ಗಳು, MOSFET ಗಳು ಮತ್ತು MISHEMT ಗಳು.ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವರ್ತನ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಗಾಗಿ ಸಾಧನದ ಸ್ಕೇಲೆಬಿಲಿಟಿ ಮತ್ತು ಶಬ್ದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ವಿಷಯದಲ್ಲಿ MISHEMT ಸಾಧನಗಳು ಇತರ ಸಾಧನ ಪ್ರಕಾರಗಳನ್ನು ಮೀರಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ.300nm ಗೇಟ್ ಉದ್ದಗಳಿಗೆ ಸುಮಾರು 50/40 fT/fmax ನ ಗರಿಷ್ಠ ಕಟ್-ಆಫ್ ಆವರ್ತನಗಳನ್ನು ಪಡೆಯಲಾಗಿದೆ, ಇದು ವರದಿಯಾದ GaN-on-SiC ಸಾಧನಗಳಿಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿದೆ.ಮತ್ತಷ್ಟು ಗೇಟ್ ಲೆಂತ್ ಸ್ಕೇಲಿಂಗ್ ಜೊತೆಗೆ, ತಡೆ ವಸ್ತುವಾಗಿ AlInN ನೊಂದಿಗೆ ಮೊದಲ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಇನ್ನಷ್ಟು ಸುಧಾರಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ, ಅಗತ್ಯವಿರುವ mm-ತರಂಗ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗಳಿಗೆ ಸಾಧನದ ಆಪರೇಟಿಂಗ್ ಆವರ್ತನವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಿ.