Imec成功開發毫米波III-V器件：可用于5G及下一代（6G）的RF前端模塊

比利時獨立研究所Imec于2020年1月成功在300mm Si襯底上形成了GaAs異質結雙極晶體管（HBT）器件，并在200mm Si襯底上成功形成了與CMOS兼容的GaN器件。 兩者都是為用于5G及更高版本的下一代通信（6G）的毫米波RF前端模塊而開發的。

在5G無線通信中，從6GHz以下頻段到毫米波頻段（及更高頻段）的過渡正在朝著更高的工作頻率發展。這些毫米波頻段的引入對整個5G網絡基礎架構和移動設備產生了重大影響。

對于移動服務和固定無線訪問（FWA），在天線之間傳輸信號的前端模塊變得越來越復雜。為了能夠在毫米波頻率下運行，RF前端模塊必須快速（10Gbps和更高的數據速率）并且具有高功率。另外，手機的實現對外形尺寸和功率效率有很高的要求。超越5G，即使在昂貴的GaAs基板上使用GaAs HBT的當前最先進的RF前端模塊，也很難達到這些要求。

imec計劃主管Naecine ollaert表示，Imec正在探索與CMOS兼容的III-V-on-Si技術，以實現5G以外的下一代RF前端模塊?？紤]到組件（例如功率放大器和開關）與其他基于CMOS的電路（例如控制電路和收發器）的集成，從而降低了成本和外形尺寸，從而實現了新的混合電路拓撲， Imec正在研究兩種不同的設備，以確保性能和效率：

1. ``在Si襯底上形成的InP器件''針對毫米波和未來的6G，目標頻率為100 GHz或更高，

2. “ Si襯底上的GaN基器件”以較低的毫米波為目標（第一步）并解決需要更高功率密度的應用。

我們成功地為兩個設備都具有了預期特性的設備原型，并在此基礎上確定了一種進一步提高工作頻率的方法。”

Imec成功實現了在300 mm Si襯底上形成GaAs / InGaP HBT器件的第一步，這是實現基于InP的器件的第一步，并開發了一種無缺陷的器件，其螺紋位錯密度小于3×10 6 / cm 2。知道了 由于其性能優于在Si襯底上形成應變松弛緩沖層的GaAs器件，因此下一步是對更高遷移率的基于InP的器件（HBT和HEMT）進行原型設計。。

此外，imec研究人員在200mm Si襯底上原型制作了三種類型的CMOS兼容GaN / AlGaN器件：HEMT，MOSFET和MISHEMT。該公司確認，MISHEMT在高頻運行期間的設備小型化和噪聲特性方面優于其他設備。在300nm的柵極長度下，fT / Fmax的峰值截止頻率為50/40，與先前報道的SiC上GaN器件大約相同。Imec還嘗試通過使用AlInN作為阻擋材料來減小柵極長度，從而帶來可以進一步改善性能并增加滿足毫米波段要求的設備的工作頻率的感覺。據說得到了這種感覺。

200mm Si襯底上GaN / AlGaN器件的電流增益截止頻率（fT）和最大功率增益（fmax）（資料來源：imec）