🇪🇺 Новые материалы. СВЧ-полупроводники. Европа

Imec заявляет о рекордных характеристиках СВЧ-транзистора по технологии GaN-on-Si

Компания imec представила MOSHEMT транзистор на основе нитрида галлия (GaN) на кремнии (Si), который по ее заявлениям обладает рекордными КПД и выходной мощностью в режиме обогащения (E-mode). Прибор работает при низком напряжении питания и обладает рекордно низким контактным сопротивлением – 0.024 Ом*мм, что важно для дальнейшего повышения выходной мощности.

🎓 MOSHEMT - металл-оксид-полупроводник с высокой подвижностью электронов.

Как ожидается, такие приборы будут востребованы в усилителях мощности 6G, работающих с диапазоном FR3 (7-24 ГГц). Больше данных компания обещает представить на симпозиуме по технологиям и схемотехнике СБИС 2025 (Symposium on VLSI Technology and Circuits) в Киото, Япония.

В указанном диапазоне частот привычные мобильные решения на основе гетеропереходных биполярных транзисторов (ГБТ) на основе арсенида галлия (GaAs) с трудом сохраняют производительность. Их эффективность и коэффициент усиления значительно снижаются на частотах выше 10-15 ГГц, что приводит к быстрому разряду аккумуляторов в пользовательском оборудовании и низкому КПД.

Нитрид галлия (GaN) считается перспективной альтернативой за счет высокой плотности мощности и высокого напряжения на пробив. Хотя транзисторы GaN на карбиде кремния (SiC) показывают более высокие радиочастотные характеристики в базовых станциях, их высокая стоимость и ограниченная масштабируемость из-за сравнительно небольшого размера пластин, остаются препятствиями для их широкого применения в изделиях мобильной связи.

Кремний – более масштабируемая и экономичная платформа, но создание GaN-транзисторов на его основе оказалось технологически сложной задачей, из-за несоответствия шага кристаллической решетки и температурных характеристик этих двух материалов, что может негативно сказаться на качестве изделия и надежности устройств. Эта проблема еще более заметна в устройствах в E-mode, которые предпочтительны для использования в мобильных устройствах в силу своей отказоустойчивости и низкого энергопотребления, поскольку они обычно отличаются более тонким барьерным слоем и каналом под затвором. Это ограничивает ток канала в открытом состоянии, но также увеличивает утечку в закрытом состоянии, что затрудняет достижение параметров мощности, эффективности и коэффициента усиления, необходимых для сетей 6G.

Компания Imec представила транзистор GaN-on-Si E-mode MOSHEMT с показателем выходной мощности 27.8 дБм (1 Вт/мм) и КПД добавленной мощности (PAE) 66% на частотах 13 ГГц при напряжении 5В. Такие результаты были получены в единичном устройстве с 8-контактной топологией затвора, что обеспечило ширину затвора, необходимую для получения высокой выходной мощности без необходимости использования нескольких транзисторов с суммированием их мощности. Этого удалось добиться за счет сочетания технологии углубления затвора, которая применяется для перевода устройства в режим E-mode, а также барьерного слоя InAlN, компенсирующего потери производительности из-за утончения канала.

Рекордно низкого контактного сопротивления 0.024 Ом*мм удалось добиться за счет использования восстановленного слоя n⁺(In)GaN, что максимизирует ток и минимизирует потери мощности. Хотя результат был получен в отдельном модуле, исследователи утверждают, что он полностью совместим с архитектурой транзистора в режиме E-mode. Моделирование показывает, что интеграция этого контактного модуля может повысить выходную плотность мощности на 70%, обеспечивая целевой показатель производительности, необходимый для устройства, пригодного для пользовательского оборудования 6G.

«Наш следующий шаг — интегрировать этот контактный модуль в транзистор в режиме E-mode и подтвердить ожидаемый прирост мощности и эффективности, приближая устройство к реальным приложениям 6G», - заявляют в компании.

@RUSmicro, фото - Imec