CEA-Leti, uno dei più importanti istituti di ricerca europei nell’ambito della microelettronica, ha sviluppato una tecnologia di processo al nitruro di gallio/silicio (GaN/Si) da 200 mm compatibile con le camere bianche CMOS che preserva le elevate prestazioni del materiale semiconduttore e costa meno della tecnologia GaN/SiC esistente.
In una delle nove presentazioni all’IEDM2023, l’istituto ha affermato che le attuali tecnologie GaN dei transistor ad alta mobilità elettronica (HEMT) utilizzate nelle applicazioni radar o di telecomunicazioni si basano su substrati GaN/SiC di piccole dimensioni e richiedono l’elaborazione in camere bianche dedicate.
Aumentano a 200 mm le dimensioni dei substrati GaN/Si
I substrati SiC ad alte prestazioni utilizzati per far crescere gli strati di nitruro di gallio sono molto costosi e disponibili solo in dimensioni relativamente piccole. Questo progetto ha consentito di portare la tecnologia GaN/silicio (GaN/Si) su wafer del diametro di 200 mm – con possibilità di utilizzare in futuro anche wafer da 300 mm – facendo ricorso alle normali camere bianche utilizzate per i processi CMOS. Ciò consentirà di ridurre i costi del substrato e trarre vantaggio dalle strutture esistenti per camere bianche ad alte prestazioni.
Le prestazioni della tecnologia GaN/Si di CEA-Leti a 28 GHz guadagneranno sicuramente terreno rispetto alla tecnologia GaN/SiC in termini di densità di potenza.
Le dichiarazioni
“Il nostro obiettivo era raggiungere le prestazioni HEMT GaN esistenti a ~30 GHz con una tecnologia GaN/Si compatibile con CMOS da 200 mm per competere con la tecnologia GaN/SiC”, ha affermato Erwan Morvan, ricercatore del CEA-Leti e principale autore dell’articolo, “6.6W/mm 200mm CMOS Compatible AlN/GaN/Si MIS-HEMT with In-Situ SiN Gate Dielectric and Low Temperature Ohmic Contacts”.
“Questo lavoro dimostra che la tecnologia HEMT SiN/AlN/GaN da 200 mm compatibile con CMOS su silicio è un candidato promettente per applicazioni come infrastrutture 5G/6G, satcom, radar per il rilevamento di UAV o l’osservazione della terra. Dovrebbe consentire dispositivi meno costosi mantenendo un’elevata densità di potenza, alta efficienza, leggerezza e compattezza”.
Ulteriori sviluppi della tecnologia GaN/Si
I dispositivi sviluppati in questo lavoro, progettati per amplificatori e interruttori RF, possono essere utilizzati in applicazioni intorno ai 30 GHz.
Mentre i test di affidabilità sulla tecnologia di processo sono appena iniziati, la continua ricerca e sviluppo di CEA-Leti in quest’area includerà l’aumento della potenza di uscita e dell’efficienza dei suoi transistor MIS-HEMT, integrando i suoi moduli di processo migliorati per aumentare le prestazioni del dispositivo e aumentare la frequenza operativa fino a 100 GHz e oltre con l’integrazione 3D di chip GaN/Si su wafer Si da 300 mm.
