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        【极智课堂】刘志宏:面向5G应用的Si基GaN微波毫米波器件技术研究进展

        放大字体  缩小字体 发布日期:2020-05-11 10:33   来源:澳门24小时线路检测  浏览次数:1576
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        当前,新型冠状病毒仍在持续,对产业及企业造成了一定程度的影响,也牵动着各行各业人们的心。在此形势下,澳门24小时线路检测、极智头条,在国家半导体照明工程研发及产业联盟、第三代半导体产业技术创新战略联盟指导下,开启疫情期间知识分享,帮助企业解答疑惑。助力我们LED照明企业和产业共克时艰。

        本期,极智课堂邀请到西安电子科技大学教授、博导刘志宏带来了题为“面向5G应用的SiGaN微波毫米波器件技术研究进展”的精彩主题分享。

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        5G基建及应用是2020年“新基建”六大方向之一,被列为中国制造2025计划中十个重点发展行业的首位。5G是当前国际竞争的焦点,未来10-20年发展的基石,我国已完成5G移动通信的演示验证, 2019年已经开始发放牌照,成为我国5G移动通信的商用元年。

        射频芯片是5G的关键器件之一,但是急需国产替代,是提高我国核心芯片自主产权掌控力的重要部分。

        射频器件与集成电路,包括微波、毫米波、太赫兹等波段,是电子信息技术的重要发展方向,在移动通信、卫星通信、雷达、电子战、车载通信、物联网、有线电视、射频能量等方面广泛应用。 

        5G频谱主要分两段:Sub-6GHz、毫米波(Ka段、Q段)

        射频半导体器件与集成电路历经了三代,第一代半导体硅射频、第二代半导体砷化镓/磷化铟射频器件,第三代半导体氮化镓(氮化物)射频器件。氮化物半导体射频器件与集成电路呈现出巨大的优势,是理想的射频技术选择。

         功率放大器PA方面,氮化镓呈现出更高的输出功率和更高的效率。低噪声放大器LNA方面,氮化镓呈现出更低噪声系数,仅弱于InP HEMTGaAs mHEMT

        GaN 射频器件具有不同衬底,其中SiGaN具有低衬底成本,Si 衬底8英寸很成熟,利用现有硅代工厂的规模生产优势。SiGaN主要技术挑战有热阻、射频损耗,应力、位错密度和可靠性,大尺寸材料生长和CMOS兼容工艺制造,

        当前,SiCGaN占主导。随着5G通信对射频元器件的需求增加,需要大批量、低成本的GaN射频芯片,也会需要SiGaN

        宽禁带半导体器件与集成电路国家工程研究中心是宽禁带半导体技术国防重点学科实验室、宽禁带半导体国防科技创新团队(首批)、宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室、微电子学与固体电子学国家重点学科、国家“211”工程重点建设学科、国家集成电路人才培养基地、西安航天-西电新型半导体器件研发中心。

        报告详细分享了毫米波GaN HEMT关键技术、毫米波GaN HEMT的线性度、8英寸SiGaN晶圆及工艺技术、GaN-Si CMOS异质集成等的最新研究进展与挑战。

        其中,涉及毫米波GaN HEMT关键技术涉及40nm栅长GaN HEMTCMOS 兼容关键工艺-欧姆接触、离子注入欧姆接触、CMOS兼容工艺制造80nm硅基GaN HEMT、高线性度电路设计技术、高线性度SiGaN毫米波晶体管、200mm 硅基氮化镓HEMT材料生长、200mm 硅基氮化镓HEMT工艺开发、200mm 硅基氮化镓HEMT功率器件、Si优势-CMOS数字(逻辑)电路、GaN-Si CMOS异质集成技术路线、GaN-Si CMOS集成工艺流程开发、300mm GaN-Si CMOS集成等的最新研究进展。

         

        GaN-Si CMOS异质集成方面,有点多方面的需求,比如电子系统小型化、轻型化的持续需求,电子系统减小成本的持续需求;电子系统提高高频性能的持续需求。

        CMOS数字(逻辑)电路方面,Si很有优势,比如技术成熟、成本低、功耗低,电路复杂度高、EDA工具成熟等。 

        但也存在很多技术挑战,比如热兼容性问题,氮化镓微波毫米波电路,发热比较严重,会引起周围Si-CMOS器件的阈值电压漂移、漏电增大等问题;电磁兼容性问题,氮化镓电路工作时的偏压比较大,电场耦合到CMOS区域;射频电路工作时的电磁场分布效应、电磁波辐射;工艺兼容性问题,氮化镓器件制备时的工艺条件,包括金属、温度、应力等对Si-CMOS的器件性能的详细影响;可靠性问题,晶圆键合的界面存在空隙、大量界面态、陷阱中心,可能导致电路的长期可靠性问题。晶圆键合、金属凸块键合的机械强度存在可靠性问题。

         

         

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