6G RF器件新进展：imec开发第三代半导体磷化铟/CMOS异质堆叠技术

2020-11-29 10:19:02 EETOP

比利时的半导体高科技研究所imec在11月18日举行的“ imec Technology Forum Japan 2020”线上会议上，为下一代移动通信6G制定了路线图。宣布已与研究合作伙伴开始新一阶段的“高级RF”研究计划。

据该imec介绍，imec研究人员将重点探索的课题之一是开发高能效、高性价比的III-V/CMOS混合堆叠芯片，用于100GHz以上无线频率实现的高带宽通信。imec表示，它将把系统、电路和网络知识与数字和模拟领域的半导体技术相结合。

更高的移动通信频率带宽

imec的Advanced RF研究计划中的垂直整合研究主题

由于对带宽的需求每两年翻一番，而现有的无线电频谱频段已经耗尽，电信行业正不断探索新的技术和方法来满足未来移动通信的需求。从2000年代初期到现在，3G、4G、5G和蜂窝网络得到了飞速发展，但是对更高速度通信的需求仍在不断增长。

imec负责该领域研发活动的副总裁Michael Peeters表示："实际的标准化工作还没有开始，所以6G的具体特性和性能规格还处于早期讨论阶段。不过，可以明确的是，下一代无线网络的性能将大大超过前几代。下一代通信的预期性能包括100Gbit/s的单链路吞吐量、微秒级的延迟以及每比特小于1纳焦耳的高能效。

他补充说：“我们相信，这对于实现人工智能（AI）支持的自主系统之间的集成学习等概念非常重要，比如自动驾驶汽车。其他用例包括在密集的城市中心部署快速可靠的移动热点，支持沉浸式增强现实(AR)应用，以及全息技术。”

更高频段需要InP（磷化铟）基板

对宽带的追求与更高射频的使用紧密相关。频率越高，越可能有更多的带宽可用。因此，5G移动网络（毫米波）在28GHz和39GHz频段上运行，但是未来的移动网络将依靠100GHz以上的频率来满足全球对带宽日益增长的需求。机率很高。

imec公司模拟/项目总监Nadine Collaert说："在更高的频率上实现经济实惠的解决方案是有挑战的。当今的标准硅器件技术缺乏较高无线电频率所需的发射功率和能效，较新的III-V材料如InP可以作为一种解决方案，但还不适合集成到硅平台上。因此，我们专门研究III-V/CMOS混合型3D堆叠，研究如何将III-V材料与CMOS技术结合起来，从可靠性的角度来看，这些材料是如何工作的，以及什么机制会降低其性能。他说："基于这些见解，我们希望能够指出开发高效、低成本的移动设备技术，能够在100GHz及以上的频率下有效运行。

采用3D封装技术的CMOS / III-V（InP）/天线堆叠

3D技术可实现imec已开发的异质集成

混合III-V / CMOS方法原型

“人们认识到，未来的移动网络需要在100GHz以上的频率上运行，以提供100Gbit/s及以上的数据速率。然而，到目前为止，我们还缺乏一条清晰而成熟的底层技术发展路径。” imec公司CEO Luc Van den hove指出。他说：“通过先进的RF计划，我们旨在将影响力扩展到半导体领域的先驱角色之外。提供不仅能实现6G，而且能实现下一代Wi-Fi的见解和技术。"而这需要同时进行系统和技术优化。