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柔性磷化铟DHBT频率提升

稿件来源:今日半导体 责任编辑:ICAC 发布时间:2021-03-03

  东南大学和中国南京电子设备研究所要声称首次演示了将晶圆级制造的高频磷化铟(InP)双异质结构双极晶体管(DHBT)转移到柔性基板上。该团队报告,获得了截止频率fT = 337GHz和最大振荡频率fMAX = 485GHz,这是迄今为止柔性电子领域报道的最高结果。

  柔性电子设备被部署在诸如显示器、太阳能电池、可穿戴电子设备和生物医学设备等领域。现有的柔性电子产品受频率性能的限制,速度和带宽无法达到访问无线通信/物联网(IoT)技术的要求。基于InP的技术的产品可以通过更高的电子迁移率获得更高的频率。

  尽管石墨烯等新技术使fT值达到198GHz(28.2GHz fMAX),但InP也实现了最好的柔性电子性能,使用高电子迁移率晶体管结构,可以达到160GHz fT和290GHz fMAX

  研究人员将他们在晶圆规模上的成果与以前的报告进行了对比,以前的报告都没有证明能够在晶圆级数兆赫兹范围内实现高性能柔性电子产品,这也对RF柔性电子产品在国外的应用带来限制。

  使用分子束外延(MBE)在3英寸InP衬底上生长DBHT材料,该材料使用0.5μm工艺制成单指DHBT。湿法刻蚀用于定义DHBT的三个堆叠台面,并使用自对准技术来定义基极接触。发射极/集电极金属是钛/铂/金,而碱是铂/钛/铂/金。进一步的步骤包括器件隔离,用苯并环丁烯进行平面化,反应离子蚀刻以暴露金属端子柱以及焊盘沉积。

  转移到柔性衬底上需要暂时粘附到蓝宝石载体上,以便能够使用机械研磨来去除InP衬底,然后使用盐酸溶液进行选择性湿法刻蚀。用正磷酸溶液除去砷化铟镓(InGaAs)停止层。然后将厚度为2μm的器件永久性地粘合到柔性基板上,并去除蓝宝石载体。

  直流测量表明,相对于未转移到柔性基板上的器件,集电极电流的性能有所下降。研究人员将这种退化归因于柔性基板导热性差,大约比InP低三分之二。自热会严重影响晶体管的性能。相对于非柔性设备,最大增益仅为31。

  测得的频率性能高达40GHz。常规DHBT的外推fT为385GHZ,fMAX为570GHz。柔性基板上的DHBT的fT为337GHz,fMAX为485GHz。

  该工艺的成品率约为73%,大多数失效器件位于晶圆外围,失败的原因是局部缺陷,所得设备的频率性能仅略有变化。

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