< Terug naar vorige pagina

Project

RF ESD-verkenning in Si/III-V heterogene integratie voor 5G/B5G-toepassingen

Bij de transitie naar het 5G telecommunicatietijdperk zijn een hogere datasnelheid en dus een hogere bandbreedte de belangrijkste eisen om deze evolutie waar te maken. Voor het ontwerp van RF ESD-bescherming in traditionele CMOS front-end module (FEM) circuits moet de parasitaire capaciteit van de ESD-beschermingstructuren zo laag mogelijk zijn om aan de 5G-bandbreedtevereisten te voldoen. Het is echter meestal een uitdaging om de parasitaire capaciteit te verminderen zonder de ESD-prestaties op te offeren.

Anderzijds is de vermogensefficiëntie van een RF-vermogensversterker (PA) van cruciaal belang om de algemene RF-prestaties te verbeteren. Om de energie-efficiëntie van de PA-schakelingen te verhogen, wordt de Gallium Nitride (GaN)-on-Si technologie voorgesteld voor het ontwerp van het PA-circuit in 5G-communicatiesystemen. Deze technologie kan zorgen voor betere prestaties met hoog vermogen en hoge frequentie en een goedkope integratie bij het schalen van het CMOS-proces. De GaN PA moet uiteindelijk worden geintegreerd met andere CMOS FEM-schakelingen door nieuwe heterogene integratietechnieken op waferniveau. Ten gevolge van de opkomende GaN-op-Si-technologie en de bijhorende integratietechnieken, moeten de ESD-betrouwbaarheidsevaluaties worden aangepast om te voorzien in passende ESD-beschermingsmethoden en evaluatie-instrumenten in de specifieke technologie.

In dit werk wordt vooreerst een nieuwe tapered back-end-of-line (BEOL) lay-out structuur voorgesteld en gerealiseerd voor de RF ESD co-optimalisatie in een geavanceerde 28nm CMOS technologie. Uiteindelijk kan de verbetering van de structuur worden toegepast in het breedband ESD-distributienetwerk om de totale bandbreedte op de 5G-frequentiebanden te verhogen.

Verder wordt het ESD Human Body Model (HBM) ontladingsmodel in GaN (MIS)HEMT’s bestudeerd en er wordt vastgesteld dat het HBM-geleidingspad gerelateerd is aan de Two-Dimensional Electron Gas (2DEG)-kanaalgeleiding, en dat de HBM-falers leiden tot de HBM mis-correlatieproblemen tussen de TLP-testresultaten. Door de gemeten HBM transiënte I-V kenmerken kan een speciaal HBM-ontladingsmechanisme van de 2DEG weerstandsmodulatie onthuld worden, en dit zowel in GaN MIS-HEMT’s als HEMT’s. Op die manier kan de hoofdoorzaak van de HBM mis-correlatie verklaard worden. Tenslotte wordt de herziene HBM-correlatie afgeleid met inachtneming van de hoge 2DEG-weerstand in de verzadigingsmodus van de transistoren.

In het laatste deel van de thesis wordt een tester op waferniveau voorgesteld met een Lage Impedantie van het Contact Charged Device Model (LI-CCDM), voor de potentiële ESD CDM-problemen in de geavanceerde heterogene integraties. Het LI-CCDM tester model wordt gekalibreerd en geverifieerd door vector netwerk analyzer (VNA) metingen en SPICE simulaties. Uiteindelijk kunnen de parameters van het model de gebruikt worden om de LI-CCDM opstelling te optimaliseren en te correleren met de JS-002 standaard.

In conclusie, dit proefschrift behandelt de state-of-the-art kwesties van de 5G/B5G RF ESD strategieën in de Si/III-V technologie opties en de ontwikkeling van de wafer-level CDM evaluatie-instrumenten voor de geavanceerde heterogene integraties.

Datum:4 sep 2018 →  21 okt 2022
Trefwoorden:ESD, RF, GaN
Disciplines:Nanotechnologie, Ontwerptheorieën en -methoden, Sensoren, biosensoren en slimme sensoren, Andere elektrotechniek en elektronica
Project type:PhD project