東南大學和中國南京電子設備研究所要聲稱首次演示了將晶圓級制造的高頻磷化銦(InP)雙異質結構雙極晶體管(DHBT)轉移到柔性基板上。該團隊報告,獲得了截止頻率fT = 337GHz和最大振蕩頻率fMAX = 485GHz,這是迄今為止柔性電子領域報道的最高結果。
柔性電子設備被部署在諸如顯示器、太陽能電池、可穿戴電子設備和生物醫學設備等領域。現有的柔性電子產品受頻率性能的限制,速度和帶寬無法達到訪問無線通信/物聯網(IoT)技術的要求。基于InP的技術的產品可以通過更高的電子遷移率獲得更高的頻率。
盡管石墨烯等新技術使fT值達到198GHz(28.2GHz fMAX),但InP也實現了最好的柔性電子性能,使用高電子遷移率晶體管結構,可以達到160GHz fT和290GHz fMAX。
研究人員將他們在晶圓規模上的成果與以前的報告進行了對比,以前的報告都沒有證明能夠在晶圓級數兆赫茲范圍內實現高性能柔性電子產品,這也對RF柔性電子產品在國外的應用帶來限制。
使用分子束外延(MBE)在3英寸InP襯底上生長DBHT材料,該材料使用0.5μm工藝制成單指DHBT。濕法刻蝕用于定義DHBT的三個堆疊臺面,并使用自對準技術來定義基極接觸。發射極/集電極金屬是鈦/鉑/金,而堿是鉑/鈦/鉑/金。進一步的步驟包括器件隔離,用苯并環丁烯進行平面化,反應離子蝕刻以暴露金屬端子柱以及焊盤沉積。
轉移到柔性襯底上需要暫時粘附到藍寶石載體上,以便能夠使用機械研磨來去除InP襯底,然后使用鹽酸溶液進行選擇性濕法刻蝕。用正磷酸溶液除去砷化銦鎵(InGaAs)停止層。然后將厚度為2μm的器件永久性地粘合到柔性基板上,并去除藍寶石載體。
直流測量表明,相對于未轉移到柔性基板上的器件,集電極電流的性能有所下降。研究人員將這種退化歸因于柔性基板導熱性差,大約比InP低三分之二。自熱會嚴重影響晶體管的性能。相對于非柔性設備,最大增益僅為31。
測得的頻率性能高達40GHz。常規DHBT的外推fT為385GHZ,fMAX為570GHz。柔性基板上的DHBT的fT為337GHz,fMAX為485GHz。
該工藝的成品率約為73%,大多數失效器件位于晶圓外圍,失敗的原因是局部缺陷,所得設備的頻率性能僅略有變化。
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