文章摘要
【关 键 词】 异质集成、摩尔时代、CMOS技术、GaN HEMT、电学性能
复旦大学微电子学院张卫教授和江南大学集成电路学院黄伟教授合作,针对后摩尔时代AI海量数据处理的需求,开展了Si CMOS与GaN单片异质集成的创新研究。该研究旨在解决GaN集成技术在功能多样性和高低压器件兼容性方面的局限,通过晶圆到晶圆键合技术实现3D集成,提升数字信号处理能力。
研究团队在6英寸Si (111)外延片上进行GaN/CMOS集成电路研究,包括5V CMOS、20V CMOS、GaN HEMT等关键部件。研究聚焦于高质量图形化GaN外延生长技术、材料与器件多物理场耦合建模、平台化工艺及器件创新研发等核心难题。通过平台化工艺,成功制备出5V/20V高低压CMOS及GaN HEMT等平台化器件,满足异质集成电路集成需求。
研究还深入分析了GaN外延材料应力对Si CMOS器件性能的影响,提出了应力诱导Si晶格畸变模型,并深入解析了晶格应力作用下沟道区域载流子迁移率模型。通过全面电气性能测试,验证了GaN与Si CMOS单晶圆集成的可行性,展现了卓越的电学性能。
在多物理场耦合方面,研究团队构建了专门针对工艺过程中外延诱生的多晶氮化物层对Si PMOS器件影响的应力生成分析模型,深度剖析了应力分布规律及其对器件性能的内在作用机制。通过k-p微扰法量化应力对MOS器件的作用效果,构建了硅中空穴迁移率与应力关系的精准数学模型。
该研究成功实现了GaN/Si CMOS单片异质集成的初步验证,汇聚了集成Si-CMOS、PN二极管、BJT以及GaN HEMT等多元关键组件,实现了1+1>2的协同效应,为异质异构、异质集成的协同发展和生态链建立提供了有益探索。
原文和模型
【原文链接】 阅读原文 [ 3582字 | 15分钟 ]
【原文作者】 半导体行业观察
【摘要模型】 moonshot-v1-32k
【摘要评分】 ★★★★★