Le CEA Leti planche sur la réduction du coût des transistors GaN pour applications RF

Le centre de R&D a développé un procédé de croissance du GaN sur tranche de silicium de 200, voire 300 mm de diamètre, moins onéreux que le procédé GaN sur substrat SiC conventionnel, mais quasiment aussi performant jusqu’à 30 GHz et plus.

Les substrats SiC hautes performances généralement utilisés pour faire croître les couches de GaN sont très coûteux, disponibles uniquement en tailles relativement petites, et nécessitent un traitement dans des salles blanches dédiées.

Pour résoudre ce problème, le CEA Leti travaille depuis plusieurs années sur un procédé de croissance du nitrure de gallium sur substrat silicium (GaN/Si) qui s’avère bien moins onéreux que le procédé GaN/SiC traditionnel, d’autant qu’il est compatible avec la technologie Cmos classique et peut par conséquent bénéficier des installations de salles blanches hautes performances existantes. Mais jusqu’ici, il y avait un hic : les performances obtenues avec ce procédé.

Aujourd’hui, le CEA Leti affirme avoir développé un procédé GaN/Si compatible Cmos à partir de tranches de silicium de 200 mm, et potentiellement 300 mm de diamètre, offrant des performances proches de celles du procédé GaN/SiC. Ce qui pourrait s’avérer intéressant pour la fabrication de transistors à haute mobilité électronique (HEMT) en GaN utilisés dans les applications télécoms ou de radar.

© CEA Leti

« Nous sommes parvenus à nous approcher des performances des transistors HEMT GaN de pointe existants, jusqu’à une fréquence de fonctionnement d’environ 30 GHz, avec une technologie GaN/Si compatible Cmos de 200 mm, et ainsi à rivaliser avec le procédé GaN/SiC, bien plus coûteux, dans les commutateurs et amplificateurs RF, se félicité Erwan Morvan, chercheur au CEA-Leti. Ce travail démontre que la technologie HEMT SiN/AlN/GaN sur silicium compatible Cmos est une candidate prometteuse pour des applications telles que les infrastructures 5G/6G, les communications par satellite, les radars pour la détection de drones ou l’observation de la Terre, et devrait permettre de concevoir des appareils moins coûteux tout en conservant une densité de puissance et un rendement élevés, ainsi qu’un encombrement et un poids réduits. »

​​​Alors que les tests de fiabilité de ce procédé viennent de commencer, les prochaines étapes du projet consistent à augmenter la puissance brute de sortie et le rendement de ces HEMT, de porter leur fréquence de fonctionnement jusqu’à 100 GHz, et de transposer le procédé GaN/Si à des tranches de 300 mm de diamètre.​