受半導體物理極限的限制，為了延續(xù)摩爾定律，半導體廠商不得不打破常規(guī)尋求新的解決方案，其中3D晶體管、先進封裝技術被認為在未來可以再提升50倍左右的晶體管密度，因而也得到了很大的關注。那么再往后呢？顯然這樣的延續(xù)也將會遇到瓶頸，而更為底層的襯底材料優(yōu)化則成為芯片性能提升的根本所在。
作為全球優(yōu)化襯底最大的制造商，Soitec提倡通過材料及襯底的設計和生產(chǎn)來改善人們的生活。9月19日，Soitec在北京向媒體展示了其SOI產(chǎn)品組合，以及面向5G市場的新材料和產(chǎn)品布局。
Soitec全球戰(zhàn)略執(zhí)行副總裁Thomas Piliszczuk
Thomas Piliszczuk表示，襯底材料是晶體管的重要組成部分，其結構對終端產(chǎn)品的性能和表現(xiàn)有著直接影響，因此Soitec一直和終端產(chǎn)品的廠商有非常密切的合作。智能手機、物聯(lián)網(wǎng)、汽車、云計算與基礎設施是Soitec關注的四大市場，受5G、AI、智慧能源三大趨勢的影響，這四大市場有很大的發(fā)展前景。
第三代半導體材料迎發(fā)展機遇
半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今經(jīng)歷了三個階段，第一代半導體材料以硅為代表；第二代半導體材料砷化鎵也已經(jīng)廣泛應用；而以氮化鎵和碳化硅等寬禁帶為代表的第三代半導體材料，相較前兩代產(chǎn)品性能優(yōu)勢顯著。
Soitec的產(chǎn)品系列中，傳統(tǒng)的硅基襯底產(chǎn)品已經(jīng)得以廣泛應用，如用于數(shù)字運算的FD-SOI、用于手機射頻前端模塊的RF- SOI、用于高壓原件集成的Power-SOI、用于光學數(shù)據(jù)收發(fā)的Photonics-SOI和用于手機圖像處理的Imager-SOI等。
非硅類材料方面，隨著5G的發(fā)展，用于下一代射頻濾波器的絕緣材料POI以及用于5G和功率器件的氮化鎵（GaN）材料（硅或碳化硅上再加一層氮化鎵的襯底材料）的產(chǎn)品將迎來更多的商用機會。
通訊器件是發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一，與此同時，Soitec也在不久前宣布了擴大POI產(chǎn)能，來滿足客戶對此類技術和產(chǎn)品的需求。縱觀射頻模塊的演進，3G時代只需要幾個濾波器，4G時代濾波器的數(shù)量達到了60-80個，5G時代則是120-150個，因此濾波器市場潛力巨大的。 Thomas 透露，包括一線的RF廠商，很多企業(yè)會陸續(xù)量產(chǎn)基于POI的射頻前端模塊。
Thomas介紹道：“預計POI每年市場需求約達幾百萬。POI現(xiàn)在只是6英寸，未來會滿足到200mm和300mm這樣的規(guī)格。”
此外，Thomas 透露，Soitec正在研發(fā)新一代的材料：“我們在開發(fā)新的材料，叫做硅基銦氮化鎵，主要用于MicroLED，生產(chǎn)高分辨率、低功耗的顯示屏，如智能手表、智能手機領域的應用等。這個新的材料在未來幾年將會非常受歡迎。”
GaN大規(guī)模商用時機成熟
GaN能夠在高頻條件下工作并保持高性能、高效率，其主要價值是用于射頻高頻率和高功耗領域，如5G基站方面。
RF-5G
經(jīng)過幾十年的研發(fā)，GaN已經(jīng)基本成熟，可以大規(guī)模的商業(yè)化使用。看準了GaN的市場潛質，2019年5月，Soitec收購了領先的GaN外延硅片供應商EpiGaN，將氮化鎵納入其優(yōu)化襯底產(chǎn)品組合。至此，Soitec可以持續(xù)推出RF-SOI、FD-SOI的產(chǎn)品，以及POI的產(chǎn)品，滿足未來5G客戶對各類技術和產(chǎn)品的要求。
相比硅和SOI，GaN的成本要高一些。Thomas認為，GaN包括Si襯底GaN和SiC襯底GaN。硅上GaN是以Si為底，成本比SiC、GaN便宜很多。Soitec在努力提高此類技術的性能，使這項成本較低的技術能夠滿足市場需求，特別是在基站應用領域。用SI襯底GaN來盡量替代SiC襯底GaN，以此來減少技術的成本。
此外，Soitec還從4、6英寸移到8英寸來生產(chǎn)，通過大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)提高良率，節(jié)省成本。
顛覆汽車行業(yè)的新材料SiC
汽車領域，優(yōu)化襯底材料的使用分三部分，第一部分是汽車的電力，Power-SOI、功率FD-SOI、氮化鎵都有廣泛的使用；第二部分是自動駕駛，F(xiàn)D-SOI大規(guī)模應用于自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和信息娛樂應用處理器；第三部分是車載的顯示屏和傳感器，Imager/Photonics-SOI 用于雷達傳感器，F(xiàn)D-SOI用于雷達傳感器前端模塊，InGaNOS 用于車載顯示屏MicroLED。
SiC vs. Si
在汽車電力方面，還有另外一種材料——碳化硅（SiC）。Thomas這樣說道：“SiC用于很多的元器件中，能夠提高汽車的巡航距離。在電動汽車引擎的領域，未來它將會在一些關鍵的部件當中替代硅。其中的一個關鍵元器件也就是換流器、逆變器，在這個領域中碳SiC替代硅會產(chǎn)生非常重要的價值和優(yōu)勢。Soitec正在開發(fā)這種技術，使用Smart CutTM、Smart StackingTM技術開發(fā)新的材料。”
Thomas認為，SiC至少會顛覆汽車行業(yè)的材料使用，Soitec在2020年初將會帶來一個能夠顛覆行業(yè)的一些新產(chǎn)品。
SOI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟推動行業(yè)發(fā)展
SOI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟是SOI行業(yè)的一個最領先的組織，涵蓋整個SOI行業(yè)價值鏈中的企業(yè)，包括產(chǎn)學研各個機構，旨在推動SOI行業(yè)的發(fā)展。目前有33個成員，遍布世界各地，包括大小企業(yè)、初創(chuàng)企業(yè)、研究機構等。
Soitec首席執(zhí)行官顧問、SOI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟董事長兼執(zhí)行理事Carlos Mazure博士
Soitec首席執(zhí)行官顧問、SOI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟董事長兼執(zhí)行理事Carlos Mazure博士介紹：“目前行業(yè)的重點是發(fā)展相關的設計IP，來最大限度發(fā)揮SOI技術的能量，這是我們下一步要做的。”
SOI技術的推動力來自于我們的生活，物聯(lián)網(wǎng)、汽車、消費產(chǎn)品，它們相互連接，推動著SOI技術的發(fā)展。
Carlos指出，F(xiàn)D-SOI整個生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)就緒，整個供應鏈也已經(jīng)就緒，并且處于不斷的發(fā)展成熟當中。針對5G技術的SOI整個生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)就緒了，而且市場需求非常強烈。中國是5G的領導市場，RF-SOI已經(jīng)作為4G前端模塊的標準，它所帶來的各種好處也延伸到sub-6 GHz 5G的技術當中。
可以看出，傳統(tǒng)硅類材料已經(jīng)無法完全滿足市場需求，隨著5G的到來，對于氮化鎵和POI的需求會越來越大，Soitec的產(chǎn)品已經(jīng)相應地提前做好準備。此外，用于MicroLED顯示屏硅上的銦氮化鎵和用于電動汽車中替代硅材料的碳化硅也在Soitec的產(chǎn)品計劃中。Soitec有一個全球的合作網(wǎng)絡，包括中國的合作伙伴。“如果想要取得成功，不僅僅是依靠我們的技術和產(chǎn)品，還要依靠我們整個生態(tài)系統(tǒng)的密切合作。” Thomas介紹總結道。