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多点开花,Soitec优化衬底迎接新挑战

2021-03-08 来源:EEWORLD

衬底是具有特定晶面和适当电学,光学和机械特性的用于生长外延层的洁净单晶薄片。对于一些复杂结构的半导体来说,由于其没有很好的附着点,故正常情况下不容易生长成单晶,所以需要衬底的帮助。它具有支撑作用,也会参与导电并帮助晶格生长。所以说它是半导体工艺最重要环节之一。其中设计和生产创新性半导体材料的法国Soitec半导体是这个圈里的典型代表,Soitec购买基本材料,包括硅晶圆片和化合物晶圆片,利用自己的核心技术Smart Cut和Smart Stacking设计和加工优化衬底并出售给代工厂,晶圆制成芯片后用在系统中。他们从材料层面设计解决方案, 使系统的性能更加卓越。2020年他们表现尤为亮眼,财报显示,Soitec实现了创纪录的近6亿欧元销售额,是3年前的2.5倍。这表明他们设计的优化衬底正在被越来越多的厂商采用,这些衬底显著地提高了电子产品的性能。

 

是哪些趋势和因素在驱动着Soitec屡创佳绩?近日,Soitec在线上召开发布会,深入讨论了关于全球半导体市场发展趋势、在其中扮演的角色以及他们关键衬底产品的最新进展。

 

四大市场&三大趋势助力半导体行业发展

 

Soitec全球战略负责人Thomas Piliszczuk介绍,性能、功耗、上市时间、所占面积是驱动半导体技术发展的四大因素,它们使行业能够把各种应用、功能成功地集成到终端消费电子应用中。而5G、人工智能、能源效率这三大趋势支持着很多领域的发展,包括智能手机、汽车、物联网、云和基础设施。

 

 

1.5G驱动衬底材料不断创新

 

5G对于半导体材料来说是一个很好的创新舞台,今年5G手机的出货量预计逾5亿台,与此同时5G可以集成和带来各类创新产品,涉及各类的电子细分市场。与传统4G等通信技术相比,5G需满足全频谱接入、高频段乃至毫米波传输、超高宽带传输三大基础性能要求,因此器件原材料则相对应的需要实现大规模集成化、高频化和高频谱效率。相关的半导体材料包括衬底材料、硅基半导体材料和化合物基半导体材料。

 

 

Thomas展示了过去10年不同通信技术代际(2G/3G到5G)的手机对于优化衬底需求的变化。Soitec预测了RF-SOI、FD-SOI、POI产品在不同代际的手机中的应用面积,从3G到5G以及到Sub-6GHz及毫米波的过程中,可以看出Soitec优化衬底产品的应用面积的增长非常可观。

 

 

2.边缘AI:边缘AI正成为行业内非常重要趋势,它强力驱动着行业增长。预计今年起将有数十亿的具备AI能力的设备面市。

 

3.电动车:汽车电气化促使整个产业链不断进步,汽车市场几大关键的半导体器件应用领域。在不同代际的汽车中,半导体器件的应用将逐年增加。

 

不同代际汽车内的半导体器件含量也在快速增长。这些增长不仅在应用面积方面,也有新的应用种类以及新的芯片种类。Soitec优化衬底的应用机遇便在于此。

 

 

除了电动汽车之外,提高能效的需求也将各种其它的应用中体现,例如工业应用、太阳能、绿色能源或其它基础设施中。

 

面对机遇,Soitec准备好了吗?

 

作为半导体衬底的资深玩家,Soitec通过在战略上整合并购,在技术上不断打磨,如今在产品上已有了多种类别。如今,Soitec不仅可以提供SOI产品,也有许多非SOI的新产品。包括硅基、非硅基,还有其它新材料和衬底,包括压电衬底和其它化合物产品。

 

 

RF-SOI让5G设备飞速增长

 

5G时代射频器件的高频、高功率对半导体衬底材料提出更高的要求。Soitec首席运营官兼全球业务部主管Bernard Aspar表示,Soitec在5G方面有很多布局,也拥有丰富的产品,5G非常看重集成的技术,也非常看重集成的材料。

 

Soitec的RF-SOI技术为智能手机的射频前端模块设定行业标准。其产品包括200毫米、300毫米技术节点,在产品线路上会涉及到囊括从4G到5G、Sub-6GHz、毫米波甚至包括Wi-Fi在内的不同应用。提到RF-SOI需求增长原因,Bernard介绍,5G智能手机的渗透率主要助推手,另一方面也涉及到RF-SOI平台。Sub-6GHz的RF-SOI的采用面积在5G手机中的含量是比4G手机中的含量高出60%,而同时又比中等的手机当中的含量高出100%。同时可以看到RF-SOI在毫米波领域以及Wi-Fi 6领域的增长在加快。所以RF-SOI可以覆盖很多领域,并且在逐步成为行业标准。

 

FD-SOI

 

FD-SOI衬底具有超薄单晶顶层硅片,是在超薄氧化埋层上直接制作晶体管沟道。这不仅将顶部硅与衬底的其余部分隔离,而且还增加了背栅。因而,设计人员可以使用一种称为反向偏置的技术从低功耗模式切换到高性能模式,提供了极好的灵活性。

 

5G、边缘计算、汽车将促进FD-SOI继续增长,这使得FD-SOI的采用率上升也受益于越来越多需要超低功耗的技术的需求。此外,通过AI管理的射频到比特流SoC以及新一代的Soitec技术为云端添加无线电连接,也带动了一系列FD-SOI的应用。同时,各个代工厂也在进一步地开发18nm和12nm的新技术节点。

 

Soitec瞄准了这一大趋势,他们收购了芯片设计公司Dolphin Design,这使Soitec能提供出色的解决方案用于IP设计上,并满足低功耗和高能效应用的需求。

 

Specialty-SOI

 

Soitec的Specialty-SOI产品包括用于影像的Imager-SOI和Photonics-SOI,同时Photonics-SOI产品已经成为行业标准,特别是数据中心以及收发器的应用领域。

 

此外,Bernard 介绍了SOI之外的新产品——用于滤波器的POI衬底。据介绍,这个产品是绝缘体上的压电材料结构衬底,POI衬底在最顶层是一层大概几百纳米厚的单晶的压电层,在它之下是一层氧化埋层,大概也是几百纳米厚度,在最底下基底的部分是高电阻率硅材料。POI衬底是射频滤波器理想的选择,能够为5G滤波器提供在带宽、损耗、温度稳定性、排斥等方面优秀的表现。对于声表波滤波器市场而言,POI可以助力声表波的滤波器服务好Sub-6HGz的市场。Soitec与行业内的很多大公司签订了协议,帮助它们开发用于4G、5G、滤波器的产品。据了解,Soitec与Qualcomm Technologies, Inc.签署合作协议,将为Qualcomm Technologies的射频滤波器大规模生产POI衬底,以用于智能手机射频前端模块。同时Soitec在150毫米POI衬底方面也在爬坡量产,产能准备扩张到50万片/年。

 

GaN 将会成为5G时代热门材料

 

Soitec Belgium的前身EpiGaN成立于 2010 年,其技术应用于 5G 基础设施、物联网和智能传感器系统的电源,其 GaN 产品用于 RF、5G、电子元器件和传感器应用。Soitec以 3000 万欧元现金收购 EpiGaN 公司。EpiGaN也被整合成为Soitec旗下的一个业务部门,如今更名为Soitec Belgium。目前已有两种结构的产品——硅基的GaN以及SiC基的GaN。Soitec可以提供用于射频,主要是用于基站,以及智能手机(Sub-6GHz、毫米波)方面的GaN外延片;此外,也提供用功耗方面的GaN外延片。

 

除了基站功率放大器这一首要目标市场外,Soitec还计划通过GaN产品渗透智能手机和新能源汽车市场。Soitec Belgium作为Soitec的业务部门已运营超过一年,受益于Soitec遍布全球的制造业务和知名度,该部门可以为客户提供全球的销售服务和技术支持。

 

Soitec在中国

 

Soitec将继续深耕中国市场,并且不断定位来加强在中国的影响力以支持其业务发展。Piliszczuk特别强调,Soitec深知中国在电子产品及半导体行业扮演着重要角色,在中国,Soitec与新傲科技达成协作,在上海扩产200mm SOI晶圆,2019年新傲科技把200mm产能从年产18万片扩大到年产36万片。

 

总结

 

Bernard表示,2022年Soitec预计营收将会超过9亿美元,5G、汽车市场、边缘计算是主要驱动力。接下来一年,他们会非常忙。

 

Soitec与整个生态系统进行合作,包括直接客户以及客户的客户,这样保证了Soitec对整个产业所面临的挑战有更深刻的了解。在技术上Soitec通过将Smart CutTM、Smart StackingTM、 Epitaxy三种技术完美结合,互相联系,实现不同材料的堆叠。未来Soitec依旧会将这三个技术搭配组合,再运用不同材料来不断设计和交付出创新型优化衬底解决方案,赋能客户产品,缔造消美好生活。

 



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