SEMI化合物半導體技術論壇打造次世代通訊願景

市場驅動下,5G標準的制定已積極展開,預計商業化應用將於2020年導入市場。新世代通訊應用發展下,行動設備需要滿足更高的溫度、功率、電壓、效能與抗輻射需求,就目前技術來看,具備寬能帶、高飽和速度、高導熱性和高擊穿電場強度等特色的化合物半導體碳化矽 (SiC)、氮化鎵 (GaN) 無疑是最佳解答。為協助產業發展,SEMI(國際半導體產業協會)偕國家中山科學研究院(中科院)與台灣經濟研究院(台經院)共同舉辦「Enabling Next Generation of Communications -化合物半導體國際論壇」。同時透過SEMI 功率暨化合物半導體委員會的協助,由產業實際發展趨勢及需求切入規劃,邀請日月光、絡達科技、聯鈞光電及穩懋半導體,深入剖析化合物半導體材料與技術趨勢。

化合物半導體技術持續精進

針對即將到來的5G,絡達科技技術長林珩之博士以「Highly Efficient 5G PA Design」切入表示,與過去的通訊標準相較,5G在大幅強化傳輸速度、容量的同時,功耗不至於同步提升,為達成此一目標,通訊設備的內部設計也必須進化,在傳統的蜂巢式通訊網路中,功率放大器(PA)往往是設備中功耗最大的元件,因此要由PA著手克服該挑戰。

林珩之博士進一步指出,除從電路優化設計著手,亦必須同時將網路系統、數據晶片、PA架構、PA設備等考慮進去。至於在5G功率放大器的製程選擇,CMOS與GaAs/GaN誰會勝出?林珩之博士以表列方式指出,在Breakdown voltage、Power handling、Through wafer via、Substrate loss等部分,GaAs/GaN具有優勢,至於在自行檢測能力、複雜偏壓電路設計、訊號處理能力、整合性、配置彈性、低供電電壓能力方面,則是CMOS勝出,因此他認為在5G乃至於6G與毫米波的基地台設計,由於效能是主要考量,GaAa/GaN仍會繼續存在,而以成本考量為主的物聯網設備,具低耗電與低價設備特色的CMOS,將比GaAa/GaN更有機會,手持式裝置部分,小於6GHz的設備,仍會採用GaAs/GaN或是CMOS+GaAs的複合式架構,至於毫米波市場,CMOS有可能全拿。

對於GaN的磊晶晶圓製程發展,聯鈞光電竹科分公司總經理林昆泉博士,則以「GaN on Si Epitaxy Technology Innovation」為題分享,高耐熱性、高擊穿電壓、高電子飽和度與高電流密度的電子產品設計需求中,GaN製成的半導體元件可在高頻運作下,提供高功率輸出。因此在新一代的應用如車用電子、電力管理系統、工業照明、攜帶式電子裝置、通訊設備與消費性電子產品中,會有相當高的發展潛力。

林昆泉博士表示,以往GaN磊晶片均使用在LED元件上,每一片6吋晶片上都含有數萬至數十萬顆的LED顆粒,數千顆的Particle所造成的良率損失較為輕微。但在矽晶片上從事氮化鎵GaN功率元件磊晶晶圓時,大晶片尺寸的功率元件來說,每一片6吋晶圓上都只有一千至數千顆的芯片,Particle多寡關係著每片磊晶晶圓上功率元件的良率,追求超低Particle的GaN on Si磊晶技術就相形重要,在這部分就會需要用創新的技術來製造磊晶晶圓。

 

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SEMI台灣區會務拓展及會員服務經理呂玉文、SEMI台灣區總監蘇貞萍、中科院材電所副所長翁炳國、中科院電子所副所長曹亞嵐、SEMI台灣功率暨化合物半導體委員會委員暨絡達科技技術長林珩之、SEMI台灣功率暨化合物半導體委員會主席暨台達電子技術長張育銘、SEMI台灣功率暨化合物半導體委員會主席暨穩懋半導體策略長李宗鴻、穩懋半導體研發處處長王文凱、聯鈞光電竹科分公司總經理林昆泉、日月光集團技術處長林弘毅及SEMI台灣區總裁曹世綸(由左至右)

 

從模組到封測新世代通訊架構現身

穩懋半導體技術研發處長王文凱博士則以「Advanced GaAs Solution for mmw FEM」分享GaAs在毫米波的前端模組解決方案。王文凱博士表示,GaAs pHEMT製程已被業界長期應用於無線通訊,例如點對點的射頻傳輸與VSAT,目前穩懋半導體的pHEMT和PIN二極管主要技術平台,在效能與電路方面已有解決方案,他指出近年來GaAs技術的快速演進,讓晶圓封裝與多功能元件開始整合在GaAs晶圓製造裡,此外,pHEMT和PIN二極管整合為PINHEMT的技術,在毫米波通訊系統前端模組也會有巨大潛力。

王文凱博士指出,目前已可用0.1um pHEMT執行E波段和D波段放大器,同時Ka-Band Doherty放大器和低噪放大器已透過0.15um pHEMT實現,而Ka波段的switch則可由GaAs PIN二極管製程示範,這說明了GaAs pHEMT/PIN是毫米波領域相當適用的驗證解決方案。

面對摩爾定律逐漸趨緩的挑戰下,日月光集團技術處長林弘毅博士以「Next Wave RF & Photonics Packaging Solution」分享精闢見解,現今市場上行動設備通訊需求與雲端運算概念所帶來的數據傳輸量越來越龐大,但目前半導體產業中任何一種晶片技術的提升速度逐漸趨緩,因此異系統整合就成為頻寬問題的解決之道。

林弘毅博士進一步表示,現在行動設備的射頻模組與資料中心的矽光子模組,是目前雲端運算平台的關鍵元件,這兩類元件都需要有多元材料包括化合物半導體、矽和被動元件或特殊晶體等異材質的高速連通晶片,其中阻抗匹配和低插入損耗將是關鍵性能指標。同時林弘毅博士亦展示射頻模組和矽光子模組的新封裝平台,提供台灣產業最佳解決方案。

除透過業界講師分享了解最新市場趨勢與技術外,藉由會中的直效交流協助與會者拓展人脈。同時為促進台灣化合物半導體產業發展,SEMI台灣區總裁曹世綸表示,SEMI將持續舉行產業交流活動,同時今年首次於SEMICON Taiwan規劃化合物半導體專區,舉行國際論壇及產業聯誼交流活動,分享產業前瞻趨勢與技術,促進交流與合作與商機。

 

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