從Soitec年度展望看半導體材料發(fā)展動向

雖然，2021年全球半導體產(chǎn)業(yè)以缺貨開局，但這也預示著行業(yè)復產(chǎn)帶來的需求推動增長，而隨著疫情的緩解，整個半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展動力將進一步得到釋放。

行業(yè)調(diào)研機構(gòu)對整個半導體市場增長趨勢普遍樂觀，預計從2020到2030年，整個行業(yè)將增長2.2倍，5G、人工智能和能源效率三個領域成為驅(qū)動主力，關鍵市場包括手機、汽車、物聯(lián)網(wǎng)、云和相關基礎設施。Soitec全球戰(zhàn)略負責人Thomas Piliszczuk在日前該公司的年度展望會上表示，一些外部因素也在促進產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，包括從去年開始的疫情，美歐和中國之間的地緣政治關系的變化，以及產(chǎn)業(yè)鏈供給短缺等。

Soitec公司在法國、比利時、新加坡和中國建有6座晶圓廠，包括6英寸、8英寸和12英寸，作為擁有核心技術的半導體材料公司，該公司的年度展望反映出新技術需求下半導體材料的發(fā)展動向。

市場中的一些趨勢已經(jīng)變成現(xiàn)實：今年5G手機的出貨量將超過5億臺，而作為全球性的平臺，5G將集成和帶來多種創(chuàng)新產(chǎn)品，涉及各類的電子細分市場。邊緣AI的終端設備今年將達到100億，而到2030年將超過400億。此外，電動汽車到2025年產(chǎn)量將達到2000萬，其提高能效的技術需求也將體現(xiàn)在工業(yè)應用、太陽能、綠色能源或其它基礎設施中。

Thomas Piliszczuk認為作為這些市場的核心推手，半導體行業(yè)正在面臨新的挑戰(zhàn)，包括性能、功耗、尺寸和上市時間，眼前的挑戰(zhàn)是如何超越摩爾定律，包括建立新型體系架構(gòu)，搭建包括3D在內(nèi)的新型器件結(jié)構(gòu)，研發(fā)出合適的新型材料，找到縮減尺寸的新方法及滿足需求的先進的封裝技術。

在解決挑戰(zhàn)的過程中，優(yōu)化襯底特別重要，并且是行業(yè)標準的重要組成部分。Soitec首席運營官兼全球業(yè)務部主管Bernard Aspar強調(diào)該公司是專注于在優(yōu)化襯底的整個價值鏈中提供差異化的價值。就SOI而言，Soitec可以提供RF-SOI、FD-SOI、Power-SOI、Photonics-SOI、Imager-SOI，以針對不同的應用。?

圖：優(yōu)化襯底在不同器件中的應用

“面向汽車領域，我們有FD-SOI產(chǎn)品、Power-SOI產(chǎn)品，我們還提供Imager-SOI，用于成像與傳感領域?！盉ernard Aspar說，“除了SOI以外，我們還有非SOI的新產(chǎn)品，比如POI，高阻硅作為基底、上覆氧化埋層，并以一層極薄且均勻的單晶壓電層覆蓋頂部，它可用于濾波器方面；另外我們還有氮化鎵，基于硅基，可以用于5G和汽車領域?！?

圖：Soitec的優(yōu)化襯底在汽車半導體中的機遇

半導體材料技術深深影響著行業(yè)標準，Soitec在這一過程中發(fā)揮了重要作用。以5G智能手機射頻前端模塊為例，Sub-6GHz的RF-SOI的采用面積在5G手機中的含量比4G手機高了60%，比中等手機中的含量高100%。

再以Wi-Fi為例，為滿足更大的容量，更高的數(shù)據(jù)吞吐量和最小延遲的需求，前幾代Wi-Fi射頻前端中使用的晶圓上的CMOS或SiGe等半導體工藝正逼近其性能極限，Wi-Fi 6（E）需要更先進的射頻前端半導體工藝，RF-SOI優(yōu)化襯底上的CMOS工藝能夠滿足這種需求，Soitec的HR-SOI、iFEM-SOI和RFeSI系列RF-SOI技術為相關標準提供了基礎。?

圖：Soitec RF-SOI在手機RF前端中的應用趨勢

除了射頻前端，來自5G、邊緣計算和汽車應用中對超低功耗的需求，以及通過AI管理的射頻到比特流SoC和云無線電連接也推動了FD-SOI的發(fā)展。包括萊迪思的CrossLink，以及ST、格芯、三星等都在采用該技術設計和生產(chǎn)芯片。從工藝節(jié)點看，目前，中國華力微電子主要做55nm和22nm的FD-SOI，ST是28nm，格芯是22nm，并已規(guī)劃做12nm，三星則是28nm和18nm。?

圖：FD-SOI的市場和應用

除了SOI，POI襯底將給射頻濾波器帶來新的選擇，將在Sub-6HGz的市場發(fā)揮重要價值。Soitec已與高通合作，共同開發(fā)4G、5G的濾波器，目前150毫米POI襯底正在在爬坡量產(chǎn)，預期產(chǎn)能將擴張到每年50萬片。

隨著GaN和SiC功率器件應用的增長，化合物半導體業(yè)務對材料供應商而言是一個重要的藍海。Soitec通過收購EpiGaN取得了GaN技術，包括硅基的GaN，以及SiC基的GaN，這些200mm 的產(chǎn)品主要用于5G手機和基站射頻和功率應用。

Soitec正在和應用材料公司合作生產(chǎn)基于該公司Smart Cut技術的SiC晶圓，頂層是高質(zhì)量的碳化硅，下面一層是低電阻率的襯底，面向汽車應用，首批研發(fā)樣品試制完成，目前正在客戶端驗證，預計今年一季度開始批量供應。

值得注意的是，在新材料工藝和芯片制造實現(xiàn)之間，IP始終發(fā)揮重要的作用，材料公司需要更多的介入到芯片設計和制造的過程中。Soitec通過收購Dolphin Design實現(xiàn)向格芯交付基于其22nm FD-SOI和22nm超低泄露的IP，以加快FD-SOI技術并擴張相關產(chǎn)能。

Soitec正在加快其中國行業(yè)生態(tài)建設，Soitec中國區(qū)戰(zhàn)略發(fā)展總監(jiān)張萬鵬表示他們希望能夠利用中國的新基建、電動汽車等不同行業(yè)的發(fā)展，來幫助合作伙伴解決行業(yè)中遇到的挑戰(zhàn)以及傳統(tǒng)材料的瓶頸問題。除了5G、AIoT以及電動汽車領域，還包括與本地行業(yè)伙伴進行合作，建立本地供應鏈以及本地團隊的支持。
“包括上海新傲，我們目前在國內(nèi)跟多數(shù)客戶和伙伴有超過30個項目合作，”Soitec全球銷售主管Calvin Chen說，“經(jīng)過幾年的耕耘，目前比較主流的產(chǎn)品會開始有銷售方面的貢獻，其中有幾個項目會在一年之內(nèi)開始進入試產(chǎn)和量產(chǎn)的階段，預計在不久之后就會有爆發(fā)式的增長?！?/p>

從SOI、復合材料產(chǎn)品到非硅基產(chǎn)品，半導體材料技術的發(fā)展顯示出其在應對摩爾定律中的發(fā)展方向和可能性。當然，也正是基于這些材料技術的芯片最終推動著相關應用市場的迭代升級。