虽然,2021年全球半导体产业以缺货开局,但这也预示着行业复产带来的需求推动增长,而随着疫情的缓解,整个半导体产业的发展动力将进一步得到释放。


行业调研机构对整个半导体市场增长趋势普遍乐观,预计从2020到2030年,整个行业将增长2.2倍,5G、人工智能和能源效率三个领域成为驱动主力,关键市场包括手机、汽车、物联网、云和相关基础设施。Soitec全球战略负责人Thomas Piliszczuk在日前该公司的年度展望会上表示,一些外部因素也在促进产业的发展,包括从去年开始的疫情,美欧和中国之间的地缘政治关系的变化,以及产业链供给短缺等。


Soitec公司在法国、比利时、新加坡和中国建有6座晶圆厂,包括6英寸、8英寸和12英寸,作为拥有核心技术的半导体材料公司,该公司的年度展望反映出新技术需求下半导体材料的发展动向。


市场中的一些趋势已经变成现实:今年5G手机的出货量将超过5亿台,而作为全球性的平台,5G将集成和带来多种创新产品,涉及各类的电子细分市场。边缘AI的终端设备今年将达到100亿,而到2030年将超过400亿。此外,电动汽车到2025年产量将达到2000万,其提高能效的技术需求也将体现在工业应用、太阳能、绿色能源或其它基础设施中。


Thomas Piliszczuk认为作为这些市场的核心推手,半导体行业正在面临新的挑战,包括性能、功耗、尺寸和上市时间,眼前的挑战是如何超越摩尔定律,包括建立新型体系架构,搭建包括3D在内的新型器件结构,研发出合适的新型材料,找到缩减尺寸的新方法及满足需求的先进的封装技术。


在解决挑战的过程中,优化衬底特别重要,并且是行业标准的重要组成部分。Soitec首席运营官兼全球业务部主管Bernard Aspar强调该公司是专注于在优化衬底的整个价值链中提供差异化的价值。就SOI而言,Soitec可以提供RF-SOI、FD-SOI、Power-SOI、Photonics-SOI、Imager-SOI,以针对不同的应用。 

 

优化衬底在不同器件中的应用


图:优化衬底在不同器件中的应用


“面向汽车领域,我们有FD-SOI产品、Power-SOI产品,我们还提供Imager-SOI,用于成像与传感领域。”Bernard Aspar说,“除了SOI以外,我们还有非SOI的新产品,比如POI,高阻硅作为基底、上覆氧化埋层,并以一层极薄且均匀的单晶压电层覆盖顶部,它可用于滤波器方面;另外我们还有氮化镓,基于硅基,可以用于5G和汽车领域。” 

 

Soitec的优化衬底在汽车半导体中的机遇


图:Soitec的优化衬底在汽车半导体中的机遇


半导体材料技术深深影响着行业标准,Soitec在这一过程中发挥了重要作用。以5G智能手机射频前端模块为例,Sub-6GHz的RF-SOI的采用面积在5G手机中的含量比4G手机高了60%,比中等手机中的含量高100%。


再以Wi-Fi为例,为满足更大的容量,更高的数据吞吐量和最小延迟的需求,前几代Wi-Fi射频前端中使用的晶圆上的CMOS或SiGe等半导体工艺正逼近其性能极限,Wi-Fi 6(E)需要更先进的射频前端半导体工艺,RF-SOI优化衬底上的CMOS工艺能够满足这种需求,Soitec的HR-SOI、iFEM-SOI和RFeSI系列RF-SOI技术为相关标准提供了基础。 

 

Soitec RF-SOI在手机RF前端中的应用趋势


图:Soitec RF-SOI在手机RF前端中的应用趋势


除了射频前端,来自5G、边缘计算和汽车应用中对超低功耗的需求,以及通过AI管理的射频到比特流SoC和云无线电连接也推动了FD-SOI的发展。包括莱迪思的CrossLink,以及ST、格芯、三星等都在采用该技术设计和生产芯片。从工艺节点看,目前,中国华力微电子主要做55nm和22nm的FD-SOI,ST是28nm,格芯是22nm,并已规划做12nm,三星则是28nm和18nm。 

 

FD-SOI的市场和应用


图:FD-SOI的市场和应用


除了SOI,POI衬底将给射频滤波器带来新的选择,将在Sub-6HGz的市场发挥重要价值。Soitec已与高通合作,共同开发4G、5G的滤波器,目前150毫米POI衬底正在在爬坡量产,预期产能将扩张到每年50万片。


随着GaN和SiC功率器件应用的增长,化合物半导体业务对材料供应商而言是一个重要的蓝海。Soitec通过收购EpiGaN取得了GaN技术,包括硅基的GaN,以及SiC基的GaN,这些200mm 的产品主要用于5G手机和基站射频和功率应用。


Soitec正在和应用材料公司合作生产基于该公司Smart Cut技术的SiC晶圆,顶层是高质量的碳化硅,下面一层是低电阻率的衬底,面向汽车应用,首批研发样品试制完成,目前正在客户端验证,预计今年一季度开始批量供应。


值得注意的是,在新材料工艺和芯片制造实现之间,IP始终发挥重要的作用,材料公司需要更多的介入到芯片设计和制造的过程中。Soitec通过收购Dolphin Design实现向格芯交付基于其22nm FD-SOI和22nm超低泄露的IP,以加快FD-SOI技术并扩张相关产能。


Soitec正在加快其中国行业生态建设,Soitec中国区战略发展总监张万鹏表示他们希望能够利用中国的新基建、电动汽车等不同行业的发展,来帮助合作伙伴解决行业中遇到的挑战以及传统材料的瓶颈问题。除了5G、AIoT以及电动汽车领域,还包括与本地行业伙伴进行合作,建立本地供应链以及本地团队的支持。
“包括上海新傲,我们目前在国内跟多数客户和伙伴有超过30个项目合作,”Soitec全球销售主管Calvin Chen说,“经过几年的耕耘,目前比较主流的产品会开始有销售方面的贡献,其中有几个项目会在一年之内开始进入试产和量产的阶段,预计在不久之后就会有爆发式的增长。”


从SOI、复合材料产品到非硅基产品,半导体材料技术的发展显示出其在应对摩尔定律中的发展方向和可能性。当然,也正是基于这些材料技术的芯片最终推动着相关应用市场的迭代升级。