『全球CEO峰会』重磅演讲者：Soitec公司CEO Paul Boudre：5G时代寻求新的晶圆材料

法国Soitec公司是设计及制造创新半导体材料的全球领先企业，提供FD-SOI、Photonics-SOI和Imager-SOI等数字应用产品，以及RF-SOI和Power-SOI等通信和电源应用产品，未来还将提供非硅衬底产品。

2020财年，得益于智能手机、物联网、边缘计算、汽车、数据中心等市场的快速发展，Soitec实现销售收入6亿欧元，是过去三年销售额的2.5倍，年增长率高达28%。而最值得关注的，是Soitec在SOI之外的相关领域也取得了突破性进展。

专注四大市场

Soitec专注于四大市场：智能手机/移动应用、汽车、云计算和物联网。这些市场消费者众多，对产品价格、性能及可靠性都相当敏感。

其中每一个领域都需要实时通信。例如，在开车时，汽车的碰撞警报系统不能等好几秒钟才被激活。采用下一代5G通信技术，信号将在几毫秒而不是几秒钟内传输。

对于物联网等其他应用，用户需要的无线产品带有传感器，在检测、处理及通信时仅消耗很小的功率。

Soitec公司CEO Paul Boudre先生表示，利用SOI技术，可为这些新兴领域提供价格低、性能好、可靠性高的方案。

图1：Soitec首席执行官Paul Boudre。

Soitec公司CEO Paul Boudre先生已确认参加2020年11月5日在深圳举办的ASPENCORE第三届“全球CEO峰会”（点击查看峰会介绍与报名），届时将发表主题为《优化衬底赋能边缘计算》的精彩演讲。

2020，在我们步入新十年的伊始，全球遭受了百年一遇的重大公共卫生危机。这场危机重启了全球电子产业格局与供应链，新常态下，我们电子产业从业者如何守望相助、携手打造新的全球技术协作框架？如何准确定义用户需求、重构最适合的技术方案与最流畅的供应链？如何重升电子行业走势，实现全行业的正向增长？ 答案就在2020年的全球双峰会中，点击查看大会介绍并报名。

FD-SOI与RF‑SOI技术

FD-SOI是一种可集成多种功能同时仍为移动设备基础架构提供较低功耗的独特技术，目前已有多个晶圆厂和多个节点支持这种技术。它甚至还可以集成5G收发器等功能，在任何其他平台上都无法以同样的功耗预算做到这一点。

采用FD-SOI技术，可为汽车系统提供控制ADAS系统、驾驶舱及传感器的理想解决方案，这种技术还可应用于物联网，包括网络基础架构和AR/VR。

FD-SOI衬底具有超薄硅膜，是在超薄埋氧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。

由于FD-SOI能够在0.4V下工作，与体硅相比，功耗可降低达80％。取决于所用的电压，其性能可能会提高50％。根据摩尔定律，采用FD-SOI可以将更多的晶体管集成到设备中，从而降低成本。

SOI已拥有成熟的全球生态系统，从代工合作伙伴到利用工具和EDA仿真的设计服务，一应俱全。Soitec公司目前有100多个客户在使用FD-SOI进行设计、测试并鉴定其产品。采用FD-SOI制造产品的代工厂包括： 采用65nm工艺的瑞萨，采用28nm工艺的意法半导体和三星，以及采用22nm工艺的GlobalFoundries和华力。

采用FD-SOI技术的最终产品远不止智能手机。例如，索尼制造了一种GPS设备，其功耗仅为之前设备的5％，Huami和Casio制造的智能手表就集成了这一GPS设备。在汽车行业，Mobileye的EyeQ4视觉处理系统使用FD-SOI从多个传感器收集信息，确保整合并理解这些信息，以便中央处理器为驾驶员做出正确的决策。恩智浦半导体基于FD-SOI的i.MX 8系列微控制器在处理汽车的信息娱乐功能时可实现低功耗和低的软错误率。语音激活家庭助理中也使用了与汽车中相同的平台。这些始终处于开机状态的电子产品需要低功耗和多种功能来提供所需性能。

RF通信驱动了当今所有无线连接设备的发展。用户需要以更快的速度处理更多的数据，为了满足这种需求，必须减少网络延迟。5G通信可以做到这一点。

5G有两种技术：一种是低于6GHz的通信，这是4G的演进；一种采用毫米波（mmWave）技术。RF-SOI和FD-SOI产品可以为这两种应用提供解决方案。

“今天的大多数通信业务仍使用4G，在过渡到5G之前，还有很多工作要做。 ”Paul Boudre先生说，“尽管4G手机市场增长缓慢，但越来越多的手机采用了先进的通信协议，包括LTE、LTE-Advanced和LTE-Pro。随着采用LTE技术的手机数量不断增长，对SOI的需求也在增加。”

RF-SOI是制造智能手机中许多组件——包括天线调谐器、开关、双工器和低噪声放大器——的标准技术。此外，RF-SOI也开始渗透到功率放大器业务。

“针对RF产品，我们将继续扩大200mm晶圆的生产，同时也会开始生产300mm RF-SOI并逐步扩大规模。”Paul Boudre先生说。

寻找硅以外的新材料

随着5G的快速发展， RF半导体设计者都在挖空心思为5G系统寻找新材料和新设计/架构。

图2：5G系统需要新的半导体材料。

由于5G使用不同的高频频段来实现高速数据传输，因此5G RF前端模块所需要的功率放大器、滤波器、开关、LNA和天线调谐器的需求量倍增，速度之快令人措手不及。对于智能手机设计者来说，庞大的零部件数量（其中许多仍是独立部件）很让人头疼，他们必须将所有这些RF模块全部塞到一部5G手机里。

5G智能手机开发商也担心RF器件的质量、散热和能效问题，因为这些都可能降低RF前端模块的性能。

“因此，越来越多的RF芯片设计公司都在寻找新的材料和衬底，以满足5G RF的严格要求。”Paul Boudre先生说。

Soitec已经在SOI晶圆方面取得了巨大成功，准备进军化合物材料的新世界来扩展其业务。Boudre提到，Soitec计划为芯片厂商“开发、制造和提供基于Soitec工程衬底的新材料”。Soitec研发的新材料包括：

• 压电绝缘体(POI)工程衬底——用于生产高性能表面声波(SAW)滤波器组件，主要针对4G和5G新无线电(NR)波段。
• 硅基氮化镓(GaN-on-Si)和碳化硅基氮化镓(GaN-on-SiC)外延片。Soitec去年收购了位于比利时的Imect子公司EpiGaN，获得了外延片开发和制造技术。通过将EpiGaN融入到公司中，同时购买必要的工具，Soitec计划进入需求庞大的5G GaN功率放大器市场。
• Soitec将于今年开始交付碳化硅（SiC）晶圆样品，这是基于其Smart Cut专有技术而开发的。

Soitec的Smart Cut工艺可让Soitec工程师指定材料，并从这些材料上生长单晶层，然后将这些生长层从一个衬底转移到另一个衬底。这样就有可能形成晶圆片的活性层，独立于支撑机械基底进行控制管理。

图3：Soitec的Smart Cut技术。

Soitec将Smart Cut技术应用于碳化硅是为了显著改善SiC在衬底和器件级别的成本和质量。

Soitec的大部分产品是基于FD-SOI和RF-SOI衬底的，两者都利用了Smart Cut技术。同样，Soitec最近也利用Smart Cut技术将POI投入了批量生产。下一步则是基于Smart Cut的SiC晶圆，计划在今年年底出样。

虽然SiC需求激增，但面临两大挑战：第一是没有足够的SiC晶圆供应，然后是SiC的良率很低。

Soitec在使用Smart Cut技术开发新的SiC晶圆时采取了应对措施，大幅提高衬底上SiC层的质量，并将现有的6英寸SiC晶圆转到8英寸晶圆以降低成本。目前，Soitec在法国格勒诺布尔有一条SiC晶圆试验生产线。

基于Smart Cut的SiC有两个潜在的巨大市场。一个是电动车逆变器，可以大幅提高电池寿命；另一个是把握“5G基站对高能效和严格线性的功率放大器的巨大需求”。

鉴于现在市场上SiC晶圆短缺，Soitec有什么商业模式和计划呢？Boudre说：“我们可以成为自己的SiC晶圆供应商，也可以授权给别家合作。”无论采用哪种方式，他表示，“我们的目标是加强SiC晶圆的供应，提高质量，并加快6英寸晶圆转换。这些都有助于使碳化硅晶圆的成本结构更具竞争力。”

结语

正如Boudre所指出的，半导体的发展史无前例地由多种因素而不是“一件大事”来推动。材料是所有这些因素的核心，以此为基础可以为当今及未来的许多关键应用提供解决方案。在芯片的制造技术上，RF芯片公司希望有多种选择。根据其RF前端解决方案的设计和架构要求，“我们认为向客户提供多种解决方案是我们应该做的，从FD-SOI、RF-SOI到GaN和SiC。”Boudre确信，将来会开发出一系列新的工程衬底材料。

Paul Boudre自2015年起担任Soitec公司的首席执行官兼董事会成员。除了领导Soitec公司，他还担任多家机构的董事会成员，包括：尖端计量解决方案领域的领先公司FOGALE nanotech；氮化镓功率开关生产商Exagan；欧洲纳米电子技术研究协会AENEAS；以及 SOI工业联合会。Paul Boudre同时还是SEMI（服务电子制造业供应链的全球性行业协会）欧洲咨询委员会成员。

（Paul Boudre已确认参加11月5日在深圳举办的全球CEO峰会，届时将发表精彩演讲。会议同期还将举办全球电子成就奖颁奖典礼以及全球分销与供应链领袖峰会，报名参会请点击这里，或长按识别或扫描下图二维码）