半导体未来成长动力仰赖特殊制程与设计

电晶体尺寸不断微缩，价格也变得越来越昂贵，德州仪器技术长Ahmad Bahai日前在国际固态电路会议(ISSCC)上指出，结合特殊制程与设计方法才能继续推动半导体产业的快速成长。

根据EE Times报导，微缩CMOS尺寸对于小型电子产品和增加电池续航力是很重要的，但手机已不再是提供指数型成长的唯一产品，与其持续增加CMOS中的电晶体数量，不如将重点移往更聪明的设计与特殊封装。

Bahai表示，模拟工程师可用的创新架构包括了含精密被动元件的数位辅助类比和系统级封装，专门制程则包括BiCMOS，将功率较高的电晶体嵌在CMOS数位基板上，并使用矽锗(SiGe)、碳化矽(SiC)和氮化镓(GaN)供应电源。

Bahai以汽车雷达处理器使用的mm-RF电路作为市场过于依赖CMOS微缩的例子。Bahai表示，汽车雷达收发器仰赖的是混合技术，技术要求包括宽带和波束成型，以达到高精确度和材料穿透性，这方面微缩CMOS能增加的效益有限。

封装金属化必须经过优化才能改善被动元件并克服封装中粗大图形尺寸的谐波特性。Bahai指出，汽车模组具有高度灵敏度，不仅可侦测并生成接近车辆的影像，还能针对驾驶的呼吸模式进行成像。

个人化医疗使用的可穿戴装置，则是另一个具有快速成长潜力的应用，并且要求不同的技术，如超低功耗、用过即丢、维持开启状态和即时运作。可穿戴生物感测器提供的资料比简单的心率更有意义，临床血糖仪也可进行自适应采样，微缩CMOS未必能提供助益。

此外，电源管理应用通常须在功率处理和切换速度间做取舍，因为原则上电压越高，功率传输系统越不稳定，使用特殊制程可将这种折衷最小化，新一代功率电晶体包括LDMOS、超结面电晶体(Super Junction Transistor)、氮化镓、碳化矽和积体被动元件。

较新的电晶体材料则可达到较高的切换频率。例如电压600V以上工业应用主要使用矽绝缘闸双极电晶体(IGBT)，切换频率相对较低。电脑则使用MOSFET，切换频率为100MHz。超结面Mosfet的操作电压不超过1kV，Sic FET则不超过1.8kV，可提供较快的切换速度。GaN FET则在600V以下运行，可处理最高10s的切换速度。