目前，因?yàn)閭鹘y(tǒng)制程工藝已經(jīng)逼近物理極限，單位面積上的芯片性能提升變得格外困難，整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不可避免得走向了發(fā)展歷程中的瓶頸期，摩爾定律的失效就是最有力的證明。
但與此同時(shí)，來(lái)自場(chǎng)景應(yīng)用層的算力、通信等需求卻在日益增長(zhǎng)，并不斷向芯片底層“施壓”。因而半導(dǎo)體廠商不得不擺脫傳統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)邏輯，尋求更加適應(yīng)市場(chǎng)需求的解決方案。
其中，架構(gòu)創(chuàng)新、先進(jìn)封裝是最火熱的兩大方向，但其帶來(lái)的性能改善效果依然不夠顯著，這就迫使行業(yè)考慮更為底層的改進(jìn)方案。作為晶體管的重要組成部分，材料的結(jié)構(gòu)對(duì)終端產(chǎn)品性能和功能有著至關(guān)重要的影響，因此新型半導(dǎo)體材料被認(rèn)為是最有可能從根本上改進(jìn)芯片性能的方式。
在這樣的市場(chǎng)形勢(shì)變化之下，作為全球最大的優(yōu)化襯底（不同材料組成的單晶薄片）制造商，Soitec有責(zé)任推動(dòng)材料技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)它也敏銳地察覺(jué)到了諸多新材料的商用機(jī)會(huì)。在北京召開的發(fā)布會(huì)上，Soitec全球戰(zhàn)略執(zhí)行副總裁Thomas Piliszczuk分享了關(guān)于產(chǎn)業(yè)的見(jiàn)解，并在接受采訪時(shí)解答了產(chǎn)品研發(fā)和技術(shù)方向背后的邏輯，在一定程度上為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了新思路。
后摩爾定律時(shí)代，非硅類材料迎來(lái)商用化歷史機(jī)遇
眾所周知，現(xiàn)有的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)均是基于硅材料基礎(chǔ)之上建立的，因此一直以來(lái)，硅占據(jù)硬件市場(chǎng)的主要份額，其他諸多非硅類材料只能停留在實(shí)驗(yàn)層面或者游走于商用的邊緣。
作為一家SOI工藝制作材料的老牌廠商，Soitec的產(chǎn)品組合有著濃重的“產(chǎn)業(yè)”色彩——在過(guò)去，順應(yīng)市場(chǎng)需求，它以硅基襯底產(chǎn)品為主線，如用于高壓原件集成的Power-SOI、用于數(shù)字運(yùn)算的FD-SOI和用于手機(jī)圖像處理的Imager-SOI等。
但隨著應(yīng)用端技術(shù)要求的變化，僅硅基襯底已經(jīng)無(wú)法滿足行業(yè)終端需求，以5G手機(jī)為例，它的射頻模塊在材料種類的使用上就日趨豐富。
Thomas介紹說(shuō)，“在通訊這一塊，因?yàn)?G時(shí)代的到來(lái)，射頻模塊所用到的工程襯底現(xiàn)在已經(jīng)增加到SOI、FD-SOI、POI和氮化鎵四種材料，這就說(shuō)明智能手機(jī)中的優(yōu)化襯底含量其實(shí)是在不斷提升的。”
如智能手機(jī)射頻模塊設(shè)計(jì)需采用多種優(yōu)化襯底一般，終端廠商采用多種材料已經(jīng)成為發(fā)展走勢(shì)，因此非硅類材料也迎來(lái)了更多的商用機(jī)會(huì)。
“我們目前在開發(fā)新的材料，如硅基銦氮化鎵，它主要用于MicroLED，未來(lái)隨著高分辨率、低功耗的硬件設(shè)備顯示屏/顯示器需求量的加大，其市場(chǎng)必將會(huì)被帶動(dòng)；而碳化硅材料應(yīng)用在電動(dòng)汽車關(guān)鍵部件（如換流器、逆變器）可以顯著提高汽車的巡航距離。”
圖|Soitec全球戰(zhàn)略執(zhí)行副總裁Thomas Piliszczuk
5G創(chuàng)新成新材料市場(chǎng)主要驅(qū)動(dòng)力
當(dāng)下，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，5G的建設(shè)是非硅類材料可以大展身手的地方。以射頻模塊中不起眼的濾波器的演進(jìn)來(lái)看，4G時(shí)代濾波器的數(shù)量在60到80個(gè)，5G時(shí)代所需要的數(shù)量就將達(dá)到120~150個(gè)，以倍數(shù)增長(zhǎng)，且隨著頻段的增加，其功能也要成倍提升，底層材料的需求必將隨之增長(zhǎng)。
專注于將不同材料組合并賦能終端，Soitec自然也不會(huì)忽視對(duì)這部分市場(chǎng)的布局，收購(gòu)EpiGaN就是有這樣的考慮。
氮化鎵（GaN）材料已經(jīng)不是新的事物，它廣泛應(yīng)用在電源等高功率場(chǎng)景之中。而正因具備高功率特性，它也被認(rèn)為是用于5G信號(hào)收發(fā)模塊中的關(guān)鍵材料之一。
對(duì)此，Thomas也表示認(rèn)同，“經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)積累，發(fā)展至今氮化鎵材料技術(shù)已經(jīng)基本成熟，且隨著5G的商用化推進(jìn)，設(shè)計(jì)上的需求讓GaN有了更為廣闊的市場(chǎng)，所以我們認(rèn)為現(xiàn)在時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，可以布局這項(xiàng)技術(shù)，就選擇了收購(gòu)一家專門做氮化鎵技術(shù)的企業(yè)——EpiGaN，以最快的方式打入市場(chǎng)。”
目前，氮化鎵已經(jīng)在電源領(lǐng)域有了成熟而廣泛的應(yīng)用，但是如何更好得將之應(yīng)用到5G場(chǎng)景中依然是需要探索的難題。經(jīng)過(guò)不斷的磨合，Soitec已經(jīng)成功將EpiGaN納入為自己的一個(gè)業(yè)務(wù)單元，也將借助其技術(shù)能力進(jìn)行更加深入的探索。
提升性價(jià)比，顛覆行業(yè)材料應(yīng)用
但是推進(jìn)新材料的商用并非易事，高成本是Soitec首要去解決的問(wèn)題。以氮化鎵為例，盡管在高功率性能上表現(xiàn)優(yōu)越，它的高成本還是讓很多廠商望而卻步。
為此，Soitec在成本管控上可以說(shuō)下足了功夫。Thomas介紹說(shuō)，“為了降低成本，我們將其從4、6英寸移到8英寸產(chǎn)線上來(lái)生產(chǎn)，通過(guò)大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)提高良率以節(jié)省成本。同時(shí)知道這個(gè)技術(shù)的成功很大程度上取決于成本，我們也和終端客戶共同進(jìn)行探討。我們有信心滿足客戶的需求。”
感知需求、管控成本并積極與終端客戶交流，循著技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展路上，Soitec一步步在推進(jìn)新材料的商用。在這樣一個(gè)市場(chǎng)機(jī)遇之下，依據(jù)設(shè)計(jì)要求為不同場(chǎng)景找出最為匹配的襯底，Soitec也有著自己的野望。
“我們的目標(biāo)不是要終結(jié)硅基材料時(shí)代，但至少要顛覆行業(yè)的材料使用。”
這對(duì)于Soitec來(lái)說(shuō)并非不可能。以汽車業(yè)務(wù)來(lái)看，在汽車產(chǎn)業(yè)整體呈收縮趨勢(shì)的情況下，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)均受其影響而導(dǎo)致業(yè)務(wù)收縮，但如Soitec這樣的材料廠商依然沒(méi)有受到太多影響。
“現(xiàn)在汽車銷售的數(shù)量跟以前相比是有趨緩的情況，但是好在汽車對(duì)SOI襯底的需求數(shù)量，也就是單個(gè)汽車?yán)锩鍿OI襯底的密度是在上升。需求數(shù)量在上升，我們的市場(chǎng)就沒(méi)有受到太大影響。”
得益于新技術(shù)（車聯(lián)網(wǎng)、新能源）驅(qū)動(dòng)的需求變化，新型材料市場(chǎng)逆勢(shì)增長(zhǎng)，硅基材料被替代成為“宿命”，這為Soitec打開新市場(chǎng)增添了不少信心。
最后
目前，Soitec在四大業(yè)務(wù)方向——智能手機(jī)、汽車、云計(jì)算及基礎(chǔ)設(shè)施、物聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn)上卓有成效。它認(rèn)為這里面不僅僅有技術(shù)能力起作用，與上游的緊密合作也同樣重要。
Thomas強(qiáng)調(diào)說(shuō)，“如果我們想取得成功，不僅僅要依靠技術(shù)和產(chǎn)品，還要依賴整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的密切合作。”而正因密切關(guān)注終端廠商的需求變化，Soitec才能夠設(shè)計(jì)出最適合市場(chǎng)的襯底。
