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对射频氮化镓工厂的调查:成功的商业化和全球供应
录入时间:2021/8/25 11:44:30

Survey of RF GaN Fabs: Successful Commercialization and Global Supply

Gary Lerude,《Microwave Journal》编辑

(本页是纯文字版,点此阅读完整版全文

最近,《Microwave Journal》做了一次对全球主要射频氮化镓工厂的调查。作出回应的8家公司提供了在碳化硅基氮化镓、硅基氮化镓和金刚石基氮化镓上制造栅极长为0.5微米至40纳米器件的多达36种工艺(见表格)。这些工艺还不包括代工厂为其客户保留的专属方案。

自从1990年代中期射频氮化镓成为行业会议的主题以来,1 氮化镓已经实现了商业化,主要用于军用雷达、电子战和蜂窝基站。该技术成功的一个标志是:根据Strategy Analytics的数据,氮化镓的收入在2020年达到了10亿美元(参见本期前一篇文章)。

8家氮化镓工厂对我们的调查做出了回应。它们是GCS、HRL实验室、恩智浦、OMMIC、Qorvo、UMS、稳懋半导体、Wolfspeed。这8家工厂中有5家在美国,2家在欧洲,稳懋半导体在中国台湾。除恩智浦外,其他都是"开放的代工厂",愿意与任何客户合作,但美国的代工厂要受到出口管制。

大多数碳化硅基氮化镓工艺采用100毫米晶圆,尽管Qorvo的五个工艺中的三个和恩智浦的所有工艺都采用150毫米碳化硅基氮化镓晶圆。随着产量的增加,Wolfspeed公司计划在"未来几年"内迁移到150毫米晶圆。尽管晶圆直径经常被用于营销宣传,但一个满载的100毫米晶圆厂比一个轻载的150毫米晶圆厂更高效。有趣的是,GCS和OMMIC的硅基氮化镓工艺使用150毫米晶圆,这可能反映了硅基材的高成熟度和可用性。

虽然射频氮化镓的批量应用在20GHz以下(如相控阵雷达和6GHz以下的基站功率放大器),但所有接受调查的工厂都已经或正在开发更短的栅极长度工艺,以将器件性能延伸到毫米波频率,预计氮化镓有能力在这些更高的频率上与GaAs和硅的商业和军事应用竞争。

除了提供有竞争力的器件性能外,开放的代工厂必须通过设计工具和测试及封装服务来支持设计者和他们的项目。该调查确定了各工厂具备的能力:

除了专门的晶圆制造,HRL实验室为其毫米波T3工艺提供多项目晶圆,使原型运行成本降低。HRL是美国国防部(DoD)认可的代工厂,为设计者提供Microwave Office和ADS的工艺设计套件(PDK)。

GCS提供非线性器件建模和射频表征、Silvaco器件仿真、热分析、故障分析、100%晶圆上直流测试和标记缺陷晶片。

OMMIC提供直流和射频晶圆上的筛选,以提供已知的好芯片;视觉检查,包括飞行空间等级;可靠性测试,包括晶圆和批量验收测试;环境测试;以及MMIC封装。

Qorvo为美国国防部项目、国防部大型供应商和商业公司提供先进的封装设计、组装和测试,并符合美国国防部的可信任的1A级设施要求。

UMS提供在线设计规则检查、进入毫米波频率的射频晶圆测试(例如,S参数、噪声、功率)和封装选项。

稳懋半导体可以满足定制模型、测试和提供各种装配接口。

Wolfspeed支持ADS和Microwave Office的PDK,并提供直流和射频晶圆上探测。

所有的工厂都有可靠性保证计划,以验证新工艺,并监测已发布的工艺,以防止可能损害其生产线上制造的器件的可靠性的意外变化。

Qorvo的氮化镓HEMT可靠性鉴定包括多温度直流加速寿命测试(DCALT)和射频工作寿命测试,其可靠性寿命预测是基于Imax变化小于10%的失效判据,并使用90%的置信度下限来确定激活能量。持续的工艺监测包括使用每个晶圆上的可靠性测试FET进行持续的DCALT监测。

恩智浦的可靠性鉴定要求包括延长测试,以达到3倍的预期寿命。尽管恩智浦的大部分氮化镓产品都是供应给蜂窝基站的,但该公司的生产运营已通过严格的汽车IATF16949质量体系标准的认证。

对于OMMIC来说,鉴定其硅基氮化镓工艺的最后一步是与欧洲航天局合作进行的空间应用评估。

同样,UMS的氮化镓工艺的内部合格认证是在200°C下达到20年的最低目标,然后与外部空间机构进行空间级应用评估。

稳懋的氮化镓鉴定遵循行业测试方法,其结果记录在鉴定报告中,供客户查阅。

对《Microwave Journal》调查的答复反映出了一个强大的全球供应链。这8家工厂并不是全部的射频氮化镓器件供应商:美国国防部还有几个"专属"工厂,而且中国大陆的化合物半导体工厂正在崛起(不包括在本次调查中)。射频氮化镓显然是一种战略性的半导体技术。

 

参考文献

1.    R. J. Trew, M. W. Shin and V. Gatto, “Wide Bandgap Semiconductor Electronic Devices for High Frequency Applications,” GaAs IC Symposium IEEE Gallium Arsenide Integrated Circuit Symposium, 18th Annual Technical Digest, 1996, pp. 6-9, doi: 10.1109/GAAS.1996.567625.


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