發布日期：2022-10-18 點擊率：55
什么是化合物半導體？
半導體材料可分為單質半導體及化合物半導體兩類，前者如硅（Si）、鍺(Ge）等所形成的半導體，后者為砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）等化合物形成。
半導體在過去主要經歷了三代變化。砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）半導體分別作為第二代和第三代半導體的代表，相比第一代半導體高頻性能、高溫性能優異很多，成制造本更為高昂，可謂是半導體中的新貴。
三大化合物半導體材料中，GaAs 占大頭，主要用于通訊領域，全球市場容量接近百億美元，主要受益通信射頻芯片尤其是 PA 升級驅動。
GaN 大功率、高頻性能更出色，主要應用于軍事領域，目前市場容量不到 10 億美元，隨著成本下降有望迎來廣泛應用。
SiC 主要作為高功率半導體材料應用于汽車以及工業電力電子，在大功率轉換應用中具有巨大的優勢。
超越摩爾：光學、射頻、功率等模擬 IC 持續發展
摩爾定律放緩，集成電路發展分化。現在集成電路的發展主要有兩個反向：More Moore（深度摩爾）和 More than Moore （超越摩爾）。
摩爾定律是指集成電路大概 18 個月的時間里，在同樣的面積上，晶體管數量會增加一倍，但是價格下降一半。但是在 28nm 時遇到了阻礙，其晶體管數量雖然增加一倍，但是價格沒有下降一半。
More Moore （深度摩爾）是指繼續提升制程節點技術，進入后摩爾時期。與此同時，More than Moore （超越摩爾）被人們提出，此方案以實現更多應用為導向，專注于在單片 IC 上加入越來越多的功能。
模擬 IC 更適合在 More than Moore （超越摩爾）道路。先進制程與高集成度可以使數字 IC 具有更好的性能和更低的成本，但是這不適用于模擬 IC。
射頻電路等模擬電路往往需要使用大尺寸電感，先進制程的集成度影響并不大，同時還會使得成本升高。
先進制程往往用于低功耗環境，但是射頻、電源等模擬 IC 會用于高頻、高功耗領域，先進制程對性能甚至有負面影響；低電源和電壓下模擬電路的線性度也難以保證。
PA 主要技術是 GaAs，而開關主要技術是 SOI，More than Moore （超越摩爾）可以實現使用不同技術和工藝的組合，為模擬 IC 的進一步發展提供了道路。
第三代半導體適應更多應用場景。硅基半導體具有耐高溫、抗輻射性能好、制作方便、
穩定性好。可靠度高等特點，使得 99%以上集成電路都是以硅為材料制作的。但是硅基
半導體不適合在高頻、高功率領域使用。
2G、3G 和 4G 等時代 PA 主要材料是 GaAs，但是進入 5G 時代以后，主要材料是 GaN。5G 的頻率較高，其跳躍式的反射特性使其傳輸距離較短。
由于毫米波對于功率的要求非常高，而 GaN 具有體積小功率大的特性，是目前最適合5G時代的PA材料。SiC和GaN等第三代半導體將更能適應未來的應用需求。
模擬 IC 關注電壓電流控制、失真率、功耗、可靠性和穩定性，設計者需要考慮各種元器件對模擬電路性能的影響，設計難度較高。
數字電路追求運算速度與成本，多采用CMOS 工藝，多年來一直沿著摩爾定律發展，不斷采用地更高效率的算法來處理數字信號，或者利用新工藝提高集成度降低成本。
而過高的工藝節點技術往往不利于實現模擬IC 實現低失真和高信噪比或者輸出高電壓或者大電流來驅動其他元件的要求，因此模擬IC 對節點演進需求相對較低遠大于數字 IC。
模擬芯片的生命周期也較長，一般長達 10年及以上，如仙童公司在 1968 年推出的運放μA741 賣了近五十年還有客戶在用。
目前數字 IC 多采用 CMOS 工藝，而模擬 IC 采用的工藝種類較多，不受摩爾定律束縛。模擬 IC 的制造工藝有 Bipolar 工藝、CMOS 工藝和 BiCMOS 工藝。
在高頻領域，SiGe 工藝、GaAs 工藝和 SOI 工藝還可以與 Bipolar 和 BiCMOS 工藝結合，實現更優異的性能。
而在功率領域，SOI 工藝和 BCD（BiCMOS 基礎上集成 DMOS 等功率器件）工藝也有更好的表現。模擬 IC 應用廣泛，使用環節也各不相同，因此制造工藝也會相應變化。
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