電晶體尺寸不斷微縮,價格也變得越來越昂貴,德州儀器技術長Ahmad Bahai日前在國際固態電路會議(ISSCC)上指出,結合特殊制程與設計方法才能繼續推動半導體產業的快速成長。
根據EE Times報導,微縮CMOS尺寸對于小型電子產品和增加電池續航力是很重要的,但手機已不再是提供指數型成長的唯一產品,與其持續增加CMOS中的電晶體數量,不如將重點移往更聰明的設計與特殊封裝。
Bahai表示,模擬工程師可用的創新架構包括了含精密被動元件的數位輔助類比和系統級封裝,專門制程則包括BiCMOS,將功率較高的電晶體嵌在CMOS數位基板上,并使用矽鍺(SiGe)、碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN)供應電源。
Bahai以汽車雷達處理器使用的mm-RF電路作為市場過于依賴CMOS微縮的例子。Bahai表示,汽車雷達收發器仰賴的是混合技術,技術要求包括寬帶和波束成型,以達到高精確度和材料穿透性,這方面微縮CMOS能增加的效益有限。
封裝金屬化必須經過優化才能改善被動元件并克服封裝中粗大圖形尺寸的諧波特性。Bahai指出,汽車模組具有高度靈敏度,不僅可偵測并生成接近車輛的影像,還能針對駕駛的呼吸模式進行成像。
個人化醫療使用的可穿戴裝置,則是另一個具有快速成長潛力的應用,并且要求不同的技術,如超低功耗、用過即丟、維持開啟狀態和即時運作。可穿戴生物感測器提供的資料比簡單的心率更有意義,臨床血糖儀也可進行自適應采樣,微縮CMOS未必能提供助益。
此外,電源管理應用通常須在功率處理和切換速度間做取舍,因為原則上電壓越高,功率傳輸系統越不穩定,使用特殊制程可將這種折衷最小化,新一代功率電晶體包括LDMOS、超結面電晶體(Super Junction Transistor)、氮化鎵、碳化矽和積體被動元件。
較新的電晶體材料則可達到較高的切換頻率。例如電壓600V以上工業應用主要使用矽絕緣閘雙極電晶體(IGBT),切換頻率相對較低。電腦則使用MOSFET,切換頻率為100MHz。超結面Mosfet的操作電壓不超過1kV,Sic FET則不超過1.8kV,可提供較快的切換速度。GaN FET則在600V以下運行,可處理最高10s的切換速度。TOP