Redirect= Модернизация производства СВЧ МИС от Остек-ЭК
Структура мирового рынка микроэлектроники

Модернизация производства СВЧ МИС

№ 4’2019
PDF версия
Проведен анализ производственного рынка микроэлектронных компонентов, а также сравнение технологий производства на основе GaAs и GaN и их возможностей для расширения диапазона рабочих частот изделий. Выполнен анализ преимуществ и возникающих проблем при использовании СВЧ МИС на производстве микроэлектроники. Подготовлено комплексное решение для модернизации производства СВЧ МИС.

Монолитные интегральные схемы для сверхвысокого диапазона частот (СВЧ МИС) стали принципиально новой компонентной базой для радиоэлектронных систем и устройств. СВЧ МИС (рис. 1) можно выпускать в больших объемах на серийных полупроводниковых производствах. Эти изделия обладают хорошей воспроизводимостью электрических параметров и высокой надежностью по отношению к ламповой технике [1, 2]. Использование МИС позволяет улучшить характеристики систем, в частности дальность действия, экономичность, чувствительность, скорость передачи данных и т. д.

СВЧ МИС (источник: www.wolfspeed.com

Рис. 1. СВЧ МИС (источник: www.wolfspeed.com)

Применение СВЧ МИС дает возможность уменьшить массогабаритные и стоимостные показатели радиоэлектронных систем в несколько раз за счет исключения необходимости в проектировании и изготовлении согласующих цепей, которые занимают как минимум 50% СВЧ-тракта, как это происходит в случае дискретных транзисторов.

СВЧ МИС на основе GaAs- и GaN-технологий нашли широкое применение в системах радиоэлектронного оборудования, связи, радиолокации и радионавигации, средствах оптической связи, в автомобильной промышленности (радары), телекоммуникационном оборудовании (передатчики и приемники базовых станций сотовой и спутниковой связи).

Вопрос о модернизации производства СВЧ МИС крайне актуален в настоящее время для российских производителей, т. к. она является одним из главных условий сохранения конкурентоспособности и эффективности предприятий.

Большое распространение получили технологии изготовления СВЧ МИС на основе GaAs и GaN полевых транзисторов с высокой подвижностью носителей (HEMT). Псевдоморфные (pHEMT) и метаморфные (mHEMT) GaAs-технологии обеспечивают наилучший компромисс между электрическими характеристиками МИС и их стоимостью. HEMT GaN-технологии позволяют изготавливать СВЧ МИС с высокой выходной мощностью и повышенной устойчивостью к внешним воздействиям [3].

В настоящее время наблюдается тенденция в освоении все более высоких диапазонов частот, что вызывает необходимость применять новые технологии, особенно при создании гетероструктур, а также уменьшать размеры элементов за счет перехода на меньшие топологические нормы.

Технологии на основе GaAs-структур позволяют выпускать МИС с рабочими частотами до 100 ГГц, а технологии на основе GaN-структур — с выходной мощностью до 100 Вт. Зависимость максимальной мощности от частоты для приборов на основе разных полупроводниковых материалов показана на рис. 2 [4].

Зависимость максимальной мощности от частоты для приборов на основе разных полупроводниковых материалов

Рис. 2. Зависимость максимальной мощности от частоты для приборов на основе разных полупроводниковых материалов

Создание структур МИС — сложный процесс, включающий множество операций: рост гетероструктур посредством МОС-гидридной или молекулярно-лучевой эпитаксии, ионное легирование, формирование топологии элементов субмикронных размеров методами электронной и проекционной литографии, плазмохимические, гальванические и высокотемпературные процессы и т. д. Для успешной реализации этого процесс требуется большой опыт, практические знания с технологической стороны и современное оборудование — с технической стороны.

Особенностью СВЧ МИС является изготовление не только внутри, но и на поверхности подложки в едином технологическом цикле всех элементов схемы, включая конденсаторы, резисторы, индуктивные элементы, межсоединения, воздушные мосты и переходные отверстия. Структура СВЧ МИС [5–7] показана на рис. 3.

Типовая структура СВЧ МИС

Рис. 3. Типовая структура СВЧ МИС

Модернизация отечественного производства СВЧ МИС крайне необходима не только с точки зрения технологического прогресса, но и для экономического роста страны.

Основная доля рынка микроэлектронных компонентов принадлежит странам Юго-Восточной Азии (Китай, Малайзия, Тайвань, Сингапур, Южная Корея и др.) — около 61%; государствам Северной и Южной Америки — 19%; странам Европы и Японии — по 10% (рис. 4).

Структура мирового рынка микроэлектроники

Рис. 4. Структура мирового рынка микроэлектроники

За последние 10 лет доля государств Юго-Восточной Азии в структуре мирового рынка микроэлектроники увеличилась на 14%, Северной и Южной Америки — на 1%. Напротив, рыночные доли европейских стран и Японии сократились на 6 и 9%, соответственно. По оценкам агентства Frost & Sullivan, в ближайшие пять лет первые позиции в отрасли сохранят за собой Китай, Малайзия, Тайвань, Сингапур, Южная Корея и США. Мировой объем производства микроэлектронных компонентов за 2018 г. составил 369 млрд долл. [8].

По данным Gartner, на долю 25 крупнейших производителей приходятся 75,9% глобального рынка. Среди них — Intel, Samsung Electronics, Qualcomm, SK Hynix, Broadcom, Micron Technology, Texas Instruments, Toshiba, NXP, MediaTek [9]. Доля России в мировом объеме производства микроэлектронных компонентов на конец 2016 г. составила 0,68% [8]; при этом отечественные производители удовлетворяют лишь треть спроса на внутреннем рынке [10].

Основной причиной низких темпов прироста производства микроэлектронных компонентов в России является технологическое отставание. Например, передовые отечественные производители микроэлектроники в настоящее время осваивают 65‑нм технологии на пластинах 200 мм, а в развитых странах уже применяются проектные нормы 16 нм на пластинах до 300 мм, процесс 5 нм проходит этап пилотных партий и в 2020 г. должен быть запущен в массовое производство, намечен переход на пластины размером 450 мм.

Комплексный подход к модернизации производства СВЧ МИС, основанный на многолетнем опыте и взаимодействии с партнерами мирового уровня, который предлагает «Остек-ЭК», позволит отечественной микроэлектронной промышленности обрести технологическую независимость, укрепить научно-производственный потенциал, повысить информационную безопасность и занять новые позиции на мировом рынке микроэлектроники.

Учитывая специфику российского рынка микроэлектроники, от производителя требуется максимальная гибкость: возможность быстрой переналадки производства и способность быстро отработать технологические режимы, обеспечить производство широкой номенклатурой изделий, надежностью, стойкостью к дестабилизирующим факторам и отказоустойчивостью.

Готовое решение, предлагаемое «Остек-ЭК», поможет не только снизить себестоимость серийных изделий, но и реализовать сложные проекты, требующие нестандартных технологических решений, а также избежать ряда технологических и технических проблем, связанных с освоением современных мировых технологий и модернизации существующих.

Литература
  1.  Carey/Millimeter-Wave Integrated Circuits. E. Carey, S. Lidholm. Boston: Springer. 2005.
  2. RFIC and MMIC design and technology. I. D. Robertson. — London: The Institution of Electronic Engineers.
  3. Сальников А. Н. Автоматизация измерений, построение моделей и библиотек элементов СВЧ монолитных интегральных схем. Диссертация на соискание ученой степени к. т.н. Томск. 2014.
  4. Diamond Field-effect Transistors as Microwave Power Amplifiers. Makoto Kasu. 2010.
  5.  W. Johnson. Si-CMOS-like integration of AlGaN/GaN dielectric-gate high-electron-mobility transistors. The Office of Graduate and Professional Studies of Texas A&M University. 2014.
  6.  Meneghini et al. Power GaN Devices. Springer International Publishing Switzerland. 2017.
  7.  Kayali, G. Ponchak, R. Shaw. GaAs MMIC Reliability Assurance Guideline. Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology Pasadena. California. December 15. 1996.
  8. Frost & Sullivan. Состояние и перспективы мирового и российского рынка микроэлектроники.
  9. Stamford. Conn. January 2017. Gartner Says Worldwide Semiconductor Revenue Grew 1.5 Percent in 2016.
  10.  Седых И. А. Микроэлектроника и развитие бесконтактных платежей в РФ. М. 2016.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *