摩爾定律限制硅半導體發(fā)展，化合物半導體材料成新解？

摩爾定律限制硅半導體發(fā)展，化合物半導體材料成新解？

傳統(tǒng)硅半導體因自身發(fā)展侷限和摩爾定律限制，需尋找下一世代半導體材料，化合物半導體材料是新一代半導體發(fā)展的重要關(guān)鍵嗎？

化合物半導體材料的高電子遷移率、直接能隙與寬能帶等特性，恰好符合未來半導體發(fā)展所需，終端產(chǎn)品趨勢將由 5G 通訊、車用電子與光通訊領(lǐng)域等應用主導。

手機通訊領(lǐng)域帶動砷化鎵磊晶需求逐年提升

根據(jù)現(xiàn)行化合物半導體元件供應鏈，元件制程最初步驟由晶圓制造商選擇適當特性的基板（Substrate），以硅、鍺與砷化鎵等材料做為半導體元件制程的基板，基板決定后再由磊晶廠依不同元件的功能需求，于基板上長成數(shù)層化合物半導體的磊晶層，待成長完成后，再透過 IDM 廠或 IC 設(shè)計、制造與封裝等步驟，完成整體元件的制造流程，最終由終端產(chǎn)品廠商組裝和配置元件線路，生產(chǎn)手機與汽車等智慧應用產(chǎn)品。

元件產(chǎn)品依循化合物半導體材料特性（如耐高溫、抗高電壓、抗輻射與可發(fā)光）加以開發(fā)，將終端市場分為 5 個領(lǐng)域：電源控制（Power Control）、無線通訊（Wireless）、紅外線（Infrared）、太陽能（Solar）與光通訊（Photonics）。

近年手機通訊領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，帶動無線模塊關(guān)鍵零組件濾波器（Filter）、開關(guān)元件（Switch）與功率放大器（Power Amplifier）等元件需求成長；而砷化鎵材料因具有低噪聲、低耗電、高頻與高效率等特點，已廣泛應用于手機通訊并占有重要地位，帶動砷化鎵磊晶需求逐年提升。

化合物半導體磊晶廠未來發(fā)展

針對化合物半導體未來的終端市場需求，依照不同元件特性可分為傳輸和無線通訊的 5G 芯片、耐高溫與抗高電壓的車用芯片，以及可接收和回傳訊號的光通訊芯片三大領(lǐng)域。藉由 5G 芯片、車用芯片與光通訊芯片的元件開發(fā)，將帶動未來磊晶廠營收和資本支出，確立未來投資方向。

由化合物半導體發(fā)展趨勢可知，未來元件需求將以高速、高頻與高功率等特性，連結(jié) 5G 通訊、車用電子與光通訊領(lǐng)域的應用，突破硅半導體摩爾定律限制。

（Source：拓墣產(chǎn)業(yè)研究院，2019.3）

硅半導體元件因受限于電子遷移率（Electron Mobility）、發(fā)光效率與環(huán)境溫度等限制，難以滿足元件特性需求，因此當化合物半導體出現(xiàn)，其高電子遷移率、直接能隙與寬能帶等特性，為元件發(fā)展的未來性提供新契機。

隨著科技發(fā)展，化合物半導體的元件制程技術(shù)亦趨成熟，傳統(tǒng)硅半導體的薄膜、曝光、顯影與蝕刻制程步驟，皆已成功轉(zhuǎn)置到化合物半導體，有助于后續(xù)半導體產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。

三星開始量產(chǎn)5G芯片

三星宣布已經(jīng)開始量產(chǎn)該公司的5G芯片，涵蓋調(diào)制解調(diào)器芯片Exynos Modem 5100、無線射頻收發(fā)芯片Exynos RF 5500，以及電源控制芯片Exynos SM 5800，這3款芯片皆同時支援5G NR的sub-6 GHz頻段及舊有的無線存取技術(shù)，宣稱可替行動裝置制造商提供5G時代的最佳通訊解決方案。

當中的Exynos Modem 5100是三星最早發(fā)表的5G芯片，除了支援5G-NR R15規(guī)格中的sub-6GHz與毫米波（mmWave）頻段之外，也支援2G的GSM/CDMA，3G的WCDMA、TD-SCDMA、HSPA，以及4G LTE。

根據(jù)外電報導，在南韓銷售的Galaxy S10 5G即采用了Exynos Modem 5100，但海外的Galaxy S10 5G有些可能會采用高通的X50調(diào)制解調(diào)器芯片。

至于Exynos RF 5500無線射頻收發(fā)器則是智能型手機透過行動網(wǎng)絡傳遞資料的關(guān)鍵元件之一，它具備14個下載接收路徑，支援4×4 MIMO與256 QAM以最大化5G網(wǎng)絡的傳輸速率。

Exynos SM 5800則能根據(jù)調(diào)制解調(diào)器的射頻輸入訊號動態(tài)調(diào)整供應電壓，最多可減少30%的電力使用。